[实用新型]电阻焊接紧固件

说明书

相关申请的交叉引用

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(Resistance Welding Fastener,Apparatus and Method)”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。 

技术领域

本实用新型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。 

背景技术

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EJOTS)、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加，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RSW 2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。 

实用新型内容

本实用新型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。