用于连结部件的系统和方法
【技术领域】
[0001]本技术总体上涉及连结部件。更具体而言，本技术涉及用于将所连结的部件互锁的系统和方法。
【背景技术】
[0002]因为行业努力实现来自工程结构(例如汽车、航空和航海等等)的减重和改进性能，所以连结具有相似或不同材料性质的工件变得日益重要。
[0003]连结相似或不同材料的工艺包括机械连结(例如螺栓和铆钉)、融合连结(例如，融合弧焊和激光焊接)、固态连结(例如，摩擦搅拌焊接和超声波焊接)、钎焊和锡焊以及粘合剂粘结等等。
[0004]由于材料的不同化学、机械和热性能，使得连结不同材料提出了挑战，这在连结相似材料时是不存在的。当设计不同材料接头时，必须考虑多种因素，例如但不限于每种材料的材料厚度、表面能量、熔化温度的差异、热膨胀/收缩。甚至在将上述因素考虑在内的情况下，例如焊接和锡焊等连结技术所提供的表面结合在例如剥离应力等某些方向性负载下仍然会倾向于失效。
[0005]连结不同材料包括如下挑战:例如避免由于热膨胀系数的不同而容易在材料内形成的扭曲和应力。这些不良情况会导致应力腐蚀开裂，这会削弱结合并且会导致接头的过早失效。
[0006]连结不同材料的其它方法使用紧固件，例如粘合剂、铆钉和螺栓。然而，这些紧固件导致例如粘合剂的结构崩塌及铆钉和螺栓的电化腐蚀等问题。另外，这些紧固件增加了相当大的重量，这与大多数行业中朝向更轻部件的趋势是相反的。
【发明内容】
[0007]由于上述缺陷，使得存在对于以下系统和方法的需求:无需增加例如粘合剂、铆钉或螺栓等紧固件，就将包含不同材料的工件牢固地连结。所提出的系统和方法将通过根据不使用附加紧固件的独特技术将工件的材料机械地互锁来连结工件。
[0008]本技术包括一种系统，利用该系统，通过在工件中的至少一个的接头界面处形成凹槽来实现机械互锁。凹槽构造成接收来自连结工件的熔化材料，用于在熔化材料冷却时形成可靠的接头。
[0009]在一些实施例中，被连结的材料的成分是相似的。在这些实施例中，凹槽能够形成在工件中的任一个或两个工件中。在一个实施例中，第一工件构造成熔化并填充第二工件的凹槽。随着第一工件填充第二工件的凹槽，凹槽略微熔化以增加接头处的互锁。
[0010]在其它实施例中，被连结的材料的成分不同。在这些实施例中，凹槽应该形成在具有最高熔化温度的材料内。将凹槽形成到具有较高熔化温度的工件中允许具有较低熔化温度的材料熔化并流入到凹槽中。在用于连结具有不同成分的部件的一些实施方式中，例如根据较高熔点的值和来自较低熔点部件的熔融材料的温度，熔融材料能够不使凹槽变形或者仅使凹槽略微变形地流入到凹槽中。虽然在一些情况下使得凹槽变形通过促进如上所述的互锁而会是有益的，但是相比于不使用凹槽的焊接，基本或完全地维持凹槽结构也能够基于凹槽形状、凹槽尺寸和材料而例如促进互锁和更强焊缝的形成。
[0011]本技术的许多益处中的另一益处包括:能够形成对于与接头界面相对的至少一个表面的外观具有最小负面影响或不具有负面影响的连结界面。
[0012]在一些实施例中，通过使用激光加热来融化待引入到其它工件的凹槽的工件之一的材料，来最小化或完全避免对于与接头界面相对的至少一个表面的外观的负面影响。在其它实施例中，通过使用感应加热来熔化与凹槽相对的工件，从而限制或避免负面影响。
[0013]本技术的其它方面在下文中将是部分显然的并且部分指出的。
[0014]1.一种用于在第一工件和第二工件之间形成接头表面的方法，包括:
提供所述第一工件的与第一表面相对的第二表面，用于与所述第二工件的第一表面接触，所述第二工件的第一表面与所述第二工件的第二表面相对，所述第二工件的第一表面具有形成在其中的凹槽；
向所述第一工件和所述第二工件中的至少一个施加能量，从而使得所述第一工件的材料熔化，产生熔融材料并且流入到形成在所述第二工件的第一表面中的所述凹槽中；以及允许或使得所述熔融材料冷却，从而形成将所述第一工件连结到所述第二工件的互锁焊缝。
[0015]2.根据方案I所述的方法，其中形成所述系统还包括机械地、电气地或者通过化学蚀刻而将所述凹槽形成到所述第二工件的第一表面中。
[0016]3.根据方案I所述的方法，其中所述凹槽相对于所述第二工件的第一表面以90度至O度之间的角度延伸。
[0017]4.根据方案I所述的方法，其中:
所述第二工件的第一表面具有形成在其中的多个凹槽；
所述凹槽中的第一凹槽具有在参考系中从所述第二工件的第一表面以O度至90度之间的第一角度延伸的侧面，并且所述凹槽中的第二凹槽具有在所述参考系中从所述第二工件的第一表面以90度至180度之间的第二角度延伸的侧面；以及
在形成所述系统时施加的能量包括将所述第一工件的材料熔化，从而使得熔化的材料流入到在所述第二工件的第一表面中形成的所述凹槽的每个中，从而形成将所述第一工件连结到所述第二工件的互锁焊缝。
[0018]5.根据方案I所述的方法，其中:
在施加所述能量之前，所述第一工件包括从与所述第二工件的第一表面中的所述凹槽相对的第二表面延伸的凸起；并且
在形成所述系统时施加能量以将所述第一工件的材料熔化包括将所述凸起的至少一部分熔化，使其流入到所述凹槽中，从而形成将所述第一工件连结到所述第二工件的互锁焊缝。
[0019]6.根据方案I所述的方法，其中在形成所述系统时施加能量以将所述第一工件的材料熔化包括以下之一:应用激光来熔化所述第一工件的材料；应用感应来熔化所述第一工件的材料；以及应用超声波振动来熔化所述第一工件的材料。
[0020]7.一种系统，包括: 第一工件，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；以及第二工件，包括第一表面，该第一表面与所述第一工件的第二表面通过互锁焊缝连接，并且具有形成在其中的形成所述互锁焊缝的一部分的凹槽；
其中所述系统通过以下来形成:
使得所述第一工件的第二表面与所述第二工件的第一表面接触；
向所述第一工件和所述第二工件中的至少一个施加能量，从而使得所述第一工件的材料熔化，产生熔融材料并且流入到在所述第二工件的第一表面中形成的所述凹槽中；以及允许或使得所述熔融材料冷却，从而形成将所述第一工件连结到所述第二工件的互锁焊缝。
[0021]8.根据方案7所述的系统，其中形成所述系统还包括机械地、电气地或者通过化学蚀刻而将所述凹槽形成到所述第二工件的第一表面中。
[0022]9.根据方案7所述的系统，其中所述凹槽相对于所述第二工件的第一表面以90度至O度之间的角度延伸。
[0023]10.根据方案7所述的系统，其中:
所述第二工件的第一表面具有形成在其中的多个凹槽；
所述凹槽中的第一凹槽具有在参考系中从所述第二工件的第一表面以O度至90度之间的第一角度延伸的侧面，并且所述凹槽中的第二凹槽具有在所述参考系中从所述第二工件的第一表面以90度至180度之间的第二角度延伸的侧面；并且
在形成所述系统时施加的能量包括将所述第一工件的材料熔化，使得熔化的材料流入到在所述第二工件的第一表面中形成的所述凹槽的每个中，从而形成将所述第一工件连结到所述第二工件的互锁焊缝。
[0024]11.根据方案7所述的系统，其中:
所述凹槽具有第一壁和第二壁；
所述第一壁的至少一部分在参考系中从所述第二工件的第一表面以O度至90度之间的第一角度延伸；并且
所述第二壁的至少一部分在所述参考系中从所述第二工件的第一表面以90度至180度之间的第二角度延伸。
[0025]12.根据方案7所述的系统，其中:
在施加所述能量之前，所述第一工件包括从与所述第二工件的第一表面中的所述凹槽相对的第二表面延伸的凸起；并且
在形成所述系统时施加能量以将所述第一工件的材料熔化包括将所述凸起的至少一部分熔化，使其流入到所述凹槽中，从而形成将所述第一工件连结到所述第二工件的互锁焊缝。
[0026]13.根据方案7所述的系统，其中在形成所述系统时施加能量以将所述第一工件的材料熔化包括以下之一:应用激光来熔化所述第一工件的材料；应用感应来熔化所述第一工件的材料；以及应用超声波振动来熔化所述第一工件的材料。
[0027]14.一种系统，包括:
第一工件，包括第一表面和与所述第一表面