铝基工件至钢工件的多步双面点焊.pdf

本发明涉及铝基工件至钢工件的多步双面点焊。一种包括至少钢工件和铝基工件的工件层叠结构能够通过采用多阶段点焊方法来电阻点焊，在所述多阶段点焊方法中，控制电流的传送以执行焊接接头形成的多个阶段。所述多个阶段包括：(1)焊接熔池增大阶段，其中，焊接熔池在铝基工件内被引发和增大；(2)焊接熔池凝固阶段，其中，允许焊接熔池冷却并凝固成形成了全部或部分的焊接接头的焊核；(3)焊核再熔化阶段，其中，焊核的至少一部分被再熔化；以及(4)再熔化焊核凝固阶段，其中，允许焊核的再熔化部分冷却并凝固。

权利要求书
1.  一种对包括铝基工件和钢工件的工件层叠结构进行电阻点焊以在所述铝 基工件和所述钢工件之间形成电阻点焊接头的方法，所述方法包括：
使工件层叠结构与一对点焊电极接触，使得所述点焊电极与所述工件层叠 结构的相反侧面接触，所述工件层叠结构包括铝基工件和钢工件，所述铝基工 件具有接合表面并且所述钢工件具有接合表面，并且其中，所述铝基工件和所 述钢工件的接合表面重叠并彼此接触，以在这些工件之间提供接合界面；以及
控制在所述点焊电极之间以及通过所述铝基工件和所述钢工件的电流的传 送，以执行焊接接头形成发展的多个阶段，这些阶段包括：
使得从所述接合表面延伸到所述铝基工件中的所述铝基工件中的焊接 熔池增大；
允许所述焊接熔池冷却并凝固成焊核，所述焊核包括联接至所述钢工 件的接合表面的焊接熔合区；
再熔化所述焊核的至少一部分，其中所述焊核的至少一部分包括所述 焊核的焊接熔合区的至少一部分；
允许所述焊核的再熔化部分冷却并凝固。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，电流脉冲形式的电流在所述点 焊电极之间被传送，以再熔化所述焊核的至少一部分。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊核从所述接合表面延伸 到所述铝基合金工件中至渗透深度，并且其中，所述焊核的再熔化部分没有延 伸至所述焊核的渗透深度。

4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊核的再熔化部分完全局 限在所述焊接熔合区内。

5.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊核的再熔化部分包括高 达100％的所述焊核的焊接熔合区。

6.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊核的再熔化部分包括所 述焊核的整个焊接熔合区，并且还与所述焊核的焊接熔合区之外的所述铝基合 金工件的熔料相结合，以建立扩大的焊接熔合区。

7.  如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述扩大的焊接熔合区比再熔 化之前的所述焊核的焊接熔合区在面积上大了高达50％。

8.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢工件是镀锌钢或裸钢。

9.  一种对包括铝基工件和钢工件的工件层叠结构进行电阻点焊以在所述铝 基工件和所述钢工件之间形成电阻点焊接头的方法，所述方法包括：
提供包括铝基工件和钢工件的工件层叠结构，所述铝基工件具有接合表面 且所述钢工件具有接合表面，并且其中，这些工件的接合表面重叠并彼此接触， 以在这些工件之间提供接合界面；
传送电流通过所述铝基合金工件和所述钢工件以及穿过所述接合界面并持 续第一时间段，在所述第一时间段期间，引发从所述接合界面延伸到所述铝基 工件中的焊接熔池并使其增大；
在电流的传送持续了所述第一时间段后，通过以允许所述焊接熔池凝固的 降低水平来传送电流通过所述工件并持续第二时间段，或者通过停止传送电流 通过所述工件并持续第二时间段，允许所述焊接熔池冷却并凝固成焊核；以及
在所述第二时间段期间并且在所述焊核已凝固后，传送电流通过所述铝基 合金工件和所述钢工件并持续第三时间段，在所述第三时间段期间，所述焊核 的至少一部分再熔化。

10.  一种多阶段点焊方法，包括：
使一对点焊电极压靠工件层叠结构，以使所述点焊电极压靠所述工件层叠 结构的相反侧面，所述工件层叠结构包括铝基工件和钢工件；
使从所述钢工件和所述铝基工件的接合界面延伸到所述铝基工件中的所述 铝基工件中的焊接熔池增大；
允许所述焊接熔池凝固成焊核，所述焊核包括在所述接合界面处联接至所 述钢工件的接合表面的焊接熔合区；
再熔化所述焊核的至少一部分，所述焊核的至少一部分包括所述焊接熔合 区的至少一部分；以及
允许所述焊核的再熔化部分凝固成所述焊核的再凝固部分。

说明书铝基工件至钢工件的多步双面点焊
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年8月23日提交的美国临时申请号61/869,281的权益。 该临时申请的内容通过引用整体地结合于本文中。
技术领域
本公开的技术领域一般涉及电阻点焊，并且更具体而言，涉及电阻点焊一 种包括相对于彼此以重叠方式组装的铝基工件和钢工件的工件层叠结构。
背景技术
电阻点焊是许多行业用来将两个或更多个金属工件联接在一起的过程。例 如，汽车行业在制造车门、引擎盖、后备箱盖或举升门等期间经常使用电阻点 焊将预制的金属工件联接在一起。通常沿金属工件的周界边缘或某些其它结合 区域形成许多焊点，以确保零件在结构上牢固。虽然通常实施点焊来将某些类 似组成的金属工件联接在一起(例如钢至钢以及铝合金至铝合金)，但将较轻重 量的材料结合到车身结构中的期望已经产生了对于通过电阻点焊将钢工件联接 至铝基(铝或铝合金)工件的兴趣。特别是利用一件设备来电阻点焊包含不同 工件组合(例如，钢/钢、铝基/钢以及铝基/铝基)的工件层叠结构的能力将会促 进生产灵活性并降低制造成本。
一般而言，电阻点焊依靠针对通过重叠的金属工件和穿过它们的接合界面 的电流流动的电阻来产生热。为了实施这样的焊接过程，一对相对的点焊电极 典型地被夹持在预定焊接部位处的工件的相反侧上直径对齐的点处。然后，电 流从一个电极通过金属工件被传送到另一个电极。针对该电流流动的电阻在所 述金属工件内和它们的接合界面处产生热。当被点焊在一起的金属工件是钢工 件和铝基工件时，在接合界面处产生的热引发从接合界面延伸到铝基工件中的 焊接熔池。此焊接熔池润湿相邻的钢工件表面，并在电流流动停止时凝固成形 成全部或部分焊接接头的焊核。
然而，在实践中，将钢工件点焊至铝基工件是具有挑战性的，这是由于那 两种金属的许多特性可能不利地影响焊接接头的强度，最显著的是焊接接头的 剥离强度。举例来说，铝基工件在其表面上常常包含一层或多层耐高温氧化层。 所述氧化层(或多层氧化层)通常由氧化铝组成，但其它氧化物也可以存在。 例如，在含镁的铝合金的情况下，氧化层(或多层氧化层)通常还包括氧化镁。 存在于铝基工件上的氧化层(或多层氧化层)是电绝缘的，且在机械上是不易 处理的。作为这些物理属性的结果，所述氧化层(或多层氧化层)具有在接合 界面处保持完整的趋势，在那里它们能够妨碍焊接熔池润湿钢工件的能力。过 去已尝试了各种努力在点焊之前从铝基工件去除氧化层(或多层氧化层)。但是， 由于氧化层(或多层氧化层)在氧存在时具有自愈或再生的能力，尤其是在施 加了来自点焊操作的热的情况下，因此这样的去除实践可能是不切实际的。
钢工件和铝基工件也具备趋于使点焊过程变得复杂的不同属性。具体而言， 钢具有相对较高的熔点(～1500℃)以及相对较高的电阻率和热阻率，而铝基 材料具有相对较低的熔点(～600℃)以及相对较低的电阻率和热阻率。作为这 些物理差异的结果，在电流流动期间大部分的热产生在钢工件中。此热量不平 衡在钢工件(较高温度)和铝基工件(较低温度)之间建立温度梯度，所述温 度梯度引发铝基工件的快速熔化。在电流流动期间创建的温度梯度和铝基工件 的高热导率的结合意味着，紧接在电流停止之后，会发生热量没有从焊接部位 对称地散布的状况。相反，热量从更热的钢工件通过铝基工件朝向与铝基工件 接触的焊接电极传导，这在钢工件和焊接电极之间创建了陡峭的热梯度。
在钢工件和与铝基工件接触的焊接电极之间的陡峭热梯度的形成发展被认 为以两种主要方式使所产生的焊接接头的完整性变弱。第一，因为在电流已停 止之后，与铝基工件相比，钢工件将热量保留更长的持续时间，所以焊接熔池 定向地凝固，从最靠近与铝基工件相关联的较冷的焊接电极(通常是水冷的) 的区域开始，并朝向接合界面传播。此类型的凝固前沿趋于在焊核内朝向和沿 着接合界面扫除或驱除缺陷，例如气孔、缩松、微裂纹以及表面氧化物残留。 第二，钢工件中持续的高温促进脆弱的Fe-Al金属间化合物在接合界面处和沿所 述接合界面的增长。金属间化合物趋于在焊核和钢工件之间形成薄反应层。如 果存在，则这些金属间层一般被认为是除焊核之外的焊接接头的一部分。焊核 缺陷的散布连同Fe-Al金属间化合物沿接合界面的过度增长一起趋于降低最终焊 接接头的剥离强度。
鉴于前述的挑战，点焊钢工件和铝基工件的先前尝试已采用了指定更高的 电流、更长的焊接时间或二者(与点焊钢至钢相比)的焊接计划，以便尝试和 获得合理的焊接熔合区。这样的努力在制造环境中大部分是不成功的，并具有 损坏焊接电极的趋势。如果先前的点焊努力不是特别地成功，则主要替代地使 用例如自冲铆接和自攻螺接之类的机械过程。与点焊相比，自冲铆接和自攻螺 接二者都是显著更慢的，并具有较高的耗材成本。它们还给车身结构添加了重 量，这在某种程度能够开始抵消通过起初使用铝基工件所获得的重量节省。因 此，使点焊过程具有联接钢工件和铝基工件的更强能力的点焊中的进步将会是 对本领域的受欢迎的补充。
发明内容
至少包括钢工件和铝基工件的工件层叠结构能够通过采用多阶段点焊方法 被电阻点焊，以使焊接接头在钢工件和铝基工件的接合界面处形成。所述多阶 段点焊通过控制在相对的点焊电极之间以及通过工件层叠结构的电流的传送来 实行，以实施焊接接头形成的多个阶段，所述多个阶段包括：(1)焊接熔池增 大阶段，其中，焊接熔池在铝基工件内被引发并增大；(2)焊接熔池凝固阶段， 其中，允许焊接熔池冷却并凝固成形成全部或部分的焊接接头的焊核；(3)焊 核再熔化阶段，其中，焊核的至少一部分被再熔化；(4)再熔化焊核凝固阶段， 其中，允许焊核的再熔化部分冷却并凝固；以及可选的(5)金属排除阶段，其 中，焊核的再熔化部分的至少一部分沿工件的接合界面被排出。
本发明还包括以下方案。
1.一种对包括铝基工件和钢工件的工件层叠结构进行电阻点焊以在所述铝 基工件和所述钢工件之间形成电阻点焊接头的方法，所述方法包括：
使工件层叠结构与一对点焊电极接触，使得所述点焊电极与所述工件层叠 结构的相反侧面接触，所述工件层叠结构包括铝基工件和钢工件，所述铝基工 件具有接合表面并且所述钢工件具有接合表面，并且其中，所述铝基工件和所 述钢工件的接合表面重叠并彼此接触，以在这些工件之间提供接合界面；以及
控制在所述点焊电极之间以及通过所述铝基工件和所述钢工件的电流的传 送，以执行焊接接头形成发展的多个阶段，这些阶段包括：
使得从所述接合表面延伸到所述铝基工件中的所述铝基工件中的焊接 熔池增大；
允许所述焊接熔池冷却并凝固成焊核，所述焊核包括联接至所述钢工 件的接合表面的焊接熔合区；
再熔化所述焊核的至少一部分，其中所述焊核的至少一部分包括所述 焊核的焊接熔合区的至少一部分；
允许所述焊核的再熔化部分冷却并凝固。
2.如方案1所述的方法，其特征在于，电流脉冲形式的电流在所述点焊电 极之间被传送，以再熔化所述焊核的至少一部分。
3.如方案1所述的方法，其特征在于，所述焊核从所述接合表面延伸到所 述铝基合金工件中至渗透深度，并且其中，所述焊核的再熔化部分没有延伸至 所述焊核的渗透深度。
4.如方案1所述的方法，其特征在于，所述焊核的再熔化部分完全局限在 所述焊接熔合区内。
5.如方案1所述的方法，其特征在于，所述焊核的再熔化部分包括高达 100％的所述焊核的焊接熔合区。
6.如方案1所述的方法，其特征在于，所述焊核的再熔化部分包括所述焊 核的整个焊接熔合区，并且还与所述焊核的焊接熔合区之外的所述铝基合金工 件的熔料相结合，以建立扩大的焊接熔合区。
7.如方案6所述的方法，其特征在于，所述扩大的焊接熔合区比再熔化之 前的所述焊核的焊接熔合区在面积上大了高达50％。
8.如方案1所述的方法，其特征在于，所述钢工件是镀锌钢或裸钢。
9.如方案1所述的方法，其特征在于，所述铝基工件包括铝镁合金、铝硅 合金、铝镁硅合金或铝锌合金。
10.如方案1所述的方法，还包括：
在所述接合界面处排出所述焊核的再熔化部分的至少一部分。
11.如方案10所述的方法，其特征在于，在再熔化所述焊核的至少一部分 之前，所述焊核的焊接熔合区为至少4(π)(t)，其中，t是所述铝基工件在所述焊 接部位处的厚度。
12.一种对包括铝基工件和钢工件的工件层叠结构进行电阻点焊以在所述 铝基工件和所述钢工件之间形成电阻点焊接头的方法，所述方法包括：
提供包括铝基工件和钢工件的工件层叠结构，所述铝基工件具有接合表面 且所述钢工件具有接合表面，并且其中，这些工件的接合表面重叠并彼此接触， 以在这些工件之间提供接合界面；
传送电流通过所述铝基合金工件和所述钢工件以及穿过所述接合界面并持 续第一时间段，在所述第一时间段期间，引发从所述接合界面延伸到所述铝基 工件中的焊接熔池并使其增大；
在电流的传送持续了所述第一时间段后，通过以允许所述焊接熔池凝固的 降低水平来传送电流通过所述工件并持续第二时间段，或者通过停止传送电流 通过所述工件并持续第二时间段，允许所述焊接熔池冷却并凝固成焊核；以及
在所述第二时间段期间并且在所述焊核已凝固后，传送电流通过所述铝基 合金工件和所述钢工件并持续第三时间段，在所述第三时间段期间，所述焊核 的至少一部分再熔化。
13.如方案12所述的方法，其特征在于，所述焊核延伸到所述铝基工件中 至渗透深度，并且其中，所述焊核的再熔化部分没有延伸至所述焊核的渗透深 度。
14.如方案12所述的方法，其特征在于，所述焊核包括在所述接合界面处 联接至所述钢工件的接合表面的焊接熔合区，并且其中，所述焊核的再熔化部 分包括所述焊核的整个焊接熔合区，并且还与所述焊核的焊接熔合区之外的所 述铝基合金工件的熔料结合，并且其中，在冷却和凝固时，所述焊核的再熔化 部分和所述焊核的焊接熔合区之外的所述铝基合金工件的熔料建立了扩大的焊 接熔合区。
15.如方案12所述的方法，还包括：
在所述接合界面处排出所述焊核的再熔化部分的至少一部分。
16.如方案15所述的方法，其特征在于，排出所述焊核的再熔化部分的至 少一部分是通过在所述第三时间段之后传送电流通过所述铝基合金工件和所述 钢工件并持续第四时间段来引起的，在所述第四时间段期间，电流升高至比在 所述第三时间段中高的水平。
17.如方案12所述的方法，其特征在于，所述钢工件是镀锌钢或裸钢，并 且其中，所述铝基工件包括铝镁合金、铝硅合金、铝镁硅合金或铝锌合金。
18.一种多阶段点焊方法，包括：
使一对点焊电极压靠工件层叠结构，以使所述点焊电极压靠所述工件层叠 结构的相反侧面，所述工件层叠结构包括铝基工件和钢工件；
使从所述钢工件和所述铝基工件的接合界面延伸到所述铝基工件中的所述 铝基工件中的焊接熔池增大；
允许所述焊接熔池凝固成焊核，所述焊核包括在所述接合界面处联接至所 述钢工件的接合表面的焊接熔合区；
再熔化所述焊核的至少一部分，所述焊核的至少一部分包括所述焊接熔合 区的至少一部分；以及
允许所述焊核的再熔化部分凝固成所述焊核的再凝固部分。
19.如方案18所述的方法，还包括：
在允许所述焊核的再熔化部分凝固之前，在所述接合界面处排出所述焊核 的再熔化部分的至少一部分。
20.如方案18所述的方法，其特征在于，在再熔化所述焊核的至少一部分 之前，所述焊核的焊接熔合区为至少4(π)(t)，其中，t是所述铝基工件在焊接部 位处的厚度。
附图说明
图1是位于准备用于点焊的焊枪的相对点焊电极之间的工件层叠结构的侧 视图，所述工件层叠结构包括钢工件和铝基工件；
图2是图1中所描绘的工件层叠结构和相对的焊接电极的局部放大图；
图3是在多阶段焊接方法的一部分期间的工件层叠结构的局部截面图，在 多阶段焊接方法的所述部分中，焊接熔池已在铝基工件内被引发和增大；
图4是在多阶段焊接方法的已允许焊接熔池冷却并凝固成形成焊接接头的 全部或一部分的焊核之后的那部分期间的工件层叠结构的局部截面图；
图5是在多阶段焊接方法的一部分期间的工件层叠结构的局部截面图，在 多阶段焊接方法的所述部分中，焊核的至少一部分已被再熔化；
图6是在已允许焊核的再熔化部分冷却并凝固之后的工件层叠结构的局部 截面图；
图7是工件层叠结构从底部观察的透视图，其中，钢工件以虚线示出，以 示意性地图示焊核的焊接熔合区以及可作为在多阶段焊接方法期间再熔化焊核 的至少一部分的结果而获得的可能的额外焊接熔合区；
图8是描绘了已被常规地用于点焊应用中的单步恒定电流的焊接计划；
图9是示出了所公开的多阶段点焊方法的一个示例的焊接计划；
图10是示出了所公开的多阶段点焊方法的另一个示例的焊接计划；
图11是示出了所公开的多阶段点焊方法的又一个示例的焊接计划；
图12是示出了所公开的多阶段点焊方法的再一个示例的焊接计划；以及
图13是示出了所公开的多阶段点焊方法的再一个示例的焊接计划。
具体实施方式
如上文中所讨论的，对钢工件和铝基工件(铝或铝合金)进行点焊提出了 一些显著的挑战。存在于铝基工件上的表面氧化层是难以破坏和分解的，所述 表面氧化层在传统的点焊技术期间导致了在接合界面处由残余氧化物引起的微 裂纹和其它杂质形式的焊接缺陷。此外，钢工件比铝基工件在热和电方面更有 抵抗性，这意味着钢工件作为热源，而铝基工件作为热导体。所产生的在电流 流动期间和刚好在电流流动之后建立在工件之间的热梯度，具有朝向和沿着接 合界面驱动焊接熔池中的气孔和其它杂质的趋势，包括残余氧化物缺陷，并且 还会在接合界面处导致形式为钢工件上的一层或多层薄反应层的脆弱的Fe-Al金 属问化合物的形成和增长。已设计了一种多阶段点焊方法，其抵消了这些挑战， 并改进了成功和重复地将钢工件和铝基工件点焊在一起的能力。
多阶段点焊方法借助于控制在相对的焊接电极之间传送的以及通过钢工件 和铝基工件的电流，来实施焊接接头形成的多个阶段。所述多个阶段包括：(1) 焊接熔池增大阶段，其中，焊接熔池在铝基工件内被引发和增大；(2)焊接熔 池凝固阶段，其中，允许焊接熔池冷却并凝固成形成全部或部分的焊接接头(所 述焊接接头还可以包括金属间化合物层)的焊核；(3)焊核再熔化阶段，其中， 焊核的至少一部分被再熔化；(4)再熔化焊核凝固阶段，其中，允许焊核的再 熔化部分冷却并凝固；以及可选地，(5)金属排除阶段，其中，焊核再熔化部 分的至少一部分沿工件的接合界面被排出。所公开方法的几个阶段，特别是焊 核再熔化阶段(阶段3)，用以减少据信使焊接接头变弱的焊核中的焊接缺陷的 不利效果，并至少部分地消除所述焊接缺陷。因此，所述多阶段点焊方法增强 了被投入使用的最终形成的焊接接头的强度，尤其是剥离强度。
图1-7图示了如通过焊枪18在工件层叠结构10上执行的多阶段点焊方法的 示例性实施例，焊枪18被机械和电气地配置成根据编程的焊接计划来执行点焊 实践。工件层叠结构10至少包括钢工件12和铝基工件14。例如，如本文中的 图1-2中所示的那样，工件层叠结构10可以仅包括钢工件10和铝基工件12。 当然，尽管在本文中未示出，但其它金属工件也可以被包括在层叠结构10中， 例如附加的钢工件或附加的铝基工件。术语“工件”及其钢和铝基的变型在本 公开中被广泛地使用，以表示板材金属层、铸件、挤出件或可电阻点焊的任何 其它物件，并且如果存在的话还包括任何的表面层或涂层。
钢工件12可以是涂覆的或未涂覆的钢。这样的工件包括镀锌(涂覆锌的) 低碳钢、低碳裸钢、镀锌的先进高强度钢(AHSS)以及热冲压硼钢。可以在钢 工件12中使用的一些特定类型的钢是无间隙原子(IF)钢、双相(DP)钢、相 变诱导塑性(TRIP)钢、高强度低合金(HSLA)钢以及加压硬化钢(PHS)。 关于铝基工件14，其可以是涂覆的或未涂覆的铝或铝合金。铝合金包含重量占 85％或更多的铝，例如5XXX、6XXX和7XXX系列的铝合金，并能够被用于多 种调和物中。可以被采用的几种类型的铝合金包括铝镁合金、铝硅合金、铝镁 硅合金或铝锌合金，如果需要，这些合金中的任何合金都可以用锌或转化涂层 来涂覆，以改进粘接结合性能。可以在铝基工件14中使用的一些特定的铝合金 是AA5754铝镁合金和AA5182铝镁合金、AA6111铝镁硅合金和AA6022铝镁 硅合金、以及AA7003铝锌合金和AA7055铝锌合金。
钢工件12和铝基工件14以重叠的方式组装，用于通过焊枪18在预定的焊 接部位16处的电阻点焊。当被层叠用于点焊时，钢工件12包括接合表面20和 外表面22。同样，铝基工件14包括接合表面24和外表面26。两个工件12、14 的接合表面20、24重叠并相互接触，以在焊接部位16处提供接合界面28。如 本文中所用的，接合界面28包括在工件12、14的接合表面20、24之间的直接 接触的实例以及非直接接触的实例，在非直接接触的实例中，接合表面20、24 不接触但彼此足够接近的邻近(例如当粘合剂、密封料或某种其它中间材料的 薄层存在时)，以使电阻点焊仍能施行。另一方面，钢工件12和铝合金工件14 的外表面22、26一般朝向相反的方向远离彼此。钢工件12和铝基工件14中的 每一个至少在焊接部位16处优选地具有范围从大约0.3mm至大约6.0mm的厚 度120、140，并且更优选地，具有范围从大约0.5mm至大约3.0mm的厚度。 工件12、14的厚度120、140能够是相同的，但也不必须是相同的。
焊枪18被示意性地示出于图1中，并且是制造环境内更大的自动焊接操作 的一部分。例如，焊枪18可以被安装在定位于输送器或其它运输装置附近的机 器人上，所述输送器或其它运输装置被设立，以将工件层叠结构10(以及与它 相似和与它不相似的其它物件)传递到焊枪18。一旦被传递，则机器人可以被 构建成沿工件层叠结构10移动焊枪18，使得一连串的焊点能够快速地形成在许 多不同的焊接部位16处。焊枪18还可以是固定的台座式焊枪，其中，工件层 叠结构10相对于焊枪18被操纵和移动，以使多个焊点能够形成在层叠结构10 附近的不同焊接部位16处。当然，只要在本文中未具体提及或描述的其它类型 和布置的焊枪能够根据所述的多步点焊方法来点焊工件层叠结构10，则焊枪18 意在表示这些焊枪。
焊枪18包括被机械地和电气地配置成根据限定的焊接计划重复地形成点焊 缝的第一枪臂30和第二枪臂32。第一枪臂30具有保持第一点焊电极36的第一 电极保持器34，并且第二枪臂32具有保持第二点焊电极40的第二电极保持器 38。第一点焊电极36和第二点焊电极40各自优选地由导电材料(例如铜合金) 形成。一个具体的示例是锆铜合金(ZrCu)，其包含重量占大约0.10％至重量占 大约0.20％的锆和剩余部分(或余量)的铜。满足此组成组分并被定名为C15000 的铜合金是优选的。还可以采用具备合适的机械和导电属性的其它铜合金组分。
第一点焊电极36包括第一焊接面42，并且第二点焊电极40包括第二焊接 面44。第一点焊电极36和第二点焊电极40的焊接面42、44是电极36、40的 一部分，所述部分在点焊事件期间压靠工件层叠结构10的相反侧面并印压到所 述相反侧面中，此处，所述相反侧面是工件12、14的外表面22、26。可以为每 个点焊电极36、40实现宽广范围的电极焊接面设计。焊接面42、44中的每一 个都可以是平的或圆顶形的，并且还可以包括如在例如美国专利号6,861,609、 8,222,560、8,274,010、8,436,269和8,525,066以及美国专利公开号2009/0255908 中描述的表面特征(例如，表面粗糙度、环形特征、台，等等)。利用水来冷却 电极36、40的机构通常还被结合到枪臂30、32和电极保持器34、38中，以管 理点焊电极36、40的温度。
第一点焊电极36和第二点焊电极40能够共用相同的总体配置或使用不同 的总体配置。例如，每个点焊电极36、40的焊接面42、44可以具有在5mm和 20mm之间的直径，或更窄地在8mm和12mm之间的直径，以及在5和平面(flat) 之间的曲率半径，或更窄地在20mm和50mm之间。每个焊接面42、44还可以 包括从焊接面42、44的底表面向外突出的一系列的径向隔开的环形脊。由于所 述环形脊用以拉伸和破坏铝基工件上的表面氧化层，以在电极/工件接合处建立 更好的电气和机械接触，因此这样的电极焊接面设计当被压成抵靠铝基工件接 触时是相当有用的。主要由于曲率半径，相同的电极焊接面设计当被压成抵靠 钢工件接触时也能够有效地起作用。环形脊对通过钢工件的电流的整流具有非 常小的影响，实际上，所述环形脊通过与在点焊期间压靠钢工件相关联的应力 快速地变形。在其它实施例中，本领域技术人员已知的常规的钢点焊电极和铝 基点焊电极可以分别被用作第一点焊电极36和第二点焊电极40，包括球形头部 点焊电极、圆顶形点焊电极和平面点焊电极。
在点焊期间，焊枪臂30、32是可操作的，以使点焊电极36、40的焊接面 42、44压靠工件层叠结构10的相反侧面。此处，如图1-2中所示，所述工件层 叠结构10的相反侧面是重叠的钢工件12和铝基工件14的相反朝向的外表面 22、26。在此图示的实施例中，例如，第一枪臂30和第二枪臂32具有大致正 交的纵向轴线，并且第一枪臂30是通过致动器46(例如空气气缸或伺服马达) 沿第一枪臂30的纵向轴线朝向第二枪臂32可移动的。如果致动器46是空气气 缸，则致动器控制48可以使压缩空气被传递到致动器46，或者如果致动器46 是伺服马达，则致动器控制48可以使电流/电压被传递到致动器46，以按意图 移动第一枪臂30，从而使焊接面42、44压靠工件层叠结构10的相反侧面(表 面22、26)并施加期望的夹持力。第一焊接面42和第二焊接面44通常在焊接 部位16处彼此直径对齐地压靠它们相应的外表面22、26。
焊枪18还被配置成，当电极36、40的焊接面42、44压靠层叠结构10的 相反侧面时，在第一点焊电极36和第二点焊电极40之间传送电流，以及使电 流在焊接部位16处传送通过工件层叠结构10。电流能够从可控电源50被传递 到焊枪18。电源50优选为与点焊电极36、40电连通的中频DC(MFDC)电源。 MFDC电源一般包括变压器和整流器。变压器将输入AC电压(常常大约1000 Hz)“降压”，以产生较低电压、较高安培的AC电流，所述AC电流随后被供给 到整流器，其中，一组半导体二极管将供应的AC电流转换成DC电流。这样的 电源部件是从许多供应商商业上可获得的，包括ARO Welding Technologies(美 国总部在Chesterfield Township，MI)和Bosch Rexroth(美国总部在Charlotte，NC)。
焊接控制器52根据编程的焊接计划来控制电源50。与致动器控制48合作 (通过未示出的装置)的焊接控制器52与电源50连接，并且设定在点焊电极36、 40之间传送的电流的施加电流电平、持续时间和电流类型(恒定的、脉冲的， 等等)，以实施所述多阶段点焊方法。特别地，焊接控制器52命令电源50传递 电流，以便实现多阶段点焊方法中要求的焊接接头形成的各阶段。如上文中所 提及，多阶段点焊方法的这些阶段包括：(1)焊接熔池增大阶段；(2)焊接熔 池凝固阶段；(3)焊核再熔化阶段；(4)再熔化焊核凝固阶段；以及可选的(5) 金属排除阶段，这些阶段中的每一个阶段都将在下文中更详细地解释。
现在参考图3-7，包括其焊接接头形成的各阶段的多阶段点焊方法以总体示 意性的方式被图示。首先，工件层叠结构10位于第一点焊电极36和第二点焊 电极40之间，使得焊接部位16大致与相对的焊接面42、44对齐。正如当枪臂 30、32是固定台座式焊机的一部分时的情况中常常出现的那样，工件层叠结构 10可以被带至这样的位置，或者枪臂30、32可以通过机器人移动以相对于焊接 部位16来定位电极36、40。一旦层叠结构10被适当地定位，则第一枪臂30 和第二枪臂32相对于彼此靠拢，以使第一焊接电极36和第二焊接电极40的焊 接面42、44在焊接部位16处接触并压靠层叠结构10的相反侧面，在此实施例 中，所述相反侧面是钢工件12和铝基工件14的相反朝向的外表面22、26，如 图3中所示。在实现了与工件层叠结构10在压力下接触时，第一焊接面42和 第二焊接面44印压到层叠结构10的它们相应的相反侧表面中。由相对的焊接 面42、44导致从而产生的压痕在本文中称为第一接触印迹54和第二接触印迹 56。
一旦点焊电极36、40在焊接部位16处压靠工件层叠结构10，则开始所述 焊接熔池增大阶段。在焊接熔池增大阶段期间，焊接熔池58在铝基工件14内 被引发和增大，如在图3中示意性描绘的那样。焊接熔池58从工件12、14的 接合界面28延伸到铝基工件14中。并且由于钢工件12通常不熔化，因此它主 要由来自铝基工件14的熔化的铝基材料构成。焊接熔池58可以渗透一定距离 到铝基工件14中，所述距离的范围从焊接部位16处的铝基工件14的厚度140 的20％至100％(即，一直穿过铝基工件14)。由于工件层叠结构10上第二接 触印迹56的压痕，所以在焊接部位16处铝基工件14的厚度140通常小于在焊 接部位16之外的厚度。因此，焊接熔池58与接合界面28相邻的部分润湿钢工 件12的接合表面20。
通过在点焊电极36、40之间传送电流和传送电流通过工件12、14以及穿 过它们的接合界面28并持续第一时间段，焊接熔池58被引发和增大。对于通 过工件12、14和穿过接合界面28的电流流动而言的电阻产生热，并且开始比 铝基工件14更快地加热钢工件12。产生的热最终引发焊接熔池58，并随后继 续使焊接熔池58增大至其所期望的尺寸。实际上，在电流流动开始时，当时第 二接触印迹56面积最小因而电流密度最高，焊接熔池58被快速引起、迅速增 大并渗透到铝基工件14中。由于通过第二焊接电极40的焊接面44形成的第二 接触印迹56在电流流动期间面积增加，因此电流密度降低并且焊接熔池58更 多地在接合界面28附近侧向增大。
当实施焊接熔池增大阶段时，所施加的电流的电平和第一时间段的持续时 间取决于若干因素。影响电流电平和持续时间的主要因素是在焊接部位16处钢 工件12和铝基工件14的厚度120、140以及工件12、14的确切组分。尽管在 一些情况下，在焊接池增大阶段期间传送的电流是恒定的直流电(DC)，所述 直流电具有在4kA和40kA之间的电流水平并且电流流动的持续时间在50ms 和500ms之间。可替代地，电流可以是脉冲的，其中，在第一时间段期间，通 过的电流是多个电流脉冲。电流脉冲中的每一个可以持续从10ms至200ms，并 具有在10kA和50kA之间的峰值电流水平，其中零电流流动的时间段在脉冲之 间持续从1ms至100ms。当然也可以采用第一时间段的其它的电流水平和持续 时间，并且实际上，本领域技术人员将会知道和理解如何相应地调整这些参数 以满足焊接熔池增大阶段。
在焊接熔池已被引发并增大后，实施焊接熔池凝固阶段。在焊接熔池凝固 阶段期间，允许焊接熔池冷却并凝固成形成全部或部分的焊接接头62的焊核 60，如图4中所示。焊接熔池58的冷却和凝固能够以两种方式之一在第二时间 段期间实现。第一，可以停止电流在第一点焊电极36和第二点焊电极40之间 的传送。以及第二，如果完全停止电流流动是不期望的，则电流可以以不能维 持焊接熔池58的熔化状态的降低的水平在第一点焊电极36和第二点焊电极40 之间传送，从而允许焊接熔池58冷却并凝固，但是以比完全停止电流流动慢的 速率。此外，与之前相似，取决于在焊接部位16处工件12、14的厚度120、140 以及工件12、14的实际组分，第二时间段的持续时间和降低的电流水平(其允 许凝固发生)可以变化。传送低于5kA的电流并持续介于50ms和1000ms之间 或停止电流并持续介于50ms和1000ms之间，通常足以使焊接熔池58凝固成焊 核60。
焊核60从接合界面28延伸到铝基工件14中一定距离至渗透深度64。焊核 60的渗透深度64可以是从焊接部位16处铝基工件14的厚度140的20％至100％ (即，一直穿过铝基工件14)的范围。如之前，由于工件层叠结构10上第二接 触印迹56的压痕，所以在焊接部位16处铝基工件14的厚度140通常小于在焊 接部位16之外的厚度。此外，焊核60限定了焊接熔合区66，如图7中所示， 焊接熔合区66是借助于中间的金属间Fe-Al反应层与钢工件12的接合表面20 相邻并联接到所述接合表面20的焊核60的表面区域。如以mm2描述的那样， 焊接熔合区66优选地至少为4(π)(t)，其中，“t”是在第二接触印迹56出现之前 在焊接部位16处以毫米计的铝基工件14的厚度140。换言之，当计算优选的 4(π)(t)的焊接熔合区时，铝基工件14的厚度“t”是在第二焊接电极40的焊接面 44的压痕之前测量的工件14的原始厚度。通过管理在焊接熔池增大阶段中增大 的焊接熔池58的尺寸，焊接熔合区66能够根据需要变化。
焊核60可以包括在焊接熔合区66内的接合界面28处及沿所述接合界面28 分布的焊接缺陷。这些缺陷(其能够包括气孔、缩孔、微裂纹以及表面氧化物 残留)被认为在焊接熔池58的凝固期间向接合界面28蔓延，其中，它们具有 使焊接接头62的强度(特别是剥离强度)变弱的趋势，如先前所解释的那样。 除焊核60之外，焊接接头62还可以包括在钢工件12上并与接合界面28相邻 的Fe-Al金属间化合物的一层或多层薄反应层(未示出)，如先前所指示的。这些 层主要由于焊接熔池58和钢工件12之间在点焊温度下的反应而产生。所述一 层或多层的Fe-Al金属间化合物可以包括金属间化合物，例如FeAl3、Fe2Al5及其 它，并且它们的组合厚度通常范围是从1um至10um。Fe-Al金属间化合物的硬 脆性质也被认为会负面地影响整体焊接接头62的强度。
在焊接接头62已建立之后，执行焊核再熔化阶段。在焊核再熔化阶段期间， 焊核60的至少一部分68被再熔化，如图5中所描绘的那样。焊核60的再熔化 部分68优选地包括焊接熔合区66的至少一部分，焊接熔合区66在焊接熔池凝 固阶段期间建立。再熔化部分68也通常不会一直延伸至焊核60的渗透深度64。 发生再熔化部分68的较浅渗透是因为在焊核再熔化阶段时，第二点焊电极40 的焊接面44已进一步压陷到工件层叠结构10中，并且第二接触印迹56相对应 地在尺寸方面增加，从而意味着电流通过更大的区域在点焊电极36、40之间传 送，这具有以下效果，即：促进了与接合界面28更接近处的再熔化，并且再熔 化部分68较少地渗透到铝基工件14中。此外，焊核60的再熔化部分68可以 被完全局限在焊接熔合区66内，或者它可以包含整个焊接熔合区66并且与来 自在焊接熔合区66之外且与所述焊接熔合区66相邻的铝基工件14的新近熔化 的材料实际结合，以建立扩大的焊接熔合区70(图7)。如果被创建，则所述扩 大的焊接熔合区70的面积可以高达比再熔化之前的焊核60的焊接熔合区66大 50％。
通过在焊接熔池凝固阶段之后在点焊电极36、40之间并通过工件12、14 传送电流且持续第三时间段，焊核60至少部分地被再熔化。此处，因为第二点 焊电极40的焊接面44被进一步压印到工件层叠结构10中，并且由于焊接接头 62比工件12、14的不同的、未被联接的接合表面20、24更加导电，使得在焊 接部位16内接合界面28较不容易产生热，所以电流的通过一般以比焊接熔池 增大阶段中的水平更高的水平来完成。同样，施加电流的水平和第三时间段的 持续时间取决于钢工件12和铝基工件14在焊接部位16处的厚度120、140以 及工件12、14的确切组分。但在一些情况下，在焊核再熔化阶段期间传送的电 流可以是具有介于10kA和50kA之间的电流水平的恒定的直流电(DC)，并且 电流流动的持续时间可以在100ms和2000ms之间。所述电流也可以是脉冲的。
在焊核再熔化阶段期间传递的电流优选地是以电流脉冲的形式，所述电流 脉冲在第三时间段期间施加的电流水平可以增加或可以不增加。与之前相似， 当是脉冲的时，通过的电流是在第三时间段期间传递的多个电流脉冲。每个电 流脉冲可以持续从10ms至200ms，并具有介于例如15kA和50kA之间的峰值 电流电平，其中零电流流动的时间段在脉冲之间持续例如从1ms至100ms。当 电流脉冲的至少75％，并优选100％，达到了大于紧接在前的电流脉冲的峰值电 流水平的峰值电流水平时，所述电流脉冲能够被认为是使施加的电流的水平增 加。可以出于几种原因在焊核再熔化阶段中来实践使用电流脉冲。最值得注意 的是，电流脉冲的使用通过使电极/工件保持冷却来帮助防止焊核60的再熔化部 分68的过度渗透，使电极/工件保持冷却还具有保持第二焊接电极40的使用寿 命的益处。
焊核60的再熔化被认为会正面地影响被投入使用的最终形成的焊接接头 62的强度，包括剥离强度。在不受理论束缚的情况下，相信再熔化焊核60，尤 其是再熔化接合界面28处的焊接熔合区66，会清除在焊接熔池58的凝固期间 被驱动到接合界面28处和沿所述接合界面28被驱动的各种焊接缺陷，从而改 进了焊核60与钢工件12的接合表面20结合的能力。例如，再熔化部分68的 产生被认为整顿了靠近焊核62中心的携带的气孔，并可能从再熔化部分68释 出一些气体，而焊核60在再熔化期间的热膨胀和热收缩被认为破坏并驱散了可 以存在于焊接熔合区66处或其附近的残余氧化物和微裂纹。
在焊核再熔化阶段之后，执行再熔化焊核凝固阶段。在再熔化焊核凝固阶 段期间，允许焊核60的再熔化部分68(以及在原焊接熔合区66之外的铝基工 件14的任何新熔化的材料)冷却和凝固，如图6中所示的那样，其中优选地， 第一点焊电极36和第二点焊电极40仍然压靠工件层叠结构10。得自再熔化部 分68的焊核60的再凝固部分72在本文中被描绘为焊核60的不同部分，尽管 在实际实践中再凝固部分72可能不容易与焊核60未经历再熔化和再凝固的一 个或多个部分(如果存在)区分。并且如上文中所提及的，与另外如果未实行 焊核再熔化阶段将会存在焊接缺陷相比，焊核60的再凝固部分72被认为在接 合界面28处或在其附近包含较少的焊接缺陷。可确信地，普遍的情况是，与利 用常规的单步恒定电流来点焊的相同的工件层叠结构相比，经历过多阶段点焊 方法的工件层叠结构具有至少大100％的剥离强度。
在焊核再熔化阶段期间或之后，但在再熔化焊核凝固阶段之前，上述多阶 段点焊方法还可以包括可选的金属排除阶段。在所述金属排除阶段期间，焊核 60的再熔化部分68的至少一部分被加热至在焊接部位16处建立的液体密封被 破坏的程度，从而导致钢工件12和铝基工件14的接合表面20、24(以及第一 点焊电极36和第二点焊电极40)被短暂推开。焊核60的再熔化部分68，以及 可能地，在原焊接熔合区66之外的铝基工件14的新熔化材料中的一些(如果 存在的话)，在此时沿焊接熔合区66之外的接合界面28向侧面排出或溅出，直 至工件12、14由于损失熔料以及由于第一点焊电极36和第二点焊电极40的施 加压力而最终坍塌。相信如果实行的话，则通过物理地将缺陷排出焊接熔合区 66(或扩大的焊接熔合区70，如果适用)之外，这种金属排除帮助进一步将焊 核60清理掉焊接缺陷。虽然金属排除被认为是有益的，但再熔化部分68的加 热被优选地控制，以使在焊接部位16处的铝基工件14的厚度140不会由于金 属排除阶段而降低至小于其原厚度的50％，所述原厚度是在第二焊接电极40的 焊接面44的压痕之前测量的。
金属排除阶段能够通过以两种方式之一在点焊电极36、40之间及通过工件 12、14传送电流来实现。第一，能够设置第三时间段，以使电流在焊核再熔化 阶段期间继续传送，并最终引起在第三时间段结束时的金属排除。因此，焊核 再熔化阶段和金属排除阶段能够重叠。当推行此选项时，第三时间段通常持续 100ms或更长，但取决于工件12、14的厚度120、140和组分，更短和更长的 时间段都肯定是有可能的。第二，在与焊核再熔化阶段相关联的第三时间段之 后，能够持续第四时间段传送电流，在第四时间段期间，与在第三时间段期间 传送的电流相比，电流升高至更高的水平。例如，在此情况下，可以传送具有 在20kA和50kA之间的恒定电流水平的直流电，并且在第四时间段期间电流流 动的持续时间可以在20ms和200ms之间。
在多阶段点焊方法已导致焊接接头62(包括具有再凝固部分72的焊核60) 形成之后，第一点焊电极36和第二点焊电极40从它们相应的接触印迹54、56 缩回。然后，在其它的焊接部位16处相对于焊枪18接连地定位工件层叠结构 10，并且在那些部位16处重复所述多阶段点焊过程，或者移动工件层叠结构10 远离焊枪18以便为另一个层叠结构让路。因此，上述多阶段点焊方法能够在相 同工件层叠结构上的不同焊接部位处以及在制造环境中的不同工件层叠结构上 的不同焊接部位处多次实施，以在钢工件和铝基工件之间成功、一致和可靠地 形成焊接接头。
示例
下面的示例展示了所公开的多阶段点焊方法的几个实施例。出于比较的目 的，图8中还图示了采用单步恒定电流将1.2mm的6022铝合金工件焊接至1.0 mm的热浸镀锌低碳钢工件的常规点焊方法的焊接计划。其中，如能够看到的， 在800 1b的力下持续500ms以16kA的恒定电流电平(在快速的初始上升之后) 在点焊电极之间及通过工件层叠结构来传送电流。相反，如下文中示例1-5中所 述和图9-13中所示，通过控制电流在点焊电极之间及通过工件层叠结构的传送， 以按顺序实施焊接熔池增大阶段、焊接熔池凝固阶段、焊核再熔化阶段以及再 熔化焊核凝固阶段，来形成焊点接头。此外，在再熔化焊核凝固阶段之前，这 些示例中的每一个示例都采用可选的金属排除阶段。
示例1
此处，在第一示例中，1.2mm的6022铝合金工件通过多阶段点焊方法在点 焊电极施加的800 1b的力下被点焊至1.0mm的热浸镀锌低碳钢工件。焊接计划 被描绘在图9中。如所示，处于17kA的恒定水平的电流首先被传送穿过工件持 续125ms的第一时间段，以在铝合金工件内引发焊接熔池并使其增大。接下来， 停止电流传送(即，下降至0kA)持续500ms的第二时间段，以使焊接熔池凝 固成焊核，所述焊核连同一层或多层Fe-Al金属间层一起形成钢工件和铝合金工 件之间的焊接接头。然后，电流被重新启动并通过工件传送，以再熔化焊核的 至少一部分，并且附加地，用于引起工件接合界面处的金属排除。在那个时间 传送的电流具有25kA的恒定电流水平并被维持持续了200ms的第三时间段。 在第三时间段之后，电流的传送再次被停止，同时维持电极的力以凝固焊核的 再熔化部分。
示例2
在被描绘在图10中的此示例中，1.2mm的6022铝合金工件通过多阶段点 焊方法在点焊电极施加的700 1b的力下被点焊至1.0mm的热浸镀锌低碳钢工 件。如所示，处于15kA的恒定电流水平的电流被传送通过工件并持续300ms 的第一时间段，以在铝合金工件内引发焊接熔池并使其增大。接下来，停止电 流传送并持续500ms的第二时间段，以使焊接熔池凝固成焊核，所述焊核连同 一层或多层Fe-Al金属间层一起形成钢工件和铝合金工件之间的焊接接头。然后， 电流以七个电流脉冲的形式被传送，以再熔化焊核的至少一部分，并且附加地， 用于引起工件接合界面处的金属排除。在大约860ms的第三时间段期间，所述 七个电流脉冲的施加电流水平在16kA至20.5kA的范围中增加。具体而言，每 个电流脉冲持续100ms，同时电流水平增加，随后电流水平下降至0kA并在脉 冲之间持续25ms的时间段，并且每个脉冲的峰值电流电平由其紧接在后的脉冲 增加(16.5kA＜17.2kA＜17.8kA＜18.5kA＜19.1kA＜19.8kA＜20.4kA)。在第 七并且也是最后的电流脉冲之后，电流的传送再次被停止，同时维持电极的力 以凝固焊核的再熔化部分。
示例3
在被描绘在图11中的此示例中，2.0mm的6022铝合金工件通过多阶段点 焊方法在点焊电极施加的800 1b的力下被点焊至1.0mm的热浸镀锌低碳钢工 件。此处，如所示，处于17kA的恒定电流水平的电流被传送通过工件并持续 125ms的第一时间段，以在铝合金工件内引发焊接熔池并使其增大。接下来， 停止电流传送并持续500ms的第二时间段，以使焊接熔池凝固成焊核，所述焊 核连同一层或多层Fe-Al金属间层一起形成钢工件和铝合金工件之间的焊接接 头。然后，在大约960ms的第三时间段期间，电流以二十七个电流脉冲的形式 被传送，以再熔化焊核的至少一部分，并且附加地，用于引起接合界面处的金 属排除。每个电流脉冲达到37kA的电流水平并维持该水平达12ms，随后电流 水平下降至0kA在脉冲之间持续24ms的时间段。在第二十七并且也是最后的 电流脉冲之后，电流的传送再次被停止，同时维持电极的力以凝固焊核的再熔 化部分。
示例4
在被描绘在图12中的此示例中，1.2mm的6022铝合金工件通过多阶段点 焊方法在点焊电极施加的600 1b的力下被点焊至2.0mm的热浸镀锌低碳钢工 件。此处，处于13kA的恒定水平的电流被传送通过工件并持续250ms的第一 时间段，以在铝合金工件内引发焊接熔池并使其增大。接下来，停止电流传送 并持续500ms的第二时间段，以使焊接熔池凝固成焊核，所述焊核连同一层或 多层Fe-Al金属间层一起形成钢工件和铝合金工件之间的焊接接头。然后，在大 约910ms的第三时间段期间，电流以八个电流脉冲的形式被传送，以再熔化焊 核的至少一部分，并且附加地，用于引起接合界面处的金属排除。具体而言， 每个电流脉冲达到14kA的电流水平并维持该水平达100ms，随后电流水平下 降至0kA并在脉冲之间持续15ms的时间段。在第八并且也是最后的电流脉冲 之后，电流的传送再次被停止，同时维持电极的力以凝固焊核的再熔化部分。
示例5
在被描绘在图13中的此示例中，2.0mm的6022铝合金工件通过多阶段点 焊方法在点焊电极施加的1200 1b的力下被点焊至2.0mm的热浸镀锌低碳钢工 件。首先，如所示，在大约400ms的第一时间段期间，电流以20个电流脉冲的 形式被传送，以在铝合金工件内引发焊接熔池并使其增大。每个电流脉冲达到 20kA的电流水平并维持该水平达16ms，随后电流水平下降至0kA并在脉冲之 间持续4ms的时间段。接下来，停止电流传送并持续1000ms的第二时间段，以 使焊接熔池凝固成焊核，所述焊核连同一层或多层Fe-Al金属间层一起形成钢工 件和铝合金工件之间的焊接接头。然后，在大约480ms的第三时间段期间，电 流以十二个电流脉冲的形式被传送，以再熔化焊核的至少一部分，并且附加地， 用于引起接合界面处的金属排除。每个电流脉冲达到38kA的电流水平并维持该 水平达16ms，随后电流水平下降至0kA并在脉冲之间持续25ms的时间段。在 第十二并且也是最后的电流脉冲之后，电流的传送再次被停止，同时维持电极 的力以凝固焊核的再熔化部分。
剥离强度对比
下面的表格比较了常规的单步恒定电流焊接方法(图8)与五个示例性多步 点焊方法(图9-13)的剥离强度。焊接接头的剥离强度对焊接接头而言是值得 注意的属性。由于粘合剂一般提供剪切强度，但在剥离强度方面表现较差，因 此这对连同结构粘合剂一起使用的焊接接头而言尤其是真实的。此处所报告的 剥离强度利用T型剥离样品来测量。所述T型剥离样品通过首先将取样片(5英 寸×1.5英寸)弯曲成L形来获得。然后，匹配两个L形取样片的短边，并根据上 文中详述的点焊方法在匹配表面之间形成焊接接头。所产生T型剥离样品的长边 被安装在拉力机中并被拉拽直到所述焊接接头失效。以牛顿(N)计的最大加载 作为剥离强度被报告。如能够看到的，从多阶段点焊方法获得的剥离强度显著 大于从常规的单步点焊方法获得的剥离强度。
剥离强度对比


对优选的示例性实施例和特定示例的以上描述本质上仅是描述性的；它们 并不意在限制所附的权利要求的范围。在所附权利要求中使用的术语中的每一 个都应当被赋予其原始的和习惯上的意义，除非在说明书中被具体地和无歧义 地另外声明。