电阻焊接紧固件制造技术

本实用新型专利技术提供一种电阻焊接紧固件，用于利用电阻焊而将第一导电材料紧固到第二导电材料上，当将紧固件放置在包括彼此电接触的第一和第二导电材料的堆叠体中时，第一材料具有低于第二材料的熔点且承受电压，该紧固件能够传导流经堆叠体的电流，而该电流产生电阻热，可软化第一材料，其轴身能够穿过第一材料并在远离帽盖的端部处焊接到第二材料上，第一材料在端部被焊接到第二材料上之后被抓取在帽盖和第二材料之间。该紧固件可以用于紧固像钢和铝的异种金属或者具有不同材料的若干薄层的堆叠体，还可以将非导电材料的薄层黏结到导电薄层上。

【技术实现步骤摘要】
电阻焊接紧固件 相关申请的夺叉引用 本申请要求2013年6月26日提交的、名称为电阻焊接紧固件、装置和方法 (ResistanceWeldingFastener,ApparatusandMethod)的美国临时申请No. 61/839,473 的权益，该申请的公开内容在此通过引用整体并入本文。
本技术涉及用于紧固零部件的紧固件和紧固装置，更具体地说，涉及用于紧 固包括异种金属的金属材料的紧固件和紧固装置。
技术介绍
已知多种用于连接和装配零件或子组件的紧固件、装置和方法，诸如焊接、铆接、 螺纹紧固件等。在一些情况中，会需要经济有效地将铝质零件、子组件、薄层等连接至由其 他材料制成的其他零件、子组件、薄层等上，所述其他材料诸如钢（无涂饰的，带涂层的，低 碳，高强度，超高强度，不锈的）、钛合金、铜合金、镁、塑料等。用于解决这些紧固问题的方案 包括与粘结剂和/或阻挡层相结合的机械紧固件/铆钉，从而例如由于在异种金属的接合 处存在原电池效应来维持足够的接头强度，并同时使腐蚀最小化。由于由铝和其他材料生 成的金属间化合物会对机械强度和耐腐蚀性产生不利影响，所以通常不在铝和其他材料之 间采取直接焊接。在采用直接焊接的情况下，通常是某种类型的固态焊接（摩擦焊、电阻对 焊、超声焊等）或者铜焊/钎焊技术，以便最大限度地减少金属间化合物，但是，这种接头的 机械性能有时很差或者仅适用于特定的接头几何形状。 在汽车工业中，出于成本和生产周期的考虑（每个单独的接头少于3秒钟且可以 由机械手自动地执行），用于将钢与钢连接起来的当前技术是电阻点焊（RSW)。用于将铝连 接至钢上的已知方法包括：使用普通的通孔铆接/紧固件、自冲铆接（SPR)，使用热融自攻 丝流钻螺钉（FDS或者商标名称为EJ0TS)、搅拌摩擦点焊/连接（FSJ)、摩擦位连接（FBJ)， 以及使用粘结剂。这些工艺中的每一种都比钢与钢的电阻点焊（RSW)更具有挑战性。例如， 当采用SPR将高强度铝（超过240MPa)连接至钢上时，铝可能在铆接过程中破裂。此外，高 强度钢（>590MPa)很难穿透，需要由大型的重型铆枪施加高等级的作用力。FSJ在汽车工 业中并没有得到广泛的应用，这是因为接头性能（主要是剥离和交叉张力）相比SPR较差。 另外，FSJ要求非常精确的对准和装配。当接头的厚度增加时，该工艺的周期时间可急剧增 力口，其中，5mm到6mm的接头堆叠可能需要7到9秒的总加工时间，这远远超过了制造钢结 构时RSW2到3秒的周期时间。FBJ使用消耗性的焊头（bit)并使其旋转通过铝，然后被 焊接到钢上。该工艺要求类似于FSJ的非常准确的对准和装配，而且需要大的顶锻力来焊 接至钢上。FDS包括将螺钉旋拧到工件上，塑化多个板中的一个，其随后变成与螺钉的螺纹 互锁。FDS通常从一侧进行，并且要求与钢板中的定位孔对准，装配复杂且增加了成本。因 此，一直希望有用于连接和装配零件或子组件的替代的紧固件、装置和方法。
技术实现思路
本技术的主题涉及一种用于通过以下步骤而使用电阻焊接来将第一导电材 料紧固到第二导电材料上的技术，即，所述步骤包括：将第一和第二材料以物理和电接触 的方式放置在一起，第一材料具有比第二材料低的熔点；以与第一材料形成物理和电接触 的方式放置一导电紧固件，该导电紧固件可被焊接到第二材料上且具有高于第一材料的熔 点，从而形成包括紧固件、第一材料和第二材料的导电堆叠体；将电压施加到堆叠体上，感 应出流经堆叠体的电流，并产生电阻热，该电阻热使得第一材料被软化；以及促使紧固件朝 向第二材料地通过软化的第一材料。在紧固件接触第二材料之后，将紧固件焊接在第二材 料上。 根据本公开内容的另一个方面，第一材料包括铝、铜和镁及其合金中的至少一种。 根据本公开内容的另一个方面，第二材料包括钢、钛、其合金和铬镍铁合金中的至 少一种。 根据本公开内容的另一个方面，紧固件由钢、钛、其合金和铬镍铁合金中的至少一 种材料制成。 根据本公开内容的另一个方面，紧固件的一部分覆盖当促使紧固件穿过第一材料 时位移的第一材料的上涌部分。 根据本公开内容的另一个方面，第一材料和第二材料呈层的形式。 根据本公开内容的另一个方面，所述层是金属薄板。 根据本公开内容的另一个方面，第二材料呈结构件的形式。 根据本公开内容的另一个方面，在直接电阻焊的过程中施加所述电压。 根据本公开内容的另一个方面，在间接电阻焊的过程中施加所述电压。 根据本公开内容的另一个方面，在串联电阻焊的过程中施加所述电压。 根据本公开内容的另一个方面，所述堆叠体包括多层熔点低于第二材料的熔点并 低于紧固件的熔点的材料。 根据本公开内容的另一个方面，所述多层包括多层铝合金。 根据本公开内容的另一个方面，所述多层包括一层铝合金和一层镁合金。 根据本公开内容的另一个方面，第二材料是第二紧固件。 根据本公开内容的另一个方面，紧固件和第二紧固件将第一材料夹紧在其间。 根据本公开内容的另一个方面，第一材料包括多层，紧固件和第二紧固件将所述 多层夹紧在一起。 根据本公开内容的另一个方面，第二紧固件具有带螺纹的套管。 根据本公开内容的另一个方面，所述带螺纹的套管延伸通过第一材料。 根据本公开内容的另一个方面，第二紧固件具有带螺纹的螺杆。 根据本公开内容的另一个方面，所述紧固件和第二紧固件是相同的。 根据本公开内容的另一个方面，还包括如下所述步骤，S卩，在施加电压步骤之前， 在紧固件、第一层和第二层中的至少一个之间施加防腐层。 根据本公开内容的另一个方面，所述防腐层是非导电的，并且还包括在该防腐层 上形成一个孔的步骤，电流可以在施加步骤中流过该孔。 根据本公开内容的另一个方面，通过电极施加所述电压，至少一个所述电极具有 形状与紧固件的形状互补并能够在其上接纳紧固件的末端，还包括在放置步骤之前将紧固 件连接在至少一个末端上的步骤。 根据本公开内容的另一个方面，同一紧固件具有在焊接步骤期间通过变形到一种 选定的程度而将具有一定厚度的第一材料紧固到第二材料上的能力。 根据本公开内容的另一个方面，所述紧固件具有包含初始构形和最终构形的帽 盖，并且还包括在所述施加、促使和焊接步骤期间使帽盖从初始构形变形为最终构形的步 骤。 根据本公开内容的另一个方面，所述紧固件具有中空部分，并且还包括在放置步 骤期间将电极末端的一部分插入该中空部分的步骤。 根据本公开内容的另一个方面，所述紧固件具有帽盖部和轴部，所述轴部在促使 步骤期间延伸通过所述第一层。 根据本公开内容的另一个方面，所述帽盖能够在促使和焊接步骤期间抓取从所述 第一层挤出的材料。 根据本公开内容的另一个方面，所述帽盖在焊接步骤完成之后抵靠着所述第一 层。 根据本公开内容的另一个方面，电流在施加、促使和焊接步骤期间是变化的。 根据本公开内容的另一个方面，电流流动的时间周期在施加、促使和焊接步骤期 间是变化的。 根据本公开内容的另一个方面，还包括在放置紧固件的步骤之前用薄板冲压成形 紧固件。 根据本公开内容的另一个方面，紧固件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻焊接紧固件，用于利用电阻焊而将第一导电材料紧固到第二导电材料上，该紧固件包括： 帽盖、从所述帽盖延伸出且具有远离所述帽盖的端部的轴身，当将所述紧固件放置在包括被设置成电接触的第一和第二导电材料的堆叠体中时，所述第一导电材料具有低于所述第二导电材料的熔点且经受施加到所述堆叠体上的电压，所述紧固件能够传导流经所述堆叠体的电流，所述电流产生电阻热，软化所述第一导电材料，所述轴身能够穿过所述第一导电材料并在远离所述帽盖的端部处焊接到所述第二导电材料上，所述第一导电材料在所述端部被焊接到所述第二导电材料上之后被抓取在所述帽盖和所述第二导电材料之间。

【技术特征摘要】
2013.06.26 US 61/839,4731. 一种电阻焊接紧固件，用于利用电阻焊而将第一导电材料紧固到第二导电材料上， 该紧固件包括： 帽盖、从所述帽盖延伸出且具有远离所述帽盖的端部的轴身，当将所述紧固件放置在 包括被设置成电接触的第一和第二导电材料的堆叠体中时，所述第一导电材料具有低于所 述第二导电材料的烙点且经受施加到所述堆叠体上的电压，所述紧固件能够传导流经所述 堆叠体的电流，所述电流产生电阻热，软化所述第一导电材料，所述轴身能够穿过所述第一 导电材料并在远离所述帽盖的端部处焊接到所述第二导电材料上，所述第一导电材料在所 述端部被焊接到所述第二导电材料上之后被抓取在所述帽盖和所述第二导电材料之间。2. 根据权利要求1所述的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对 称并具有横截面为U形的空也轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形成一 反向弯曲的周边唇部。3. 根据权利要求1所述的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对 称并具有横截面为直角U形的空也轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形 成一反向弯曲的周边唇部。4. 根据权利要求1所述的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对 称并具有横截面为发散的U形的空也轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处 形成一反向弯曲的周边唇部，所述紧固件的壁厚在所述帽盖、轴身和端部基本不变，所述端 部形成一平面。5. 根据权利要求1所述的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对 称并具有横截面为发散的U形的空也轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处 形成一反向弯曲的周边唇部，所述端部形成一平面，所述端部的壁厚大于所述轴身和帽盖 的厚度。6. 根据权利要求1所述的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对 称并具有横截面为发散的U形的空也轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处 形成一反向弯曲的周边唇部，所述紧固件的壁厚在帽盖、轴身和端部基本不变，所述端部形 成一流线型表面。7. 根据权利要求1所述的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对 称，并具有横截面为发散的U形截面的空也轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开 口端处形成一反向弯曲的周边唇部，所述轴身紧靠具有至少一个从其外表面延伸出的花键 的端部。8. 根据权利要求1所述的电阻焊接紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线不 对称，其沿垂直于插入方向测量得到的长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐纳德·J·斯皮内拉，丹尼尔·伯格斯特龙，
申请(专利权)人：美铝公司，
类型：新型
国别省市：美国;US