專利名稱：改進的結構完整性的焊接組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種具有改進的結構完整性的焊接組件。
背景技術：
焊接是通過促成聚結(coalescence)來連接材料(通常是金屬或熱塑性塑料)的加エ或過程。這經常通過熔化工作件的基材和增加填補材料以在基材界面形成熔融的材料的熔池(也稱為焊接熔池)來完成?；慕缑娴暮附尤鄢乩鋮s后產生高強度的焊縫。根據擬被連接的材料的類型和質量，相同的焊接過程可能耗費/消耗極不相同的總量的能量，以產生穩(wěn)固耐用的焊縫。此外，消耗更多能量的焊接過程需要更大、更重、更大功率且因此更貴的焊接設備。這種增加的焊接能的消耗趨于降低焊接操作的總體效率，且更由于焊接設備的更高成本和尺寸往往趨于增人家最終完成的組件的有效成本。ー些焊接過程包括在焊接接合面處熔化基材的微觀結構，而其他焊接過程被配置為是固態(tài)連接過程。固態(tài)連接過程的一種類型是攪拌摩擦焊(FSW)。FSW通常用于連接鋁制部件，因為與可替換的焊接過程相比，FSW輸入更少量的熱能并在被連接的部件中產生更小的熱變形。

發(fā)明內容
特征在于改進的結構完整性的焊接組件包括沿第一平面布置的第一部件。第一部件包括第一和第二基本平行的表面，并包括在第一表面上布置的通道。該組件還包括沿第ニ平面布置的第二部件，其中第二部件包括前邊緣。第二部件的前邊緣插進第一部件的通道，從而在第一和第二部件之間形成了接合面。應用于或產生在第二表面上的焊縫在接合面處連接第一部件和第二部件，從而形成了組件。第一平面可以基本垂直于第二平面。第二表面上產生的焊縫可以是攪拌摩擦焊縫。這種攪拌摩擦焊縫可穿入通道而不在第一表面顯露出來。在焊縫產生之后，第一部件和第二部件每ー個可在接合面處保持各自材料的微觀結構。在第一部件中，孔可連接通道和第二表面。另外，第二部件的邊緣可包括被配置為接合該孔的突出部。第一部件可以是面板，第二部件可以是碰撞吸能盒，它們每ー個均用于車輛保險杠系統。因此，焊縫可用于至少部分地連接這種車輛保險杠支架。第一和第二部件每ー個可由鋁、鎂、鈦、銅和鋼中的ー種形成。還揭露了形成這種焊接組件的ー種方法。從下文中對實現本發(fā)明的最佳模式的有附圖的詳細描述可知，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢以及其他特征和優(yōu)勢是很明顯的。


圖1是焊接組件的透視圖，該焊接組件顯示為車輛的保險杠支架結構的一部分；圖2是圖1中顯示的組件的部件的視圖，該部件顯示為預連接狀態(tài)；圖3是當圖1-2所示的部件通過攪拌摩擦焊連接起來時的組件的透視圖；圖4是組件的透視圖，該組件類似于圖1-3所示的組件，但部件是由孔和突出部接合起來的，該部件顯示為預連接狀態(tài)；和圖5是闡述了形成圖1-3所示的焊接組件的方法的流程圖。
具體實施例方式參考附圖，其中相同的附圖標記代表相同的部件，圖1顯示了特征在于改進的結構完整性的焊接組件10。焊接組件10顯示為是普遍地應用于電動車輛(未示出)的保險杠支撐結構。如圖所示，焊接組件10被配置為吸收所屬車輛在撞擊中可能受到的力。焊接組件10包括在接合面16處連接起來的第一部件或面板12和第二部件或碰撞吸能盒(crashbox)14。盡管這里所提供的描述是針對保險杠支架組件的，但是接合面16還可應用于任何需要焊接接頭的改進結構完整性的其他組件。圖2顯示了面板12和碰撞吸能盒14的預連接狀態(tài)。保險杠支撐焊接組件10的碰撞吸能盒14是通常布置在所屬車輛的周界上的構件。面板12包括第一表面18和第二表面20。因此，表面18和20是面板12的基本平行的相對表面。面板12還包括布置在第一表面18上的通道22。如圖1所示，在完全組裝的所屬車輛上，面板12沿第一平面24布置，而碰撞吸能盒沿第二平面26布置，第二平面26與第一平面24基本垂直。重新參考圖2，碰撞吸能盒14包括當碰撞吸能盒與面板12組裝時插入通道22的前邊緣28。因此，邊緣28插入通道22中形成了面板12和碰撞吸能盒14之間的接合面16。當焊接組件10組裝在車輛上時，面板12和碰撞吸能盒14通過任何合適的緊固方式(例如螺釘和螺母)作為ー個單元附接至所屬車輛的框架(未示出)。如果車輛涉及撞擊且車輛的保險杠被破壞但車輛框架中沒有發(fā)生塑性變形，則這樣的構造允許焊接的面板12和碰撞吸能盒14便利地拆解和更換。參考圖3，在組件10的形成過程中，通過產生在或應用在第ニ表面20上的焊縫30，面板12在接合面16處連接至碰撞吸能盒14。碰撞吸能盒14被設計為在沖擊カ的作用下以受控制的方式垮塌，從而在沖擊傳送至車輛框架內的乘客車廂部分之前將大部分力吸收。如圖3所示，在接合面16處連接面板12和碰撞吸能盒14的焊縫30是通過攪拌摩擦焊(FSW)過程產生的。FSW是對金屬(例如鋼、鋁、鎂、鈦和銅)所形成的部件的固態(tài)連接過程。FSW之所以稱為固態(tài)焊接過程是因為其在部件的連接過程中沒有讓基礎金屬結構熔化。因為在FSW中沒有熔化基礎金屬結構，該過程特別適用于在組件完成之后需要保持最初的金屬特性不變的應用。因此，FSW經常用于形成大的組件，這種組件在已經完成焊接之后不易于通過熱處理來恢復材料回火特性。如圖3所示，可使用抗磨損的圓柱形帶凸肩焊頭32在接合面16處產生攪拌摩擦焊縫。為了產生焊接組件10，首先將碰撞吸能盒14和面板12對接或裝配在一起。通過在接合面16處將邊緣28插入通道22以將碰撞吸能盒14和面板12裝配在一起之后，焊頭32與第二表面20接合在其上產生焊縫30。焊頭32進而以大致不變的速度旋轉，并以大致不變的橫向速率向接合面16進給。摩擦能會產生在碰撞吸能盒14和面板12的材料與焊頭32之間。這種摩擦能——
連同接合面16處碰撞吸能盒14和面板12的材料內部的機械混合過程產生的能量一起-
使得被攪拌的材料在沒有達到它們各自的熔點時即軟化。進而，在接合面16處焊接面板12和碰撞吸能盒14時，被攪動材料的軟化允許焊頭32沿第二表面20在塑化金屬池內移動。在攪拌摩擦焊縫30的產生過程中，焊頭32旋轉并沿第二表面20進給。在焊頭32如此旋轉且沿第二表面20進給時，焊頭的前面34迫使塑化的金屬去往焊頭的后側36，同時施加可觀的鍛壓カ來鞏固接合面16處的焊接材料。因此，通過在接合面16處面板和碰撞吸能盒固態(tài)下的強烈塑性變形促進了面板12和碰撞吸能盒14的焊接，隨后以該基材的動態(tài)再結晶而結束。因此，盡管焊縫30造成了面板12和碰撞吸能盒14的基材的塑性變形和攪拌，但是由此得到的連接仍然能保持面板和碰撞吸能盒在接合面16處的各自的材料微觀結構。由于通道22內的邊緣28所形成的接合面16，可以相對于第一表面18更可靠地控制焊縫30所產生的被摩擦攪動的區(qū)域的布置。相應地，產生焊縫30的該過程可以足夠穩(wěn)固，以一致地穿入通道22并連接面板12和碰撞吸能盒14，而焊縫不會偶爾地接近第一表面18或在第一表面18上顯露出來。如對攪動摩擦所焊接的組件的測試中觀察到的，焊縫30對第一表面18的這種偶爾穿透會產生不一致的結構完整性的焊接組件。因此，保持第一表面18不被受摩擦攪動的區(qū)域干擾的能力提供了改進的結構完整性的焊接組件10。為清楚起見，圖3示出了焊縫30，其在通道22內鞏固面板12和碰撞吸能盒14的材料，但保持與第一表面18充分的遠離。圖4顯示了預連接狀態(tài)的焊接組件40。處于其完成狀態(tài)的所述焊接組件40與圖
1-3所示的焊接組件10類似。焊接組件40包括面板42和碰撞吸能盒44，它們分別類似于焊接組件10的面板12和碰撞吸能盒14。然而，面板42包括將通道22和第二表面20連接的孔46，碰撞吸能盒44的邊緣28包括突出部48。所述突出部48被配置為在面板42和碰撞吸能盒44組裝以形成接合面50的過程中接合孔46。采用孔46和突出部48是為了在焊縫30產生之前使面板42和碰撞吸能盒44更有效的互鎖。另外，孔46和突出部48沿著焊頭32在接合面50處產生焊縫30時的路徑定位，從而孔和突出部成為被摩擦攪動的區(qū)域的一部分。圖5顯示了形成焊接組件10的方法60。盡管在這里方法60是參考圖1_3所示的焊接組件10來描述的，但是其同樣可應用于圖4所示的焊接組件40。該方法開始于圖框62,即在第一部件(在所描述的實施例中即面板12)的第一表面18形成通道16。在第一表面如此形成通道22可通過任何合適的金屬切削過程(例如銑削)來完成。在框62之后，方法進行至框64，即將第二部件(在所描述的實施例中即碰撞吸能盒14)的前邊緣28插入通道22，進而形成接合面16。因此，在圖框64中，面板12和碰撞吸能盒為進一歩加工而對接。在圖框64之后，方法進行至圖框66，其包括通過在第二表面20產生的焊縫39在接合面16處將面板12和碰撞吸能盒14連接起來，從而形成組件10。如圖1-3所示，該方法可包括，在通過焊頭32產生摩擦攪拌區(qū)域的同時讓焊縫30穿入通道22，但焊縫30不在第一表面18顯露出來。因此，在焊縫30產生后，面板12和碰撞吸能盒14在接合面16處可各自保持各自材料的微觀結構。
盡管已經對執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進行了詳盡的描述，但是本領域技術人員可得知在所附的權利要求的范圍內的用來實施本發(fā)明的許多替換設計和實施例。
權利要求
1.一種焊接組件，該組件包括: 第一部件，沿第一平面布置，其中第一部件包括第一和第二基本平行的表面，并包括在第一表面上布置的通道； 第二部件，沿第二平面布置，該第二部件具有前邊緣， 其中: 第二部件的前邊緣插進第一部件的通道中，從而在第一和第二部件之間形成接合面；和 第二表面上產生的焊縫在接合面處連接第一部件和第二部件，從而形成組件。
2.按權利要求1所述的組件，其中第一平面與第二平面基本垂直。
3.按權利要求1所述的組件，其中第二表面產生的焊縫是攪拌摩擦焊縫。
4.按權利要求3所述的組件，其中攪拌摩擦焊縫穿入通道，而不從第一表面顯露出。
5.按權利要求4所述的組件，其中在焊縫產生之后，第一部件和第二部件每ー個保持各自材料的微觀結構。
6.按權利要求1所述的組件，其中一孔連接通道和第二表面，第二部件的前邊緣包括被配置為接合所述孔的突出部。
7.按權利要求1所述的組件，其中第一部件是面板，第二部件是碰撞吸能盒，它們每ー個都用于車輛保險杠系統。
8.按權利要求1所述的組件，其中第一和第二部件由鋁、鎂、鈦、銅和鋼中的ー種形成。
9.一種形成焊接組件的方法，該方法包括: 在第一部件的第一表面上產生通道，其中第一部件沿第一平面布置并包括基本平行于第一表面的第二表面； 將第二部件的前邊緣插入通道中，使得第一和第二部件之間形成接合面；和 由第二表面上產生的焊縫在接合面處連接第一部件和第二部件，從而形成組件。
10.按權利要求9所述的方法，其中第一部件與第二部件的所述連接是通過穿入通道的但不在第一表面顯露出來的攪拌摩擦焊縫實現的，其中焊縫產生之后，第一部件和第二部件每ー個保持各自材料的微觀結構。
全文摘要
特征在于改進的結構完整性的焊接組件包括沿第一平面布置的第一部件。第一部件包括第一和第二基本平行的表面，還包括在第一表面上布置的通道。該組件還包括沿第二平面布置的第二部件，其中第二部件包括前邊緣。第二部件的前邊緣插進第一部件的通道從而在第一和第二部件之間形成了接合面。產生在第二表面的焊縫在接合面處連接第一部件和第二部件，從而形成了組件。所述焊縫可以是攪拌摩擦類型的焊縫。所述焊接組件可以是車輛保險杠支架。還揭露了形成這種焊接組件的方法。
文檔編號B23K33/00GK103084747SQ20121041748
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權日2011年10月27日
發(fā)明者B.E.卡爾森, M.A.坎寧安, R.T.齊曼斯基 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司