專利名稱：電阻點焊制品及其形成方法
技術領域：
本發明通常涉及一種電阻點焊制制品，更具體地涉及一種包括通過焊接接頭連結的金屬層的電阻點焊制制品。
背景技術：
電阻點焊可以用于連結金屬層。通常，電阻焊接是一種連結工藝，在該工藝中，金屬可以在所施加的力下經由自電流通過造成的電阻加熱而在金屬層之間的接合界面處結
口 ο具體說，電阻點焊可以用于連結三個金屬層，從而中間金屬層被夾在兩個外金屬層之間。對于這種工件，一些工業焊接規范常常需要兩個外金屬層之間的厚度比應該不大于I : 2，且中間的金屬層和兩個外金屬層任一個之間的厚度比應該不大于I : 3。在每個接合界面之間的均勻的熱分布通常提高這種工件的焊接質量和強度。
發明內容
一種電阻點焊制品，包括第一金屬層，具有第一厚度；第二金屬層，具有限定出浮凸區域的接合表面，其中，所述第二金屬層具有小于所述第一厚度的第二厚度，使得所述第一厚度對所述第二厚度的比大于約2 I。電阻點焊制品還包括第三金屬層，夾在所述第一金屬層和所述浮凸區域之間，其中，所述第三金屬層具有大于所述第二厚度的第三厚度。 此外，電阻點焊制品包括焊接接頭，其熔透所述第一金屬層、所述第三金屬層、和在所述浮凸區域處的接合表面每一個，以由此將所述第一金屬層和所述第二金屬層每一個連結到所述第三金屬層。在一個變體中，第二金屬層具有小于第一厚度的第二厚度，且第三厚度對第一厚度和第二厚度中的至少一個的比大于約3 I。一種形成電阻點焊制品的方法，包括將將第三金屬層夾在第一金屬層和第二金屬層每一個之間，以由此形成工件。第二金屬層具有接合表面，該接合表面限定出浮凸區域并被布置為鄰近第三金屬層。第一金屬層具有第一厚度，第三金屬層具有第三厚度，且第二金屬層具有第二厚度，該第二厚度小于第一厚度和第三厚度每一個，使得第一厚度對第二厚度的比大于約2 I。該方法還包括將工件定位在第一電極和第二電極每一個之間，使得工件被布置為與第一電極和第二電極每一個成導電關系。此外，該方法包括通過第一電極施加電流以同時熔化第一金屬層、第三金屬層、和在浮凸區域處的接合表面每一個，以將第一金屬層和第二金屬層每一個連結到第三金屬層并由此形成電阻點焊制品。電阻點焊制品和該方法允許具有不同厚度的厚和薄的金屬層的連結。例如，方法將厚-厚-薄金屬層組合連結以形成具有可接受的焊接強度和性能的電阻點焊制品。特別是，對于該方法，浮凸區域優化在接合表面處的電阻加熱，并由此產足夠的熱量以用于焊接接頭熔透第二金屬層(即，薄金屬層)的接合表面。該方法使得對金屬層結合造成困難的電阻點焊成為可能，所述金屬層結合諸如這樣一種工件，其具有第一厚度對第二厚度的大于約2 I的比和/或第三厚度對第一厚度和第二厚度中至少一個的大于約3 I的比。此外，該方法使得第一金屬層、第二金屬層、和第三金屬層每一個的同時電阻點焊成為可能， 而不用例如使用雙力焊接操作、具有不同尺寸和形狀的電極、和/或第二金屬層到工件(該工件包括事先被連結的第一金屬層和第三金屬層)的隨后電阻點焊。此外，該方法允許電阻點焊制品的電阻點焊包括裸的和鋅涂層的金屬層。本發明的上述特征和優勢及其他特征和優勢將從用于實施本發明的最佳模式的以下詳細描述連同附圖時顯而易見。
圖I是電阻點焊制品的示意性橫截面圖，該電阻點焊制品包括夾在第一金屬層和第二金屬層之間的并通過焊接接頭連結到第一金屬層和第二金屬層的第三金屬層；圖2是工件的示意性橫截面圖，在為形成圖I的電阻點焊制品作準備的過程中，該工件被布置在第一電極和第二電極之間；圖3是圖2的示意性透視剖視圖，包括具有限定出浮凸區域的接合表面的、圖I的電阻點焊制品的第二金屬層；圖4是圖I和圖3的第二金屬層的背面第二表面的示意性透視圖；和圖5是具有限定出多個浮凸區域的接合表面的、圖I和3的第二金屬層的另一變體的示意性透視圖。
具體實施例方式參考附圖，其中相同的附圖標記在若干幅視圖中表示相同的部件。電阻點焊制品一般在圖I中的10處示出。如下面更詳細地描述的，電阻點焊制品10可以用于需要第三金屬層12夾在第一金屬層14和第二金屬層16之間并通過焊接接頭18結合到第一金屬層 14和第二金屬層16的應用中。例如，電阻點焊制品10可以用于需要焊接構件的汽車應用。 然而，電阻點焊制品10還可以用于非汽車應用，諸如但不限于航空、鐵路、和建筑應用。如在圖I中所示，電阻點焊制品10包括第一金屬層14。第一金屬層14可以由適合于電阻點焊制品10的期望應用的任何金屬形成。例如，第一金屬層14可以由鋼形成，諸如但不限于高強鋼。再次參考圖1，第一金屬層14具有第一厚度50。盡管第一金屬層14的第一厚度 50也取決于電阻點焊制品10的期望應用，但是作為非限制性示例，對于汽車應用來說第一金屬層14的第一厚度50可以為約I. 5mm到約3mm。如在圖I中進一步所示，電阻點焊制品10還包括第二金屬層16。第二金屬層16 也可以根據電阻點焊制品10的期望應用由任何合適的金屬形成。作為非限制性示例，第二金屬層16可以由電鍍的低碳鋼或超低碳鋼形成。再次參考圖1，第二金屬層16具有小于第一厚度50的第二厚度52，使得第一厚度 50與第二厚度52的比大于約2 I。特別是對于汽車應用，第二厚度52可以為約O. 5mm 到約1_。由此,與第一金屬層14相比,第二金屬層16可以被描述為“薄”層,第一金屬層 14可以被描述為“厚”層。如在圖3中清楚示出的，第二金屬層16具有限定出浮凸區域22的接合界面20。在電阻點焊期間，接合界面20可以與另一表面相接并在受到電阻加熱時熔化，如下面更詳細地描述的。并且，浮凸區域22被配置為在電阻點焊期間在焊接接頭18(圖I)的具體位置處增加接合表面20處的電阻加熱，也如下面更詳細地描述的。如在此使用的，術語“浮凸區域22”通常是指在接合表面20上的增加了粗糙度的區域。即，浮凸區域22可以包括針對接合表面20明顯地刻出或模制出的突起和/或凹陷。 例如，參考圖2和3，浮凸區域22可以在接合表面20中限定出多個V形凹槽24(圖2)。在另一變體中，浮凸區域22可以在接合表面20中限定出溝槽或劃痕(未示出)。此外，浮凸區域20可以具有任何形狀。例如，如在圖3中所示，浮凸區域22可以是半圓形的并與接合表面20的外邊緣26對齊。然而，浮凸區域22還可以具有例如圓形形狀(圖5)、不規則形狀、多邊形形狀、條紋形狀、及其組合(未示出)。此外，還參考圖5，接合表面20可限定出多個浮凸區域22，每一個浮凸區域彼此隔開。由此，再次參考圖3，浮凸區域22可以經由任何合適的技術形成。例如，具有滾花表面的壓膜(die)(未示出)可以被壓入到接合表面20中以由此限定出浮凸區域22。可替換地或此外，接合表面20可以被刻劃或以其他方式粗糙化，以限定出浮凸區域22的突起和凹陷(圖2)。參考圖4,第二金屬層16可以具有背面的第二表面28,該第二表面與接合表面相隔且相反并限定出與浮凸區域22對齊的壓印30。例如，當浮凸區域22由壓膜(未示出) 形成時，壓印30可以在半個壓膜與第二半壓膜緊密配合以形成浮凸區域22時形成。由此， 壓印30可以具有與浮凸區域22的形狀對應的形狀。對于使用手動或機器人焊接裝置(未示出)的電阻點焊應用來說，壓印30可以用作用于定位焊接位置和/或訓練機器人焊接裝置的參考點。再次參考圖1，電阻點焊制品10還包括夾在第一金屬層14和浮凸區域22之間的第三金屬層12。即，第三金屬層12可以被布置為相鄰并接觸第一金屬層14和浮凸區域22 每一個，以被布置在第一金屬層14和第二金屬層16每一個之間。如圖3所示，當第三金屬層12被夾在第一金屬層14和第二金屬層16之間時，限定出浮凸區域22的接合表面20可以面向第三金屬層12。第三金屬層12也可以根據電阻點焊制品10的期望應用用任何合適的金屬形成。 例如，第三金屬層12可以由鋼形成，諸如但不限于高強度鋼。此外，第三金屬層12具有大于第二厚度52的第三厚度54。取決于電阻點焊制品10的期望應用，對于汽車應用來說，第三厚度54可以為約I. 5mm到約3mm。此外,在一個變體中，第三厚度54可以大于第一厚度 50。由此，相較于第二金屬層16，第三金屬層12可以被描述為“厚”層，第二金屬層可以被描述為“薄”層。這樣，如在圖2中所示，第三金屬層12被夾在第一金屬層14和第二金屬層16之間，以形成“厚-厚-薄”的順序。由此，電阻點焊制品10可以用于諸如三層金屬結合的應用，所述三層金屬結合包括厚的高強度鋼B-立柱(中立柱)(S卩，第一金屬層14)、厚的高強度鋼強化件(即，第三金屬層12)、和薄的超低碳鋼車體側面(即，第二金屬層16)。參考圖1，第一厚度50與第二厚度52的比值大于2 : I。例如,第一金屬層14可以具有約I. 6mm的第一厚度50，第三金屬層12可以具有約I. 8mm的第三厚度54，且第二金屬層16可以具有約O. 7mm的第二厚度52。在另一變體中，第三厚度54與第一厚度50和第二厚度52中的至少一個的比大于約3 : I。例如，第一金屬層14可以具有約3. 5mm的第一厚度50，第三金屬層12可以具有約I. 6mm的第三厚度54,第二金屬層16可以具有約O. 4mm的第二厚度52。對于該變體,第一厚度50與第二厚度52的比也可以大于約2 I。如上所述，第一金屬層14、第二金屬層16和第三金屬層12每一個可以由鋼形成。 鋼可以包括碳和其他合金元素。此外，這種合金元素，特別是碳，可以為鋼的強度作出貢獻。 不同于第一金屬層14和第三金屬層12(如上所述它們被描述為“厚”)，可成形性對于被描述為“薄”的第二金屬層16來說比強度更重要。由此，存在于第二金屬層16中的碳和/或其它合金元素的量可以少于存在于第一金屬層14和第三金屬層12中任一個中的碳和/或其它合金兀素的量。因此，相較于第一金屬層14和第三金屬層12中任一個的各自熔點溫度，第二金屬層16可以具有更低的熔點溫度。此外，如上所述，第二金屬層16可以是例如車體側側面(未示出)，可以相對需要更好的耐腐蝕性，并可以包括用于保護的鋅涂層。鋅涂層還可以進一步減少在第二金屬層16和第三金屬層12之間的接合表面20處產生的電阻加熱。再次參考圖1，電阻點焊制品10還包括焊接接頭18，該焊接接頭穿過第一金屬層
14、第三金屬層12、和在浮凸區域22處的接合表面20每一個(圖2)，以由此將第一金屬層 14和第二金屬層16每一個連結到第三金屬層12。借助于非限制性示例，焊接接頭18可以經由任何合適的電阻點焊技術形成。借助于一般解釋且參照圖2所描述的，電阻點焊可以經由電阻點焊裝置(部分地示出)施行，該電阻點焊裝置可以包括電流源(未示出)和兩個電極34、36，所述電極被配置用于將第一金屬層14、第三金屬層12和第二金屬層16每一個夾在一起，如在下面更詳細地描述的。不希望受到理論的限制，浮凸區域22可以在電阻點焊期間增加接合表面20的電阻加熱并促進在接合表面20上浮凸區域22的位置處的焊接接頭18(圖I)的形成。此外，對于限定出如圖5所示的多個浮凸區域22的接合表面20的變體，電阻點焊制品10可以包括多個焊接接頭18(未示出)。即，由于每一個浮凸區域22可以在電阻點焊期間增加接合表面20的電阻加熱，所以焊接接頭18可以在每一個浮凸區域22的位置處形成，以由此連結第一金屬層14、第三金屬層12、和第二金屬層16，以形成電阻點焊制品10。現在參考圖1-5描述一種形成電阻點焊制品10的方法。具體參考圖2，方法包括將第三金屬層12夾持在第一金屬層14和第二金屬層16之間以由此形成工件38。S卩，夾持可以將第三金屬層12布置為相鄰并接觸第一金屬層14和接合表面20中的每一個。如上所述及參照圖2所描述的，第二金屬層16具有接合表面20，該接合表面20限定出浮凸區域 22且被布置為相鄰第三金屬層12。此外,第一金屬層14具有第一厚度50,第三金屬層12 具有第三厚度54，第二金屬層16具有第二厚度52，該第二厚度小于第一厚度50和第三厚度54每一個，使得第一厚度50對第二厚度52的比大于約2 I。第三厚度54對第一厚度 50和第二厚度52中至少一個的比也可以大于約3 I。參考圖2，方法還包括將工件38定位在第一電極34和第二電極36之間，使得工件38被布置為與第一電極34和第二電極36的每一個為導電關系。即，第二電極36可以與第一電極34隔開以允許工件38在第一電極34和第二電極36之間布置,從而第一電極 34可以導電至工件38。即，定位可以將工件38布置為相鄰并接觸第一電極34和第二電極 36每一個。更具體地,第一金屬層14可以被布置為相鄰第一電極34,且第二金屬層16(例如第二金屬層16的第二表面28)可以被布置為相鄰并接觸第二電極36。此外，參考圖2，定位工件38可以將工件38沿軸線56對齊在第一電極34和第二電極36的每一個之間，該軸線56垂直于接合表面20并穿過浮凸區域22。由此，定位可以將第一電極34和第二電極36與浮凸區域22對齊。盡管在圖2中未示出，但第一電極34和第二電極36中的任一個或兩者還可以關于工件38被固定或可移動，及可以被連接到臂(未示出)或被配置用于將工件38定位在第一電極34和第二電極36每一個之間的其它兀件。例如，第一電極34和第二電極36中的任一個或兩者可以是伺服馬達驅動的可動電極34、36。再次參考圖2，方法還包括施加電流(由圖2中的符號40表示)流過第一電極34 以同時熔化第一金屬層14、第三金屬層12、和在浮凸區域22處的接合表面20,以將第一金屬層14和第二金屬層16每一個連結到第三金屬層12并由此形成電阻點焊制品10。S卩，電流40可以從電能源(未示出)供應到第一電極34、流過工件38、并流過第二電極36以完成電回路。意識到，電流40附加地或可替換地可以被供應到第二電極36、流過工件38、并流過第一電極34以完成電回路。當施加電流40時，來自對電流造成電阻的熱可以在第一金屬層14和第三金屬層12之間的界面32以及第三金屬層12和第二金屬層16之間的接合表面20的浮凸區域22 二者處增大。不期望被理論和通常參照圖2所作的描述限制，浮凸區域22增加電阻率，并由此增加電阻加熱，以促進焊接接頭18(圖I)到接合表面20的期望熔透。S卩，由于第二金屬層 16較薄并可以具有更低的碳含量和相對應的比第一金屬層14和第三金屬層12中的任一個更高的熔點溫度，所以焊接接頭18(圖I)對第二金屬層16中的熔透通過浮凸區域22而最大化。換句話說，沒有接合表面20的浮凸區域22，則由于第二金屬層16的導熱性相對高于第一金屬層14和第三金屬層12中的任一個的導熱性，所以會在第二金屬層16處的電阻點焊期間發生快速冷卻。由于與第一電極34與第一金屬層14和第三金屬層12之間的界面 32的距離相比，第二電極36更靠近接合表面20，所以在沒有接合表面20的浮凸區域22的情況下，也會在電阻點焊期間發生快速冷卻。相反，由于第一金屬層14和第三金屬層12每一個比第二金屬層16厚，并具有更高的碳含量和比第二金屬層16更低的相應熔點溫度，所以第一金屬層14和第三金屬層12 每一個可以展示出對電流40相對更高的電阻。相較于接合表面20，這種對電流40相對更高的電阻在電阻點焊期間會在界面32處產生更高的電阻加熱。浮凸區域22補償在界面32 和接合表面20處的電阻加熱的這種差異。即，浮凸區域22使得焊接接頭18向著第一金屬層14和第三金屬層12的偏斜形成最小化，及通過增加在接合表面20處的電阻加熱而促進焊接接頭18對接合表面20的熔透。因此，第一金屬層14和第二金屬層16每一個對第三金屬層12的期望連結(即熔合)可以經由強焊接接頭18實現。繼續參考圖2和3，由于浮凸區域22比周圍的接合表面20粗糙，浮凸區域22提供與第三金屬層12的接觸點，例如突起。相對更粗糙的浮凸區域22由此抵抗電流40的流動，即，相較于在第一金屬層14和第三金屬層12之間的光滑-光滑的界面32的電阻率，能增加電阻率。這種增加的電阻率增加在電阻點焊期間在浮凸區域22處的熱量，并由此促進焊接接頭18的形成，以包括對第二金屬層16的接合表面20的熔透。由此，電阻點焊制品10和該方法允許具有不同厚度50、52、54的厚和薄的金屬層12、14、16的連結。例如，方法將厚-厚-薄金屬層組合連結以形成具有優秀的焊接強度和性能的電阻點焊制品10。特別是，對于該方法，接合表面20的浮凸區域22優化在接合表面20處的電阻加熱，并由此產生足夠的熱量，用于讓焊接接頭18熔透第二金屬層16(即， 薄金屬層16)的接合表面20。該方法使得對金屬層結合造成困難的電阻點焊成為可能，所述金屬層結合諸如是這樣的工件，其具有第一厚度50對第二厚度52的大于約2 I的比和/或第三厚度54對第一厚度50和第二厚度52中至少一個的大于約3 I的比。此外， 該方法使得對第一金屬層14、第二金屬層16、和第三金屬層12每一個的同時電阻點焊成為可能，而不用例如使用雙力焊接(dual force welding)操作、具有不同尺寸和形狀的電極、 和/或第二金屬層16到工件(該工件包括事先連結的第一金屬層14和第三金屬層12)的隨后焊接。此外，該方法允許電阻點焊包括裸的和鋅涂層的金屬層12、14、16的電阻點焊制品10。盡管已經對執行本發明的較佳模式進行了詳盡的描述，但是本領域技術人員可得知在所附的權利要求的范圍內的用來實施本發明的許多替換設計和實施例。
權利要求
1.一種電阻點焊制品，包括第一金屬層，具有第一厚度；第二金屬層，具有限定出浮凸區域的接合表面，其中，所述第二金屬層具有小于所述第一厚度的第二厚度，使得所述第一厚度對所述第二厚度的比大于約2 I ；第三金屬層，夾在所述第一金屬層和所述浮凸區域之間，其中，所述第三金屬層具有大于所述第二厚度的第三厚度；和焊接接頭，熔透所述第一金屬層、所述第三金屬層、和在所述浮凸區域處的接合表面每一個，以由此將所述第一金屬層和所述第二金屬層每一個連結到所述第三金屬層。
2.如權利要求I所述的電阻點焊制品，其中，所述第三厚度大于所述第一厚度。
3.如權利要求I所述的電阻點焊制品，其中，所述第二金屬層具有第二表面，該第二表面與所述接合表面相隔且相反并限定出與所述浮凸區域對齊的壓印。
4.如權利要求I所述的電阻點焊制品，其中，所述第一金屬層、所述第二金屬層、和所述第三金屬層每一個由包括碳的鋼形成。
5.如權利要求4所述的電阻點焊制品，其中，所述第一金屬層和第二金屬層中的至少一個未被涂層。
6.如權利要求I所述的電阻點焊制品，其中所述浮凸區域限定出在所述接合表面中的多個V形凹槽。
7.如權利要求I所述的電阻點焊制品，其中所述接合表面限定出多個浮凸區域，每個浮凸區域彼此隔開。
8.一種形成電阻點焊制品的方法，該方法包括將第三金屬層夾在第一金屬層和第二金屬層每一個之間，以由此形成工件；其中，第二金屬層具有接合表面，該接合表面限定出浮凸區域并被布置為鄰近第三金屬層；其中，第一金屬層具有第一厚度，第三金屬層具有第三厚度，且第二金屬層具有第二厚度，該第二厚度小于第一厚度和第三厚度每一個，使得第一厚度對第二厚度的比大于約 2:1;將工件定位在第一電極和第二電極每一個之間，使得工件被布置為與第一電極和第二電極每一個成導電關系；及通過第一電極施加電流以同時熔化第一金屬層、第三金屬層、和在浮凸區域處的接合表面每一個，以將第一金屬層和第二金屬層每一個連結到第三金屬層并由此形成電阻點焊制品。
9.如權利要求8所述的方法，其中，所述夾持將第三金屬層布置為鄰近并接觸第一金屬層和接合表面每一個。
10.如權利要求8所述的方法，其中，第三厚度對第一厚度和第二厚度中的至少一個的比大于約3 I。
全文摘要
本發明提供了電阻點焊制品及其形成方法。其中一種電阻點焊制品包括第一金屬層、第二金屬層和第三金屬層。第一金屬層具有第一厚度；第二金屬層具有限定出浮凸區域的接合表面，其中，第二金屬層具有小于第一厚度的第二厚度，使得第一厚度對第二厚度的比大于約2∶1；第三金屬層夾在第一金屬層和浮凸區域之間，其中，第三金屬層具有大于第二厚度的厚度，及焊接接頭熔透第一金屬層、第三金屬層、和在浮凸區域出的接合表面每一個，以由此將第一金屬層和第二金屬層連結到第三金屬層。還披露了一種形成電阻點焊制品的方法。
文檔編號B32B15/01GK102602072SQ2012100172
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月19日 優先權日2011年1月19日
發明者C-C.陳, D.C.哈欽森, M.J.布蘭德 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司