DE102019111260A1

DE102019111260A1 - Überlappende punktschweissungen für eine verbesserte mechanische leistung und zur reparatur von schweissnähten

Info

Publication number: DE102019111260A1
Application number: DE102019111260.5A
Authority: DE
Inventors: David R. Sigler; Amberlee S. Haselhuhn
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2019-05-01
Publication date: 2019-11-28
Also published as: CN110508993A; US20190358733A1

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen vorgesehen, das überlappende Schweißverbindungen beinhaltet. Das Verfahren kann verwendet werden, um eine abweichende Schweißverbindung zu reparieren oder eine Schweißverbindung zu verstärken. Druck und elektrischer Strom werden zunächst über Schweißflächen von Elektroden an die Werkstücke angelegt, um einen ersten Punktschweißversuch zwischen den ersten und zweiten Werkstücken zu bilden, und dann wird das anfängliche Anlegen von Druck entfernt. Ein anschließendes Anlegen von Druck und Strom wird dann über die Schweißflächen an die Werkstücke angelegt, um eine überlappende Punktschweißverbindung zwischen dem ersten und zweiten Werkstück zu bilden. Die überlappende Punktschweißverbindung überlappt mit dem ersten Versuch einer Punktschweißverbindung. Der erste Punktschweißversuch kann erfolgreich sein oder nicht, sodass die überlappende Schweißverbindung den ersten Schweißversuch entweder repariert oder verstärkt. Die Überlappung der Schweißnähte kann 10-100 % betragen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Das technische Gebiet dieser Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Widerstandspunktschweißen, und insbesondere eine Methodik des Widerstandspunktschweißens von Werkstückstapeln, die eine Überlappungstechnik beinhaltet.
EINLEITUNG
Das Widerstandspunktschweißen ist eine bekannte Fügetechnik, die sich auf den Widerstand gegen den Stromfluss durch überlappende Metallwerkstücke und über deren Passschnittstelle(n) stützt, um die für das Schweißen erforderliche Wärme zu erzeugen. Zum Durchführen eines solchen Schweißverfahrens wird ein Satz gegenüberliegender Punktschweißelektroden an ausgerichteten Punkten auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstückstapels eingespannt, der typischerweise zwei oder drei Metallwerkstücke beinhaltet, die in einer überlappten Konfiguration angeordnet sind. Elektrischer Strom wird dann durch die Metallwerkstücke von einer Schweißelektrode zur anderen geleitet. Der Widerstand gegenüber dem Fluss dieses elektrischen Stroms erzeugt Wärme innerhalb der Metallwerkstücke und an deren Passschnittstelle(n). Wenn der Werkstückstapel ähnliche Metallwerkstücke beinhaltet, wie beispielsweise zwei oder mehr überlappende Stahlwerkstücke oder zwei oder mehr überlappende Aluminiumwerkstücke, erzeugt die erzeugte Wärme ein geschmolzenes Schweißbad, das mit dem Verbrauch der Passschnittstelle(n) wächst und sich somit ganz oder teilweise durch jedes der gestapelten Metallwerkstücke erstreckt. In diesem Zusammenhang trägt jedes der ähnlich zusammengesetzten Metallwerkstücke Material zum aufgeschmolzenen Schmelzbad bei. Nach Beendigung des Durchleitens von elektrischem Strom durch den Werkstückstapel verfestigt sich das geschmolzene Schweißbad zu einer Schweißlinse, die die angrenzenden Stahlwerkstücke schmelzschweißt.
Etwas anders verläuft das Widerstandspunktschweißverfahren, wenn der Werkstückstapel ungleiche metallische Werkstücke beinhaltet. Insbesondere, wenn der Werkstückstapel ein Aluminiumwerkstück und ein Stahlwerkstück beinhaltet, die sich zum Bilden einer Passschnittstelle überlappen und gegenüberliegen, sowie möglicherweise ein oder mehrere flankierende Aluminium- und/oder ein oder mehrere flankierende Stahlwerkstücke (z. B. Aluminium-Aluminium-Stahl, Aluminium-Stahl-Stahl, Aluminium-Aluminium-Aluminium-Stahl, Aluminium-Stahl-Stahl-Stahl), erzeugt die im Massenwerkstückmaterial und an der Passschnittstelle des Aluminium- und Stahlwerkstücks erzeugte Wärme ein Schmelzschweißbad innerhalb des Aluminiumwerkstücks. Die Passfläche des Stahlwerkstücks bleibt fest und intakt, wodurch das Stahlwerkstück aufgrund seines viel höheren Schmelzpunktes nicht schmilzt und sich mit dem Schweißschmelzbad vermischt, obwohl Elemente aus dem Stahlwerkstück, wie beispielsweise Eisen, in das Schweißschmelzbad diffundieren können. Das Schweißschmelzbad benetzt die gegenüberliegende Passfläche des Stahlwerkstücks und verfestigt sich nach Beendigung des Stromflusses zu einer Schweißverbindung, die die beiden ungleichen Werkstücke miteinander verbindet oder lötet.
Das Widerstandspunktschweißen ist eines von wenigen Fügeverfahren, die bei der Herstellung von Mehrkomponentenanordnungen eingesetzt werden können. Die Automobilindustrie sichert beispielsweise derzeit verschiedene Fahrzeugkarosserieelemente (z. B. Karosserieseiten, Querträger, Säulen, Bodenplatten, Dachplatten, Motorraumelemente, Kofferraumelemente usw.) in einer integrierten mehrkomponentigen Karosseriestruktur, die oft als Rohkarosserie bezeichnet wird und die nachträgliche Montage verschiedener Fahrzeugverschlusselemente (z. B. Türen, Hauben, Kofferraumdeckel, Heckklappen usw.) unterstützt. In jüngster Zeit wurde im Bestreben, leichtere Materialien in eine Fahrzeugkarosseriestruktur zu integrieren, die wiederum den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs erhöhen kann, an der strategischen Integration sowohl von Aluminiumwerkstücken als auch von Stahlwerkstücken in die Rohkarosserie eingearbeitet. Ein typischer Prozess zur strukturellen Sicherung der Rohkarosserie besteht zunächst in der Positionierung und Abstützung der Karosserieteile zueinander, genau wie in der endgültigen Rohkarosseriestruktur vorgesehen. Die zu verbindenden Fahrzeugkarosserieelemente werden so aufeinander gelegt oder befestigt, dass sich Flansche oder andere Verbindungsbereiche der Karosserieelemente überlappen, um einen Werkstückstapel von zwei oder mehr überlappenden Werkstücken zu bilden. Wenn die Befestigung von Fahrzeugkarosserieelementen Werkstückstapel mit verschiedenen Kombinationen von Metallwerkstücken beinhaltet, werden die Werkstückstapel auch mit selbststanzenden Nieten verbunden, obwohl die neuesten technologischen Fortschritte das Widerstandspunktschweißen als praktikable und zuverlässige Option erscheinen lassen. Das Bilden von Schweißpunkten und das Installieren von Stanznieten erfolgt durch Schweiß- und Nietzangen entsprechend einer programmierten und abgestimmten Reihenfolge, bis alle Karosserieteile gesichert sind. Der Gesamtmontageprozess wird an einer Fertigungslinie immer wieder wiederholt mit dem Ziel, Karosseriestrukturen mit einer akzeptablen Ausbringungsrate bei minimalen unnötigen Ausfallzeiten kontinuierlich herzustellen.
Die Initiative zur Entwicklung des Ansatzes zum Widerstandspunktschweißen, der die verschiedenen Kombinationen von Metallwerkstücken, die in einer Rohkarosserie zu finden sind, erfolgreich punktschweißen kann, hat in jüngster Zeit an Bedeutung gewonnen, da ein derartiger Ansatz die Notwendigkeit, teure, gewichtserhöhende und mühsam zu installierende Nieten (und die dazugehörigen Nietzangen) während der Konstruktion der Rohkarosserie zu verwenden, erheblich reduzieren oder ganz beseitigen könnte. Allerdings stellt das Punktschweißen von verschiedenen Kombinationen von Metallwerkstücken, die in einem Werkstückstapel präsentiert werden können, eine Herausforderung dar. Zum einen sind die Schmelzbereiche für Aluminiumlegierungen und Stahlwerkstoffe sehr unterschiedlich, d. h. etwa 900 °C voneinander entfernt, was zu einer Aluminiumschmelze führt, während der Stahl fest bleibt und entlang der Passschnittstelle eine Verfestigungsporosität erzeugen kann, welche die Verbindung schwächt. Zum anderen bilden Aluminium und Stahl an der Passschnittstelle eine Reihe von spröden intermetallischen Verbindungen, die bei übermäßiger Dicke die Verbindung schwächen können. Drittens stört die Oxidschicht auf Aluminium den Stromfluss und kann in die wachsende Aluminium-Schweißlinse integriert werden, die eine Reihe von Mikrorissen entlang der Passschnittstelle erzeugt, welche die Verbindung schwächt. Diese Herausforderungen erschweren die Herstellung starker Verbindungen, sodass selbst solide Al-Stahl-Nähte schwächer sein können als Al-Al-Gegenstücke. In einigen Fällen brechen Al-Stahl-Nähte sogar auseinander und werden ungenau, und die Werkstücke werden verworfen.
KURZDARSTELLUNG
Es ist ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen vorgesehen, welches das Durchführen von überlappenden Punktschweißungen zur Verstärkung der Schweißverbindungen und/oder zur Reparatur von abweichenden Schweißnähten beinhaltet. Somit kann eine Werkstückstapelanordnung miteinander verschweißt werden, die eine Vielzahl von überlappenden Schweißverbindungen beinhaltet. Bisher wurde angenommen, dass aufgrund der vorstehend beschriebenen Herausforderungen das Erzeugen von überlappenden Schweißverbindungen dazu führen würde, dass die Verbindungen uneinheitlich werden und nicht halten, weshalb eine solche Überlappung der Schweißverbindungen angegangen wurde.
In einer Form, die mit den anderen hierin offenbarten Formen kombiniert oder getrennt werden kann, ist ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen von Werkstückstapeln vorgesehen, welches das Bereitstellen eines ersten Metallwerkstücks und das Bereitstellen eines zweiten Metallwerkstücks angrenzend an das erste Werkstück beinhaltet. Das Verfahren umfasst ferner das Bereitstellen eines Satzes von gegenüberliegenden Schweißelektroden, der eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode beinhaltet. Die ersten und zweiten Elektroden weisen jeweils Schweißflächen auf. Die erste Elektrode ist zunächst auf einer Seite des ersten Werkstücks in einer ersten relativen Position zwischen dem Satz von Elektroden und den Werkstücken angeordnet, und die zweite Elektrode ist zunächst auf einer Seite des zweiten Werkstücks in der ersten relativen Position zwischen dem Satz von Elektroden und den Werkstücken angeordnet. Das Verfahren beinhaltet das Aufbringen eines anfänglichen Drucks auf die Werkstücke über die Schweißflächen des Elektrodensatzes in der ersten relativen Position zwischen dem Elektrodensatz und den Werkstücken und das Durchleiten von Strom zwischen den Elektroden, um die Werkstücke zu erwärmen und einen ersten Versuch einer Punktschweißverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück zu bilden. Nach dem Aufbringen des ersten Drucks auf die Werkstücke über die Schweißnaht beinhaltet das Verfahren das Entfernen des ersten Drucks. Das Verfahren beinhaltet dann das Aufbringen eines nachfolgenden Drucks auf die Werkstücke über die Schweißflächen des Elektrodensatzes und das Durchleiten von Strom zwischen den Elektroden zum Erwärmen der Werkstücke, um eine überlappende Punktschweißverbindung zwischen dem ersten und zweiten Werkstück zu bilden. Die überlappende Punktschweißverbindung überlappt mit dem ersten Versuch einer Punktschweißverbindung.
In einer anderen Form, die mit den anderen hierin offenbarten Formen kombiniert oder getrennt werden kann, ist eine punktgeschweißte Werkstückanordnung vorgesehen, die ein erstes Metallwerkstück und ein zweites punktgeschweißtes Metallwerkstück mit dem ersten Werkstück durch eine Vielzahl von überlappenden Punktschweißverbindungen beinhaltet. Jede überlappende Punktschweißverbindung überlappt mit einer weiteren überlappenden Punktschweißverbindung um 10-100 %.
In noch einer weiteren Form, die mit den anderen hierin offenbarten Formen kombiniert oder getrennt werden kann, wird ein Verfahren zum Reparieren einer ungleichmäßigen Schweißverbindung oder Schweißnaht bereitgestellt, die bekannt ist oder von der angenommen wird, dass sie schwach ist. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines ersten Metallwerkstücks und das Bereitstellen eines zweiten Metallwerkstücks angrenzend an das erste Werkstück. Das erste Werkstück weist einen ersten Schweißeindruck darin auf, der aus einem früheren Punktschweißversuch zwischen dem ersten und zweiten Werkstück gebildet wurde. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen einer ersten Elektrode angrenzend an den ersten Schweißeindruck, der im ersten Werkstück gebildet wird. Jede der ersten und zweiten Elektroden weisen eine Schweißfläche auf. Das Verfahren beinhaltet das Aufbringen von Druck auf die Werkstücke über die Schweißflächen des Satzes von Elektroden, das Pressen der ersten Elektrode in einen Kontaktpunkt auf dem ersten Werkstück, der mit dem ersten Schweißeindruck überlappt, und das Durchleiten von Strom durch die Werkstücke über die Elektroden, um eine reparierte Punktschweißverbindung zwischen dem ersten und zweiten Werkstück herzustellen.
Es können zusätzliche Merkmale vorgesehen werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Folgendes: das zweite Werkstück wird aus einer Stahllegierung gebildet; das erste Werkstück wird aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet; worin der anfängliche Punktschweißungsversuch zu einer ungleichmäßigen Schweißnaht führt, Durchführen des Schrittes des Aufbringens des nachfolgenden Drucks in der ersten relativen Position; Durchführen des Schrittes des Aufbringens des nachfolgenden Drucks in einer zweiten relativen Position zwischen dem Satz von Elektroden und dem Werkstück, wobei sich die zweite relative Position von der ersten relativen Position unterscheidet; und Abwarten einer Zeitspanne, wie beispielsweise mindestens drei Sekunden, nach dem Schritt des Aufbringens des anfänglichen Drucks auf die Werkstücke und vor dem Ausführen des Schrittes des nachfolgenden Aufbringens des Drucks auf die Werkstücke.
Weitere zusätzliche Merkmale können vorgesehen werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Folgenden: Kontaktieren des ersten Werkstücks mit der ersten Schweißfläche während der ersten Druckbeaufschlagung; Entfernen des Kontakts zwischen der ersten Schweißfläche und dem ersten Werkstück während des Schrittes zum Entfernen der ersten Druckbeaufschlagung; Kontaktieren des ersten Werkstücks mit der ersten Schweißfläche während der nachfolgenden Druckbeaufschlagung; worin die Schritte des Erwärmens der Werkstücke durch das Durchleiten von Strom durch die Werkstücke über die Elektroden erreicht werden; wobei die überlappende Punktschweißverbindung mit dem anfänglichen Punktschweißversuch um 95-100 % überlappt; wobei die Schweißlinse, die durch die überlappende Punktschweißverbindung gebildet wird, mit der durch den anfänglichen Punktschweißversuch gebildeten Linse um 10-75 %, beispielsweise an der Passfläche, überlappt; wobei die durch die überlappende Punktschweißverbindung gebildete Linse mit der durch den anfänglichen Punktschweißversuch gebildeten Linse um 25-50 % überlappt; wobei der erste Punktschweißversuch zu einer ersten Punktschweißverbindung führt, die das erste Werkstück mit dem zweiten Werkstück verbindet; wobei die überlappende Punktschweißverbindung das erste Werkstück mit dem zweiten Werkstück weiter verbindet; wobei die überlappende Punktschweißverbindung eine zweite Punktschweißverbindung ist; wobei nach dem Durchleiten von Strom durch die Werkstücke über die ersten und zweiten Elektroden in der zweiten relativen Position zwischen dem Satz von Elektroden und den Werkstücken, dem Durchleiten von Strom durch die Werkstücke über die ersten und zweiten Elektroden und dem Aufbringen von Druck auf die Werkstücke über die Schweißflächen des Satzes von Elektroden in einer dritten relativen Position zwischen dem Satz von Elektroden und den Werkstücken, um eine dritte Punktschweißverbindung zwischen den ersten und zweiten Werkstücken herzustellen; wobei sich die dritte relative Position zwischen dem Satz von Elektroden und den Werkstücken von jeder der ersten und zweiten relativen Positionen zwischen dem Satz von Elektroden und den Werkstücken unterscheidet; wobei die dritte überlappende Punktschweißverbindung mit der zweiten Punktschweißverbindung überlappt, sodass die anfängliche Punktschweißverbindung, die zweite Punktschweißverbindung und die dritte Punktschweißverbindung eine kontinuierliche Schweißverbindung zwischen den ersten und zweiten Werkstücken bilden; wobei jede der Schweißnahtflächen oxidbrechende strukturelle Merkmale umfasst, wobei die oxidbrechenden strukturellen Merkmale in Form eines oder einer Kombination einer Reihe von hochstehenden kreisförmigen Stegen, einer Reihe von vertieften kreisförmigen Nuten und einer Mikrotextur vorliegen; Anordnen eines metallischen dritten Werkstücks zwischen den ersten und zweiten Werkstücken; wobei das dritte Werkstück durch die überlappende Punktschweißverbindung mit den ersten und zweiten Werkstücken punktgeschweißt ist; wobei das dritte Werkstück zwischen den aus einer Stahllegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildeten Werkstücken mindestens drei überlappende Punktschweißverbindungen bereitstellt, die eine kontinuierliche Schweißverbindung zwischen den ersten und zweiten Werkstücken bilden; das Ausbilden einer reparierten Schweißnaht am ersten Werkstück; und wobei die reparierten Schweißnähte mit einer anfänglichen Schweißnaht um 95-100 % überlappen.
Die vorstehend genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile werden für Fachleute aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen offensichtlich.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine mehrkomponentige integrierte Anordnung in Form einer Automobil-Rohkarosserie veranschaulicht, die aus einer Halterung einzelner Karosserieelemente durch eine Vielzahl von Punktschweißungen, einschließlich einer oder mehrerer überlappender Punktschweißungen, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden werden kann;
2 ist eine Endansicht eines Werkstückstapels, der mindestens ein erstes Metallwerkstück und ein zweites Metallwerkstück zum Punktschweißen als Teil der Gesamtkonstruktion der in 1 abgebildeten mehrteiligen integrierten Anordnung beinhaltet, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung auch für eine Vielzahl anderer Anordnungen anwendbar ist;
2A ist eine Endansicht einer anderen Variation eines Werkstückstapels, der mindestens drei Metallwerkstücke zum Punktschweißen als Teil der Gesamtkonstruktion der in 1 abgebildeten mehrteiligen integrierten Anordnung beinhaltet, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung auch für eine Vielzahl anderer Anordnungen anwendbar ist,
2B ist eine Endansicht noch einer anderen Variation eines Werkstückstapels, der mindestens vier Metallwerkstücke zum Punktschweißen als Teil der Gesamtkonstruktion der in 1 abgebildeten mehrteiligen integrierten Anordnung beinhaltet, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung auch für eine Vielzahl anderer Anordnungen anwendbar ist,
3 ist eine schematische Seitenansicht, die eine teilweise schematische Ansicht einer Schweißzange veranschaulicht, die einen Satz gegenüberliegender Schweißelektroden trägt und zum Punktschweißen konfiguriert ist, um Werkstückstapel miteinander durch Punktschweißen zu verbinden, wie beispielsweise die in den 2-2B veranschaulichten Werkstückstapel gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Schweißelektrode, die eine Mehrfach-Ringkuppel-(MRD)-Schweißelektrodenkonstruktion verkörpert und eine Möglichkeit für die Struktur jeder der gegenüberliegenden Schweißelektroden darstellt, die von der in 3 dargestellten Schweißzange getragen wird, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine Abfolge von Querschnittsansichten eines Werkstückstapels, welche die Bildung einer ersten Aluminium-Stahl-Punktschweißung mit Schweißelektroden, wie beispielsweise in den 3-4 dargestellt, und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt;
6 ist eine Abfolge von Querschnittsansichten eines Werkstückstapels, welche die Bildung einer überlappenden Aluminium-Stahl-Punktschweißung nach der Bildung der ersten Punktschweißung von 5, beispielsweise mit Schweißelektroden, wie in den 3-4 dargestellt, und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zeigt;
7 ist eine Draufsicht, die eine Vielzahl von überlappenden Schweißeindrücken von überlappenden Punktschweißverbindungen, wie beispielsweise die überlappenden Punktschweißverbindungen von 6, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
8 ist eine Draufsicht, die eine Vielzahl von überlappenden Schweißeindrücken von überlappenden Punktschweißverbindungen veranschaulicht, die eine kontinuierliche Schweißnaht bilden, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
9 ist eine abgezogene Abfolge von Draufsichten eines Werkstücks, die das Werkstück zeigen, wenn ein anfänglicher abweichender Schweißnahtversuch durchgeführt wird und wenn eine gute Schweißnaht gebildet wird, wobei die Bildung der guten Schweißnaht im Wesentlichen zu 100 % mit dem anfänglichen abweichenden Schweißnahtversuch überlappt wurde, beispielsweise mit Schweißelektroden, wie in den 3-4 veranschaulicht, und dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung, wobei eine Aluminiumschicht abgezogen wurde, um Schweißmarkierungen an der Passfläche einer darunterliegenden Stahlschicht gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird ein Verfahren offenbart, welches das Widerstandspunktschweißen durch Überlappen einer Anzahl von Schweißverbindungen zur Verstärkung und/oder Reparatur von Punktschweißverbindungen beinhaltet. Eine resultierende Werkstückanordnung wird ebenfalls offenbart, die überlappende Schweißverbindungen beinhaltet.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine mehrkomponentige integrierte Anordnung 10 in Form einer Rohkarosserie bei der Herstellung eines Automobils veranschaulicht. Die Mehrkomponenten-Rohkarosserieanordnung 10 beinhaltet eine Dachhaut 12, Rückseitenverkleidungen 14, eine Kofferraumrückwand 16, A-Säulen 18, B-Säulen 20 und Bodenelemente 22 und die zugehörige Unterbodenstruktur, neben anderen Fahrzeugkarosserieelementen. Bestimmte dieser Fahrzeugkarosserieelemente können aus einem Aluminiumwerkstück gebildet sein, wie beispielsweise die Dach- und Viertelplatten 12, 14 und die Kofferraumwand 16, und bestimmte der anderen Fahrzeugkarosserieelemente können aus einem Stahlwerkstück gebildet sein, wie beispielsweise die A- und B-Säulen 18, 20 und die Bodenelemente 22.
Vor der Befestigung aneinander in der einheitlichen, integrierten Karosserieanordnung 10 werden die verschiedenen Karosserieelemente 12, 14, 16, 18, 20, 22 durch eine oder mehrere Vorrichtungen gegeneinander positioniert und abgestützt. Dabei werden Flansche oder andere Verbindungsbereiche der Karosserieelemente 12, 14, 16, 18, 20, 22 in einer überlappten Konfiguration mit entsprechenden Flanschen oder Verbindungsbereichen anderer Karosserieelemente angeordnet, um eine Vielzahl von Werkstückstapel mit zweiseitigem Zugang bereitzustellen, wobei eine oder mehrere Widerstandspunktschweißungen gebildet werden können, um die Karosserieelemente miteinander zu verbinden, die zu jedem einzelnen Stapelaufbau beitragen. Einige der hergestellten Werkstückstapel können ähnliche Metallwerkstücke beinhalten, d. h. alle Aluminiumwerkstücke oder alle Stahlwerkstücke, während einige der Stapel eine Kombination aus Aluminium und Stahlwerkstücken beinhalten können. Ein organisches Zwischenmaterial, wie beispielsweise ein Durchschweißklebstoff oder ein Dichtungsmittel, kann bei Bedarf zwischen den überlappten Werkstücken in jedem Stapel integriert werden.
In 2 ist ein Werkstückstapel 24 dargestellt, der die verschiedenen Kategorien von Werkstückstapeln repräsentiert, die zum Punktschweißen als Teil der Gesamtkonstruktion der Mehrkomponenten-Rohkarosserie 10 festgelegt sind. Der Werkstückstapel 24 weist eine erste Seite 26 und eine zweite Seite 28 auf und beinhaltet mindestens ein erstes Metallwerkstück 30 und ein angrenzendes, überlappendes zweites Metallwerkstück 32. Das erste Metallwerkstück 30 stellt die erste Seite 26 des Stapels 24 und das zweite Metallwerkstück 32 stellt die zweite Seite 28 dar. Jede der ersten und zweiten Seiten 26, 28 ist für eine Punktschweißelektrode zugänglich, sodass der Werkstückstapel 24 zwischen zwei gegenüberliegenden Punktschweißelektroden an einer Schweißstelle WS eingespannt werden kann. In einigen Implementierungen beinhaltet der Werkstückstapel 24 nur die ersten und zweiten Metallwerkstücke 30, 32 (ein „2T“-Stapel). In anderen Implementierungen kann ein drittes Metallwerkstück 34 zwischen dem ersten und zweiten Metallwerkstück 30, 32 positioniert werden und sich durch die Schweißstelle WS (einen „3T“-Stapel) erstrecken, wie in 2A dargestellt. Noch weiter kann in anderen Implementierungen ein viertes Metallwerkstück 36 zwischen dem ersten und zweiten Metallwerkstück 30, 32 positioniert werden und sich zusammen mit dem dritten Metallwerkstück 34 (einen „4T“-Stapel) durch die Schweißstelle WS erstrecken, wie in 2B dargestellt. Weitere zusätzliche Werkstücke können bei Bedarf in den Stapel aufgenommen werden, wobei Aluminiumbleche nebeneinander und Stahlbleche nebeneinander gestapelt werden.
Unter Bezugnahme auf 2 kann das zweite Werkstück 32 aus Stahl gebildet sein und das erste Werkstück 30 kann beispielsweise aus unlegiertem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet sein. Wenn die Aluminiumlegierung beispielsweise legiert ist, kann sie mindestens 85 Gew.-% Aluminium beinhalten. Das unlegierte Werkstück 30 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung kann entweder beschichtet oder unbeschichtet sein. Einige namhafte Aluminiumlegierungen, die das beschichtete oder unbeschichtete Aluminiumsubstrat ausmachen können, sind eine Aluminium-Magnesium-Legierung, eine Aluminium-Silicium-Legierung, eine Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierung oder eine Aluminium-Zink-Legierung. Wenn beschichtet, kann das Aluminiumsubstrat eine Oberflächenschicht aus einem feuerfesten Oxidmaterial (nativ und/oder bei der Herstellung unter Einwirkung von Hochtemperaturen, z. B. Walzzunder, hergestellt) umfassend Aluminiumoxid-Verbindungen und gegebenenfalls andere Oxid-Verbindungen als auch Magnesiumoxid-Verbindungen beinhalten, wenn das Aluminiumsubstrat eine Aluminium-Magnesium-Legierung ist. Das Aluminiumsubstrat kann auch mit einer Schicht aus Zink, Zinn oder einer Metalloxid-Passivierungsbeschichtung aus Oxiden von Titan, Zirkonium, Chrom oder Silicium bestehen, wie beispielsweise beschrieben in der US-Pat. Pub. Nr. 2014/0360986 . Die Oberflächenschicht kann eine Dicke von 1 nm bis 10 µm aufweisen und kann auf jeder Seite des Aluminiumsubstrats vorhanden sein. Das Aluminiumwerkstück 30 kann eine Dicke im Bereich von 0,3 mm bis 6,0 mm oder enger von 0,5 mm bis 3,0 mm aufweisen, zumindest an der Schweißstelle WS.
Aluminiumwerkstück 30 kann in geschmiedeter oder gegossener Form bereitgestellt werden. Das Werkstück 30 kann beispielsweise aus einer Schicht aus einer Aluminiumknetlegierung der Serie 3XXX, 4xxx, 5xxx, 6xxx, oder 7xxx als Strangpressstück, Schmiedestück oder einem anderen bearbeiteten Teil bestehen. Alternativ kann das Werkstück 30 aus einem Aluminiumlegierungsgussstück der Serie 4xx.x, 5xx.x, 6xx.x oder 7xx.x bestehen. Einige spezifischere Arten von Aluminiumlegierungen, die verwendet werden können, sind unter anderem, aber ohne Einschränkung, die AA5754- und AA5182 - Aluminium-Magnesium-Legierung, die AA6111- und AA6022-Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung, die AA7003-und AA7055-Aluminium-Zink-Legierung sowie die Aluminiumdruckgusslegierung A1-10Si-Mg. Das Aluminiumwerkstück 30 kann ferner zu einer Vielzahl von Zuständen weiter verarbeitet werden einschließlich getempert (O), kaltverfestigt (H) und lösungsgeglüht (T), falls gewünscht. Wenn mehr als ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungswerkstück 30 im Werkstückstapel 24 vorhanden ist, können die Werkstücke in Bezug auf ihre Zusammensetzung, Dicke und/oder Form (z. B. geschmiedet oder gegossen) gleich oder unterschiedlich sein.
Das Stahlwerkstück 32, das in den Werkstückstapel 24 aufgenommen werden kann, enthält ein Stahlsubstrat mit einer breiten Vielfalt von Festigkeiten und Graden, das entweder beschichtet oder unbeschichtet ist. Das Stahlsubstrat kann heißgerollt oder kaltgerollt sein und kann aus Baustahl, IF-Stahl (Interstitial-Free), einbrennhärtbarem Stahl, hochfestem niedriglegiertem (HSLA)-Stahl, Zweiphasen-Stahl (DP), Komplexphasen-Stahl (CP), martensitischem (MART)-Stahl, TRIP-Stahl (TRIP - Transformation-Induced Plasticity), TWIP-Stahl (Twining-Induced Plasticity) und Borstahl, als wenn das Stahlwerkstück pressgehärteten Stahl (PHS) beinhaltete, bestehen. Wenn beschichtet, beinhaltet das Stahlsubstrat vorzugsweise eine Oberflächenschicht aus Zink (z. B. Heißtauch-galvanisiert oder elektrogalvanisch verzinkt), eine Zink-Eisen-Legierung (z. B. galvanisierungsgeglüht oder galvanisch abgeschieden), eine Zink-Nickel-Legierung, Nickel, Aluminium, eine Aluminium-Magnesium-Legierung, eine Aluminium-Zink-Legierung oder eine Aluminium-Silizium-Legierung, von denen jede beliebige eine Dicke von bis zu 50 µm aufweisen kann und die auf jeder Seite des Stahlsubstrats vorhanden sein kann. Das Stahlwerkstück 34 kann eine Dicke im Bereich von 0,3 mm bis 6,0 mm oder enger von 0,6 mm bis 2,5 mm aufweisen, zumindest an der Schweißstelle WS.
Wenn der Werkstückstapel 24 die ersten, zweiten und dritten Metallwerkstücke 30, 34, 32, wie in 2A dargestellt, beinhaltet, können zwei der angrenzenden Metallwerkstücke 30, 34, 32 Aluminiumwerkstücke sein und das andere Metallwerkstück kann ein Stahlwerkstück sein, oder zwei der angrenzenden Metallwerkstücke 30, 34, 32 können Stahlwerkstücke sein und das andere Metallwerkstück kann ein Aluminiumwerkstück sein.
Schließlich, wenn der Werkstückstapel 24 die ersten, zweiten, dritten und vierten Metallwerkstücke 30, 34, 36, 32 beinhaltet, wie in 2B dargestellt, können zwei der angrenzenden Metallwerkstücke 30, 34, 36, 32 Aluminiumwerkstücke und die anderen beiden angrenzenden Metallwerkstücke Stahlwerkstücke sein, drei der angrenzenden Metallwerkstücke 30, 34, 36, 32 können Aluminiumwerkstücke und das andere Metallwerkstück kann ein Stahlwerkstück sein, oder drei der angrenzenden Metallwerkstücke 30, 34, 36, 32 können Stahlwerkstücke und das andere Metallwerkstück kann ein Aluminiumwerkstück sein.
Unter jetztiger Bezugnahme auf 3 kann eine Schweißzange 40 in den verschiedenen zusammengebauten Werkstückstapeln 24 der Rohkarosserieanordnung 10 Punktschweißungen bilden, um ihre einzelnen Metallwerkstücke miteinander zu verbinden. Die Schweißzange 40 trägt eine erste Schweißelektrode 42 und eine gegenüberliegende zweite Schweißelektrode 44. Wie hierin verwendet, wird eine „Schweißnaht“, „geschweißt“ oder „Schweißen“ mit Bezug auf ein Widerstandspunktschweißverfahren verwendet, bei dem angrenzende Werkstücke erwärmt werden, indem ein elektrischer Strom zum resistiven Erwärmen angrenzender Werkstücke geleitet wird, bis mindestens eines der Werkstücke an einer Passschnittstelle schmilzt, um die angrenzenden Werkstücke miteinander zu verbinden. Ebenso wird der Begriff „Punktschweißung“ auch hier als Oberbegriff verwendet, welcher die Schweißlinsenstruktur umfasst, wobei mittels Schmelzschweißung überlappende Aluminiumwerkstücke oder überlappende Stahlwerkstücke miteinander verschweißt werden, sowie eine Schweißverbindungsstruktur, die ein Aluminiumwerkstück und ein angrenzendes überlappendes Stahlwerkstück an jeder Schweißstelle WS, an der das Punktschweißen durchgeführt wird, miteinander verbindet oder lötet.
Die ersten und zweiten Schweißelektroden 42, 44 sind mechanisch und elektrisch mit der Schweißzange 40 gekoppelt, die das Bilden einer schnellen Folge von Punktschweißungen unterstützen kann. Die Schweißzange 40 kann beispielsweise eine C-Zange oder eine X-Zange oder ein anderer Typ sein. Eine am Boden montierte Standfuß-Schweißzange kann verwendet werden, wenn die Teile ausreichend klein sind, zum Handhaben durch einen Roboter, ansonsten kann die Schweißzange 40 an einem Roboter montiert werden, der in der Lage ist, sie in und um die Befestigung von Karosserieteilen zu bewegen, um Zugang zu den Werkstückstapeln 24 zu erhalten. Zusätzlich, wie hier schematisch veranschaulicht, kann die Schweißzange 40 einer Stromversorgung 46 zugeordnet werden, die elektrischen Strom zwischen den Schweißelektroden 42, 44 gemäß einem oder mehreren programmierten Schweißplänen bereitstellt, verwaltet durch eine Schweißsteuerung 48. Die Schweißzange 40 kann auch mit Kühlmittelschläuchen und zugeordneter Steuerausrüstung zum Bereitstellen eines Kühlfluids wie Wasser an jeder der Schweißelektroden 42, 44 während des Punktschweißens ausgerüstet sein, um die Temperatur der Elektroden 42, 44 zu steuern.
Die Schweißzange 40 beinhaltet einen ersten Zangenarm 50 und einen zweiten Zangenarm 52. Der erste Zangenarm 50 ist in einen ersten Schaft 54 eingepasst, der die erste Schweißelektrode 42 hält und sichert und der zweite Zangenarm 52 ist in einen zweiten Schaft 56 eingepasst, der eine zweite Schweißelektrode 44 hält und sichert. Die gesicherte Halterung der Schweißelektroden 42, 44 an ihren jeweiligen Schäften 54, 56 kann über Schaftadapter 58, 60 erreicht werden, die an den axialen freien Enden der Schäfte 54, 56 angeordnet sind. Bezüglich ihrer Positionierung bezogen auf den Werkstückstapel 24 ist die erste Schweißelektrode 42 zum Kontakt mit der ersten Seite 26 des Stapels 24 und die zweite Schweißelektrode 44 zum Kontakt mit der zweiten Seite 28 des Stapels 24 positioniert. Die ersten und zweiten Schweißzangenarme 50, 52 sind zum Zusammenführen oder Drücken der Schweißelektroden 42, 44 aufeinander zu betreibbar und um eine Klemmkraft auf den Werkstückstapel 24 an der Schweißstelle aufzubringen, sobald die Elektroden 42, 44 in Kontakt mit ihren jeweiligen Werkstückstapelseiten 26, 28 gebracht wurden.
Jede der ersten und zweiten Schweißelektroden 42, 44 kann als mehrreihig gewölbte („MRD“) Schweißelektrode aufgebaut sein und ist aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise einer Kupferlegierung, gebildet sein. Ein konkretes Beispiel einer geeigneten Kupferlegierung ist eine C15000-Zirkonium-Kupfer-Legierung (CuZr), die 0,10 Gew.-% bis zu 0,20 Gew.-% Zirkonium und Kupfer als Saldomaterial enthält. Andere Kupfermaterialien können verwendet werden, einschließlich beispielsweise einer C18200-Kupfer-Chrom-Legierung (CuCr), die 0,6 Gew.-% bis 1,2 Gew.-% Chrom und das Saldomaterial Kupfer beinhaltet; einer C18150-Kupfer-Chrom-Zirkonium-Legierung (CuCrZr), die 0,5 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Chrom, 0,02 Gew.-% bis 0,20 Gew.-% Zirkonium und das Saldomaterial Kupfer beinhaltet; oder einem dispersionsverstärkten Kupfermaterial, wie beispielsweise Kupfer mit einer Aluminiumoxiddispersion. Weiterhin können auch andere Zusammensetzungen mit geeigneten mechanischen und elektrischen/thermischen Leitfähigkeitseigenschaften verwendet werden, einschließlich widerstandsfähigerer Elektroden, die aus einem hochschmelzenden Metall (z. B. Molybdän oder Wolfram) oder einem hochschmelzenden Metallverbund (z. B. Wolfram-Kupfer) bestehen.
Die erste Schweißelektrode 42 beinhaltet einen Elektrodenkörper 62 und eine erste Schweißfläche 64 und ebenso beinhaltet die zweite Schweißelektrode 44 einen Elektrodenkörper 66 und eine zweite Schweißfläche 68. Die Schweißflächen 64, 68 der ersten und zweiten Schweißelektroden 42, 44 sind die Abschnitte der Elektroden 42, 44, die gegen die gegenüberliegenden Seiten 26, 28 des Werkstückstapels 24 gedrückt und eingeprägt werden, um elektrischen Strom hindurch zu leiten, während in jedem Fall die Schweißzange 40 zum Durchführen des Punktschweißens betrieben wird.
Unter Bezugnahme auf 4 werden die ersten Schweißelektroden 42 näher veranschaulicht, und es ist zu verstehen, dass die Schweißelektrode 44 mit der Schweißelektrode 42 identisch oder von der Elektrode 42 verschieden sein kann. Der Elektrodenkörper 62 der MRD-Schweißelektrode 42 ist vorzugsweise zylindrisch geformt und beinhaltet ein Stirnende 70 mit einem Umfang 72. Die Schweißfläche 64 ist auf der Stirnseite 70 des Elektrodenkörpers 62 angeordnet und hat einen Umfang 76, der deckungsgleich mit dem Umfang 72 der Stirnseite 70 des Körpers 62 (als „Vollflächenelektrode“) oder oben vom Umfang 72 der Stirnseite 70 durch eine Übergangsnase 78 mit kegelstumpfförmiger oder verkürzter Kugelform versetzt ist. In seiner Form beinhaltet die Schweißfläche 64 eine Basisschweißflächen-Oberfläche 80, die konvex gewölbt ist, und eine Reihe von aufrecht stehenden kreisförmigen Stegen 82 sind, die von der Basis-Schweißflächen-Oberfläche 80 nach außen vorstehen. Unter den relativ hohen Belastungen, die der Schweißelektrode 42 beim Punktschweißen auferlegt werden, ermöglichen diese kreisförmigen Stege 82 der MRD-Schweißelektrode 42 einen guten mechanischen und elektrischen Kontakt mit einer Aluminium-Werkstückoberfläche durch Beanspruchung und Bruch der mechanisch zähen und elektrisch isolierenden feuerfesten Oxidschicht, die typischerweise in einem Aluminiumwerkstück über dem Aluminiumsubstrat vorhanden ist, wobei sie die Stromverbindung in und durch ein Stahlwerkstück nicht wesentlich stören. Die Reihe der aufrecht stehenden kreisförmigen Stege 82 wird vorzugsweise um eine Mittelachse 84 der Schweißfläche 64 zentriert und umgeben diese. Die Basis-Schweißflächen-Oberfläche 80, von der aus die Stege 82 nach außen ragen, besteht zu 50 % oder mehr, vorzugsweise zwischen 50 % und 80 % aus der Gesamtoberfläche der Schweißfläche 64. Die verbleibende Oberfläche wird der Reihe der aufrecht stehenden kreisförmigen Stege 82 zugeordnet, die vorzugsweise zwischen zwei Stegen und zehn Stegen oder genauer gesagt zwischen drei und fünf Stegen liegen.
Alternativ zu den aufrecht stehenden kreisförmigen Stegen 82 können die oxidbrechenden strukturellen Merkmale, die auf der Schweißnaht 64, 68 einer der Schweißelektroden 42, 44 vorhanden sind, eine Reihe von vertieften kreisförmigen Nuten oder eine Mikrotextur beinhalten, die zufällige dreidimensionale Spitzen und Mulden umfasst. Ebenso können andere Konfigurationen der Schweißfläche 64, 68 verwendet werden. Einige derartige Variationen sind im U.S. Pat. Anmeld. Pub. Nr. 2017/0304928 dargestellt, auf die hiermit in vollem Umfang Bezug genommen wird.
Die Reihe der aufrecht stehenden kreisförmigen Stege 82 oder andere Oberflächenmerkmale können die mechanisch zähe und elektrisch isolierende feuerfeste Oxid-Oberflächenschicht, die oft die Oberfläche eines Aluminiumwerkstücks 30 bedeckt, dehnen und brechen, wodurch der mechanische Abbau der Oxidschicht verursacht wird, was dazu beiträgt, einen guten mechanischen, elektrischen und thermischen Kontakt zwischen der Schweißfläche 64 und dem Aluminiumwerkstück 30 herzustellen. Die Stege 82 (oder andere Oberflächenmerkmale) erfüllen keine besondere Funktion, wenn sie mit einem Stahlwerkstück 32 in Kontakt gebracht werden, wobei die Stege 82 bei den Temperaturen, die beim Schweißen im Stahlwerkstück 32 erreicht werden, schnell plastisch verformt und abgeflacht, aber nicht vollständig beseitigt werden. Die gewölbte Form der Schweißfläche 68 ist das Merkmal, das es der Schweißelektrode 44 ermöglicht, Strom und Wärme innerhalb des Stahlwerkstücks 32 nach Bedarf zu bündeln, um eine Aluminium-Stahl-Punktschweißung zu bilden.
Unter Bezugnahme auf 3 ist die Schweißzange 40 betreibbar, um elektrischen Strom zwischen den faktisch ausgerichteten Schweißflächen 64, 68 der ersten und zweiten Schweißelektroden 42, 44 und durch den Werkstückstapel 24 an der Schweißstelle WS zu leiten. Der ausgetauschte elektrische Strom ist vorzugsweise ein Gleichstrom (DC), der von der Spannungsversorgung 46, die, wie dargestellt, elektrisch mit der ersten und zweiten Schweißelektrode 42, 44 kommuniziert. Die Stromversorgung 46 ist vorzugsweise eine Wechselrichter-Stromversorgung für mittelfrequenten Gleichstrom (MFDC), die einen Wechselrichter und einen MFDC-Transformator beinhaltet. Eine MFDC-Wechselrichter-Stromversorgung kann von einer Reihe von Lieferanten einschließlich RoMan Manufacturing (Grand Rapids, MI, USA), ARO Technologies (Chesterfield Township, MI, USA) und Bosch Rexroth (Charlotte, NC, USA) erworben werden. Die Eigenschaften des zugeführten elektrischen Stroms werden durch die Schweißnaht-Steuerung 48 gesteuert. Insbesondere erlaubt die Schweißsteuerung 48 das Programmieren eines Schweißplans, der die Wellenform des zwischen den Schweißelektroden 42, 44 auszutauschenden elektrischen Stroms einstellt. Der Schweißplan ermöglicht unter anderem eine individuelle Steuerung der Stromstärke zu jedem gegebenen Zeitpunkt und der Dauer des Stromflusses bei jeder gegebenen Stromstärke und er ermöglicht es ferner solchen Attributen des elektrischen Stroms, auf Veränderungen in sehr kleinen Zeitschritten bis hin zu Bruchteilen einer Millisekunde zu reagieren.
Die Schweißzange 40 dient zum Bilden von Punktschweißungen, die zur strukturellen Unterstützung der mehrkomponentigen integrierten Rohkarosserieanordnung 10 erforderlich sind. Unter Bezugnahme auf 5 wird der Werkstückstapel 24 punktgeschweißt, um eine anfängliche Aluminium-Stahl-Punktschweißung 106 zu bilden. Die Bildung der anfänglichen Aluminium-Stahl-Punktschweißung 106 beginnt damit, dass die Schweißfläche 64 der ersten Schweißelektrode 42 und die Schweißfläche 68 der zweiten Schweißelektrode 44 gegen die erste Seite 26 bzw. die zweite Seite 28 des Werkstückstapels 24 an der Schweißstelle WS unter einer aufgebrachten Klemmkraft in einer ersten relativen Position zwischen dem Elektrodensatz 42, 44 und den Werkstücken 30, 32 gedrückt wird. Die von den Schweißelektroden 42, 44 aufgebrachte Kraft liegt beispielsweise im Bereich von 400 lb bis 2000 lb und vorzugsweise von 600 lb bis 1300 lb.
Sobald die Elektroden 42, 44 eingepresst sind, werden die Elektroden 42, 44 zunächst unter Spannung gesetzt, um einen elektrischen Strom zwischen den gegenüberliegenden Schweißnahtflächen 64, 68 und durch den Werkstückstapel 24 zu leiten. Das Durchleiten von elektrischem Strom erzeugt Wärme und erzeugt ein geschmolzenes Aluminiumschweißbad 102 innerhalb des Aluminiumwerkstücks 30, das angrenzend an das Stahlwerkstück liegt und dieses kontaktiert. Das geschmolzene Aluminiumschweißbad 102 benetzt das angrenzende Stahlwerkstück, das kein geschmolzenes Material in das Schweißbad 102 einbringt, und dringt in das Aluminiumwerkstück ein, typischerweise in einem Abstand von 10 % bis 100 % seiner Dicke und vorzugsweise 20 % bis 80 %, von einer Passschnittstelle 104, die zwischen den Aluminium- und Stahlwerkstücken 30, 32 eingerichtet ist. Nach Beendigung des Durchflusses von elektrischem Strom verfestigt sich das geschmolzene Aluminiumschweißbad 102 zu einem Versuch an einer ersten Schweißverbindung 106, die dazu bestimmt ist, die Aluminium- und Stahlwerkstücke miteinander zu verbinden oder zu löten. In einigen Fällen gelingt es der Schweißnaht 106, die Werkstücke 30, 32 miteinander zu verbinden/befestigen, während in anderen Fällen die versuchte Schweißnaht 106 ungleichmäßig ist und die versuchte Schweißnaht 106 die Werkstücke 30, 32 nicht miteinander verbindet oder lediglich eine schwache Verbindung zwischen den Werkstücken 30, 32 erzeugt.
Die Struktur der Aluminiumschweißverbindung 106, die innerhalb der Werkstückstapel 24 an jeder Schweißstelle WS gebildet wird, ist an der Passschnittstelle 104 im Wesentlichen die gleiche, unabhängig davon, ob zusätzliche metallische Werkstücke im Stapel 24b enthalten sind. Wenn zusätzliche Passschnittstellen - d. h . Schnittstellen neben der Passschnittstelle 104 zwischen den Aluminium- und Stahlwerkstücken - innerhalb des Werkstückstapels 24 hergestellt werden, z. B. zwischen zwei Aluminiumwerkstücken und/oder zwischen zwei Stahlwerkstücken (wie in den 2A-2B dargestellt), kann als Teil der Aluminium-Stahl-Punktschweißung 106 eine zusätzliche Schweißlinse ausgebildet werden oder auch nicht. Insbesondere, wenn eines oder mehrere Aluminiumwerkstücke im Werkstückstapel 24 enthalten sind, erstreckt sich die Aluminiumschweißverbindung 106 einfach durch die zusätzlichen überlappenden Aluminiumwerkstücke. Wenn jedoch ein oder mehrere Stahlwerkstücke im Werkstückstapel 24 enthalten sind, kann sich zusätzlich zur Aluminiumschweißverbindung 106 innerhalb der Stahlwerkstücke eine separate Stahlschweißlinse bilden.
Nach dem Aufbringen des anfänglichen Drucks auf die Werkstücke 30, 32 und dem Durchleiten von Strom durch die Werkstücke 30, 32 über die ersten und zweiten Elektroden 42, 44 in der ersten relativen Position zwischen dem Satz von Elektroden 42, 44 zum Bilden des anfänglichen Punktschweißversuchs 106, wie in 5 dargestellt, wird die erste Druckaufbringung entfernt und die Elektroden 40, 42 werden von der Kontaktierung der Werkstücke 30, 32 weg bewegt. Anschließend werden die ersten und zweiten Elektroden 42, 44 und/oder die Werkstücke 30, 32 so bewegt, dass sich der Satz der Elektroden 42, 44 und die Werkstücke 30, 32 in einer zweiten relativen Position zueinander befinden. Ebenso wie in der ersten Relativposition werden in der zweiten Relativposition die ersten und zweiten Elektroden 42, 44 gegen die Außenseiten 26, 28 der Werkstücke 30, 32 gedrückt und zum Aufbringen von Druck (nachfolgendes Aufbringen von Druck) auf die Werkstücke 30, 32 über die Schweißflächen 64, 68 des Elektrodensatzes 42, 44 verwendet, und in der zweiten Relativposition wird Strom durch die Werkstücke geleitet. In 6 ist die vorherige Schweißstelle als WS' und die vorherige Position der Elektroden als gestrichelte Linie veranschaulicht und mit 42', 44' gekennzeichnet. Die neue Schweißstelle wird als WS2 dargestellt. In 6 ist die überlappende Schweißnaht gekennzeichnet durch überlappende Schweißlinsen 106 und 110, mit einem überlappenden Abschnitt 111. Darüber hinaus weisen die Werkstücke 30, 32 überlappende Elektrodenabdrücke auf dem Aluminiumwerkstück 30 (wie am besten in 7 dargestellt) und überlappende Elektrodenabdrücke auf dem Stahlwerkstück 32 auf der Außenseite 28 auf, sind aber in den Figuren nicht dargestellt. Im Allgemeinen ist das bestimmende Merkmal der überlappenden Schweißnaht die Überlappung der Schweißlinsen 106, 110, um eine vergrößerte Linse zu erzeugen, die sich aus der Summe der Schweißlinsen 106, 110 ergibt und einen überlappenden Abschnitt 111 aufweist. Der Betrag der Überlappung wird durch den Bereich A an der Passschnittstelle 104 für die Linse 106 und den Bereich O an der Passschnittstelle 104 des durch 111 definierten Schnittpunktes bestimmt, sodass der Überlappungsanteil O geteilt durch A ist.
Ähnlich wie in der ersten Relativposition werden in der zweiten Relativposition zwischen den Elektroden 42, 44 und den Werkstücken 30, 32, an der zweiten Schweißstelle WS2 die Elektroden 42, 44 gegen die Werkstücke 30, 32 gedrückt und leiten einen elektrischen Strom zwischen den gegenüberliegenden Schweißflächen 64, 68 und durch den Werkstückstapel 24 hindurch. Das Durchleiten des elektrischem Stromflusses erzeugt Wärme und erzeugt ein geschmolzenes Aluminiumschweißbad 108 innerhalb des Aluminiumwerkstücks 30, das angrenzend an das Stahlwerkstück liegt. Das geschmolzene Aluminiumschweißbad 108 benetzt das angrenzende Stahlwerkstück 32, ähnlich wie das Schweißbad 102, und das Stahlwerkstück 32 dringt in das Aluminiumwerkstück 30 ein, typischerweise in einem Abstand von 10 % bis 100 % oder bevorzugter 20 % bis 80 % seiner Dicke, von der zwischen dem Aluminium und den Stahlwerkstücken 30, 32 gebildeten Passschnittstelle 104. Nach Beendigung des Durchflusses von elektrischem Strom verfestigt sich das geschmolzene Aluminiumschweißbad 108 in eine überlappende Schweißverbindung 110, wobei die Schweißverbindung die Aluminium- und Stahlwerkstücke 30, 32 miteinander verschweißt oder lötet und die ursprüngliche Schweißverbindung 106 verstärkt. In diesem Beispiel ist die anfängliche Schweißnaht 106 beim Verbinden der Werkstücke 30, 32 erfolgreich, doch die zusätzliche überlappende Schweißnaht 110 verstärkt die gesamte Verbindung zwischen den Werkstücken 30, 32, die nun eine kombinierte Schweißnaht mit den überlappenden Schweißnähten 106, 110 und einem überlappenden Abschnitt 111 beinhaltet. Somit führt der erste Punktschweißversuch zu einer ersten Punktschweißverbindung 106, die das erste Werkstück 30 mit dem zweiten Werkstück 32 verbindet, und die überlappende Schweißverbindung 110 verbindet das erste Werkstück 30 mit dem zweiten Werkstück 32 weiter.
Die überlappenden Schweißlinsen 106, 110 können sich um jeden gewünschten Betrag überlappen. In einigen Beispielen können sich die anfängliche Schweißlinse 106 und die nachfolgende Schweißlinse um 10-75 % oder um 25-50 % überlappen. Der überlappende Abschnitt der Linsen 106, 110 kann an der Passfläche 104 definiert werden, sodass der überlappende Prozentanteil O geteilt durch A ist, unter Bezugnahme auf 6.
Wie vorstehend erläutert und in den 2A und 2B dargestellt, können ein drittes Werkstück 34, ein viertes Werkstück 36 oder mehr zusätzliche Werkstücke zwischen den ersten und zweiten Werkstücken 30, 32 angeordnet werden, und als solches würden die zusätzlichen Werkstücke 34, 36 durch die anfängliche Punktschweißverbindung 106 (wenn erfolgreich) und die überlappende Punktschweißverbindung 110 mit den ersten und zweiten Werkstücken 30, 32 punktgeschweißt.
Unter Bezugnahme auf 7 ist eine Draufsicht auf eine Außenfläche 26 des Stapels 24 dargestellt. Zusätzlich zu den in 6 dargestellten Schweißlinsen 106, 110 können sich die Schweißeindrücke 112, 114 überlappen. Insbesondere weist die Elektrode 42 (dargestellt in den 4-6) Schweißeindrücke, Vertiefungen oder Abdrücke 112, 114 (im Folgenden der Einfachheit halber als Abdrücke bezeichnet) in der Außenfläche 26 auf, die der ersten und zweiten relativen Position zwischen den Werkstücken 30, 32 und den Elektroden 42, 44 entsprechen. Die Elektrode 42 weist Schweißeindrücke 112 über der ersten Schweißverbindung 106 auf. Die Schweißeindrücke 112 beinhalten bedruckte Ringe 113 sowie Oberflächen 115 zwischen jedem bedruckten Ring 113 und bis zu einer Markierung 117 entsprechend dem Durchmesser 76 (siehe 4) der Elektrode 42 sowie einen Mittelabschnitt 119. Ebenso weist die Elektrode 42 Schweißeindrücke 114 über der nachfolgenden überlappenden Schweißnaht 110 auf, die bedruckte Ringe 121 sowie Oberflächen 123 zwischen den einzelnen bedruckten Ringen und bis zu einer Markierung 125 entsprechend dem Durchmesser 76 (siehe 4) der Elektrode 42 sowie einen Mittelabschnitt 127 beinhalten. Wie in 7 zu sehen ist, überlappen sich die ersten und zweiten Schweißeindrücke 112, 114, ähnlich wie die Schweißverbindungen 106, 110 selbst. In einem Beispiel, wie bei den Schweißverbindungen 106, 110, überlappen sich die Schweißeindrücke 112, 114 um 10-100 % oder um 25-50 %, aber typischerweise überlappen sich die Schweißeindrücke 112, 114 um einen größeren Betrag als die Schweißlinsen 106, 110.
In einem Beispiel, wie in 7 dargestellt, weisen die Schweißeindrücke 112, 114 einen Außendurchmesser im Bereich von 7-15 Millimetern auf. So ist beispielsweise in 7 eine Skala veranschaulicht, die Einheiten u zeigt, die jeweils fünf Millimeter entsprechen. Als solches ist zu erkennen, dass die Schweißeindrücke 112, 114 Ringe bilden, wobei der äußerste Ring einen Durchmesser aufweisen würde, der etwa zwei der Einheiten u oder etwa 10 Millimeter entspricht. Es ist jedoch zu beachten, dass die Abmessungen je nach Anwendung variieren können und andere Bereiche aufweisen.
Unter Bezugnahme nun auf 8 wird eine Draufsicht auf die Außenfläche 26 des Stapels 24 dargestellt, nachdem weitere überlappende Schweißverbindungen gebildet wurden. Zusätzlich zu den Schweißeindrücken 112, 114, die Schweißnähte 106, 110 bilden, weist die Elektrode 42 (dargestellt in den 4-6) Schweißeindrücke 116, 120, 124 in der Außenfläche 26 auf, die den dritten, vierten und fünften relativen Positionen zwischen den Werkstücken 30, 32 und den Elektroden 42, 44 entsprechen. Die Elektrode 42 weist eingeprägte Schweißeindrücke 116 über einer Schweißverbindung 118 auf, die mit der Schweißverbindung 110 überlappt, Schweißeindrücke 120 über einer Schweißverbindung 122, die mit der Schweißverbindung 118 überlappt, und Schweißeindrücke 124 über einer Schweißverbindung 126, die mit der Schweißverbindung 122 überlappt. Wie in 8 zu sehen ist, überlappen sich die zweiten und dritten Schweißeindrücke 114, 116, ebenso wie die Schweißverbindungen 110, 118 selbst; die dritten und vierten Schweißeindrücke 116, 120 selbst; und die vierten und fünften Schweißeindrücke 120, 124 überlappen sich, ebenso wie die Schweißverbindungen 122, 126 selbst. Wie vorstehend erläutert, können sich die angrenzenden Schweißeindrücke 106, 110, 118, 122, 126, wie die überlappenden angrenzenden Schweißnähte 112, 114, 116, 120, 122, um 10-100 % oder um 25-50 % überlappen, wie gewünscht. Die anfängliche Punktschweißverbindung 106, die zweite Punktschweißverbindung 110, die dritte Punktschweißverbindung 118, die vierte Punktschweißverbindung 122 und die fünfte Punktschweißverbindung 126 bilden eine kontinuierliche Schweißverbindung 128 zwischen den ersten und zweiten Werkstücken 30, 32. Eine beliebige Anzahl von Punktschweißverbindungen 106, 110, 118, 122, 126 kann versetzt zum Bilden einer durchgehenden Schweißverbindung 128 gebildet werden, wie beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, bis zu einer „N“ Anzahl an überlappenden Punktschweißverbindungen. Somit ist, wie in den 5-8 dargestellt, eine punktgeschweißte Werkstückanordnung vorgesehen, die erste und zweite Werkstücke beinhaltet, die durch eine Vielzahl von überlappenden Punktschweißverbindungen 106, 110, 118, 122, 126 punktgeschweißt sind.
Im Beispiel von 8 ist jede Schweißverbindung 106, 110, 118, 122, 126 mit einem kleineren Durchmesser als die in 7 dargestellte Ausführung veranschaulicht. So weist beispielsweise jede Schweißnaht 106, 110, 118, 122, 126 Schweißdrücke 112, 114, 116, 120, 124 mit Außendurchmessern in der Größenordnung von 4-7 Millimetern oder etwa 5 Millimetern auf.
Unter Bezugnahme auf 9 ist nun eine gezogene Draufsicht eines weiteren Stapels 224 dargestellt, wobei zu verstehen ist, dass der Stapelaufbau jede der vorstehend beschriebenen Variationen von Werkstücken beinhalten kann. In einem Beispiel war der Stapel ursprünglich ein Werkstück aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, das mit einem Stahlwerkstück 232 mit einer Passfläche 404 punktgeschweißt wurde oder versucht wurde, punktgeschweißt zu werden. Eine Elektrode (wie die in den 4-6 dargestellte Elektrode 42) weist Schweißmarkierungen oder eine Kontaktzone 312 auf, die beim Versuch, eine erste Schweißnaht 306 zu bilden, die Schweißlinse in der Passfläche 404 enthält, wobei sich die Schweißnaht 306 als kalt und ungleichmäßig herausstellte und keine gute Verbindung herstellte. Daher war es nach dem ersten Schweißversuch einfach, das Aluminiumwerkstück vom Stahlwerk 232 zu entfernen, wie auf der linken Seite in 9 dargestellt. Die Kontaktzone 312 zeigt keine nennenswerte Menge an Aluminium, das auf der Stahloberfläche 404 haftet. Somit wird keine Schweißnaht oder eine ausreichende Schweißverbindung gebildet. Die Schweißkontaktzone 312 weist eine Gesamtbegrenzungsmarkierung 313 auf.
Um das Verfahren zum Reparieren einer Schweißnaht durchzuführen, die entweder bekanntermaßen schwach ist oder bei der vermutet wird, dass sie schwach ist, wie hierin offenbart, werden die Werkstücke dann mit den Elektroden in der gleichen oder im Wesentlichen gleichen Position wie beim Bilden des ersten Schweißverbindungsversuchs 306 neu ausgerichtet. So kann beispielsweise die Elektrode 44 mit der Schweißkontaktzone 312 und der Kontaktzonenbegrenzung 313 sowie mit Elektrodeneindrücken, die auf einer Außenseite des Werkstücks 232 ausgebildet sind, und die andere Elektrode 42 mit Schweißeindrücken ausgerichtet sein, die im ersten Werkstück (nicht dargestellt) aufgrund des ersten erfolglosen Schweißversuchs gebildet wurden. Das Paar gegenüberliegender Elektroden führt dann den Punktschweißvorgang erneut über die erste versuchte Schweißnaht 306 zum Umschmelzen des Aluminiumwerkstücks durch (nicht dargestellt). So werden beispielsweise die Elektroden verwendet, um über die Schweißnahtflächen des Elektrodensatzes an einer Kontaktstelle, die mit den anfänglichen Schweißmarkierungen 312 überlappt, Druck auf die Werkstücke auszuüben, und ein elektrischer Strom wird durch die Elektroden geleitet, um eine reparierte Punktschweißverbindung zwischen dem ersten und zweiten Werkstück zu bilden.
Unter Bezugnahme auf die rechte Seite von 9 wurde nach dem Durchführen der überlappenden Punktschweißung für die reparierte Schweißverbindung das Aluminium dann gerissen oder weggezogen, um einen „Schweißknopf“ 314 aus Aluminium zu erhalten, die mit dem darunter liegenden Stahlwerkstück 232 verbunden ist, das mehrere Ringe 229 aus dem Aluminium beinhaltet, die auf der Stahlpassfläche 404 gebildet und an dieser befestigt sind. Dies deutet darauf hin, dass eine qualitativ hochwertige reparierte Schweißverbindung gebildet wurde.
Die reparierte Punktschweißverbindung kann nach dem ersten Schweißversuch 306 beliebig lange hergestellt werden. So wäre es beispielsweise in einigen Variationen möglich, eine gewisse Zeit zu warten, z. B. bis die Werkstücke nach dem Bilden des ersten Schweißversuchs 306 auf Raumtemperatur abgekühlt sind, und dann die überlappende Schweißverbindung auszuführen, indem Druck auf die Werkstücke in der gleichen relativen Position zwischen dem Elektrodensatz und den Werkstücken ausgeübt wird, die zum Bilden des ersten Punktschweißversuchs 306 verwendet wurde. In einigen Variationen ist die Zeitspanne zwischen dem Durchführen des ersten Schweißversuchs 306 und dem Durchführen der überlappenden Schweißnaht viel kürzer, wie beispielsweise nur mindestens eine Sekunde, zwei Sekunden oder einige Sekunden voneinander entfernt. Bei noch weiteren Variationen besteht keine Mindestzeitspanne zwischen der Durchführung des ersten Schweißversuchs 306 und der überlappenden Schweißnaht.
Im Beispiel von 9 kann die reparierte Schweißverbindung 310 einen Außendurchmesser D im Bereich von ca. 7-15 mm oder ca. 10 mm aufweisen, ähnlich der in 7 dargestellten Ausführung.
Die reparierte überlappende Schweißnaht 310 kann sich mit dem ersten Schweißversuch 306 vollständig oder im Wesentlichen überlappen. So können sich beispielsweise die durch die überlappenden Schweißnähte gebildeten Schweißlinsen um 95-100 % überlappen. In einigen Beispielen wird eine beim ersten Schweißversuch gebildete Schweißlinse zu 100 % von einer durch die zweite Schweißnaht gebildete Linse verbraucht. Ebenso weist ein reparierter Schweißeindruck 314, der bei der Reparatur der Schweißnaht entsteht, eine Gesamtkontaktzonengrenze an der Passschnittstelle 315 auf, die durch die überlappende Schweißnaht gebildet wird. Die Kontaktzonenbegrenzung 315 der reparierten Schweißnaht kann sich mit der anfänglichen Gesamtkontaktzonenbegrenzung 313 um 95-100 % überlappen. Im veranschaulichten Beispiel ist die überlappende Gesamtkontaktzonenbegrenzung 315 größer als die anfängliche Gesamtkontaktzonenbegrenzung 313. Somit überlappt die überlappende Gesamtkontaktzonenbegrenzung 315 mit 100 % der anfänglichen Kontaktzonenbegrenzung 313.
In allen Beispielen kann die Schweißzange 40 so konfiguriert werden, dass jede Punktschweißverbindung oder versuchte Schweißverbindung 106, 110, 118, 122, 126, 306, 310 nach einem eigenen, individuellen Schweißplan gebildet wird, abhängig von der Dicke der Lehre, der Werkstückträgerzusammensetzung, der Zusammensetzung der Werkstückoberfläche, der Schichtdicke usw. Und während jeder geeignete Schweißplan verwendet werden kann, um die Bildung der Aluminium-Stahl-Punktschweißungen oder der versuchten Schweißungen 106, 110, 118, 122, 126, 306 durchzuführen, wird ein besonders bevorzugter Schweißplan in der U.S. Pat. Anmeld. Pub. Nr. 2017/0106466 beschrieben, deren Gesamtheit hierin durch Verweis aufgenommen ist.
Die ausführliche Beschreibung sowie die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben viele Aspekte der vorliegenden Offenbarung. Die hierin beschriebenen Elemente können zwischen den verschiedenen Beispielen kombiniert oder ausgetauscht werden. Sofern nicht anders beschrieben, können beispielsweise die in Bezug auf die 1-8 beschriebenen Einzelheiten auf das in 9 dargestellte Beispiel angewendet werden. Während bestimmte Aspekte im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Aspekte in den beigefügten Ansprüchen. Die vorliegende Offenbarung ist nur exemplarisch, und die Erfindung wird ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2014/0360986 [0018]
US 2017/0304928 [0029]
US 2017/0106466 [0049]

Claims

Verfahren zum Widerstandspunktschweißen von Werkstückstapeln, das Verfahren umfassend: Bereitstellen eines ersten Werkstückstapels, der mindestens ein erstes Metallwerkstück und ein zweites Metallwerkstück beinhaltet, wobei das erste Werkstück aus einem Aluminium und einer Aluminiumlegierung gebildet ist; Bereitstellen eines Satzes von gegenüberliegenden Schweißelektroden, der eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode beinhaltet, wobei die erste Elektrode eine erste Schweißfläche und die zweite Elektrode eine zweite Schweißfläche aufweist, wobei die erste Elektrode zuerst auf einer Seite des ersten Werkstücks in einer ersten relativen Position zwischen dem Satz von Elektroden und den Werkstücken angeordnet ist und die zweite Elektrode zuerst auf einer Seite des zweiten Werkstücks in der ersten relativen Position zwischen dem Satz von Elektroden und den Werkstücken angeordnet ist; Anfängliches Aufbringen eines ersten Drucks auf die Werkstücke über die Schweißflächen des Elektrodensatzes in der ersten relativen Position zwischen dem Elektrodensatz und den Werkstücken und Erwärmen der Werkstücke über die Elektroden, um einen ersten Punktschweißungsversuch zwischen dem ersten und zweiten Werkstück zu bilden; nach anfänglichem Aufbringen des anfänglichen Drucks auf die Werkstücke über die Schweißnaht, Entfernen des anfänglichen Drucks; und nach dem Entfernen des anfänglichen Drucks, anschließendes Aufbringen eines nachfolgenden Drucks auf die Werkstücke über die Schweißflächen des Elektrodensatzes und Erwärmen der Werkstücke über die Elektroden, um eine überlappende Punktschweißverbindung zwischen den ersten und zweiten Werkstücken zu bilden, wobei die überlappende Punktschweißverbindung mit dem ersten Punktschweißungsversuch überlappt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das zweite Werkstück aus einer Stahllegierung gebildet ist und das erste Werkstück aus einem Aluminium und einer Aluminiumlegierung gebildet ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: Kontaktieren des ersten Werkstücks mit der ersten Schweißfläche während des ersten Aufbringens von Druck; Entfernen des Kontakts zwischen der ersten Schweißfläche und dem ersten Werkstück während des Schrittes des Entfernens des anfänglichen Aufbringens von Druck; und Kontaktieren des ersten Werkstücks mit der ersten Schweißfläche während dem anschließenden Aufbringen von Druck, worin die Schritte des Erwärmens der Werkstücke durch Hindurchleiten von elektrischem Strom zwischen den Werkstücken über die Elektroden durchgeführt werden, und worin die überlappende Punktschweißverbindung mit dem anfänglichen Punktschweißungsversuch um 95-100 % überlappt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des nachfolgenden Aufbringens des nachfolgenden Anpressdrucks auf die zu bearbeitenden Werkstücke in der ersten relativen Position zwischen dem Satz von Elektroden und den Werkstücken erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, worin der anfängliche Punktschweißversuch zu einer diskreten Schweißnaht führt, wobei das Verfahren ferner das Warten einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Schritt des Aufbringens des anfänglichen Drucks auf die Werkstücke und vor dem Ausführen des Schrittes des Aufbringens des nachfolgenden Drucks auf die Werkstücke umfasst, wobei die vorbestimmte Zeitspanne mindestens eine Sekunde beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das zweite Werkstück aus einer Stahllegierung gebildet ist und das erste Werkstück aus einem Aluminium und einer Aluminiumlegierung gebildet ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: Kontaktieren des ersten Werkstücks mit der ersten Schweißfläche während des ersten Aufbringens von Druck; Entfernen des Kontakts zwischen der ersten Schweißfläche und dem ersten Werkstück während des Schrittes des Entfernens des anfänglichen Aufbringens von Druck; und Kontaktieren des ersten Werkstücks mit der ersten Schweißfläche während dem anschließenden Aufbringen von Druck, worin die Schritte des Erwärmens der Werkstücke durch Hindurchleiten von elektrischem Strom zwischen den Werkstücken über die Elektroden durchgeführt werden, und der Schritt des nachfolgenden Aufbringens des nachfolgenden Anpressdrucks auf die Werkstücke, die in einer zweiten relativen Position zwischen dem Satz von Elektroden und den Werkstücken ausgeführt werden, wobei die zweite relative Position sich von der ersten relativen Position unterscheidet, worin die überlappende Punktschweißverbindung eine überlappende Linse bildet, die sich mit einer anfänglichen Linse überlappt, die durch den anfänglichen Punktschweißversuch gebildet wird, wobei die überlappende Linse sich mit der anfänglichen Linse an einer Passschnittstelle um 10-75 % überlappt, worin der anfängliche Punktschweißungsversuch zu einer anfänglichen Punktschweißverbindung führt, die das erste Werkstück mit dem zweiten Werkstück verbindet, wobei die überlappende Schweißverbindung das erste Werkstück ferner mit dem zweiten Werkstück verbindet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die überlappende Punktschweißverbindung eine zweite Punktschweißverbindung ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: nach dem anschließenden Aufbringen des nachfolgenden Drucks, Entfernen des nachfolgenden Drucks; und Aufbringen eines dritten Drucks auf die Werkstücke über die Schweißflächen und Erwärmen der Werkstücke in einer dritten relativen Position zwischen dem Elektrodensatz und den Werkstücken, um eine dritte Punktschweißverbindung zwischen den ersten und zweiten Werkstücken herzustellen, wobei die dritte relative Position zwischen dem Elektrodensatz und den Werkstücken unterschiedlich zu jeder der ersten und zweiten relativen Positionen zwischen dem Elektrodensatz und den Werkstücken ist, wobei die dritte überlappende Punktschweißverbindung mit der zweiten Punktschweißverbindung überlappt, sodass die anfängliche Punktschweißverbindung, die zweite Punktschweißverbindung und die dritte Punktschweißverbindung eine kontinuierliche Schweißverbindung zwischen den ersten und zweiten Werkstücken bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Anordnen eines metallischen dritten Werkstücks zwischen den ersten und zweiten Werkstücken, wobei das dritte Werkstück durch die überlappende Punktschweißverbindung mit den ersten und zweiten Werkstücken punktgeschweißt wird, wobei das dritte Werkstück zwischen den beiden aus einem der folgenden Materialien gebildet wird: einer Stahllegierung, Aluminium und einer Aluminiumlegierung.
Punktgeschweißte Werkstückanordnung, umfassend: ein erstes Metallwerkstück; und ein zweites Metallwerkstück, das mit dem ersten Werkstück durch eine Vielzahl von überlappenden Punktschweißverbindungen punktgeschweißt ist, wobei jede überlappende Punktschweißverbindung mit einer anderen überlappenden Punktschweißverbindung der Vielzahl von überlappenden Punktschweißverbindungen um 10-100 % überlappt.
Punktgeschweißte Werkstückanordnung nach Anspruch 8, wobei das zweite Werkstück aus einer Stahllegierung gebildet ist und das erste Werkstück aus einem aus Aluminium und einer Aluminiumlegierung gebildet ist, worin jede überlappende Punktschweißverbindung mit einer weiteren überlappenden Punktschweißverbindung aus der Vielzahl der überlappenden Punktschweißverbindungen um 95-100% überlappt.
Punktgeschweißte Werkstückanordnung nach Anspruch 8, wobei das zweite Werkstück aus einer Stahllegierung gebildet ist und das erste Werkstück aus einem Aluminium und einer Aluminiumlegierung gebildet ist, worin jede überlappende Punktschweißverbindung eine Schweißlinse bildet, die mit einer Schweißlinse einer anderen überlappenden Punktschweißverbindung der Vielzahl von überlappenden Punktschweißverbindungen um 10-75 % an einer Passschnittstelle zwischen den ersten und zweiten Werkstücken überlappt.