相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求于2016年3月30日提交的美國臨時申請no.62/315,055的權(quán)益。上述臨時申請的全部內(nèi)容通過以其整體引用并入本文。

本公開總體上涉及使用徑向開槽的焊接電極以及這種電極與對置的焊接電極組合使用以在包括鋼工件和重疊并且相鄰的鋁工件的工件疊層組件上進行電阻點焊。當在工件疊層組件的鋁工件和鋼工件之間存在中間有機材料層時，徑向開槽的焊接電極是特別有用的。

背景技術(shù)：

將鋼工件接合到較輕質(zhì)的鋁工件（非合金鋁或具有85％重量百分比或更多鋁的鋁合金）在許多制造品中提供重量減輕同時保持適當?shù)膹姸?。該實踐諸如像在尤其是結(jié)構(gòu)框架構(gòu)件（例如，車身側(cè)面和橫向構(gòu)件）和車輛關(guān)閉構(gòu)件（例如車門、引擎蓋、后備箱蓋和升降門）的制造中提供了許多減輕重量的機會。許多這樣的汽車組件構(gòu)件具有內(nèi)板和外板，該內(nèi)板和外板互補地成形以提供更堅固更多剛性的結(jié)構(gòu)以及包圍窗戶、閉合構(gòu)件、絕緣體、電線等。鋼工件和鋁工件通常成形為具有類似形狀的外周邊緣或凸緣，這使得它們能夠用沿其外周策略地定位的一系列適當間隔的電阻點焊接合。中間有機材料也可以在板結(jié)構(gòu)的閉合時被施加在待接合的面對的表面之間，以提供進一步的結(jié)合強度、消音特性和/或一些其它屬性。

在電阻點焊的形成中，鋼工件和鋁工件在要形成點焊的每個位置處利用接合的貼合表面以面對面接觸的方式被堆疊并固定在一起。被以共線面對置的方式布置抵靠在其相應的工件疊層組件的外表面上的兩個焊接電極，然后通過重疊和相鄰的鋼工件和鋁工件傳送電流。通過的電流瞬間在鋁工件內(nèi)形成熔融焊池，熔融焊池又會使鋼工件的相鄰的貼合表面潤濕。鋼工件不熔化并有助于熔融焊池。在短時段的電流流動（通常不長于一秒或兩秒）之后，電焊接電流在對置的電極仍然壓靠在其相應的工件疊層外表面上的情況下終止。鋼工件和鋁工件在周圍環(huán)境中冷卻（盡管兩種材料的熱導率的差異導致熱量從焊接位置通過工件不同地散布）并且熔融焊池在鋁工件中固化以形成結(jié)合到鋼工件的焊接接頭。焊接接頭包括焊接熔核以及通常包括在焊接熔核和鋼工件之間脆性金屬間層。金屬間層可以包括各種fe-al金屬間化合物。

然而，實際上，將鋼工件點焊到鋁工件是具有挑戰(zhàn)性的，原因是這兩種金屬的許多特性可能不利地影響焊接接頭的強度，最顯著的是剝離強度和橫向拉伸強度。關(guān)于異種金屬的性質(zhì)，鋁具有相對低的熔點（?600℃）和相對低的電阻率和熱阻率，而鋼具有相對高的熔點（?1500℃）和相對高的電阻率和熱阻率。由于這些物理差異，在電流流動期間在鋼工件內(nèi)產(chǎn)生大部分熱量，使得在鋼工件和鋁工件之間存在熱量不平衡。在電流流動期間產(chǎn)生的熱量不平衡和鋁工件的高熱導率的組合意味著在電流停止之后立即發(fā)生熱量不從焊接部位對稱地散布的情況。相反，熱量從較熱的鋼工件通過鋁工件朝向鋁工件另一側(cè)上的點焊電極傳導，這在該方向產(chǎn)生急劇變化的熱梯度。

確信在鋼工件和鋁工件另一側(cè)上的點焊電極之間的急劇變化的熱梯度的形成以若干方式弱化所產(chǎn)生的焊接接頭。第一，由于在電流的流動已停止之后鋼工件保存熱量長于鋁工件，所以在電流流動期間形成的熔融鋁焊池定向固化：從最接近緊接鋁工件的較冷點焊電極（常常水冷卻）的區(qū)域開始且朝向貼合界面?zhèn)鞑?。此類固化前沿趨向于在焊接接頭（其中已存在殘留氧化物膜和/或復合物殘留物膜）內(nèi)朝向貼合界面以及沿著貼合界面清除或驅(qū)趕缺陷，諸如氣孔、收縮空隙和微裂紋。第二，鋼工件中所維持的升高溫度促進硬的并脆性的fe-al金屬間層在貼合界面處以及沿著其生長。使焊接缺陷分散以及使fe-al金屬間層沿著貼合界面的過度生長趨向于減小焊接接頭的剝離和橫向拉伸強度。

趨向于使鋼工件和鋁工件的電阻點焊復雜化的挑戰(zhàn)擴大超出了它們的材料相異性質(zhì)。在一些情況下，每個鋼工件和鋁工件可以包括成分與其下面的底部基板不同的施加的或天然的表面涂層。鋁工件例如可以包含耐熔的表面氧化物層。該氧化物層通常由氧化鋁化合物組成，但是當鋁工件包含含鎂鋁合金時，也可以存在其它氧化物化合物，諸如像氧化鎂化合物。存在于鋁工件上的氧化物層是電絕緣的并且機械堅硬的。結(jié)果，包括表面氧化物層的殘留物的殘留氧化物膜趨向于在鋼工件的貼合表面處及其旁邊保持完整，在那里其會阻礙熔融鋁焊池濕潤鋼工件的能力。

當在焊接部位處在鋁工件和鋼工件的貼合表面之間存在中間有機材料層（諸如未固化的可熱固化的粘合劑層）時，歸因于鋁工件的耐熔表面氧化物層的復雜性可能被放大。未固化但可熱固化的粘合劑層可以設置在堆疊的工件的貼合表面之間，以在工件之間提供進一步的結(jié)合。在通過焊接電極施加的有力的壓力將工件夾持在一起時，并且在交換電流之前，一些粘合劑被橫向擠壓出焊接區(qū)。然后剩余的粘合劑在電流流動期間在焊接接頭的位置處分解。在點焊操作完成后，例如在elpo烤漆爐（elpo是指電泳灌注操作）中加熱焊接的工件的含有粘合劑的區(qū)域。所施加的加熱固化粘合劑層以在已經(jīng)實施點焊的部位周圍的金屬工件的面對的貼合表面之間獲得堅固的支撐粘合。

中間有機材料層具有與耐熔表面氧化物層相互作用以在點焊溫度下形成更有粘著力的材料的趨勢?？梢钥隙ǎ芍虚g有機材料層（例如碳灰，填料顆粒（例如二氧化硅，橡膠等）和其它衍生物材料）的分解得到的熱殘留物被認為與殘留氧化物膜結(jié)合從而形成復合物殘留物膜，其與單獨的殘留氧化物膜相比，在電流流動期間更能抵抗機械分解和擴散。與鋼工件和鋁工件之間不存在有機材料層的情況相比，形成更堅硬的復合物殘留物膜導致該膜的碎片在鋼工件的貼合表面上以及沿著和沿著鋼工件的貼合表面以大得多的破壞性的方式分組和編制地保持。具體地，確信復合物殘留物膜阻止鐵擴散到熔融鋁焊池中，這可能導致硬的且脆性的fe-al金屬間層的過度增厚，并從而削弱了焊接接頭。此外，在有機材料分解過程中產(chǎn)生的任何氣體都可能被捕獲在熔融金屬池中，并且可能最終導致固化的焊接接頭內(nèi)的空隙或氣孔。另外，復合物殘留物膜可以沿著焊接接頭和鋼工件的結(jié)合界面提供準備好的裂紋路徑，這又會削弱焊接接頭。

鑒于上述挑戰(zhàn)，先前對點焊鋼工件和鋁工件的努力已采用了明確提出較高電流、較長焊接時間或兩者（與點焊鋼與鋼相比）的焊接方案，以嘗試和獲得合理的焊接結(jié)合區(qū)域。這樣的努力在制造設置中非常地不成功，并且具有損壞焊接電極的傾向。鑒于先前的點焊努力并不特別成功，主要替代地使用包括自穿孔鉚釘和流動鉆螺絲的機械緊固件。然而，與點焊相比，機械緊固件花費更長的時間來放置就位并具有高消耗性成本。它們還給車輛增加了重量（通過點焊實現(xiàn)接合時避免的重量），這抵消了首先通過使用鋁工件獲得的一些重量節(jié)省。點焊的進步（將使得鋼工件和鋁工件接合更容易，即使有許多挑戰(zhàn)）因此將是對現(xiàn)有技術(shù)受歡迎的添加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

電阻點焊包括鋁工件和重疊相鄰的鋼工件的工件疊層組件的方法的一個實施例可以包括幾個步驟。首先，提供具有第一側(cè)和相反的第二側(cè)的工件疊層組件。工件堆疊組件包括鋁工件和與鋁工件重疊的相鄰鋼工件，并且還包括設置在重疊的鋁工件和鋼工件的面對的貼合表面之間的中間有機材料層。另外，在疊層組件內(nèi)，鋁工件緊接疊層組件的第一側(cè)，并且鋼工件緊接疊層組件的第二側(cè)。

接下來，在提供工件疊層組件之后，將徑向開槽的焊接電極的焊接面壓靠在工件疊層組件的第一側(cè)上，并且將第二焊接電極的焊接面再壓靠在工件疊層組件的第二側(cè)上。徑向開槽的焊接電極的焊接面包括中心直立平臺和圍繞中心直立平臺的凸形圓頂部分，并且凸形圓頂部分包括圍繞中心直立平臺在基部表面上周向間隔的多個梯形焊接面部分。梯形焊接面部分的每一個包括沿著凸形圓頂部分的基部表面徑向間隔開的多個橫向直立的弧形脊部。而且，環(huán)形通道圍繞中心直立平臺，并且多個徑向槽與環(huán)形通道連通并朝向梯形焊接面部分之間的基部表面的外部周邊向外延伸。當焊接面壓靠在其相應的工件疊層組件的第一側(cè)和第二側(cè)上時，第二焊接電極的焊接面與徑向開槽的焊接電極的焊接面面對準。

一旦焊接電極就位，則使電流在徑向開槽的焊接電極的焊接面與第二焊接電極的焊接面之間通過，以產(chǎn)生包含在鋁工件內(nèi)的潤濕鋼工件的貼合表面的熔融焊池。最終，在徑向開槽的焊接電極的焊接面和第二焊接電極的焊接面之間的電流的通過被終止，以允許熔融焊池固化成將鋁工件和鋼工件結(jié)合在一起的焊接接頭。

可以進一步限定電阻點焊工件疊層組件的前述方法。例如，工件疊層組件的第一側(cè)可以是鋁工件的外表面，以及工件疊層組件的第二側(cè)可以是鋼工件的外表面。在另一個示例中，除了重疊并彼此相鄰的鋁工件和鋼工件之外，工件疊層組件可以包括另外的鋁工件和/或另外的鋼工件。

此外，在將徑向開槽的焊接電極的焊接面壓靠在工件疊層組件的第一側(cè)上期間，中心直立平臺的平臺表面可以在多個梯形焊接面部分包括的任一橫向直立的弧形脊部接觸第一側(cè)之前接觸疊層組件的第一側(cè)，使得由徑向開槽的焊接電極和第二焊接電極的焊接面施加的夾持載荷最初通過中心直立平臺傳遞。在上述方法的另一實施方案中，在電流通過之前只有中心直立平臺的平臺表面接觸工件疊層組件的第一側(cè)。然后，在電流通過期間，圍繞中心直立平臺的凸形圓頂部分的梯形焊接面部分，以梯形焊接面部分的最內(nèi)的直立的弧形脊部開始并且繼續(xù)徑向向外朝向梯形焊接面部分的最外的直立的弧形脊部，逐漸地與工件疊層組件的第一側(cè)形成接觸。

第二焊接電極的被壓靠在工件疊層組件的第二側(cè)上的焊接面可采取多種結(jié)構(gòu)。例如，第二焊接電極的焊接面可以包括凸形的基部焊接面表面和從凸形的基部焊接面表面向外突出的多個直立圓形脊部，使得直立圓形脊部由凸形的基部焊接面表面的中間的圓形部分分開。并且，在一個具體實施方式中，第二焊接電極的焊接面的最內(nèi)的直立圓形脊部的直徑可以小于徑向開槽的焊接電極的焊接面的中心直立平臺的平臺表面的直徑。

根據(jù)本公開的一個實施例的徑向開槽的焊接電極可以包括主體和由主體的一端承載的焊接面。焊接面可以包括具有平臺表面的中心直立平臺和圍繞中心直立平臺的凸形圓頂部分。凸形圓頂部分還可以包括基部表面和圍繞中心直立平臺在基部表面上周向間隔的多個梯形焊接面部分。梯形焊接面部分的每一個可以包括沿著凸形圓頂部分的基部表面徑向間隔開的多個橫向直立的弧形脊部。更重要的是，多個徑向槽可以與圍繞中心直立平臺的環(huán)形通道連通，并且可以朝向凸形圓頂部分的基部表面的外部周邊向外延伸。在這方面，多個徑向槽中的每一個在兩個相鄰的梯形焊接面部分之間延伸。

根據(jù)前述實施例的徑向開槽的焊接電極可具有某些結(jié)構(gòu)設計特征。作為一個示例，梯形焊接面部分的每一個可以包括兩個至十個橫向直立的弧形脊部，其中每個梯形焊接面部分中的每個橫向直立的弧形脊部具有范圍為從20μm至400μm的脊高度，并且與每個其相鄰的脊部以50μm至1800μm的徑向間距分開。此外，作為另一示例，中心直立平臺的平臺表面可以正向移位超過凸形圓頂部分的周圍的基部焊接面表面，使得平臺表面升高超過多個梯形焊接面部分的每個的最內(nèi)的橫向直立的弧形脊部。當然可以實施其他結(jié)構(gòu)設計特征。

附圖說明

圖1是具有中間有機材料層包??括鋼工件的頂部上的鋁工件的工件疊層組件的剖面的放大示意性側(cè)視圖，其中示出了根據(jù)本公開的一個實施例的徑向開槽的焊接電極焊接被接合到鋁工件，并且示出另一個焊接電極在對置的焊接電極之間的電流開始之前接合到鋼工件；

圖2是圖1所示的徑向開槽的焊接電極的焊接面（其與鋁工件進行接觸）的局部剖視圖；

圖3是圖1-圖2所示的徑向開槽的焊接電極的焊接面的平面圖；

圖4是圖1所示的焊接電極的焊接面（其與鋼工件進行接觸）的局部剖視圖；

圖5是可以用作圖1所示的焊接電極的替代物的球凸式焊接電極（其與鋼工件進行接觸）的透視圖；

圖6是可以用作圖1所示的焊接電極的替代物的具有中心平坦區(qū)域的球凸式焊接電極的透視圖（其與鋼工件接觸）；

圖7是可以用作圖1所示的焊接電極的替代物的截頭圓錐式焊接電極（其與鋼工件進行接觸）的透視圖；和

圖8是圖1所示的工件疊層組件和對置的焊接電極的剖面的放大示意性側(cè)視圖，其中焊接電極在通過電流終止之后與其相應的工件處于完全接合。

具體實施方式

本公開涉及焊接電極的設計，其可以與另一個對置的焊接電極結(jié)合使用，以在彼此相鄰定位在工件疊層組件中的鋼工件和鋁工件之間進行電阻點焊，特別是當中間有機材料設置在鋼工件和鋁工件之間時。所公開的焊接電極是被徑向開槽的，并且旨在以與緊接鋼工件地接合并壓靠在工件疊層組件上的另一個焊接電極對置并面對準的方式，緊接鋁工件地接合并壓靠在工件疊層組件上。徑向開槽的焊接電極包括由凸形圓頂?shù)囊徊糠謬@的中心平臺，凸形圓頂包括多個周向間隔的梯形焊接面部分，梯形焊接面部分包括彼此徑向間隔的橫向直立的弧形脊部。中心平臺和梯形焊接面部分限定圍繞中心平臺的環(huán)形通道和從環(huán)形通道向焊接面的周邊向外延伸的多個徑向槽。徑向開槽的焊接電極的設計有效地在焊接接頭形成之前將有機材料橫向排出離開鋼工件和鋁工件之間的焊接區(qū)。

現(xiàn)在參考1-8，與使用這些點焊電極16，18的方法一起描述了徑向開槽的焊接電極16以及對置的伴隨的焊接電極18。在圖1的放大示意圖中，示出了工件疊層組件80，其包括鋼工件片10的一部分和鋁工件12的相鄰的重疊部分。組裝的鋼工件和鋁工件10，12可以例如分別地是用于機動車輛的鋁的外部車身側(cè)板和鋼的內(nèi)部車身側(cè)板的部分。每個板可以預先已經(jīng)成形。鋼工件和鋁工件10，12在延伸通過需要接合的點焊位置的貼合界面82處進行間接界面接觸。在工件10，12之間經(jīng)歷的間接接觸是中間有機材料層14的結(jié)果，該中間有機材料層14在點焊之前通過焊接區(qū)被廣泛地施加在工件10，12之間。工件的所示部分可以例如在疊層組件80的外周處，在該位置沿著外周邊緣以間隔開的對準方式形成一系列電阻點焊。

鋼工件10包括來自寬泛種類的強度和等級中任一種的鋼基板，其被涂覆或未被涂覆。鋼基板可以是熱軋或冷軋的，并且可以由鋼組成，諸如低碳鋼、無間隙鋼、烘烤硬化鋼、高強度低合金（hsla）鋼、雙相（dp）鋼、復合相（cp）鋼、馬氏體（mart）鋼、轉(zhuǎn)變誘導塑性（trip）鋼、纏繞誘導塑性（twip）鋼和諸如當鋼工件10包括加壓硬化鋼（phs）時的硼鋼。如果被涂覆，則鋼基板優(yōu)選包括鋅（鍍鋅）表面層、鋅-鐵合金（合金化熱鍍鋅）表面層、鋅-鎳合金表面層、鎳表面層、鋁表面層、鋁-鎂合金表面層、鋁-鋅合金表面層或鋁-硅合金表面層，其中任何一種表面層可以具有高達50μm的厚度，并且可以存在于鋼基板的每一側(cè)上?？紤]到鋼基板的厚度和可能存在的任何可選的表面層，至少在點焊位置，鋼工件10可以具有范圍為從0.3mm至6.0mm或更窄地從0.6mm至2.5mm的厚度。

鋁工件12包括涂覆或未涂覆的鋁基板。鋁基板可以由非合金鋁或包含至少85％重量百分比的鋁的鋁合金組成?？梢詷?gòu)成涂覆或未涂覆的鋁基板的一些著名的鋁合金是鋁-鎂合金、鋁-硅合金、鋁-鎂-硅合金和鋁-鋅合金。如果被涂覆，則鋁基板可以包括由氧化鋁化合物和可能的其它氧化物化合物（諸如如果鋁基板是鋁-鎂合金的情況下的氧化鎂化合物）組成的耐熔氧化物材料的表面層。鋁基板也可以涂覆有鋅、錫層或由鈦、鋯、鉻或硅的氧化物組成的金屬氧化物轉(zhuǎn)化涂層，如美國專利公開物no.2014/0360986所描述的。表面層可以具有范圍從1nm至10μm的厚度，并且可以存在于鋁基板的每一側(cè)上?？紤]到鋁基板的厚度和可能存在的任何可選表面層，至少在點焊位置，鋁工件12可以具有范圍從0.3mm至約6.0mm或更窄地從0.5mm至3.0mm的厚度。

鋁工件12的鋁基板可以以鍛造或鑄造形式提供。例如，鋁基板可以由4xxx，5xxx，6xxx或7xxx系列鍛造鋁合金板層、擠壓、鍛冶或其他加工的制品組成?；蛘撸X基板可以由4xx.x，5xx.x，6xx.x或7xx.x系列鋁合金鑄件組成?？梢詷?gòu)成鋁基板的一些更具體種類的鋁合金包括但不限于aa5754和aa5182鋁-鎂合金，aa6111和aa6022鋁-鎂-硅合金，aa7003和aa7055鋁-鋅合金以及al-10si-mg鋁壓鑄合金。如果需要，鋁基板還可以用于各種調(diào)和中，包括退火（o），應變硬化（h）和固溶熱處理（t）。

工件疊層組件80包括緊接鋁工件12的第一外表面84和緊接鋼工件10的第二外表面86。在此上下文中使用的術(shù)語“緊接”意思是實際鋁或鋼工件10，12的表面，或者疊層組件80中與鋁工件或鋼工件10，12相同側(cè)的附近工件的表面。例如，當在疊層組件80中僅存在鋼工件和鋁工件10，12（例如，“2t”疊層）時，此處如圖1所示，鋁工件12的外工件表面12'提供第一外表面84，并且鋼工件10的外工件表面10'提供第二外表面86。然而，在其他實施例中，可以將另外的工件設置在相鄰的鋼工件和鋁工件10，12的一側(cè)或兩側(cè)上，只要另外的工件具有與其直接相鄰的鋼工件或鋁工件10，12相同的基體金屬類型即可。例如，工件疊層組件80可以包括鄰近并覆蓋鋁工件12的與鋼工件10相鄰放置的外工件表面12'設置的另外的鋁工件，和/或其可以包括鄰近并覆蓋鋼工件10的與鋁工件12相鄰放置的外工件表面10'設置的另外的鋼工件。當存在另一個另外的工件時，疊層組件80的第一和/或第二外表面的84，86可以由另外的工件提供。

除了重疊以形成貼合界面82的相鄰的鋼工件和鋁工件10，12之外工件疊層組件80還可以包括至少一個其它另外的工件的事實，并不改變焊接電極16，18的基本功能或它們對相鄰鋼工件和鋁工件10，12之間形成的點焊的作用。在任一情況下，如下面將進一步說明的，包括包含在鋁工件12內(nèi)的焊接接頭的點焊由在點焊電極16，18之間傳送的電流形成，并且固化后得到的焊接接頭結(jié)合到鋼工件10的相鄰貼合表面。因此，為了簡單起見，圖1-3所示的工件疊層組件80的整體描述僅利用相鄰的鋼工件和鋁工件10，12說明，原因是在這兩個工件10，12之間發(fā)生的結(jié)合動作實際上是相同的，而無論是否另外的工件緊接工件10，12的一者或兩者設置。但是，焊接電極16，18的結(jié)構(gòu)以及它們結(jié)合工件疊層組件80的使用也完全適用于僅包括相鄰的鋼工件和鋁工件10，12的組件以及包括另外的一個工件或多個工件的其他組件。

施加在鋼工件和鋁工件10，12之間的中間有機材料層14可以是通過焊接的粘合劑、密封劑、消音材料或可以通過給定的焊接電極的夾持力和電極之間的電流流量的量和持續(xù)時間而進行點焊的任何其它中間材料。例如，中間有機材料14可以是未固化但可熱固化的粘合劑。這樣的粘合劑可以廣泛地設置在鋼工件10的貼合表面10"和鋁工件12的貼合表面12"之間，使得在點焊之后可以將工件疊層組件80在（elpo）底涂層烤漆爐或其他裝置中加熱，以固化粘合劑并在工件10，12之間提供額外的結(jié)合?？梢圆⑷胍粋€或多個化學個體的合適的粘合劑可以是寬泛的多種可固化聚合物系統(tǒng)中的任何一種，諸如可熱固化的環(huán)氧化合物和聚亞安酯。實際上，合適的可熱固化粘合劑的特定示例是可熱固化的環(huán)氧樹脂，其可以包括諸如二氧化硅顆粒的填料顆粒，以改變用于制造操作的粘合劑的粘度分布或其它性質(zhì)。多種可熱固化的環(huán)氧化合物是可商購的，包括dowbetamate1486、henkelterokal5089和uniseal2343。在將焊接電極16，18的夾持力施加到工件疊層80之前，中間有機材料層14通常在工件貼合表面10"，12"之間被施加到0.1mm至2.0mm的厚度。

現(xiàn)在具體參考圖1，徑向開槽的焊接電極16和對置的伴隨的第二焊接電極18被示出為相互面對準地與工件疊層80接合。更具體地，徑向開槽的焊接電極16與緊接鋁工件12的第一外表面84接合，而對置的第二焊接電極與緊接鋼工件10的第二外表面86接合。焊接電極14，16可由任何合適的導熱并導電的材料形成。例如，焊接電極14，16可以由具有至少45％iacs的電導率和至少180w/mk的熱導率的材料構(gòu)成。符合該標準的一些材料種類包括銅合金和耐熔基材料（其包含至少35％重量百分比，并且優(yōu)選至少50％重量百分比的耐熔金屬）。合適的銅合金的具體實例包括c15000銅-鋯（cuzr）合金、c18200銅-鉻（cucr）合金和c18150銅-鉻-鋯（cucrzr）合金，而合適的耐熔基材料可以包括鉬或鎢顆粒相，諸如鎢-銅金屬復合物，其包含50％重量百分比至90％重量百分比之間的分散在銅基體（其構(gòu)成復合材料的平衡物（在50％重量百分比至10％重量百分比之間））中的鎢顆粒相。當然，也可以使用此處未明確列出的符合適用的電導率和熱導率標準的其他材料。

徑向開槽的焊接電極16包括主體20和第一焊接面22，并且同樣地，第二焊接電極18包括主體24、第二焊接面26。第一和第二焊接電極16，18的第一和第二焊接面22，26具有對準的中心軸線28，30，中心軸線28，30延伸通過預期焊接區(qū)的中心，但不必須通過電極14，16的主體20，24的中心，原因是為了更好的接近性，焊接面22，26的一者或兩者可以相對于它們各自的主體20，24傾斜，或者電極16，18可以具有單個彎曲或兩個彎曲的結(jié)構(gòu)。每個焊接電極14，16的主體20，24（可以具有12mm至22mm之間的直徑，或更優(yōu)選地在15mm和20mm之間）被機械加工或成形以形成中空內(nèi)部32，34，用于將焊接電極16，18附接到被配置成在電極16，18之間傳送計劃的電流的單獨的可移動的對置的焊接臂（未示出）。還可以通過每個焊接臂傳送冷卻劑以將附接的焊接電極16，18保持在合適的溫度。焊接臂的相應運動被程序化以將兩個焊接電極16，18定位在工件疊層組件80的相對側(cè)上，使得焊接面22，26相對于它們的軸線28，30同軸地面對準用于形成電阻點焊。

焊接電極16，18的形狀主要在其焊接面22，26的設計上不同。對于第一和第二點焊電極14，16中的每一個，主體20，24的與到中空內(nèi)部32，34的入口相對的端部過渡到從主體20，24的外徑向內(nèi)形成輪廓的部分36，38。向內(nèi)形成輪廓的部分36，38優(yōu)選為截頭圓錐或截頭球體的形狀，并且具有容納電極16，18的中心焊接面部分的環(huán)形表面。如圖2-3最好地所示，徑向開槽的焊接電極16包括由凸形圓頂42的一部分圍繞的中心直立平臺40。凸形圓頂部分42具有基部表面44，在一個具體實施例中，基部表面44可以是球體的一部分，該球體具有范圍從15mm至300mm或更窄地從20mm至50mm的曲率半徑rq，并且還可以具有延伸穿過基部表面44的在向內(nèi)形成輪廓的部分34與基部表面44之間的過渡處的外部周邊440的直徑（即，平面到達范圍）。該直徑的范圍優(yōu)選地從3mm至20mm或更窄地從4mm至12mm。

凸形圓頂部分42包括多個周向間隔開的梯形焊接面部分46，其包括橫向直立的弧形脊部48。每個梯形焊接面部分46內(nèi)的直立的弧形脊部48從凸形圓頂部分42的基部表面44向外突出并且彼此徑向間隔（并且因此被基部表面44的中間的周向延伸部分50分開），同時具有圍繞中心直立平臺40周向延伸的弧長度。實際上，如在圖3中最好地示出，當從最接近中心圓形直立平臺40的最內(nèi)的脊部48'移動到最遠離平臺40的最外的脊部48"時，每個梯形焊接面部分46內(nèi)的弧形脊部48的弧長度增大。在徑向開槽的焊接電極16的一個具體實施方案中，焊接面22的凸形圓頂部分42可以包括三個至八個梯形焊接面部分46，其優(yōu)選地包括兩個至十個直立的弧形脊部48。另外，該兩個至十個橫向直立的弧形脊部48的每一個可以具有范圍從20μm到400μm或更窄的50μm到300μm的脊高度，在任何位置的范圍從1mm到15mm之間的弧長度，以及其相鄰脊部48中的每一個之間的范圍從50μm到1800μm或者更窄地是從80μm到1500μm的徑向間距。盡管這種關(guān)系不是強制性的，但是若干梯形焊接面部分48的橫向直立的弧形脊部48可以是周向?qū)实摹?/p>

中心直立平臺40具有位于焊接面26的中心處圍繞焊接面22的軸線28的平臺表面52。中心直立平臺40優(yōu)選為圓柱形狀，并且在平面圖中平臺表面52優(yōu)選為圓形，如圖3所示，并且可以具有范圍從2mm至7mm或更窄地從3mm至5mm的直徑。另外，如圖2中最好地所示，平臺表面52正向移位超過焊接面22的凸形圓頂部分42的圍繞的基部表面44距離“d”，距離“d”可以包括從100μm到500μm或更窄地從200μm到300μm的范圍，并且在大多數(shù)情況下，該距離“d”大于最內(nèi)脊部48'的脊高度，使得平臺表面52軸向延伸超過存在于凸形圓頂部分42上的所有直立的弧形脊部48。而且，就其表面輪廓而言，平臺表面52可以是平面的，或者其可以在輪廓上是略微凸形的。當平臺表面52是凸形形狀時，其可以是球體的一部分，該球體具有大于50mm（諸如像從50mm至400mm）的曲率半徑rp。當曲率半徑rp大于400mm時，平臺表面52被認為是平面的。然而，中心直立平臺52的平臺表面52（與其輪廓無關(guān)）優(yōu)選地比凸形圓頂部分42的基部表面44更平坦。

中心直立平臺40和圍繞的凸形圓頂部分42的梯形焊接面部分46協(xié)作以限定圍繞中心平臺40的環(huán)形通道54和多個徑向槽56，多個徑向槽56與環(huán)形通道54連通并從環(huán)形通道54朝向基部表面44的外部周邊440向外延伸。更具體地，環(huán)形通道54由中心直立平臺40和最內(nèi)的直立的弧形脊部48'限定，并且徑向槽56由相鄰的梯形焊接面部分46的橫向直立的弧形脊部48的端部限定。徑向槽56具有在相鄰的梯形焊接面部分46之間的單獨的寬度，范圍優(yōu)選地從該基部表面44的外部周邊440的長度的1/20至其1/10，在大多數(shù)點焊實踐中，其構(gòu)成1mm至4mm的最小寬度。如下面將進一步解釋的，中心平臺40、具有其橫向直立的弧形脊部48的梯形焊接面部分46和與徑向槽56連通的環(huán)形通道54的組合用于向中間有機材料層14施加壓力，而同時在工件貼合表面10"，12"之間提供低壓力的徑向開槽的流動路徑，其中除了為在電流流動期間在貼合界面84處產(chǎn)生任何氣態(tài)產(chǎn)物提供釋放出口以外，有機材料可以更容易地從焊接區(qū)排出。

現(xiàn)在返回參考圖1和圖4，伴隨的第二焊接電極18的焊接面26可以采用能夠與徑向開槽的焊接電極16的焊接面22配合的多種設計中的任何一種，以便于中間有機材料從焊接區(qū)橫向噴出。在這里所示和所述的特定實施例中，第二焊接電極18的焊接面26包括凸形的基部焊接面表面58和多個直立圓形脊部60（在平面圖中），該多個直立圓形脊部60從基部焊接面表面58向外突出并且因此由基部焊接面表面58的中間的圓形部分62分開?；亢附用姹砻?8可以例如是球體的一部分，該球體具有范圍從15mm至300mm或更窄地從20mm到50mm的曲率半徑rg，并且還可以具有延伸穿過在向內(nèi)形成輪廓的部分36和基部焊接面表面58之間的過渡處的基部焊接面表面58的外部周邊580的直徑（即，平面到達范圍）。該直徑優(yōu)選具有從3mm至20mm或更窄地從4mm至12mm的范圍。

直立圓形脊部60圍繞焊接面26的軸線30同心地定中心并且彼此徑向間隔開，使得脊部的平面直徑從緊接地圍繞焊接面軸線30的最內(nèi)的脊部60'向距離焊接面軸線30最遠的最外的脊部60"增加。因此，在該特定實施例中，并且作為與徑向開槽的焊接電極16的焊接面22的區(qū)別，第二焊接電極18的焊接面26上的直立圓形脊部60周向閉合，這意味著每個脊部60具有不間斷地完全圍繞焊接面軸線60的連續(xù)彎曲的周邊。第二焊接電極18的焊接面26在任何位置優(yōu)選地包括兩個至十個直立圓形脊部60，其中三個至五個是最優(yōu)選的。這些直立圓形脊部60中的每一個具有范圍可以從20μm至400μm或更窄地從50μm至300μm之間的脊高度，以及其徑向相鄰（徑向向內(nèi)和徑向向外）的脊部60的每一個之間的徑向間距可以具有從50μm到1800μm或更窄地從80μm到1500μm的范圍。

伴隨的第二焊接電極18不必限于圖1和圖4所示以及上面所述的結(jié)構(gòu)。當然可以使用其他電極設計，包括例如圖5-7所示的那些，其中僅描述了與圖1和圖4所示的焊接電極18的主要區(qū)別，要理解的是，焊接電極的其余部分符合上述教導?，F(xiàn)在參考圖5，由附圖標記118標識的第二焊接電極可以是常規(guī)類型的球凸式焊接電極，其包括具有基部焊接面表面158的凸形焊接面126，基部焊接面表面158從主體24的與到中空內(nèi)部34的入口相對的端部直接過渡，并因此在主體24和焊接面126之間不包括向內(nèi)形成輪廓的部分。這里使用的凸形焊接面126可以是球體或“球”的一部分，球體或“球”具有延伸穿過其外徑的范圍從12mm至22mm的直徑，和范圍從12mm至400mm的曲率半徑。

或者，并且現(xiàn)在參考圖6，由附圖標記218標識的第二焊接電極包括焊接面226和截頭球體形狀的向內(nèi)形成輪廓的部分238。焊接面226包括基部焊接面表面258，其具有范圍從3mm至16mm或更窄地從4mm至8mm的直徑，并且是平面的或凸形的。如果基部焊接面表面258是凸形的，則其可以是具有范圍從25mm至400mm的曲率半徑的球體的一部分。更進一步地，并且現(xiàn)在參考圖7，由附圖標記318標識的第二焊接電極可以包括類似于圖6所示的第二焊接電極218的焊接面226的焊接面326，盡管在這里，在這個實施例中，向內(nèi)形成輪廓的部分338是截頭圓錐而不是截頭球體。截頭圓錐可以相對于焊接面326的軸線332傾斜從15°至40°。當然，圖5-7中所示的焊接電極118，218，318可以不是適用于與徑向開槽的焊接電極116一起使用的唯一替代電極設計；相反，也可以使用這里未明確示出的其它焊接電極。

現(xiàn)在參考圖1-2，在電阻點焊僅包括重疊的鋼工件和鋁工件10，12的疊層組件的上下文中描述使用徑向開槽的焊接電極16和伴隨的第二焊接電極18的方法，盡管如上所述也可以在包括另外的鋼工件和/或鋁工件的疊層組件上實施這種相同的方法。通常，通過以下步驟首先提供工件疊層組件80：將有機涂層材料施加到鋼工件10的貼合表面10"、鋁工件12的貼合表面12"或兩個貼合表面10"，12"，并且然后通過將工件10，12用合適的固定設備對準和裝配以將鋼工件和鋁工件10，12以重疊的方式組裝成疊層組件80。然后使徑向開槽的焊接電極16的焊接面22和伴隨的第二焊接電極的焊接面26與它們各自的工件疊層組件80的第一和第二側(cè)84，86（在這個實施例中還是外工件表面10'，12'）以相互面對準的方式進行接觸，使得它們各自的焊接面中心軸線28，30共線地對準。在圖1中總體示出了在電流交換之前在焊接電極16，18之間的這種一般設置。

如本文所使用的術(shù)語“面對準”并不一定意味著焊接電極16，18的焊接面中心軸線28，30必須完全共線地對準，如在點焊操作方面具有實踐經(jīng)驗的技術(shù)人員將理解的那樣。可以肯定的是，由于焊接設備的不對準或電極磨損而導致的焊接電極16，18的相應的焊接面22，26之間可能發(fā)生側(cè)向和角度的一些不對準，而不損害焊接電極16，18如預期的起作用的能力。在任何給定的電阻點焊事件中，對置的焊接面22，26之間可以容許的不對準的量取決于多種因素，包括焊接面22，26的形狀和直徑。然而，在寬范圍的情況下，并且作為一般但不是強制性規(guī)則，根據(jù)本公開的實踐，在電阻點焊工件疊層組件80期間，在焊接電極16，18的焊接面22，26之間可以容許適度的3°或更小的角度不對準和/或適度的2.5mm或更小的橫向不對準。

一旦就位，焊接電極16，18的焊接面22，26立即被壓靠在其相應的工件疊層組件80的第一側(cè)和第二側(cè)84，86上，以在焊接面22，26之間實現(xiàn)預定的夾持載荷。由焊接電極16，18施加的夾持載荷通常具有從400lbf至2000lbf或更窄地從600lbf至1300lbf的范圍，并且可以基于除了其他因素的工件10，12的厚度、工件10，12的成分以及平臺表面52的表面面積而在該范圍內(nèi)按比例增加或減小。由于其位置和從圍繞的凸形圓頂部分42的位移，因此在圍繞的凸形圓頂部分42的任何部分接合疊層組件80的包括梯形焊接面部分44的橫向直立的弧形脊部48的同一側(cè)84之前，中心直立平臺40的平臺表面52接合工件疊層組件80的第一側(cè)84。因此，平臺表面52最初支撐全部夾持載荷，并將集中的壓力通過鋁工件12施加到在面對的焊接面22，26之間的焊接區(qū)內(nèi)的中間有機材料層14，這導致有機材料層14被壓縮并且最初沿著貼合界面84橫向排出，以使面對的工件貼合表面10”，12”形成更直接的和緊密的界面接觸。確信有機材料的該最初擠出和橫向噴出可以明顯地減小最終將暴露于電流流動期間獲得的升高的溫度的有機物質(zhì)的體積。

在開始將焊接電極16，18的焊接面22，26壓靠在工件疊層組件80上之后不久，在焊接電極16，18之間，并且更具體地在焊接面22，26的分別與疊層組件80的第一和第二側(cè)84，86壓接觸的部分之間交換電流。通過的電流的量可以具有從5ka至50ka的范圍，并且電流流動的持續(xù)時間可以具有從40ms至2500ms或更窄地從200ms至1000ms的范圍。通過的電流將更多電阻和熱阻的鋼工件10快速加熱到高于鋁工件12的相鄰部分的熔點或范圍的溫度。來自鋼工件10的熱量被轉(zhuǎn)移到鋁工件12的相鄰部分中以產(chǎn)生包含在鋁工件12內(nèi)的熔融焊池，熔融焊池潤濕鋼工件10的相鄰的貼合表面10"。利用熔融鋁的這種鋼工件貼合表面10"的潤濕傾向于致使熔融鋁與鋼工件10反應或從鋼工件10熔解鐵，而同時使脆性的金屬間層沿鋼工件10的貼合表面10"生長，金屬間層可以包括feal3化合物、fe2al5化合物和可能的其它fe-al金屬間化合物。

在電流流動期間，徑向開槽的焊接電極16的焊接面22將中間有機材料層14進一步橫向移動遠離焊接區(qū)。特別地，當該焊接電極16的焊接面22最初接合并被壓靠在工件疊層組件80的第一側(cè)84上時，只有平臺表面52與疊層組件80接觸，正如所述的。當電流流動加熱鋼工件10并且鋼工件10加熱鋁工件12時，焊接面22進一步壓印到工件疊層組件80的第一側(cè)84中，這使焊接面22的凸形圓頂部分40形成與疊層組件80的第一側(cè)擠壓接合，并且特別地是包括橫向直立的弧形脊部48的梯形焊接面部分44。這些脊部48有助于與疊層組件80的第一側(cè)84建立良好的機械和電接觸。如果疊層組件80的第一側(cè)84包括耐熔氧化物材料的表面層（諸如通常在鋁工件的表面上發(fā)現(xiàn)的那些），則這是特別真實的，原因是直立的弧形脊部48可有助于突破這種絕緣和機械堅固的表面層。

隨著凸形圓頂部分40進一步逐漸壓印到工件疊層組件80的第一側(cè)84內(nèi)，并且梯形焊接面部分46的直立的弧形脊部48順序地與第一側(cè)84形成接觸，圍繞中心平臺40的環(huán)形通道54和與環(huán)形通道54連通的多個徑向槽56影響在貼合界面84處的中間有機材料層14上的壓力分布。也就是說，環(huán)形通道54和多個徑向槽56不將施加的夾持載荷傳遞到工件疊層組件80的第一側(cè)84，并且因此模仿焊接面22的通道和槽幾何形狀的鋁工件12的貼合表面12"的對應部分與對應于中心直立平臺40和梯形焊接面部分46的部分相比，經(jīng)受來自焊接電極16更小的壓力。貼合表面12"的這些低壓力區(qū)域?qū)е略诠ぜN合表面10"，12"之間形成低壓力徑向開槽的流動路徑，隨著點焊過程的進行以及徑向開槽的焊接電極22的焊接面繼續(xù)壓印工件疊層組件80內(nèi)，通過該流動路徑中間有機材料層14可以進一步橫向移動遠離焊接區(qū)。換句話說，徑向開槽的焊接電極16被設計成不將有機材料捕獲在貼合界面84處的焊接區(qū)內(nèi)，而是促進其噴出，同時維持點焊功能性。

徑向開槽的焊接電極16也可以賦予其它益處。最顯著的是，當在焊接電極16，18之間首先啟動電流流動時，至少大部分電流流過中心直立平臺40，假定平臺40最初與工件疊層組件80的第一側(cè)84唯一的接觸。在那一方面，加熱將在中心直立平臺40內(nèi)和其周圍開始，并且在貼合界面84處位于反映焊接面22的環(huán)形通道54的區(qū)域中的任何剩余的有機材料將被暴露以先加熱。該剩余的有機材料可能在熱分解過程中釋放出氣態(tài)產(chǎn)物。在工件貼合表面10"，12"之間形成的低壓力徑向開槽的流動路徑允許這些氣態(tài)分解產(chǎn)物逸出，并且可能會隨著逸出氣體通過低壓力流動路徑，增壓并從焊接區(qū)進一步排出殘留的有機材料。因此，徑向開槽的焊接電極16的焊接面22的設計以及其用于驅(qū)動有機材料和熱分解氣態(tài)產(chǎn)物遠離焊接區(qū)的傾向減少或完全消除了熱殘留物的量，熱殘留物可能暴露于熔融焊池并最終找到其進入焊接頭的路徑，作為削弱焊接接頭不一致和缺陷。

在焊接電極16，18的焊接面22，26之間的電流流動終止后，并且在焊接電極16，18仍然與其相應的工件疊層組件80側(cè)84，86接合的情況下，如圖8所示，在鋁工件12內(nèi)產(chǎn)生的熔融焊池固化成焊接接頭64。焊接接頭64具有與鋼工件12的貼合表面10'的結(jié)合界面66，并且通常包括重新固化的鋁工件材料的熔核68，其通常具有在6mm至8mm范圍內(nèi)的公稱直徑，以及沿著焊接接頭64和鋼工件10的結(jié)合界面66定位的金屬間層，金屬間層可以包括feal3化合物、fe2al5化合物以及可能的其它fe-al金屬間化合物。如圖所示，焊接接頭66可以一直穿過鋁工件12，并且其通常具有截頭圓錐形式的截面形狀。

焊接接頭64和鋼工件12的貼合表面10"之間的結(jié)合界面66可以至少部分地由于徑向開槽的焊接電極16的焊接面22的結(jié)構(gòu)而向內(nèi)彎曲到焊接接頭66內(nèi)。實際上，由于電流最初主要通過徑向開槽的焊接電極16的中心直立平臺40，因此鋼工件和鋁工件10，12的逐漸加熱和所得到的軟化使得焊接電極1618的兩者隨著焊接面22，26的更大部分參與輸送電流而能夠重新成形工件10，12。如圖8所示，例如，徑向開槽的焊接電極16的焊接面22最后變成完全縮進到疊層組件80的第一側(cè)84中，而相比之下，第二焊接電極18的焊接面26經(jīng)歷較小的縮進但是局部地“本體地”使工件10變形，使得疊層組件80的第二側(cè)86變形并且包裹在焊接面36周圍，使得焊接面36完全參與電流的交換。鋼工件10的本體變形最終導致其貼合表面10"彎曲進入熔融焊池并最終到達彎曲的結(jié)合界面66。

盡管第二焊接電極18的焊接面26的特定結(jié)構(gòu)，但是大致可以實現(xiàn)鋁工件12的貼合表面12"上的低壓力區(qū)域（將其本身表現(xiàn)為工件貼合表面10"，12"之間的低壓力徑向開槽的流動路徑）的形成。但是，在一些情況下，第二焊接電極18的焊接面26的設計可以增強低壓力徑向開槽的流動路徑的有效性。例如，如果第二焊接電極18如圖4所示構(gòu)成，那么可能需要提供具有直徑小于中心直立平臺40的平臺表面52的直徑的緊接地圍繞焊接面軸線30的最內(nèi)的脊部60'。在這種情形下，在第二焊接電極18的焊接面26上的最內(nèi)的圓形直立脊部60'將首先與工件疊層組件80的第二側(cè)86接觸，從而導致夾持壓力在中心直立平臺40的平臺表面52（在一側(cè)上）和最內(nèi)的圓形脊部60'（在另一側(cè)上）之間傳遞。以這種方式，中間有機材料層14通過鋼工件10以及通過鋁工件12經(jīng)受更加集中的壓力。這種通過兩個工件貼合表面10"，12"的集中的壓力施加將隨著夾持力增加而從焊接區(qū)橫向向外移動和擠出非常大量的中間有機材料層14。并且，在焊接面22，26的持續(xù)壓印下，將發(fā)生有機材料從焊接區(qū)的額外地順序的向外徑向移位。

盡管第二焊接電極18的焊接面26上的最內(nèi)的圓形脊部60'優(yōu)選地具有比徑向開槽的焊接電極16的焊接面22上的中心直立平臺40的平臺表面52更小的直徑，但這種關(guān)系不是唯一可行的選擇。例如，如果最內(nèi)的圓形脊部60'具有比平臺表面82大的直徑，并且因此當兩個焊接面22，26被面對準時位于中心圓形平臺40的徑向外側(cè)，那么鋁工件12的貼合表面12"上的低壓力區(qū)域（將其本身表現(xiàn)為工件貼合表面10"，12"之間的低壓力徑向開槽的流動路徑）仍被形成以促進中間有機材料層14的橫向移位以及熱分解氣態(tài)產(chǎn)物的放氣。焊接面22，26之間的這種關(guān)系通過鋁工件12和鋼工件10由于其剛度而變形而與相對地彎曲（這促成擠出或橫向排出中間有機材料層14）的事實而得到額外地輔助。

由于剛剛討論的那些的類似的原因，圖6-7中所示的第二焊接電極218，318當它們的基部焊接面表面258，358是平面的時候可以支持徑向開槽的焊接電極16的操作和功能性。然而，優(yōu)選地，這些電極焊接面226，326的基部焊接面表面268，358被凸形地形成輪廓。當基部焊接面表面258，358如此形成輪廓時，這些表面中的每一個具有中心位置（類似于球凸式焊接焊接電極118的基部焊接面表面126），其將與工件疊層組件80的第二側(cè)面86進行最初接觸。這導致夾持壓力中心直立平臺40的平臺表面52（在一側(cè)上）和第二焊接電極218，318的基部焊接面表面258，358的中心位置（在另一側(cè)上）之間傳遞。以這種方式，中間有機材料層14通過鋼工件10以及通過鋁工件12經(jīng)受更集中的壓力。隨著夾持力增加，通過兩個工件貼合表面10"，12"的這種集中的壓力將從焊接區(qū)橫向向外移位和擠出非常大量的中間有機材料層14。并且，在焊接面22，226，326的持續(xù)壓印下，將發(fā)生有機材料從焊接區(qū)額外地相繼地向外徑向移位。

優(yōu)選示例性實施例和具體示例的上述描述本質(zhì)上僅僅是描述性的；它們并不旨在限制附隨的權(quán)利要求的范圍。所附權(quán)利要求中使用的每個術(shù)語應被給予其普通和習慣的含義，除非在說明書中另外特別地和明確地說明。