DE102012000692A1

DE102012000692A1 - Widerstandspunktschweisserzeugnis und Verfahren zum Bilden desselben.

Info

Publication number: DE102012000692A1
Application number: DE102012000692A
Authority: DE
Inventors: Chih-Chang Chen; Michael J. Bland; Daniel C. Hutchinson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2012-07-19
Also published as: US8541110B2; CN102602072A; CN102602072B; US20130327745A1; US20120183800A1

Abstract

Ein Widerstandspunktschweißerzeugnis umfasst eine erste Metallschicht, die eine erste Dicke aufweist, eine zweite Metallschicht, die eine Berührungsfläche aufweist, welche einen geprägten Bereich definiert, wobei die zweite Metallschicht eine zweite Dicke aufweist, die geringer ist als die erste Dicke, sodass ein Verhältnis zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke mehr als etwa 2:1 beträgt, eine dritte Metallschicht, die zwischen der ersten Metallschicht und dem geprägten Bereich eingefügt ist, wobei die dritte Metallschicht eine dritte Dicke aufweist, die größer ist als die zweite Dicke, und eine Schweißnaht, die jede von der ersten Metallschicht, der dritten Metallschicht und der Berührungsfläche an dem geprägten Bereich durchdringt, um dadurch jede von der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht an die dritte Metallschicht zu fügen. Es ist auch ein Verfahren zum Bilden eines Widerstandspunktschweißerzeugnisses offenbart.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenlegung betrifft allgemein ein Widerstandspunktschweißerzeugnis und im Spezielleren ein Widerstandspunktschweißerzeugnis, das Metallschichten umfasst, welche durch eine Schweißnaht gefügt sind.
HINTERGRUND
Widerstandspunktschweißen kann verwendet werden, um Metallschichten zu fügen. Im Allgemeinen ist das Widerstandsschweißen ein Fügeprozess, in dem Metall an Berührungsgrenzflächen zwischen den Metallschichten über Widerstandserwärmung von dem Durchgang von elektrischem Strom unter einer angewendeten Kraft verschmelzen kann.
Das Widerstandspunktschweißen kann insbesondere verwendet werden, um drei Metallschichten zu fügen, sodass eine mittlere Metallschicht zwischen zwei äußeren Metallschichten eingefügt ist. Für solche Werkstücke erfordern gewisse industrielle Schweißrichtlinien oft, dass ein Dickenverhältnis zwischen den zwei äußeren Metallschichten nicht mehr als 1:2 betragen sollte und dass ein Dickenverhältnis zwischen der mittleren Metallschicht und einer beliebigen von den zwei äußeren Metallschichten nicht mehr als 1:3 betragen sollte. Eine gleichmäßige Wärmeverteilung zwischen jeder Berührungsgrenzfläche erhöht allgemein die Schweißverbindungsqualität und -festigkeit für solche Werkstücke.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Widerstandspunktschweißerzeugnis umfasst eine erste Metallschicht, die eine erste Dicke aufweist, und eine zweite Metallschicht, die eine Berührungsfläche aufweist, welche einen geprägten Bereich definiert, wobei die zweite Metallschicht eine zweite Dicke aufweist, die geringer ist als die erste Dicke, sodass ein Verhältnis zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke mehr als etwa 2:1 beträgt. Das Widerstandspunktschweißerzeugnis umfasst auch eine dritte Metallschicht, die zwischen der ersten Metallschicht und dem geprägten Bereich eingefügt ist, wobei die dritte Metallschicht eine dritte Dicke aufweist, die größer ist als die zweite Dicke. Das Widerstandspunktschweißerzeugnis umfasst ferner eine Schweißnaht, die jede von der ersten Metallschicht, der dritten Metallschicht und der Berührungsfläche an dem geprägten Bereich durchdringt, um dadurch jede von der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht an die dritte Metallschicht zu fügen.
In einer Variante weist die zweite Metallschicht eine zweite Dicke auf, die geringer ist als die erste Dicke, und ein Verhältnis zwischen der dritten Dicke und zumindest einer von der ersten Dicke und der zweiten Dicke ist höher ist als etwa 3:1.
Ein Verfahren zum Bilden eines Widerstandspunktschweißerzeugnisses umfasst, dass eine dritte Metallschicht zwischen jeder von einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht eingefügt wird, um dadurch ein Werkstück zu bilden. Die zweite Metallschicht weist eine Berührungsfläche auf, die einen geprägten Bereich definiert und benachbart zu der dritten Metallschicht angeordnet ist. Ferner weist die erste Metallschicht eine erste Dicke auf, die dritte Metallschicht weist eine dritte Dicke auf und die zweite Metallschicht weist eine zweite Dicke auf, welche geringer ist als jede von der ersten Dicke und der dritten Dicke, sodass ein Verhältnis zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke mehr als etwa 2:1 beträgt. Das Verfahren umfasst auch, dass das Werkstück zwischen jeder von einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode positioniert wird, sodass das Werkstück in elektrisch-leitfähiger Beziehung mit jeder von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein elektrischer Strom durch die erste Elektrode hindurch angelegt wird, um gleichzeitig jede von der ersten Metallschicht, der dritten Metallschicht und der Berührungsfläche an dem geprägten Bereich zu schmelzen, um jede von der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht an die dritte Metallschicht zu fügen und dadurch das Widerstandspunktschweißerzeugnis zu bilden.
Das Widerstandspunktschweißerzeugnis und -verfahren gestattet das Fügen von dicken und dünnen Metallschichten mit unterschiedlichen Dicken. Das Verfahren fügt z. B. die Dick-dick-dünn-Metallschichtkombinationen, um das Widerstandspunktschweißerzeugnis zu bilden, welches eine akzeptable Schweißverbindungsfestigkeit und -güte aufweist. Für das Verfahren optimiert insbesondere der geprägte Bereich die Widerstandserwärmung an der Berührungsfläche und erzeugt daher ausreichende Wärme, damit die Schweißnaht die Berührungsfläche der zweiten Metallschicht, d. h. die dünne Metallschicht, durchdringt. Das Verfahren ermöglicht das Widerstandspunktschweißen von anspruchsvollen Metallschichtkombinationen wie z. B. Werkstücken mit einem Verhältnis zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke von mehr als etwa 2:1 und/oder einem Verhältnis zwischen der dritten Dicke und zumindest einer von der ersten Dicke und der zweiten Dicke von mehr als etwa 3:1. Das Verfahren ermöglicht ferner das gleichzeitige Widerstandspunktschweißen einer jeden von der ersten Metallschicht, der zweiten Metallschicht und der dritten Metallschicht, ohne z. B. Doppelkraftschweißschritte, Elektroden mit unterschiedlicher/n Größe oder Formen und/oder ein anschließendes Widerstandspunktschweißen der zweiten Metallschicht an ein Werkstück einschließlich einer zuvor gefügten ersten Metallschicht und dritten Metallschicht zu verwenden. Überdies gestattet das Verfahren das Widerstandspunktschweißen von Widerstandspunktschweißerzeugnissen einschließlich blanker und zinkbeschichteter Metallschichten.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenlegung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Offenlegung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Widerstandspunktschweißerzeugnisses, welches eine dritte Metallschicht umfasst, die zwischen einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht eingefügt und mithilfe einer Schweißnaht daran gefügt ist;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines in Vorbereitung zum Bilden des Widerstandspunktschweißerzeugnisses von 1 zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordneten Werkstückes;
3 ist eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung des Werkstückes von 2, welches die zweite Metallschicht des Widerstandspunktschweißerzeugnisses von 1 mit einer Berührungsfläche umfasst, die einen geprägten Bereich definiert;
4 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer hinteren, zweiten Fläche der zweiten Metallschicht der 1 und 3; und
5 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Variante der zweiten Metallschicht der 1 und 3, die eine Berührungsfläche aufweist, welche eine Vielzahl von geprägten Bereichen definiert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen, ist ein Widerstandspunktschweißerzeugnis allgemein bei 10 in 1 gezeigt. Wie nachfolgend in größerem Detail dargelegt, kann das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 für Anwendungen geeignet sein, die eine dritte Metallschicht 12 erfordern, welche zwischen einer ersten Metallschicht 14 und einer zweiten Metallschicht 16 eingefügt und mithilfe einer Schweißnaht 18 daran gefügt ist. Das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 kann z. B. für Kraftfahrzeuganwendungen geeignet sein, die geschweißte Komponenten erfordern. Das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 kann jedoch auch für Nicht-Kraftfahrzeuganwendungen wie z. B., jedoch nicht beschränkt auf, Luftfahrt-, Bahn- und Bauanwendungen geeignet sein.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 die erste Metallschicht 14. Die erste Metallschicht 14 kann aus einem beliebigen Metall gebildet sein, das für eine gewünschte Anwendung des Widerstandspunktschweißerzeugnisses 10 geeignet ist. Die erste Metallschicht 14 kann z. B. aus Stahl, z. B., jedoch nicht beschrankt auf, hochfester Stahl gebildet sein.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 1 weist die erste Metallschicht 14 eine erste Dicke 50 auf. Wenngleich die erste Dicke 50 der ersten Metallschicht 14 auch von der gewünschten Anwendung des Widerstandspunktschweißerzeugnisses 10 abhängig ist, kann die erste Dicke 50 der ersten Metallschicht 14 als ein nicht einschränkendes Beispiel für Kraftfahrzeuganwendungen etwa 1,5 mm bis etwa 3 mm betragen.
Wie in 1 weiter gezeigt, umfasst das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 auch die zweite Metallschicht 16. Auch die zweite Metallschicht 16 kann aus einem beliebigen geeigneten Metall in Übereinstimmung mit der gewünschten Anwendung des Widerstandspunktschweißerzeugnisses 10 gebildet sein. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die zweite Metallschicht 16 aus verzinktem Stahl mit niedrigem oder sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt gebildet sein.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 1 weist die zweite Metallschicht 16 eine zweite Dicke 52 auf, die geringer ist als die erste Dicke 50, sodass ein Verhältnis zwischen der ersten Dicke 50 und der zweiten Dicke 52 mehr als etwa 2:1 beträgt. Insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen kann die zweite Dicke 52 etwa 0,5 mm bis etwa 1 mm betragen. Daher kann die zweite Metallschicht 16 als eine „dünne” Schicht im Vergleich zu der ersten Metallschicht 14 charakterisiert sein, welche als eine „dicke” Schicht charakterisiert sein kann.
Wie am besten in 3 gezeigt, weist die zweite Metallschicht 16 eine Berührungsfläche 20 auf, die einen geprägten Bereich 22 definiert. Die Berührungsfläche 20 kann mit einer weiteren Fläche gekoppelt sein und schmelzen, wenn sie einer Widerstandserwärmung beim Widerstandspunktschweißen ausgesetzt wird, wie nachfolgend in größerem Detail dargelegt. Und der geprägte Bereich 22 ist derart ausgebildet, dass er die Widerstandserwärmung an der Berührungsfläche 20 beim Widerstandspunktschweißen an einer genau festgelegten Stelle der Schweißnaht 18 erhöht (1), wie nachfolgend ebenfalls in größerem Detail dargelegt.
Wie hierin verwendet bezieht sich der Ausdruck „geprägter Bereich 22” allgemein auf ein Gebiet mit erhöhter Rauigkeit auf der Berührungsfläche 20. Das heißt, der geprägte Bereich 22 kann Spitzen und/oder Mulden umfassen, die in Bezug auf die Berührungsfläche 20 reliefartig geritzt oder geformt sind. Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 kann der geprägte Bereich 22 z. B. eine Vielzahl von V-förmigen Kerben 24 (2) in der Berührungsfläche 20 definieren. In einer weiteren Variante kann der geprägte Bereich 22 Rillen oder Riefen (nicht gezeigt) in der Berührungsfläche 20 definieren. Überdies kann der geprägte Bereich 22 eine beliebige Form aufweisen. Wie in 3 gezeigt, kann der geprägte Bereich 22 z. B. halbkreisförmig sein und kann mit einer äußeren Kante 26 der Berührungsfläche 20 ausgerichtet sein. Der geprägte Bereich 22 kann z. B. jedoch auch eine kreisförmige Form (5), eine unregelmäßige Form, eine Vieleckform, eine Streifenform und Kombinationen daraus (nicht gezeigt) aufweisen. Überdies kann die Berührungsfläche 20, ebenfalls Bezug nehmend auf 5, eine Vielzahl von geprägten Bereichen 22 definieren, die jeweils voneinander beabstandet sind.
Daher kann, unter neuerlicher Bezugnahme auf 3, der geprägte Bereich 22 mithilfe einer beliebigen, geeigneten Technik gebildet werden. Es kann z. B. ein Werkzeug (nicht gezeigt) mit einer gerändelten Oberfläche in die Berührungsfläche 20 hinein gedrückt werden, um dadurch den geprägten Bereich 22 zu definieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Berührungsfläche 20 gerieft oder sonst wie aufgeraut sein, um die Spitzen und Mulden (2) des geprägten Bereiches 22 zu definieren.
Unter Bezugnahme auf 4 kann die zweite Metallschicht 16 eine hintere, zweite Fläche 28 aufweisen, die von der Berührungsfläche 20 gegenüberliegend beabstandet ist und einen Eindruck 30 definiert, der mit dem geprägten Bereich 22 ausgerichtet ist. Wenn der geprägte Bereich 22 z. B. mithilfe eines Werkzeuges (nicht gezeigt) gebildet wird, kann der Eindruck 30 gebildet werden, wenn eine Hälfte des Werkzeuges mit einer zweiten Hälfte des Werkzeuges zusammengepasst wird, um den geprägten Bereich 22 zu bilden. Daher kann der Eindruck 30 eine Form aufweisen, die der Form des geprägten Bereiches 22 entspricht. Für Widerstandspunktschweißanwendungen, welche Hand- oder Roboterschweißvorrichtungen (nicht gezeigt) verwenden, kann der Eindruck 30 als Bezugspunkt zum Fixieren von Schweißpositionen und/oder Trainieren von Roboterschweißvorrichtungen geeignet sein.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 1 umfasst das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 auch die dritte Metallschicht 12, welche zwischen der ersten Metallschicht 14 und dem geprägten Bereich 22 eingefügt ist. Das heißt, die dritte Metallschicht 12 kann benachbart zu und in Kontakt mit jedem von der ersten Metallschicht 14 und dem geprägten Bereich 22 angeordnet sein, um so zwischen jeder von der ersten Metallschicht 14 und der zweiten Metallschicht 16 angeordnet zu sein. Wie in 3 gezeigt, kann die den geprägten Bereich 22 definierende Berührungsfläche 20 zu der dritten Metallschicht 12 weisen, wenn die dritte Metallschicht 12 zwischen der ersten Metallschicht 14 und der zweiten Metallschicht 16 eingefügt ist.
Die dritte Metallschicht 12 kann ebenfalls aus einem beliebigen geeigneten Metall gemäß der gewünschten Anwendung des Widerstandspunktschweißerzeugnisses 10 gebildet sein. Die dritte Metallschicht 12 kann z. B. aus Stahl, z. B., jedoch nicht beschränkt auf, hochfestem Stahl gebildet sein. Des Weiteren weist die dritte Metallschicht 12 eine dritte Dicke 54 auf, die größer ist als die zweite Dicke 52. Je nach gewünschter Anwendung des Widerstandspunktschweißerzeugnisses 10 kann die dritte Dicke 54 für Kraftfahrzeuganwendungen etwa 1,5 mm bis etwa 3 mm betragen. Überdies kann die dritte Dicke 54 in einer Variante größer sein als die erste Dicke 50. Daher kann die dritte Metallschicht 12 als eine „dicke” Schicht im Vergleich zu der zweiten Metallschicht 16 charakterisiert sein, welche als eine „dünne” Schicht charakterisiert sein kann. Wie in 2 gezeigt ist die dritte Metallschicht 12 als solche zwischen der ersten Metallschicht 14 und der zweiten Metallschicht 16 eingefügt, um eine „Dick-dick-dünn”-Abfolge zu bilden. Aus diesem Grund kann das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 für Anwendungen wie z. B. eine dreischichtige Metallkombination geeignet sein, welche eine dicke hochfeste B-Säule aus Stahl (d. h. die erste Metallschicht 14), eine dicke hochfeste Stahlverstärkung (d. h. die dritte Metallschicht 12) und eine dünne Fahrzeugkarosserieseite aus Stahl mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt (d. h. die zweite Metallschicht 16) umfassen.
Unter Bezugnahme auf 1 beträgt ein Verhältnis zwischen der ersten Dicke 50 und der zweiten Dicke 52 mehr als etwa 2:1. Zum Beispiel kann die erste Metallschicht 14 eine erste Dicke 50 von etwa 1,6 mm aufweisen, die dritte Metallschicht 12 kann eine dritte Dicke 54 von etwa 1,8 mm aufweisen und die zweite Metallschicht 16 kann eine zweite Dicke 52 von etwa 0,7 mm aufweisen.
In einer weiteren Variante beträgt ein Verhältnis zwischen der dritten Dicke 54 und zumindest einer von der ersten Dicke 50 und der zweiten Dicke 52 mehr als etwa 3:1. Zum Beispiel kann die erste Metallschicht 14 eine erste Dicke 50 von etwa 3,5 mm aufweisen, die dritte Metallschicht 12 kann eine dritte Dicke 54 von etwa 1,6 mm aufweisen und die zweite Metallschicht 16 kann eine zweite Dicke 52 von etwa 0,4 mm aufweisen. Für diese Variante kann das Verhältnis zwischen der ersten Dicke 50 und der zweiten Dicke 52 auch mehr als etwa 2:1 betragen.
Wie oben dargelegt kann jede von der ersten Metallschicht 14, der zweiten Metallschicht 16 und der dritten Metallschicht 12 aus Stahl gebildet sein. Der Stahl kann Kohlenstoff und weitere Legierungselemente umfassen. Ferner können solche Legierungselemente, insbesondere Kohlenstoff, zu der Festigkeit des Stahls beitragen. Im Gegensatz zu der ersten Metallschicht 14 und der dritten Metallschicht 12, die wie oben dargelegt als „dick” charakterisiert sein können, kann für die zweite Metallschicht 16, welche als „dünn” charakterisiert sein kann, die Formbarkeit wichtiger sein als die Festigkeit. Aus diesem Grund kann die in der zweiten Metallschicht 16 vorhanden Menge von Kohlenstoff und/oder anderen Legierungselementen kleiner sein als eine Menge von Kohlenstoff und/oder anderen Legierungselementen, die in einer von der ersten Metallschicht 14 und der dritten Metallschicht 12 vorhanden ist. Demzufolge kann die zweite Metallschicht 16 eine niedrigere Schmelzpunkttemperatur im Vergleich zu den jeweiligen Schmelzpunkttemperaturen einer von der ersten Metallschicht 14 und der dritten Metallschicht 12 aufweisen. Überdies kann, wie oben dargelegt, die zweite Metallschicht 16, z. B. eine Fahrzeugkarosserieseite (nicht gezeigt), vergleichsweise mehr Korrosionsbeständigkeit erfordern und sie kann eine Zinkbeschichtung als Schutz umfassen. Die Zinkbeschichtung kann auch die Widerstandserwärmung weiter reduzieren, die an der Berührungsfläche 20 zwischen der zweiten Metallschicht 16 und der dritten Metallschicht 12 erzeugt wird.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 1 umfasst das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 ferner die Schweißnaht 18, die jede von der ersten Metallschicht 14, der dritten Metallschicht 12 und der Berührungsfläche 20 an dem geprägten Bereich 22 (2) durchdringt, um dadurch jede von der ersten Metallschicht 14 und der zweiten Metallschicht 16 an die dritte Metallschicht 12 zu fügen. In nicht einschränkenden Beispielen kann die Schweißnaht 18 mithilfe einer beliebigen geeigneten Widerstandspunktschweißtechnik gebildet werden. Zur allgemeinen Erklärung und mit Bezugnahme auf 2 beschrieben kann das Widerstandspunktschweißen mithilfe einer Widerstandpunktschweißvorrichtung (teilweise gezeigt) ausgeführt werden, die eine Versorgung mit elektrischem Strom (nicht gezeigt) und zwei Elektroden 34, 36 umfassen kann, welche zum Zusammenklemmen einer jeden von der ersten Metallschicht 14, der dritten Metallschicht 12 und der zweiten Metallschicht 16 ausgebildet sind, wie nachfolgend in größerem Detail dargelegt. Ohne zu beabsichtigen, durch irgendeine Theorie eingeschränkt zu sein, kann der geprägte Bereich 22 die Widerstandserwärmung der Berührungsfläche 20 während des Widerstandspunktschweißens erhöhen und die Ausbildung der Schweißnaht 18 (1) an der Stelle des geprägten Bereiches 22 auf der Berührungsfläche 20 begünstigen.
Überdies kann für die Variante der Berührungsfläche 20, welche die Vielzahl von geprägten Bereichen 22 definiert, wie in 5 gezeigt, das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 eine Vielzahl von Schweißnähten 18 (nicht gezeigt) umfassen. Das heißt, da jeder geprägte Bereich 22 die Widerstandserwärmung der Berührungsfläche 20 während des Widerstandspunktschweißens erhöhen kann, kann sich eine Schweißnaht 18 an der Stelle eines jeden geprägten Bereiches 22 bilden, um dadurch die erste Metallschicht 14, die dritte Metallschicht 12 und die zweite Metallschicht 16 zu fügen, um das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 zu bilden.
Bezug nehmend auf die 1–5 wird nun ein Verfahren zum Bilden eines Widerstandspunktschweißerzeugnisses 10 beschrieben. Speziell Bezug nehmend auf 2 umfasst das Verfahren, dass die dritte Metallschicht 12 zwischen jeder von der ersten Metallschicht 14 und der zweiten Metallschicht 16 eingefügt wird, um dadurch ein Werkstück 38 zu bilden. Das heißt, das Einfügen kann die dritte Metallschicht 12 benachbart zu und in Kontakt mit jeder von der ersten Metallschicht 14 und der Berührungsfläche 20 anordnen. Wie oben dargelegt und mit Bezugnahme auf 2 beschrieben, weist die zweite Metallschicht 16 die Berührungsfläche 20 auf, welche den geprägten Bereich 22 definiert und benachbart zu der dritten Metallschicht 12 angeordnet ist. Ferner weist die erste Metallschicht 14 die erste Dicke 50 auf, die dritte Metallschicht 12 weist die dritte Dicke 54 auf, und die zweite Metallschicht 16 weist die zweite Dicke 52 auf, die geringer als jede von der ersten Dicke 50 und der dritten Dicke 54 ist, sodass ein Verhältnis zwischen der ersten Dicke 50 und der zweiten Dicke 52 mehr als etwa 2:1 beträgt. Ein Verhältnis zwischen der dritten Dicke 54 und zumindest einer von der ersten Dicke 50 und der zweiten Dicke 52 kann auch mehr als etwa 3:1 betragen.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 2 umfasst das Verfahren ferner, dass das Werkstück 38 zwischen jeder von einer ersten Elektrode 34 und einer zweiten Elektrode 36 positioniert wird, sodass das Werkstück 38 in elektrisch-leitfähiger Beziehung mit jeder von der ersten Elektrode 34 und der zweiten Elektrode 36 angeordnet ist. Das heißt, die zweite Elektrode 36 kann von der ersten Elektrode 34 beabstandet sein, um das Anordnen des Werkstückes 38 zwischen jeder von der ersten Elektrode 34 und der zweiten Elektrode 36 zuzulassen, sodass die erste Elektrode 34 Elektrizität zu dem Werkstück 38 leiten kann. Das Positionieren kann z. B. das Werkstück 38 benachbart zu und in Kontakt mit jeder von der ersten Elektrode 34 und der zweiten Elektrode 36 anordnen. Im Spezielleren kann die erste Metallschicht 14 benachbart zu der ersten Elektrode 34 angeordnet sein und die zweite Metallschicht 16, z. B. die zweite Fläche 28 der zweiten Metallschicht 16, kann benachbart zu und in Kontakt mit der zweiten Elektrode 36 angeordnet sein.
Weiter Bezug nehmend auf 2 kann das Positionieren des Werkstückes 38 das Werkstück 38 zwischen jeder von der ersten Elektrode 34 und der zweiten Elektrode 36 entlang einer Achse 56 rechtwinklig zu der Berührungsfläche 20 durch den geprägten Bereich 22 hindurch ausrichten. Das Positionieren kann somit die erste Elektrode 34 und die zweite Elektrode 36 mit dem geprägten Bereich 22 ausrichten.
Wenngleich in 2 nicht gezeigt, kann/können eine oder beide von der ersten Elektrode 34 und der zweiten Elektrode 36 auch fest oder beweglich sein in Bezug auf das Werkstück 38 und sie kann/können mit einem Arm (nicht gezeigt) oder anderem Element verbunden sein, der/das zum Positionieren des Werkstückes 38 zwischen jeder von der ersten Elektrode 34 und der zweiten Elektrode 36 ausgebildet ist. Eine oder beide von der ersten Elektrode 34 und der zweiten Elektrode 36 kann/können z. B. eine mit einem Hilfsmotor angesteuerte bewegliche Elektrode 34, 36 sein.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 2 umfasst das Verfahren auch, dass ein elektrischer Strom (in 2 durch das Symbol 40 bezeichnet) durch die erste Elektrode 34 hindurch angelegt wird, um jede von der ersten Metallschicht 14, der dritten Metallschicht 12 und der Berührungsfläche 20 gleichzeitig an dem geprägten Bereich 22 zu schmelzen, um jede von der ersten Metallschicht 14 und der zweiten Metallschicht 16 an die dritte Metallschicht 12 zu fügen und dadurch das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 zu bilden. Das heißt, der elektrische Strom 40 kann von einer Quelle elektrischer Energie (nicht gezeigt) zu der ersten Elektrode 34, durch das Werkstück 38 und durch die zweite Elektrode 36 hindurch zugeführt werden, um einen Stromkreis zu schließen. Es sollte einzusehen sein, dass der elektrische Strom 40 zusätzlich oder alternativ durch das Werkstück 38 und durch die erste Elektrode 34 hindurch der zweiten Elektrode 36 zugeführt werden kann, um den Stromkreis zu schließen. Wenn der elektrische Strom 40 angelegt wird, baut sich Wärme von dem Widerstand gegen den elektrischen Strom 40 sowohl an einer Grenzfläche 32 zwischen der ersten Metallschicht 14 und der dritten Metallschicht 12 als auch an dem geprägten Bereich 22 der Berührungsfläche 20 zwischen der dritten Metallschicht 12 und der zweiten Metallschicht 16 auf.
Ohne zu beabsichtigen, durch irgendeine Theorie eingeschränkt zu sein, und wie allgemein mit Bezugnahme auf 2 beschrieben, erhöht der geprägte Bereich 22 den spezifischen Widerstand und damit die Widerstandserwärmung, um die gewünschte Durchdringung der Schweißnaht 18 (1) in die Berührungsfläche 20 hinein zu begünstigen. Das heißt, da die zweite Metallschicht 16 dünner ist und einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt und eine entsprechend höhere Schmelzpunkttemperatur als eine von der ersten Metallschicht 14 und der dritten Metallschicht 12 aufweisen kann, ist die Durchdringung der Schweißnaht 18 (1) in die zweite Metallschicht 16 hinein durch den geprägten Bereich 22 maximiert. Anders ausgedrückt kann ohne den geprägten Bereich 22 der Berührungsfläche 20 ein schnelles Abkühlen während des Widerstandspunktschweißens an der zweiten Metallschicht 16 stattfinden, da die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Metallschicht 16 relativ höher ist als die Wärmeleitfähigkeit von jeder der ersten Metallschicht 14 und der dritten Metallschicht 12. Ein schnelles Abkühlen kann während des Widerstandspunktschweißens ohne den geprägten Bereich 22 der Berührungsfläche 20 auch stattfinden, da die zweite Elektrode 36 der Berührungsfläche 20 vergleichsweise näher ist als es die erste Elektrode 34 zu der Grenzfläche 32 zwischen der ersten Metallschicht 14 und der dritten Metallschicht 12 ist.
Im Gegensatz dazu kann, da jede von der ersten Metallschicht 14 und der dritten Metallschicht 12 dicker ist als die zweite Metallschicht 16 und einen höheren Kohlenstoffgehalt und eine entsprechende niedrigere Schmelzpunkttemperatur als die zweite Metallschicht 16 aufweisen kann, jede von der ersten Metallschicht 14 und der dritten Metallschicht 12 einen relativ höheren Widerstand gegenüber dem elektrischen Strom 40 zeigen. Solch ein relativ hoher Widerstand gegenüber dem elektrischen Strom 40 erzeugt eine höhere Widerstandserwärmung während des Widerstandspunktschweißens an der Grenzfläche 32 verglichen mit der Berührungsfläche 20. Der geprägte Bereich 22 kompensiert solche Unterschiede der Widerstandserwärmung an der Grenzfläche 32 und der Berührungsfläche 20. Das heißt, der geprägte Bereich 22 minimiert eine verzogene Bildung der Schweißnaht 18 in Richtung der ersten Metallschicht 14 und der dritten Metallschicht 12 und begünstigt stattdessen die Durchdringung der Schweißnaht 18 in die Berührungsfläche 20 hinein durch Erhöhen der Widerstandserwärmung an der Berührungsfläche 20. Demzufolge kann eine gewünschte Fügung, d. h. ein Schmelzen, einer jeden von der ersten Metallschicht 14 und der zweiten Metallschicht 16 an die dritte Metallschicht 12 mithilfe der starken Schweißnaht 18 erreicht werden.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 2 und 3 stellt der geprägte Bereich 22, da der geprägte Bereich 22 rauer ist als die umgebende Berührungsfläche 20, Kontaktpunkte, z. B. Spitzen, mit der dritten Metallschicht 12 bereit. Der vergleichsweise rauere geprägte Bereich 22 widersteht daher dem Fluss des elektrischen Stromes 40, d. h., erhöht den spezifischen Widerstand verglichen mit einem spezifischen Widerstand der Glatt/glatt-Grenzfläche 32 zwischen der ersten Metallschicht 14 und der dritten Metallschicht 12. Solch ein erhöhter spezifischer Widerstand erhöht die Wärme an dem geprägten Bereich 22 während des Widerstandspunktschweißens und begünstigt dadurch die Ausbildung der Schweißnaht 18, sodass sie eine Durchdringung in die Berührungsfläche 20 der zweiten Metallschicht 16 hinein umfasst.
Somit gestattet das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 und -verfahren das Fügen von dicken und dünnen Metallschichten 12, 14, 16 mit verschiedenen Dicken 50, 52, 54. Das Verfahren fügt z. B. Dick-dick-dünn-Metallschichtkombinationen, um das Widerstandspunktschweißerzeugnis 10 zu bilden, welches eine ausgezeichnete Schweißverbindungsfestigkeit und -güte aufweist. Insbesondere der geprägte Bereich 22 der Berührungsfläche 20 optimiert für das Verfahren die Widerstandserwärmung an der Berührungsfläche 20 und erzeugt daher hinreichend Wärme, damit die Schweißnaht 18 die Berührungsfläche 20 der zweiten Metallschicht 16, d. h. der dünnen Metallschicht 16, durchdringt. Das Verfahren ermöglicht das Widerstandspunktschweißen von anspruchsvollen Metallschichtkombinationen wie z. B. Werkstücken mit einem Verhältnis zwischen der ersten Dicke 50 und der zweiten Dicke 52 von mehr als etwa 2:1 und/oder einem Verhältnis zwischen der dritten Dicke 54 und zumindest einer von der ersten Dicke 50 und der zweiten Dicke 52 von mehr als etwa 3:1. Überdies ermöglicht das Verfahren das gleichzeitige Widerstandspunktschweißen einer jeden von der ersten Metallschicht 14, der zweiten Metallschicht 16 und der dritten Metallschicht 12, ohne z. B. Doppelkraftschweißschritte, Elektroden mit unterschiedlicher/n Größe oder Formen und/oder ein anschließendes Schweißen der zweiten Metallschicht 16 an ein Werkstück einschließlich einer zuvor gefügten ersten Metallschicht 14 und dritten Metallschicht 12 zu verwenden. Überdies gestattet das Verfahren das Widerstandspunktschweißen von Widerstandspunktschweißerzeugnissen 10 einschließlich blanker und zinkbeschichteter Metallschichten 12, 14, 16.
Während die besten Arten, die Offenlegung auszuführen, im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich die Offenlegung bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Offenlegung innerhalb des Schutzumfanges der beiliegenden Ansprüche praktisch umzusetzen.

Claims

Widerstandspunktschweißerzeugnis, umfassend: eine erste Metallschicht, die eine erste Dicke aufweist; eine zweite Metallschicht, die eine Berührungsfläche aufweist, welche einen geprägten Bereich definiert, wobei die zweite Metallschicht eine zweite Dicke aufweist, die geringer ist als die erste Dicke, sodass ein Verhältnis zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke mehr als etwa 2:1 beträgt; eine dritte Metallschicht, die zwischen der ersten Metallschicht und dem geprägten Bereich eingefügt ist, wobei die dritte Metallschicht eine dritte Dicke aufweist, die größer ist als die zweite Dicke; und eine Schweißnaht, die jede von der ersten Metallschicht, der dritten Metallschicht und der Berührungsfläche an dem geprägten Bereich durchdringt, um dadurch jede von der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht an die dritte Metallschicht zu fügen.
Widerstandspunktschweißerzeugnis nach Anspruch 1, wobei die dritte Dicke größer ist als die erste Dicke.
Widerstandspunktschweißerzeugnis nach Anspruch 1, wobei die zweite Metallschicht eine zweite Fläche aufweist, die der Berührungsfläche gegenüber beabstandet ist und einen Eindruck definiert, der mit dem geprägten Bereich ausgerichtet ist.
Widerstandspunktschweißerzeugnis nach Anspruch 1, wobei jede von der ersten Metallschicht, der zweiten Metallschicht und der dritten Metallschicht aus einem Kohlenstoff enthaltenden Stahl gebildet ist.
Widerstandspunktschweißerzeugnis nach Anspruch 4, wobei zumindest eine von der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht unbeschichtet ist.
Widerstandspunktschweißerzeugnis nach Anspruch 1, wobei der geprägte Bereich eine Vielzahl von V-förmigen Kerben in der Berührungsfläche definiert.
Widerstandspunktschweißerzeugnis nach Anspruch 1, wobei die Berührungsfläche eine Vielzahl von geprägten Bereichen definiert, die jeweils voneinander beabstandet sind.
Verfahren zum Bilden eines Widerstandspunktschweißerzeugnisses, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine dritte Metallschicht zwischen jeder von einer ersten Metallschicht und einer zweiten Metallschicht eingefügt wird, um dadurch ein Werkstück zu bilden; wobei die zweite Metallschicht eine Berührungsfläche aufweist, die einen geprägten Bereich definiert und benachbart zu der dritten Metallschicht angeordnet ist; wobei die erste Metallschicht eine erste Dicke aufweist, die dritte Metallschicht eine dritte Dicke aufweist und die zweite Metallschicht eine zweite Dicke aufweist, welche geringer ist als jede von der ersten Dicke und der dritten Dicke, sodass ein Verhältnis zwischen der ersten Dicke und der zweiten Dicke mehr als etwa 2:1 beträgt; das Werkstück zwischen jeder von einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode positioniert wird, sodass das Werkstück mit jeder von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in elektrischleitfähiger Beziehung angeordnet ist; und ein elektrischer Strom durch die erste Elektrode hindurch angelegt wird, um gleichzeitig jede von der ersten Metallschicht, der dritten Metallschicht und der Berührungsfläche an dem geprägten Bereich zu schmelzen, um jede von der ersten Metallschicht und der zweiten Metallschicht an die dritte Metallschicht zu fügen und dadurch das Widerstandspunktschweißerzeugnis zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einfügen die dritte Metallschicht benachbart zu und in Kontakt mit jeder von der ersten Metallschicht und der Berührungsfläche anordnet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein Verhältnis zwischen der dritten Dicke und zumindest einer von der ersten Dicke und der zweiten Dicke mehr als etwa 3:1 beträgt.