[发明专利]摩擦元件焊接元件修改以提高热机械连接的耐腐蚀性

说明书

提供了一种焊接结构总成和方法，其在一种形式中包括至少一个上基板、与上基板邻近设置的至少一个下基板和延伸穿过上基板并且进入下基板的紧固件。紧固件被焊接到下基板并且限定具有外周和下侧的头部。密封元件设置在头部下方并且接触其下侧，并且进一步延伸超出头部的外周。

技术领域

本公开大体上涉及紧固件，并且更具体地涉及用于以单侧进入连接相邻工件的紧固件。

背景技术

本部分的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

被连接的各种结构通常需要防腐蚀保护，并且这对于诸如车身面板的机动车辆总成尤其如此。用于连接结构的一种这样的技术是摩擦元件焊接过程，其中在施加轴向力的情况下通过摩擦元件(即，紧固件)的旋转产生热量。摩擦元件在摩擦元件或其部分和配合结构的部分熔化期间连接到结构。

参考图1，通过一系列渐进的图示说明了示例性摩擦元件焊接过程，其中摩擦元件1以高RPM(每分钟转数)旋转并且施加轴向力到上部件2和下部件3。当摩擦元件1旋转并施加轴向力时，上部件和下部件2/3的材料软化，从而允许摩擦元件1穿透这些件。当摩擦元件1的头部4抵靠上部件2时，施加到摩擦元件1的旋转和轴向力被移除，并且然后上部件和下部件2/3的材料硬化或再结晶，从而形成摩擦元件1与上部件和下部件2/3之间的机械连接以及摩擦焊接总成5。这种紧固方法在高生产环境(例如机动车辆车身部件/面板的总成)中可以是高效并且经济的。

用于机动车辆车身部件/面板的这种类型的摩擦焊接的一种已知方法和紧固件是摩擦焊接方法和铆钉型摩擦元件。然而，由于摩擦元件1的头部4和被连接的结构(上部件2/下部件3)之间的界面可能暴露于可能穿透该界面并且最终导致腐蚀的环境物质，因此该方法可能存在问题。

本公开解决了使用摩擦焊接方法和相关的摩擦元件/紧固件以及其他机械连接问题的连接总成中的这个腐蚀问题。

发明内容

在本公开的一个形式中，提供了一种焊接结构总成，该总成包括至少一个上基板、邻近上基板设置的至少一个下基板、和延伸穿过上基板并且至少部分地延伸到下基板的紧固件。紧固件被焊接到下基板并且限定具有外周和下侧的头部。密封元件设置在头部下方，密封元件接触下侧并且延伸超出外周。如此，密封元件提供密封以防止基板与紧固件之间的界面处或附近的腐蚀。

根据这种焊接结构总成的各种形式，密封元件是施加到紧固件和上基板中的至少一个上的涂层，并且该涂层可以是热塑性聚合物、铅、泡沫或纸。密封元件也可以是胶带条形式，或者密封元件可以是垫圈。垫圈可以是选自热塑性聚合物、闭孔泡沫、蜡浸纤维垫和有色金属组成的组的材料。在一个变型中，紧固件的头部包括最接近地延伸到头部中的凹部，并且密封元件塑性变形以填充凹部。在其他变型中，头部的下侧限定了垂直于杆部延伸的远侧面，头部的下侧限定了相对于杆部以钝角延伸的远侧面，或者头部的下侧限定了相对于杆部以锐角延伸的远侧面。在另一种形式中，存在设置在头部上的第二头部，第二头部配置为在安装紧固件期间剪断。在焊接结构总成中的一种形式中，上基板可以是铝材料或镁材料中的一种，并且下基板可以是钢材料。紧固件可以摩擦焊接或电阻焊接到下基板。

在另一种形式中，提供了连接至少一个上基板和至少一个下基板的方法，其包括以下步骤：

-将紧固件放置为至少部分地穿过通过上基板形成的孔；

-在紧固件的头部和上基板之间设置密封元件；和

-将紧固件焊接到下基板，同时地在头部下方形成密封元件，使得密封元件延伸超出头部的外周。