包括具有钢板的钢工件和铝工件的电阻点焊工件堆叠的制作方法

本公开的技术领域总体涉及电阻点焊，具体涉及包括钢工件和铝工件的电阻点焊工件堆叠。

电阻点焊是许多行业用来将两个或更多金属工件组合在一起的工艺。例如，汽车行业在制造汽车结构框架构件(例如，车身侧部和横向构件)、车辆闭合构件(例如，车门、引擎罩、行李箱盖以及提升门)等期间使用电阻点焊将金属工件结合在一起。通常，在金属工件的周边边缘或一些其它粘合区域周围的各个点处形成多个点焊，以确保该部件结构合理。虽然通常实施点焊以将某些类似组成的金属工件—例如钢—钢和铝—铝—结合在一起，但是将较轻材料结合到车身结构中的期望引发了人们对通过电阻点焊将钢工件与铝工件结合的兴趣。对电阻点焊异种金属工件的这种期望并非仅针对于汽车行业，事实上，它延伸到包括航空、海洋、铁路以及建筑行业等其它行业。

电阻点焊依靠电流穿过重叠的金属工件并穿过工件的接合界面的流动，产生焊接所需的热量。为了进行这样的焊接工艺，将一组相对的焊接电极面对面地压在通常包括以重叠配置布置的两个或三个金属工件的工件堆叠的相对侧上。之后，电流从一个焊接电极穿过金属工件流到另一个焊接电极。电流流动的电阻在金属工件内以及金属工件的接合界面上产生热量。当工件堆叠包括铝工件和相邻的重叠钢工件时，在接合界面处和在那些异种金属工件的散装材料内产生的热量在铝工件内引发并产生熔铝焊池。熔铝焊池润湿钢工件的相邻接合表面，并且在电流流动终止时固化成将两个工件结合在一起的焊接接头。

然而，电阻点焊钢和铝工件可能具有挑战性，因为这两种金属具有不同的性质，这些性质往往使焊接工艺复杂化。具体而言，铝具有相对较低的熔点(～600℃)和相对较低的电阻率和热阻率，而钢具有相对较高的熔点(～1,500℃)和相对较高的电阻率和热阻率。由于材料性质的这些差异，在电流流动期间大部分热量在钢工件中产生，从而使得钢工件(较高温度)和铝工件(较低温度)之间发生热失衡。电流流动期间产生的热失衡和铝工件的高热导性的组合意味着，在电流流动终止之后，立即会发生热量不会从焊接区域对称地扩散的情况。相反，热量从较热的钢工件穿过铝工件传导到铝工件另一侧的焊接电极，这在该方向上产生陡峭热梯度。

人们认为，在钢工件和铝工件另一侧的焊接电极之间产生陡峭热梯度会以一种或多种方式削弱所制得的焊接接头。例如，钢工件中产生的高温促进了焊接接头内并于钢工件的接合界面邻接的硬而脆的fe-al金属间层的生长。如果fe-al金属间层在接合表面处以及沿接合表面生长得具有足够厚度，则认为最终的焊接接头因此倾向于具有降低的剥离强度和交叉拉伸强度。特别是在使用较薄厚度的钢工件(例如，厚度在约0.5毫米(mm)和1.5mm之间)作为工件堆叠的一部分时，以及在使用较低强度的钢工件作为工件堆叠的一部分时，更是如此。

鉴于这些挑战，先前对铝工件和钢工件进行点焊的努力采用了焊接程序，该焊接程序指定更高的电流、更长的焊接时间，或两者的组合(与点焊钢-钢相比)，以尝试获得合理的焊接区域。这些努力在制造场合中多数是失败的，并且具有损坏焊接电极的倾向。鉴于先前的点焊努力没有特别成功，主要使用包括自攻铆钉和自攻螺钉的机械紧固件。然而，与点焊相比，机械紧固件需要更长的时间并且需要更高的消耗成本才可以放置到位。机械紧固件还增加了车辆重量，但通过点焊进行连接避免了这种重量，通过首先使用铝工件来抵消一些重量的减轻。因此，使得铝和钢工件连接更容易的点焊的改进丰富和本领域。

技术实现要素：

根据本公开的一个实施例，电阻点焊至少包括钢工件和铝工件的工件堆叠的第一方法包括多个步骤。一个步骤包括在工件堆叠的焊接位处将钢板附接至钢工件。另一个步骤包括在焊接位处将第一焊接电极和第二焊接电极夹在该工件堆叠上。再一个步骤包括在焊接位处使电流再第一电极和第二电极之间流动。电流的流动在铝工件中形成润湿钢工件的接合表面的熔铝焊池。又一个步骤包括终止电流在第一焊接电极和第二焊接电极之间的流动。电流流动的终止使得熔铝焊池可以凝固为焊接接头。钢板用于加固使钢工件和铝工件结合在一起的焊接接头。

在前述第一方法中，附接钢板的步骤包括在钢板和钢工件之间涂覆粘合剂。

在前述第一方法中，附接钢板的步骤包括将钢板电阻点焊至钢工件。

在前述第一方法中，附接钢板的步骤包括在钢板和钢工件之间涂覆粘合剂，随后实施在焊接位处将第一焊接电极和第二焊接电极夹在工件堆叠以及钢板上的步骤，接着实施使电流在焊接位处的第一焊接电极和第二焊接电极之间流动的步骤。电流流过钢板和钢工件之间涂覆的粘合剂。

在前述第一方法中，另一个步骤包括在使电流再焊接位处的第一焊接电极和第二焊接电极之间流动的步骤之后，固化钢板和钢工件之间涂覆的粘合剂。

在前述第一方法中，将钢板附接至钢工件的步骤包括在焊接位处将第一焊接电极和第二焊接电极夹在工件堆叠上的步骤之后，以及使电流在焊接位处的第一焊接电极和第二焊接电极之间流动的步骤之后，在钢板和钢工件之间涂覆粘合剂。

在前述第一方法中，另一个步骤包括固化钢板和钢工件之间涂覆的粘合剂。

在前述第一方法中，该方法还包括将第一焊接电极和第二焊接电极夹在工件堆叠和钢板上，其中钢板和钢工件之间涂覆有粘合剂；以及使电流在焊接位处的第一焊接电极和第二焊接电极之间流动。电流流过钢板和钢工件之间涂覆的粘合剂。

在前述第一方法中，该方法还包括在电流流过钢板和钢工件之间涂覆的粘合剂的步骤之后，固化钢板和钢工件之间涂覆的粘合剂。

在前述第一方法中，将钢板附接至钢工件的步骤包括在焊接位处将第一焊接电极和第二焊接电极夹在工件堆叠上的步骤之后，以及在使电流在焊接位处的第一焊接电极和第二焊接电极之间流动的步骤之后，将钢板电阻点焊至钢工件上。

在前述第一方法中，该方法还包括在焊接位处将第一焊接电极和第二焊接电极夹在工件堆叠和钢板上，以及使电流在焊接位处的第一焊接电极和第二焊接电极之间流动，从而在钢板和钢工件之间形成焊接接头。

在前述第一方法中，该方法还包括在夹紧第一焊接电极和第二焊接电极的步骤之前，将钢板定位在焊接位处钢工件的表面附近，随后实施在焊接位处将第一焊接电极和第二焊接电极夹在工件堆叠和钢板上的步骤，之后进行使电流在焊接位处的第一焊接电极和第二焊接电极之间流动的步骤。

在前述第一方法中，钢工件和铝工件之间的第一焊接接头是与钢板和钢工件之间形成的第二焊接接头同时形成的。

在前述第一方法中，钢工件和铝工件之间的第一焊接接头是在钢板和钢工件之间形成的第二焊接接头之前形成的。

在前述第一方法中，钢工件和铝工件之间的第一焊接接头是在钢板和钢工件之间形成的第二焊接接头之后形成的。

在前述第一方法中，将钢板附接至钢工件的步骤包括在夹紧第一焊接电极和第二焊接电极之前，以及在使电流在第一焊接电极和第二焊接电极之间流动之前，将钢板电阻点焊至钢工件。

在前述第一方法中，夹紧第一焊接电极和第二焊接电极的步骤包括在焊接位处将第一焊接电极和第二焊接电极夹在工件堆叠上，并将钢板电阻点焊到钢工件上。

在前述第一方法中，钢板是钢工件的整体延伸部分，并且钢板位于钢工件的周边边缘。

在前述第一方法中，钢板是钢工件的整体延伸部分，并且钢板位于钢工件的内部位置处并在钢工件周边边缘内部。

根据本公开的一个实施例，电阻点焊至少包括钢工件和铝工件的工件堆叠的第二方法包括多个步骤。一个步骤包括在工件堆叠的焊接位处将钢板附接至钢工件。另一个步骤包括使电流在焊接位处的第一电极和第二电极之间流动。电流的流动在铝工件中形成润湿钢工件的接合表面的熔铝焊池。又一个步骤包括终止电流在第一焊接电极和第二焊接电极之间的流动。电流流动的终止使得熔铝焊池可以凝固为焊接接头。钢板仅在焊接位处附接至钢工件，而在其它位置不与钢工件附接。

附图说明

图1是电阻点焊组件的侧视图，其中工件堆叠以剖视图示出；

图2是可以用在图1所示的电阻点焊组件中的焊接电极的透视图；

图3是可以用在图1所示的电阻点焊组件中的第一焊接电极的局部剖视图；

图4是可以用在图1所示的电阻点焊组件中的第二焊接电极的局部剖视图；

图5是焊点熔核的微结构，示出了其金属间层；

图6是具有钢板的实施例的工件堆叠的侧视图；

图7是具有钢板的另一个实施例的工件堆叠的侧视图；

图8是钢工件的实施例的局部视图，示出了钢板的示例；

图9是不含钢板的工件堆叠的焊点熔核的微结构；

图10是含有钢板的工件堆叠的焊点熔核的微结构；

图11是不含钢板的各种车身剥离样品的柱状图，其中左侧y轴表示单位为牛顿(n)的峰值剥离强度，右侧y轴表示单位为焦耳(j)的总能量，右侧y轴还表示单位为毫米(mm)的焊接按钮的大小或直径；并且

图12是含有钢板的各种车身剥离样品的柱状图，其中左侧y轴表示单位为牛顿(n)的峰值剥离强度，右侧y轴表示单位为焦耳(j)的总能量，右侧y轴还表示单位为毫米(mm)的焊接按钮的大小或直径。

具体实施方式

本说明书中详述的方法和组件解决了电阻点焊具有一个或多个钢工件和一个或多个铝或铝合金(统称为“铝”)工件的工件堆叠时遇到的缺点。将钢板添加至工件堆叠中，并追加到工件堆叠的钢侧。钢板用于加固在钢工件和铝工件之间形成的焊接接头，以最小化以及在某些情况下共同防止可能在焊接接头中生长的fe-al金属间层的断裂。该焊接接头反过来也得到加固。已经表明，钢板在加强工件堆叠和焊接接头(包括厚度较薄和/或强度较低的钢工件)时，具有特别的效果。虽然下文在车身部件的背景下对该方法和组件进行了描述，但是技术人员应当理解，该方法和组件也可以用于其它环境，例如，航空航天、海洋、铁路、建筑施工和工业设备应用等。

现在参照图1，图1示出了可用于电阻点焊工件堆叠12的电阻点焊组件10的一个示例。图1所示示例并未示出钢板，而是用来描述电阻点焊组件10的其它部件；但是应当理解，钢板确实可以用于图1所示示例，如图6和相关描述所示。工件堆叠12可包括重叠并彼此相邻位于焊接位18处的钢工件14和铝工件16。本说明书中详述的方法和组件广泛适用于包括相邻的一对钢工件14和铝工件16的各种工件堆叠配置。例如，工件堆叠12可以只包括钢工件14和铝工件16(就存在的工件的数量而言)，或者可包括其它铝工件(铝-铝-钢)或其它钢工件(铝-钢-钢)，只要相同基础金属组合物的两个工件在工件堆叠12中彼此相邻即可。工件堆叠12甚至可包括三个以上的工件，例如铝-铝-钢-钢堆叠、铝-铝-铝-钢堆叠或铝-钢-钢-钢堆叠。钢工件14和铝工件16可以在组装到工件堆叠12中之前或之后进行加工或发生变形，这取决于所制造的部件以及整个制造工艺的具体细节。

图1还示出了以机械和电气的方式配置在焊枪(示出了部分，下文中进行描述)上的第一焊接电极20和第二焊接电极22。工件堆叠12具有由铝工件表面26提供的第一侧24和由钢工件表面30提供的第二侧28。工件堆叠12的两侧24、28在焊接位18处分别可接近该组焊接电极20、22；也就是说，第一焊接电极20布置为与工件堆叠12的第一侧24接触并且压靠在工件堆叠12的第一侧24上，而第二焊接电极22布置为与第二侧28接触并且压靠在第二侧28上。虽然在附图中仅示出了一个焊接位18，但是本领域技术人员应当理解，可以根据本说明书中详述的方法和组件在第一焊接电极20和第二焊接电极22上的多个不同焊接位处实施点焊。

钢工件14包括带涂层或不带涂层的各种强度和等级的钢基材。该钢基材可以是热轧或冷轧的，并且可由诸如低碳钢、无间隙原子钢、烘烤硬化钢、高强度低合金(hsla)钢、双相(dp)钢、复相(cp)钢、马氏体(mart)钢、相变诱发塑性(trip)钢、孪晶诱发塑性(twip)钢和硼钢的钢组成，例如，当钢工件14包括压制硬化钢(phs)的时候。然而，钢基材的优选组合物包括用于制造压制硬化钢的低碳钢、双相钢和硼钢。这三种钢的极限拉伸强度分别为150mpa至350mpa、500mpa至1100mpa，以及1200mpa至1800mpa。

钢工件14可包括在钢基材的一侧或两侧上的表面层。如果存在表面层，则钢基材优选地包括锌(镀锌)、锌-铁合金(锌铁合金镀层)、锌-镍合金、镍、铝、铝-镁合金、铝-锌合金或铝硅合金的表面层，其中任何一种表面层均可具有至多50μm的厚度，并且可以存在于钢基材的每一侧上。考虑到钢基材的厚度以及可能存在的任何表面层，钢工件14至少在焊接位18处的厚度200可以为0.3毫米(mm)至6.0mm，或者更窄，为0.5mm至2.5mm。此外，钢工件14可具有更薄的厚度，其中厚度200在0.5mm至1.5mm的范围内。因此，本文中所使用的术语“钢工件”包括各种不同等级和强度的钢基材，无论是带涂层还是不带涂层。

铝工件16包括带涂层或不带涂层的铝基材。铝基材可由至少包括85wt％铝的非合金铝或铝合金组成。可以构成带涂层或不带涂层的铝基材的一些有名的铝合金是铝-镁合金、铝硅合金、铝镁-硅合金和铝锌合金。如果带涂层，则铝基材可包括耐火氧化物材料的表面层，该表面层包括氧化铝化合物，也可能包括其它氧化物化合物，例如氧化镁化合物(例如如果铝基材是铝-镁合金的话)。这种耐火氧化物材料可以是当铝基材暴露于空气时自然形成的原生氧化物涂层和/或制造过程中铝基材暴露至高温期间所形成的氧化物层，例如氧化铁皮。铝基材也可涂覆有锌层、锡层或由钛、锆、铬或硅的氧化物组成的金属氧化物转化涂层，如美国专利申请no.2014/0360986中所述。表面层可以具有1nm至10μm的厚度，并且可以存在于铝基材的每一侧上。考虑到铝基材的厚度以及可能存在的任何可选表面层，铝工件16至少在焊接位18处的厚度300可以为0.3mm至6.0mm，或者更窄，为0.5mm至3.0mm。

铝工件16的铝基材可通过锻造或铸造成型而制成。例如，铝基材可由4xxx、5xxx、6xxx或7xxx系列锻制铝合金片材层、挤压件、锻件或其它加工件组成。可替代地，铝基材可由4xx.x、5xx.x、6xx.x或7xx.x系列铝合金铸件组成。可构成铝基材的一些更具体的铝合金包括但不限于aa5754和aa5182铝镁合金、aa6111和aa6022铝镁-硅合金、aa7003和aa7055铝-锌合金，以及al-10si-mg铝压铸合金。如果需要，铝基材还可以以各种状态使用，包括退火(o)、应变硬化(h)和固溶热处理(t)。因此，本文中所使用的术语“铝工件”包括带涂层或不带涂层的非合金铝和各种铝合金，以不同的可点焊形式，包括锻造片材层、挤压件、锻件等，以及铸件。

当在“2t”堆叠实施例的情况下将两个工件14、16堆叠起来用于点焊时(如图1所示)，钢工件14和铝工件16分别示出工件堆叠12的第一侧24和和第二侧28。特别地，钢工件14包括接合表面32和后表面34，同样地，铝工件16包括接合表面36和后表面38。该两个工件14、16的接合表面32、36彼此重叠并面对，以建立延伸穿过焊接位18的接合界面40。另一方面，钢工件14和铝工件16的后表面34、38在焊接位18处沿相反方向彼此背离，并分别构成工件堆叠12的第一侧24和第二侧28的铝工件表面26和钢工件表面30。

术语“接合界面40”在本公开中广泛使用，旨在涵盖工件14和工件16的接合表面32、36之间的任何重叠和面对关系，其中可以实施电阻点焊。例如，接合表面32、36可以彼此直接接触，从而使得它们可以在物理上邻接并且不被离散的介入材料层分开。作为另一个示例，接合表面32、36可以彼此间接接触，例如当它们被离散的介入材料层分开时，因此不会经历直接接触中的界面物理基台的类型，但是彼此要足够接近，从而使得仍然可以实施电阻点焊。在工件堆叠12形成期间，钢工件14和铝工件16的接合表面32、36之间的这种间接接触通常在工件14、16彼此堆叠之前，在中间有机材料层(未示出)施加到接合表面32、36之间时实现。

可存在于接合表面32、36之间的中间有机材料层是包括热固性粘合剂基质的粘合剂层。该结构性热固性粘合剂基质可以是任何可固化的结构粘合剂，例如包括作为可热固化环氧树脂或可热固化聚氨酯。可用作粘合剂基质的可热固化结构粘合剂的一些具体示例包括dowbetamate1486、henkelterokal5089和uniseal2343，所有这些均可在市面上购得。此外，粘合剂层还可以包括分散在整个热固性粘合剂基质中的任选的填料颗粒(例如二氧化硅颗粒)，以改变用于制造操作的粘合剂层的粘度分布或其它特性。中间有机材料层(无论是粘合剂层还是一些其它有机材料，例如密封层或隔音层)优选地具有穿过焊接位18的厚度，该厚度为0.1mm至2.0mm，或更窄地为0.2mm至1.0mm。

如果存在中间有机材料层，则该层可以在电流流动期间在焊接位18处获得的温度和电极夹持压力下相当容易地进行点焊。在点焊条件下，在电流流动期间，有机材料层在焊接位18内横向移动并进行热分解，以便只留下靠近钢工件14的接合表面32的残余材料(例如，碳灰、填料颗粒等)。然而，在焊接位18外，中间有机材料层通常保持不受干扰。就此而言，如果中间有机材料层是如上所述的粘合剂层，则粘合剂层可用于在钢工件14和铝工件16的接合面32、36之间提供额外的结合。为了实现这种额外结合，工件堆叠12可以在点焊之后，在elpo烘烤炉或其它加热装置中进行加热，以固化在焊接位18处仍然完整的粘合剂层的结构性热固性粘合剂基质。

仍然参照图1，第一焊接电极20和第二焊接电极22用于使电流流过工件堆叠12并穿过焊接位18处的相邻钢工件14和铝工件16的接合界面40，而不管是否存在其它的铝和/或钢工件。每个焊接电极20、22由包括c-型或x-型焊枪的任何合适类型的焊枪(部分示出)承载。点焊操作可以根据需要要求将焊枪安装到能够使焊枪围绕工件堆叠12移动的机器人上，或者可以要求将焊枪配置为工件堆叠12被操纵并相对于焊枪移动的固定基座型。例如，这些类型的焊接操作在汽车制造厂中是常见的。此外，如本文中示意性地示出的，焊枪可以与电源42相关联，电源42根据由焊接控制器44管理的编程焊接程序在焊接电极20、22之间输送电流。焊枪还可以配备有冷却剂管线和相关的控制设备，以便在点焊操作期间将冷却剂流体(例如水)输送至每个焊接电极20、22。

焊枪包括第一焊枪架46和第二焊枪架48。第一焊枪架46装配有柄部50，柄部50固定并保持第一焊接电极20，第二焊枪架48装配有柄部52，柄部52固定并保持第二焊接电极22。焊接电极20、22在其各自的柄部50、52上的固定保持可以通过柄部适配器来实现，该柄部适配器位于柄部50、52的轴向自由端并且由电极20、22接收，如图1所示出和描述的。就其相对于工件堆叠12的定位而言，第一焊接电极20定位为与堆叠12的第一侧24接触，并且第二焊接电极22定位为与堆叠12的第二侧28相接触。第一焊枪架46和第二焊枪架48可操作以使焊接电极20、22朝向彼此会聚或挤压，并且一旦电极20、22与其各自的工件堆叠侧24、28接触，则在焊接位18处向工件堆叠12施加夹持力。

现在参考图2和图3，第一焊接电极20被设计和构造为用于压靠在铝工件上，如铝工件16。第一焊接电极20可以由合适的铜合金材料(如c15000)构成，并且/或者可以至少部分地由诸如钨-铜合金的耐火基材料；以及其它具有合适机械特性并且还可使用适当的导电和导热性的铜合金组合物以及其它金属组合物构成。在附图中所示的实施例中的第一焊接电极20具有主体54和焊接面56。主体54是圆柱形的，并且具有前端58，其直径400可以在约12mm至22mm之间，或者更窄地，在约16mm至20mm之间。主体54包括可接触的内部凹槽60，用于与第一焊枪架46相关联的柄部50的柄部适配器(未示出)的插入以及与与第一焊枪架46相关联的柄部50的柄部适配器(未示出)连接。焊接面56设置在主体54的前端58上，并且可以通过过渡前缘62从前端58向上移位，或者其可以跨越整个前端58(称为“全面电极”)。焊接面56的直径500优选地在6mm至20mm的范围内，或者更窄地，在8mm至15mm的范围内。此外，如果存在过渡前缘62，则过渡前缘62可以使焊接面56从前端58向上移位2mm至10mm的距离。过渡前缘62优选地为截圆锥或截球形状。如果是截圆锥形状，则过渡前缘62的截断角优选地在距焊接面56的水平面30°至60°之间。如果是截头球形状，则过渡前缘62的曲率半径优选地在6mm至12mm之间。

第一焊接电极20可以采用宽范围的电极焊接面设计。例如，现在参照图3，焊接面56可包括平面或球形圆顶的基部焊接面表面64。如果是球形圆顶形的，则基部焊接面表面64具有球形轮廓，其曲率半径优选地在15mm至300mm的范围内，或者更窄地，在20mm至50mm的范围内。此外，各种凸焊接面几何形状可用于第一焊接电极20。此外，对本申请人而言，提交日期为2017年11月8日的美国专利申请no.15/807,219中描述和示出的电极焊接面设计可以施用于第一焊接电极20，该美国专利申请的全部内容通过引用的方式结合到本文中。第一焊接电极20也可以具有尖状焊接面设计，其具有与焊接面中心呈锥角的截头圆锥；在该示例中，锥角可以在3度(°)和12°之间，或者更优选地，在5°和8°之间。而且，无论基础焊接面表面64是平面、球形圆顶、凸起、成角度，还是具有另一个焊接面设计，基础焊接面表面64可以是光滑或粗糙的。焊接面56还可以包括中心突出部，例如以焊接面轴线66为中心的凸起高台或球形球头凸起。另外，焊接面56可包括一系列直立的圆形脊同心环，其从基部焊接面表面64向外突出，例如美国专利no.8,222,560；8,436,269；8,927,894；或美国专利公开号2013/0200048中公开的脊。

在第一焊接电极20的优选实施例中，焊接面56包括多个直立的圆形脊68，其以焊接面轴线66为中心并包围焊接面轴线66，如图3所示。基部焊接面64占焊接面56的表面积的50％或更大，优选地在50％至80％之间，并且焊接面56的剩余表面面积归于多个直立圆形脊68。虽然存在于基础焊接面表面64上的直立脊68的数量可以变化，但是焊接面56优选地包括从2至10个脊68的位置，或者更窄地从3至6个脊68。几个直立的圆形脊68在基部焊接面64上彼此径向间隔开，从而使得当从紧绕焊接面轴线66的最内部直立脊部68'移动到离焊接面轴线66最远的最外部直立脊部68”时，直立脊部68的直径变大。

直立圆形脊68的尺寸和形状设计为提高机械稳定性并降低电极/工件连接处的电接触和热接触电阻，同时可易于修复。在一个实施例中，如图所示，每个直立圆形脊68均具有封闭的圆周，这意味着脊部68的圆周不会被显著的分离中断，其横截面轮廓缺少尖角并具有弯曲(如图3所示)或平坦的顶表面。每个圆形脊68还具有脊部高度68h，其从脊部68的中点处向上延伸，并且在横截面中观察时圆形脊68从基部焊接面表面64正向移位。每个脊68的脊高68h优选地为20μm至500μm，或者更窄，为50μm至300μm。并且，在每对相邻的脊68的中心之间测量的脊68的间距优选地在100μm至2500μm之间，或者更窄地，在400μm至1600μm之间。

与第一焊接电极20相对使用的第二焊接电极22可以是各种电极设计中的任何一种。在某些情况下，优选地是，第一焊接电极20和第二焊接电极22具有相似的设计，但这并非在所有实施例中都是必需的。通常情况下，如图4中最佳示出的，第二焊接电极22包括电极体70和焊接面72。电极体70优选地是圆柱形的，并且包括可接近的内部凹槽74，用于插入并附接与第二焊枪架48相关联的柄部52的柄部适配器(未示出)。电极体70的前端74的直径600在12mm至22mm的范围内，或者更窄，在16mm至20mm的范围内。焊接面72设置在主体70的前端74上，并且可以通过过渡前缘76从前端74向上移位，或者其可以直接从前端74直接过渡(称为“全面电极”)。此外，如果存在过渡前缘76，则焊接面72可以从前端74向上移位2mm至10mm的距离。过渡前缘76优选地为截圆锥或截球形状。如果是截圆锥形，则过渡前缘76的截断角优选地在距焊接面72的水平面15°至50°之间。如果是截头球形，则过渡前缘76的曲率半径优选地在6mm和12mm之间。

焊接面72是第二焊接电极22的一部分，其与图1所示示例中的工件堆叠12的第二侧28接触。在某些情况下，优选的是，焊接面72具有与第一焊接电极20的焊接面56类似的焊接面设计，但这并非在所有实施例中都是必需的。在一个实施例中，焊接面72的直径700优选地在3mm至16mm的范围内，或者更窄，在4mm至8mm的范围内。就其轮廓而言，焊接面72包括基础焊接面表面78，其可以是平面或球形圆顶的。如果是球形圆顶形的，则基部焊接面表面78具有球形轮廓，其曲率半径优选地在25mm至400mm的范围内，或者更窄，在25mm至100mm的范围内。基础焊接面表面78可以是光滑的，或者其可包括凸起的表面特征，例如基础焊接面表面78上在焊接面72的中心位置正向位移的平台表面，在基础焊接面表面78上焊接面72的中心处凸起的圆形突出部，与上述特征设计类似的多个直立圆形脊，或一些其它凸起特征。

第二焊接电极22可以由适用于点焊应用的任何导电和导热材料构成。例如，第二焊接电极22可以由导电率至少为80％iacs(或者更优选地为至少90％iacs)以及导热率至少为300w/mk(或者更优选地为至少350w/mk)的铜合金构成。可用于第二焊接电极22的铜合金的一个具体示例是铜锆合金(cuzr)，其含有约0.10wt％至约0.20wt％的锆，余量的铜。通常优选地用满足该组成成分并命名为c15000的铜合金。也可以使用其它铜合金组合物，例如铜-铬合金或铜-铬-锆合金。此外，可以使用本文中并未明确列举的具有适当机械性能和导电导热性的其它金属组合物。

现在将参考图1对电阻点焊方法的一个示例进行描述，图中仅示出了彼此重叠和相邻定位以形成接合界面40的钢工件14和铝工件16。在工件堆叠12中存在附加工件(包括例如附加有如上所述的铝工件和钢工件)并不一定会影响点焊方法的实施方式，或者对相邻的钢工件14和铝工件16的接合界面40处产生的接合机构不会产生任何显著影响。

在图1所示的示例性电阻点焊方法开始时，工件堆叠12位于第一焊接电极20和相对的第二焊接电极22之间。第一焊接电极20的焊接面56定位为接触第一侧24的铝工件表面26，并且第二焊接电极22的焊接面72定位为接触第二侧28的钢工件表面30。之后，操作焊枪以使第一焊接电极20和第二焊接电极22相对于彼此而会聚，从而使得其各自的焊接面56、72压靠在工件堆叠12在焊接位18处的相对的第一侧24和第二侧面28上。第一焊接电极20和第二焊接电极22向下夹在工件堆叠12上。焊接面56、72通常在焊接位18处，在施加在工件堆叠12上的夹持力的作用下，彼此面对面对齐。所施加的夹紧力优选地为400lb(磅力)至2000lb，更窄地，为600lb至1300lb。

在第一焊接电极20和第二焊接电极22的焊接面56、72分别压靠在工件堆叠12的第一侧24和第二侧28上之后，电流在面向对齐的焊接面56、72之间流动。在焊接面56、72之间交换的电流可以是由电源42输送的ac(交流电)电流或dc(直流电)电流，如图所示，电源42与第一焊接电极20和第二焊接电极22电气通信。由于对所施加电流的精确控制，在一些实施例中优选地为包括中频直流(mfdc)变压器的mfdc逆变电源。mfdc变压器可以从许多供应商处商业获得，包括罗马制造公司(急流城)、aro焊接技术公司(切斯特菲尔德镇，mi)以及博世力士乐(夏洛特州，nc)。输送电流的特性由焊接控制器44控制。具体地，焊接控制器44使得用户可以编程焊接计划，该焊接计划指定在焊接电极20、22之间交换电流的方式。该焊接计划允许在任何给定时间定制控制电流水平以及在任何给定电流水平下的电流持续时间等，并且还可以实现电流的这些属性，以响应非常小的时间增量的变化，低至几分之一毫秒。

在焊接电极20、22之间交换的电流穿过工件堆叠12，并穿过在相邻的钢工件14和铝工件16之间建立的接合界面40。交换的电流可以是随时间恒定的或脉冲的，或者两者的某种组合，并且电流水平通常在5ka至50ka，并且持续时间为50ms至5000ms，或更优选地持续200ms至2000ms。通常，电流流动的电阻产生热量，并最终熔化铝工件16，以在铝工件16内产生熔铝焊池。熔铝焊池润湿钢工件14的相邻接合表面32，并朝向后表面38延伸到铝工件16中。熔铝焊池可以穿透铝工件16的距离为焊接位18处的铝工件16的厚度300的10％至100％，更优选为20％至100％。并且，就其组合物而言，熔铝焊池主要由源自铝工件16的铝材料组成。

现在参照图5所示的微结构，熔铝焊池固化成焊接接头80，在第一焊接电极20和第二焊接电极22的焊接面56、72之间电流的流动终止之后，焊接接头80将钢工件14和铝工件16焊接接合在一起。图5所示的焊接接头80代表通过常规电阻焊接工艺形成的焊接接头，该焊接工艺不使用本说明书中详述的钢板。焊接接头80包括由铝工件16的再固化材料构成的铝焊点熔核82，并且还可以包括一个或多个金属间层84。铝焊点熔核82在铝工件16中延伸焊接位18处铝工件16的厚度300的通常20％至100％的距离，类似于预先存在的熔铝焊池。金属间层84位于铝焊点熔核82和钢工件14的接合面32之间。由于点焊温度下(特别是可持续点焊温度)熔铝焊池和钢工件14之间发生的反应，而产生金属间层84，金属间层84通常包括feal3化合物、fe2al5化合物以及可能的其它金属间化合物，并且呈现出的组合总厚度为0.5μm至20μm或1μm至5μm。金属间层84通常硬且脆，并且如果在钢工件14的接合表面32处以及沿钢工件14的接合表面32的位置处的厚度足够，则认为最终的焊接接头80在工件经受变形时，由于金属间层84的破裂而倾向于具有降低的剥离和交叉拉伸强度。已经发现，当钢工件14具有厚度200在0.5mm至1.5mm范围内的较薄厚度时，并且当钢工件14具有极限拉伸强度在150mpa至350mpa范围内的较低强度时，尤其是这种情况。

为了解决这些缺点，并最小化以及在某些情况下完全避免变型时金属间层84发生破裂，将钢板或背板86插入工件堆叠12中。钢板86用于使焊接接头80变厚变硬，并增强其强度。因此，焊接接头80具有比没有钢板86时更大的剥离和交叉拉伸强度。此外，在某些情况下，强化的焊接接头80促使铝制工件16进一步承受的任何在其上可能发生的变形，比在其它情况下更大。当钢工件14具有较薄的厚度、较低的强度或两者(其一般数值范围如上所示)时，钢板86已被证明是非常有效的，因为这些属性常常使焊接位18更容易受到影响，因此，金属间层84更容易破裂。钢板86可以由与钢工件14相同的钢材料构成，或者可以由与钢工件14的附接方面表现出相容性的钢材料构成，无论这种附接是否涉及粘结剂接合或电阻点焊(如下所示)，并且/或者可以由具有比钢工件14更大的极限拉伸强度的钢材料构成。此外，虽然参考单个焊接位18进行了描述，但是技术人员应该理解，可以在同一工件堆叠12上的多个焊接位18处引入多个钢板86。

在不同的实施例中，钢板86可以采用不同的形式，部分取决于相关工件的属性、所执行的电阻点焊方法的特性以及所采用的连接技术。在图6所示的实施例中，钢板86是单独且不同的部件，其在附接至钢制工件14之前先从钢工件14上拆下。钢板86的厚度800可小于3.0mm，在0.5mm至2.5mm的范围内，或者更窄在0.9mm到2.0mm的范围内。尽管未在图中示出，但是当从其后表面88观察时，钢板86可具有不同的形状，包括矩形、正方形、圆形、椭圆形等。无论其形状如何，钢板86的尺寸均设计为基本上或完全覆盖焊接位18，以便有效地加固焊接接头80。在一个实施例中，由后表面88限定的钢板86的区域或由其前表面94限定的区域可以是由相关的铝焊点熔核限定的相应区域的两倍或更多。在钢板86和钢工件14之间的附接包括如下所述的电阻点焊的情况下，钢板86的面积可以由钢板86和钢工件14之间产生的焊点熔核的尺寸决定。此处，后表面88或前表面94的面积可以在约12mm²至115mm²的范围内，或者更窄在20mm²至80mm²的范围内。此外，在钢板86和钢工件14之间的附接涉及电阻点焊的情况下，钢板86可以从相关的铝焊点熔核的中心点跨越到从铝焊点熔核的中心点到其边缘测量的横向范围(即，铝焊点熔核的半径)的大于40％或更大的距离。此外，在钢板86和钢工件14之间的附接涉及粘合剂接合的情况下，钢板86的面积可以由钢板86和钢工件14之间的粘合剂涂覆面积决定。此外，在钢板86和钢工件14之间的附接涉及粘结剂接合的情况下，钢板86可以从相关的铝焊点熔核的中心点跨越到从铝焊点熔核的中心点到其边缘侧的横向范围(即，铝焊点熔核的半径)的大于40％或更大的距离。例如，在图6中，钢板86从第一侧边缘90跨越到第二侧边缘92，并跨越焊接位18的相应边界。类似地，尽管未示出，但钢板86可以在横向方向上跨越焊接位18的边界，该横向方向由第一侧边缘90和第二侧边缘92示出。当安装在附接位置时，并且在附接之后，钢板86的前表面94可以与钢工件14的后表面34进行面对面配置和/或面对面邻接。在该位置处，钢板86位于工件堆叠12的钢侧上。

现在参照图7和图8，在该实施例中，钢板186是钢工件14的整体延伸部分。钢板186不是与前一实施例中的钢工件14分开的，而是折回在其上的钢工件14的一部分。因为其是从钢工件14分割出来的，所以钢板186可以更容易地具有与钢工件14相同的厚度，并且如果需要的话，可以更容易地由与钢工件14相同的钢材料构成，尽管这种需要在所有具有钢板186的情况下都并非如此。根据前述实施例，钢板186的厚度800可小于3.0mm，在0.5-2.5mm的范围内，或者更窄，在0.9-2.0mm的范围内，并且钢板186可以具有不同的形状，包括矩形、正方形、圆形、椭圆形等。具体参考图8，取决于所涉及的特定车辆结构框架或闭合构件，钢板186可位于钢工件14的一个或多个周边边缘96处，钢板186'可位于钢工件14的内部位置98处，在周边边缘96的内侧，或者钢板186、186'可同时位于位于周边边缘96和内部位置98处。为了使钢工件14制备成具有钢板186、186'，钢工件14可以在周边边缘96处构造有凸片状结构，以提供钢板186，并且钢工件14可以在内部位置98处用切割线构造，以提供钢板186'。当在周边边缘96处时，可以将多个钢板186定位为用于多个预期的焊接位；同样，当在内部位置98处时，可以将多个钢板186'定位为用于多个预期的焊接位。在该实施例中，无论是位于周边还是内部，钢板186都围绕折叠或折边线100(图8)折叠到其附接位置，如图7所示。图7所示的附接位置是钢板186的折叠后状态，而图8种示出了钢板186的折叠前状态。折叠工艺可以通过机械压力机、辊式压边机或其它金属加工程序实现。具体参照图7，在折叠并放置到位以便附接时，并且在附接之后，钢板186的前表面194可以与钢工件14的后表面34进行面对面的配置和/或面对面邻接。在该位置处，如在前一实施例中所示的那样，钢板186位于工件堆叠12的钢侧。

在图6至图8所示的实施例中，在钢板86、186和钢工件14之间采用的附接技术以及附接的顺序和时间可以变化。在一个示例中，钢板86、186通过粘合剂结合而附接至钢工件14。粘合剂结合可以包括不同类型的金属-金属粘合剂，包括例如，可热固化环氧粘合剂，例如dowbetamate^tm1486、henkelterokal5089或uniseal2343，这些都是市面上可以购得的。粘合剂可施加到钢板86、186的前表面94、194上，可以在附接位置施加到钢工件14的后表面34上，或者可以涂覆到前表面和后表面94、194、34上，从而使得粘合剂材料可以夹在钢板86、186盒钢工件14之间。粘合剂可以涂覆到钢板86、186和钢工件14之间面对面配置和/或面对面邻接的所有区域。固化后，钢板86、186和钢制工件14牢固地附接在一起。可以执行粘合剂涂覆步骤，并且可以在执行电阻点焊方法之前或之后进行涂覆，并且焊接接头80形成在钢工件14和铝工件16之间；在之前执行时，电流流过所涂覆的粘合剂，并且钢板86、186焊接至钢工件14上。在进行电阻点焊方法之后进行粘合剂的固化。所执行的精确固化技术可取决于所用粘合剂的类型，并且除了其他可能性之外，可包括在加热炉中烘烤、感应加热或者双组分粘合剂，使粘合剂可以在室温下固化。

在另一个示例中，钢板86、186通过电阻点焊附接至钢工件14上。通常而言，这里用于附接的电阻点焊方法可以与上面关于钢工件14和铝工件16详述的电阻点焊方法在所述特性方面相同或相似。此外，将钢板86、186接合至钢工件14的电阻点焊方法可以在电阻点焊方法之前进行，以在钢工件14和铝工件16之间形成焊接接头80。在这种情况下，在钢工件14和钢板86、186重叠时，第一焊接电极20和第二焊接电极22分别压靠在钢工件14的接合表面32和钢板86、186的后表面88、188上。一旦附接之后，接合的钢工件和板组件与铝工件16重叠，如图6和图7所示，并且第一焊接电极20和第二焊接电极22分别压靠在第一侧24的铝工件表面26和钢板86、186的后表面88、188上。该随后的点焊方法还可以通过初始点焊方法进一步增长先前在钢工件14和钢板86、186之间产生的焊点熔核。此外，在当前优选的顺序和时间中，将钢板86、186附接至钢工件14的电阻点焊方法可以与电阻点焊方法同时发生，以在钢工件14和铝工件16之间形成焊接接头80。换句话说，可以使用单一和相同的电阻点焊方法将钢板86、186和钢工件14连接在一起，以及将钢工件14和铝工件16连接在一起。在该实施例中，钢工件14、铝工件16和钢板86、186重叠，并且第一焊接电极20和第二焊接电极22分别压靠在铝工件16的铝工件表面26和钢板86、186的后表面88、188上。此处，参考图6，第一焊接接头87在靠近接合表面32的钢工件14和铝工件16之间形成，并且第二焊接接头89在钢工件14和钢板86、187之间的接合表面处形成(发生在图6和图7种所示的前表面94、194处)。第一行街接头87和第二焊接接头89可以以不同的速率和不同的时间进行显影和成型。例如，第一焊接接头87可以最初形成和成型，随后是第二焊接接头89的后续形成和成型；或者相反地，第二焊接接头89可以形成并且一开始形成，随后形成并成型第一焊接接头87。在当前优选的工艺中，控制电流输送以最初形成第二焊接接头89。一旦第二焊接接头89冷却并固化，则重新开始电流以接着形成第一焊接接头87。适合于形成和成型第一焊接接头87的焊接计划在美国专利申请公开no.2015/0053655和美国专利申请公开no.2017/0106466中进行了描述，两者的全部内容均通过引用并入本文。此外，在当前优选的顺序和时间中，将钢板86、186接合至钢工件14的电阻点焊方法可以与电阻点焊方法同时发生，以在钢工件14和铝工件16之间形成焊接接头80。在这种情况下，第一焊接电极20和第二焊接电极22分别压靠在接合的钢和铝工件组件的第一侧24的铝工件表面26和钢板86、186的后表面88、188上。该随后进行的点焊方法还可以生成先前通过初始点焊方法形成的钢工件14和铝工件16之间产生的焊点熔核。

钢板86、186和钢制工件14之间的附接可以构成它们之间的唯一连接，并且钢板86、186和钢工件14可以在其它位置不进行彼此连接。换句话说，钢板86、186不仅仅是添加到工件堆叠12中的附加层状钢工件，因为这只会增加工件堆叠12的不必要的成本和复杂性。相反，钢板86、186是局部附件，旨在增加钢工件14在焊接接头80处的强度。钢板86、186可以不存在于从焊接接头80移位的钢工件14的其他区域。

基于在焊接接头80处确定所需的增加厚度和硬化工艺来确定和选择厚度800和钢板86、186的强度，以便有效地防止金属间层84的破裂。精确厚度800可以在不同实施例之间存在不同，并且受以下因素中的一个或多个影响：钢工件14的厚度200、钢工件14的屈服强度、铝工件16的厚度300、铝工件16的屈服强度以及钢板86、186和钢工件14之间采用的附接技术。在钢板86、186通电阻点焊到钢工件14的实施例中，钢板86、186的厚度800可以等于或大于铝工件16的厚度300；类似地，钢板86、186的屈服强度可以等于或大于铝工件16的屈服强度。人们认为，满足一个或同时满足两个这种关系，可以有效预防金属间层84的破裂。在钢板86、186与钢工件14之间的附接包括粘合剂结合(即，仅用粘合剂接合或焊接接合)的实施例中，钢板86、186的厚度800可以是使得连接在一起的钢工件14和钢板86、186的总厚度尺寸(即，厚度200加厚度800)等于或大于铝工件16的厚度300；类似地，钢板86、186的屈服强度可以等于或大于铝工件16的屈服强度。人们认为，满足这些关系中的一个或两个可以有效预防金属间层84的破裂。此外，在汽车应用中，当进行这些测定和选择时，本领域技术人员应该理解，某些铝和钢材料在经受低温烘烤(例如，elpo烘烤工艺)时会受到影响，因此应评估在所述烘焙条件中的屈服强度。

如图所示，图11和图12的柱状图示出了将钢板附加到工件堆叠的钢侧的有效性。图11的柱状图示出了不具有附加钢板的各种车身剥离样品(沿x轴示出的cp-124、cp-130、cp-136、cp-142、cp-148、cp-154和cp-160)，而是仅具有钢工件14和铝工件16。在图11中，左侧y轴1200表示单位为牛顿(n)的峰值剥离强度，右侧y轴1300表示单位为焦耳(j)的总能量。右侧y轴1300也表示单位为毫米(mm)的焊接按钮尺寸或直径。经受试验的钢工件14是厚度为0.6mm的低碳钢，经过试验的钢板86、186也是厚度为0.8mm的6xxx系列铝合金x626。圆圈标记(●)1400表示峰值载荷(n)，x标记1500表示断裂能量(j)，垂直条纹的高度表示焊接按钮尺寸或直径。图12的柱状图示出了具有通过粘合剂结合的方式与其附接的钢板的各种车身剥离样品(沿x轴1600示出的cp-124、cp-130、cp-136、cp-142、cp-148、cp-154和cp-160)。在图12中，左侧y轴1700表示单位为牛顿(n)的峰值剥离强度，右侧y轴1800表示单位为焦耳(j)的总能量；右侧y轴1800也表示单位为毫米(mm)的焊接按钮尺寸或直径。经受试验的钢制工件14是厚度为0.6mm的低碳钢，经过试验的钢板86、186也是厚度为0.6mm的低碳钢，经受试验的铝工件16是厚度为0.8mm的6xxx铝合金x626。圆圈标记(●)1900表示峰值载荷(n)，x标记2100表示断裂能量(j)，垂直条纹的高度表示焊接按钮尺寸或直径。比较图11和图12的柱状图，显示出钢板附件的最大剥离强度、能量吸收和焊接按钮尺寸的显著改进。

现在参考图9，图中示出了仅具有钢工件14和铝工件16的工件堆叠的示例性微结构，并且不含如上所述的附加钢板。钢工件14是厚度为0.7mm的低碳钢板，铝工件16是厚度为1.2mm的aa6022-t4铝合金。该微结构的焊接接头产生95n的车身剥离强度。另一方面，在图10中，图10示出了具有钢工件14和铝工件16的工件堆叠的示例性微结构，并且具有钢板86、186。钢工件14是厚度为0.7mm的低碳钢板，铝工件16是厚度为1.2mm的aa6022-t4铝合金。钢板86、186是厚度为0.7mm的低碳钢板。将钢板86、186与电阻点焊方法同时焊接到钢工件14上，以形成钢工件14和铝工件16之间的焊接接头。该微结构的焊接接头产生350n的车身剥离强度，与不含附加钢板的图9所示的工件堆叠相比，机械性能显著提高。

此外，钢板86、186是否适合并且实际上是否有利于特定工件堆叠可取决于不同因素，包括(在一个实施例中)施加在钢工件14和铝工件16之间形成的焊接接头上的机械负载。确定钢板86、186在特定工件堆叠中的适用性的一种方法是进行试验，其中通过将钢工件14夹紧就位而使试样或焊接部分的一部分受到剥离，然后剥离铝工件16。如果观察到下列之一，则确定钢板86、186是合适的并且有利于使用：i)沿钢工件14和铝工件16的界面的焊接接头断裂，或ii)实际没有形成期望尺寸的焊接按钮(例如，在一个示例中，焊接按钮的期望大小通过将铝工件16的厚度300的平方根(√)乘以数字五(5)而得到)。其它方法发现，确定钢板86、186在特定工件堆叠中的稳定性包括确定图11和图12所示的柱状图的车身剥离测试，以及在垂直于焊接接头的方向上施加至焊接接头的拉伸负荷的横向拉伸测试。如前所述，如果观察到下列之一，则确定钢板86、186是合适的并且有利于使用：i)焊接接头沿钢工件14和铝工件16的界面断裂，或ii)没有形成焊接按钮期望的尺寸(例如，在一个示例中，焊接按钮的期望大小通过将铝工件16的厚度300的平方根(√)乘以数字五(5)而得到)。

以上对优选示例性实施例和具体示例的描述本质上仅是描述性的；其并非旨在限制随后的权利要求的范围。除非在说明书中另外明确且具体地进行了描述，否则所附权利要求中使用的每个术语均应当给出其普通和惯用的含义。