DE102019115826A1

DE102019115826A1 - QUALITÄTSSCHWEIßEN VON ÄHNLICHEN UND UNGLEICHEN METALLSCHWEIßUNGEN MIT ABSTAND ZWISCHEN DEN WERKSTÜCKEN

Info

Publication number: DE102019115826A1
Application number: DE102019115826.5A
Authority: DE
Inventors: Amberlee S. Haselhuhn; David R. Sigler; Can Chen
Original assignee: Shanghai Jiaotong University; GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: Shanghai Jiaotong University; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2020-04-16
Also published as: CN111037076A; US20200114459A1

Abstract

Ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen und eine punktgeschweißte Werkstückanordnung sind vorgesehen. Es sind erste und zweite metallische Werkstücke vorgesehen, die jeweils Passflächen einschließlich Schnittstellenabschnitte aufweisen. Die Werkstücke sind so angeordnet, dass die Schnittstellenabschnitte ihrer Passschnittstellen um einen vorgegebenen Abstand voneinander beabstandet sind. Ein Satz von gegenüberliegenden Schweißelektroden mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode ist vorgesehen, wobei die erste Elektrode auf einer Seite des ersten Werkstücks und die zweite Elektrode auf einer Seite des zweiten Werkstücks angeordnet ist. Über die Schweißflächen der Elektroden wird Druck auf die Werkstücke ausgeübt, und die Werkstücke werden über die Elektroden erwärmt, um eine Punktschweißverbindung zwischen den Schnittstellen der Passflächen zu bilden. Die Passflächen können mit Unterlegmaterial, einem erhöhten oder umgeklappten Abschnitt eines Werkstücks und/oder einem Füllmaterial mit Abstandspartikeln voneinander beabstandet sein.

Description

TECHNISCHES FELD
Das technische Feld dieser Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf das Widerstandspunktschweißen und insbesondere auf eine Methodik des Widerstandspunktschweißens von Werkstückstapeln, die eine Technik des Abstands zwischen den Werkstücken beinhaltet.
EINFUHRUNG
Das Widerstandspunktschweißen ist eine bekannte Fügetechnik, die sich auf den Widerstand gegen den Stromfluss durch überlappende metallische Werkstücke und über deren Passschnittstelle(n) stützt, um die zum Schweißen benötigte Wärme zu erzeugen. Um einen solchen Schweißprozess durchzuführen, wird ein Satz gegenüberliegender Punktschweißelektroden an ausgerichteten Stellen auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstückstapels eingespannt, der typischerweise zwei oder drei metallische Werkstücke beinhaltet, die in einer übereinandergelegten Konfiguration angeordnet sind. Anschließend wird elektrischer Strom durch die metallischen Werkstücke von einer Schweißelektrode zur anderen geleitet. Der Widerstand gegen den Fluss dieses elektrischen Stroms erzeugt Wärme innerhalb der metallischen Werkstücke und an deren Passschnittstelle(n). Wenn der Werkstückstapel ähnliche metallische Werkstücke -beinhaltet, wie beispielsweise zwei oder mehr überlappende Stahlwerkstücke oder zwei oder mehr überlappende Aluminiumwerkstücke, erzeugt die erzeugte Wärme ein geschmolzenes Schweißbad, das mit dem Verbrauch der Passschnittstelle(n) wächst und sich somit ganz oder teilweise durch jedes der gestapelten Metall-Werkstücke erstreckt. In diesem Zusammenhang trägt jedes der ähnlich zusammengesetzten Metallwerkstücke Material zum kommenden Schmelzbad bei. Nach Beendigung des Stromdurchgangs durch den Werkstückstapel erstarrt das geschmolzene Schweißbad zu einem Schweißnugget, der die benachbarten metallischen Werkstücke miteinander verschweißt.
Etwas anders verläuft das Widerstandspunktschweißverfahren, wenn der Werkstückstapel ungleiche metallische Werkstücke beinhaltet. Insbesondere, wenn der Werkstückstapel ein Aluminiumwerkstück und ein Stahlwerkstück beinhaltet, die sich überlappen und gegenüberstehen, um eine Passschnittstelle zu bilden, sowie möglicherweise ein oder mehrere flankierende Aluminium- und/oder ein oder mehrere flankierende Stahlwerkstücke (z.B. Aluminium-Aluminium-Stahl, Aluminium-Stahl-Stahl, Aluminium-Aluminium-Aluminium-Stahl, Aluminium-Stahl-Stahl-Stahl), erzeugt die im Schüttgutmaterial erzeugte Wärme und an der Passschnittstelle des Aluminium- und Stahlwerkstücks einen Schmelzschweißpool innerhalb des Aluminiumwerkstücks. Die Passschnittstelle des Stahlwerkstücks bleibt fest und intakt, so dass das Stahlwerkstück aufgrund seines viel höheren Schmelzpunktes nicht schmilzt und sich mit dem Schmelzbad vermischt, obwohl Elemente aus dem Stahlwerkstück, wie z.B. Eisen, in das Schmelzbad diffundieren können. Dieses Schmelzbad benetzt die gegenüberliegende Passfläche des Stahlwerkstücks und erstarrt nach Beendigung des Stromflusses zu einer Schweißverbindung, die die beiden ungleichen Werkstücke miteinander verbindet oder lötet.
Das Widerstandspunktschweißen ist eines von wenigen Fügeverfahren, die bei der Herstellung von Mehrkomponentenbaugruppen eingesetzt werden können. So sichert beispielsweise die Automobilindustrie derzeit verschiedene Karosserieteile (z.B. Karosserieseiten, Querträger, Säulen, Bodenplatten, Dachplatten, Motorraumelemente, Kofferraumelemente usw.) in einer integrierten mehrkomponentigen Karosseriestruktur, die oft als Rohkarosserie bezeichnet wird und die nachträgliche Montage verschiedener Fahrzeugverschlusselemente (z.B. Türen, Hauben, Kofferraumdeckel, Hubtore usw.) unterstützt. In dem Bestreben, leichtere Materialien in eine Fahrzeugkarosseriestruktur zu integrieren, bestand Interesse daran, sowohl Aluminiumwerkstücke als auch Stahlwerkstücke strategisch in die Karosserie zu integrieren. Ein typischer Prozess zur strukturellen Sicherung der Rohkarosserie besteht zunächst in der Positionierung und Abstützung der Karosserieteile zueinander, genau wie in der endgültigen Rohbaustruktur vorgesehen. Die zu verbindenden Karosserieteile werden so aufgelegt oder montiert, dass sich Flansche oder andere Verbindungsbereiche der Karosserieteile überlappen, um einen Werkstückstapel aus zwei oder mehr überlappenden Werkstücken zu bilden. Wenn die Befestigung von Karosserieteilen Werkstückstapel mit verschiedenen Kombinationen von Metallwerkstücken beinhaltet, werden die Werkstückstapel auch mit selbststanzenden Nieten verbunden, obwohl die neuesten technologischen Fortschritte das Widerstandspunktschweißen zu einer praktikablen und zuverlässigen Option gemacht haben. Die Bildung von Punktschweißungen und der Einbau von Stanznieten erfolgt durch Schweiß- und Nietzangen nach einer programmierten und abgestimmten Reihenfolge, bis alle Karosserieteile gesichert sind. Der gesamte Montageprozess wird an einer Fertigungslinie immer wieder wiederholt, mit dem Ziel, Karosseriestrukturen mit einer akzeptablen Ausbringungsrate bei minimalen unnötigen Ausfallzeiten kontinuierlich herzustellen.
Die Initiative zur Entwicklung eines Widerstandspunktschweißansatzes, der die verschiedenen Kombinationen von metallischen Werkstücken, die in einer Rohkarosserie vorkommen können, erfolgreich punktschweißen kann, hat in jüngster Zeit an Bedeutung gewonnen, da ein solcher Ansatz die Notwendigkeit, teure, gewichtserhöhende und aufwändig zu installierende Nieten (und die dazugehörigen Nietzangen) während des Baus der Rohkarosserie zu verwenden, erheblich reduzieren oder ganz beseitigen könnte. Aber das Punktschweißen der verschiedenen Kombinationen von Metallwerkstücken, die in einem Werkstückstapel präsentiert werden können, stellt eine Herausforderung dar. Erstens sind die Schmelzbereiche für Aluminiumlegierungen und Stahlwerkstoffe sehr unterschiedlich, d.h. etwa 900°C voneinander entfernt, was zu einem Aluminiumschmelzen führt, während der Stahl fest bleibt und entlang der Passschnittstelle eine Verfestigungsporosität erzeugen kann, die die Verbindung schwächt. Zweitens bilden Aluminium und Stahl eine Reihe von spröden intermetallischen Verbindungen an der Passschnittstelle, die bei übermäßiger Dicke die Verbindung schwächen können. Drittens stört die Oxidschicht auf Aluminium den Stromfluss und kann in das wachsende Aluminium-Schweißnugget integriert werden, wodurch eine Reihe von Mikrorissen entlang der Passschnittstelle entsteht, die die Verbindung schwächen. Diese Herausforderungen machen die Herstellung starker Verbindungen schwierig. In einigen Fällen brechen die Schweißverbindungen sogar auseinander und werden unstimmiger, und die Werkstücke werden verschrottet.
BESCHREIBUNG
Es ist ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen vorgesehen, das das Erzeugen eines vorbestimmten Abstands oder Spaltes zwischen den Werkstücken vor dem Anlegen des Elektrodendrucks und -stroms zum Vervollständigen der Schweißverbindung beinhaltet. Die Bereitstellung eines Zwischenraums zwischen den Werkstücken bewirkt, dass sich ein Aluminiumwerkstück um die Schweißnaht der Elektrode wickelt und sich dadurch vom benachbarten Werkstück weg erstreckt. Dadurch ist der beim Schweißen entstehende Kerbwinkel groß, was zu einer robusten, hochbelastbaren Schweißverbindung führt. Darüber hinaus führt die Lücke oder der Abstand zwischen den Werkstücken zu einer stabilen Schweißnahtgröße, und unter nicht idealen Bedingungen, wie beispielsweise Blechwinkeln, kann korrigiert oder als irrelevant erachtet werden, wenn ein vorgegebener Abstand zwischen den Werkstücken induziert wird.
In einer Form, die mit den anderen hierin offenbarten Formen kombiniert oder getrennt werden kann, ist ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen von Werkstückstapeln vorgesehen, das das Bereitstellen eines metallischen ersten Werkstücks mit einer ersten Werkstückpassfläche einschließlich eines Schnittstellenabschnitts und das Bereitstellen eines zweiten metallischen Werkstücks mit einer zweiten Werkstückpassfläche und einem Schnittstellenabschnitt beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet auch das Anordnen der ersten und zweiten metallischen Werkstücke, wobei die Schnittstellenabschnitte der ersten und zweiten Werkstückpassflächen in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind. Der vorgegebene Zwischenraumabstand liegt im Bereich von 0,25 bis 2,5 Millimetern. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines Satzes von gegenüberliegenden Schweißelektroden mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, wobei die erste Elektrode auf einer Seite des ersten Werkstücks und die zweite Elektrode auf einer Seite des zweiten Werkstücks angeordnet ist. Weiterhin beinhaltet das Verfahren das Aufbringen von Druck auf die Werkstücke über die Schweißflächen des Elektrodensatzes und das Erwärmen der Werkstücke über die Elektroden, um eine Punktschweißverbindung zwischen den Schnittstellenabschnitten der ersten und zweiten Werkstückpassflächen zu bilden.
In einer anderen Form, die mit den anderen hierin vorgesehenen Formen kombiniert oder getrennt werden kann, ist eine punktgeschweißte Werkstückanordnung vorgesehen, die ein metallisches erstes Werkstück und einen metallischen zweiten Werkstückpunkt beinhaltet, der mit dem ersten Werkstück durch eine Punktschweißverbindung verschweißt ist. Das erste und zweite Werkstück weisen an einer Kante der Punktschweißverbindung einen Kerbgrundwinkel dazwischen auf, wobei der Kerbgrundwinkel mindestens 25 Grad beträgt. Ein spaltbildendes Element ist zwischen dem ersten und zweiten Werkstück angeordnet und konfiguriert, um Schnittstellenabschnitte der Passflächen des ersten und zweiten Werkstücks um einen vorbestimmten Abstand voneinander zu trennen, bevor das erste und zweite Werkstück miteinander punktuell verschweißt werden.
Zusätzliche Merkmale können vorgesehen werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Folgendes: der vorgegebene Zwischenraumabstand liegt im Bereich von 0,25 bis 2.5 Millimeter; wobei das zweite Werkstück aus einer Stahllegierung gebildet ist und das erste Werkstück aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist; wobei jedes der ersten und zweiten Werkstücke aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist; wobei der Schnittstellenabschnitt der ersten Werkstückpassfläche und der Schnittstellenabschnitt der zweiten Werkstückpassfläche über einen Luftspalt voneinander beabstandet sind; Anordnen von Ausgleichsmaterial zwischen dem ersten und zweiten Werkstück, um das erste und das zweite Werkstück voneinander beabstandet zu halten; Bereitstellen eines Ausschnitts im Ausgleichsmaterial, um den Luftspalt zwischen der ersten und zweiten Passfläche bereitzustellen; wobei der Ausschnitt so vorgesehen ist, dass er größer als eine Elektroden-Schweißfläche des Satzes der Elektroden ist; Bereitstellen des Unterlegmaterials als Polymermaterial, mindestens einen Draht, mindestens einen Stange und/oder eine Vielzahl von Sicken; Bereitstellen des zweiten Werkstücks mit einem erhöhten Abschnitt, der das erste Werkstück kontaktiert, und Bereitstellen des zweiten Werkstücks mit einem Talbodenabschnitt, der an den Schnittstellenabschnitten der zweiten Werkstückpassfläche angeordnet ist; wobei der Talbodenabschnitt weg vom ersten Werkstück angeordnet ist, so dass der Luftspalt zwischen dem Talboden und dem ersten Werkstück angeordnet ist; Bereitstellen des zweiten Werkstücks mit einem umgeklappten Abschnitt, der das erste Werkstück kontaktiert, und einem Spaltunterteil, der weg vom ersten Werkstück angeordnet ist, so dass der Luftspalt zwischen dem Spaltunterteil und dem ersten Werkstück angeordnet ist; Anordnen eines Füllmaterials zwischen dem ersten und zweiten Werkstück, um den vorbestimmten Abstand dazwischen zu schaffen; wobei das Füllmaterial eine Vielzahl von Partikeln umfasst, die innerhalb des Füllmaterials angeordnet sind; wobei jedes Partikel angepasst ist, um die Schnittstellenabschnitte der ersten und zweiten Passflächen voneinander zu trennen; Bereitstellen des Füllmaterials als ein Haftmaterial und/oder ein Dichtungsmaterial; Bereitstellen jedes Partikels mit einer Höhe, die etwa gleich dem vorbestimmten Zwischenraumabstand ist; Bereitstellen des ersten Werkstücks und der ersten Elektrode mit einem Blechwinkel dazwischen; wobei der Blechwinkel mindestens drei Grad beträgt; wobei der Schritt des Erwärmens der Werkstücke durch Leiten von elektrischem Strom zwischen den Werkstücken über die Elektroden durchgeführt wird; was dazu führt, dass die Punktschweißverbindung einen Kerbgrundwinkel zwischen dem ersten und zweiten Werkstück aufweist, wobei der Kerbgrundwinkel mindestens 25 Grad beträgt; wobei das spaltbildende Element eine Unterlegscheibe mit Abschnitten ist, die einen Ausschnitt durch sie hindurch bilden, wobei sich die Punktschweißverbindung durch den Ausschnitt erstreckt; wobei das spaltbildende Element mindestens eines von: einen erhöhten Abschnitt, der in einem der ersten und zweiten Werkstücke gebildet ist, einen umgeklappten Abschnitt eines der ersten und zweiten Werkstücke und ein Füllmaterial mit einer Vielzahl von spaltbildenden Partikeln, die darin angeordnet sind; und wobei der vorgegebene Abstand im Bereich von 0.8 bis 1,5 Millimeter liegt.
Die oben genannten und andere Vorteile und Merkmale werden dem Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den dazugehörigen Figuren ersichtlich.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine mehrkomponentige integrierte Baugruppe in Form einer Karosserie in Weiß darstellt, die aus einer Halterung einzelner Karosserieelemente durch eine Vielzahl von Punktschweißungen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung miteinander verbunden werden kann;
2A ist eine Endansicht eines Werkstückstapels, der mindestens ein erstes Metallwerkstück, ein zweites Metallwerkstück und eine erste Variation eines spaltinduzierenden Elements in Form eines dazwischen angeordneten Unterlegmaterials zum Punktschweißen als Teil der Gesamtkonstruktion der in 1 dargestellten-mehrteiligen integrierten Baugruppe, die auch für eine Vielzahl anderer Baugruppen anwendbar ist, nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung beinhaltet;
2B ist eine Draufsicht auf das zweite Metallwerkstück und das spaltinduzierende Element von 2A, wobei das erste Metallwerkstück entfernt wurde, um Details des spaltinduzierenden Elements gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu zeigen;
3 ist eine schematische Seitenansicht, die eine partielle schematische Ansicht einer Schweißzange veranschaulicht, die einen Satz gegenüberliegender Schweißelektroden trägt und konfiguriert ist, um Werkstückstapel zusammenzuschweißen, wie beispielsweise das in den 2A-2B dargestellte Werkstückstapelverfahren, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
4 ist eine Querschnittsansicht eines punktgeschweißten Werkstückstapels, wie es ursprünglich in den 2A-2B dargestellt war, die die Bildung einer Aluminium-Stahl-Punktschweißung mit Schweißelektroden, wie beispielsweise in 3 dargestellt, zeigt und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung anwendet;
5A ist eine Endansicht eines Werkstückstapels, der mindestens ein erstes Metallwerkstück, ein zweites Metallwerkstück und eine weitere Variation von spaltbildenden Elementen in Form eines erhöhten Abschnitts und eines zwischen den Werkstücken angeordneten umgeklappten Abschnitts beinhaltet, der zum Punktschweißen als Teil der Gesamtkonstruktion der - in 1 dargestellten mehrteiligen integrierten Baugruppe verwendet werden kann - und der nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung auch für eine Vielzahl anderer Baugruppen anwendbar ist;
5B ist eine Draufsicht auf das zweite Metallwerkstück und die spaltinduzierenden Elemente von 5A, wobei das erste Metallwerkstück entfernt wurde, um Details der spaltinduzierenden Elemente gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung anzuzeigen;
6A ist eine Endansicht eines Werkstückstapels, der mindestens ein erstes Metallwerkstück, ein zweites Metallwerkstück und noch eine weitere Variation von spaltbildenden Elementen in Form von zwischen den Werkstücken angeordneten Stangen beinhaltet, die zum Punktschweißen als Teil der Gesamtkonstruktion der in 1 dargestellten mehrteiligen-integrierten Baugruppe verwendet werden können und die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung auch für eine Vielzahl anderer Baugruppen anwendbar ist;
6B ist eine Draufsicht auf das zweite Metallwerkstück und die spaltinduzierenden Elemente von 6A, wobei das erste Metallwerkstück entfernt wurde, um Details des spaltinduzierenden Elements gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung anzuzeigen;
7A ist eine Endansicht eines Werkstückstapels, der mindestens ein erstes Metallwerkstück, ein zweites Metallwerkstück und noch eine weitere Variation eines spaltbildenden Elements in Form eines zwischen den Werkstücken angeordneten partikelhaltigen Klebstoffs beinhaltet, das zum Punktschweißen als Teil der Gesamtkonstruktion der in 1 dargestellten mehrteiligen-integrierten Baugruppe verwendet werden kann und das gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung auch auf eine Vielzahl anderer Baugruppen anwendbar ist;
7B ist eine Draufsicht auf das zweite Metallwerkstück und das spaltinduzierende Element von 7A, wobei das erste Metallwerkstück entfernt wurde, um Details des spaltinduzierenden Elements gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung anzuzeigen; und
8 ist ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen von Werkstückstapeln gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine mehrkomponentige-integrierte Baugruppe 10 in Form einer Rohkarosserie bei der Herstellung eines Automobils dargestellt. Die mehrkomponentige Karosserieanordnung 10 beinhaltet eine Dachplatte 12, Rückseitenverkleidungen 14, eine hintere Kofferraumwand 16, A-Säulen 18, B-Säulen 20 und Bodenelemente 22 und die dazugehörige Unterbodenstruktur, unter anderem Karosserieelemente. Bestimmte dieser Fahrzeugkarosserieelemente können aus einem Aluminiumwerkstück, wie den Dach- und Viertelplatten 12, 14 und der Kofferraumwand 16, und bestimmte der anderen Fahrzeugkarosserieelemente können aus einem Stahlwerkstück, wie den A- und B-Säulen 18, 20 und den Bodenelementen 22, gebildet sein.
Vor der gemeinsamen Befestigung in der einheitlichen, integrierten Rohkarosserie 10 werden die verschiedenen Karosserieelemente 12, 14, 16, 18, 20, 22 durch eine oder mehrere Vorrichtungen gegeneinander positioniert und abgestützt. Dabei werden Flansche oder andere Verbindungsbereiche der Karosserieelemente 12, 14, 16, 18, 18, 20, 22 in übereinandergelegter Konfiguration mit entsprechenden Flanschen oder Verbindungsbereichen anderer Karosserieelemente angeordnet, um eine Vielzahl von Werkstückstapeln mit zweiseitigem Zugang bereitzustellen, bei denen eine oder mehrere Widerstandspunktnähte gebildet werden können, um die Karosserieelemente, die zu jedem einzelnen Stapel beitragen, miteinander zu verbinden. Einige der etablierten Werkstückstapeln können ähnliche Metallwerkstücke beinhalten, d.h. alle Aluminiumwerkstücke oder alle Stahlwerkstücke, während einige der Stapel eine Kombination aus Aluminium und Stahlwerkstücken beinhalten können. Ein organisches Zwischenmaterial, wie beispielsweise ein Durchschweißkleber oder ein Versiegelungsmittel, kann optional zwischen den übereinandergelegten Werkstücken in jedem Stapel bei Bedarf eingebaut werden.
Ein Werkstückstapel 24 ist in 2A dargestellt, der Teil der Gesamtkonstruktion der mehrteiligen Rohkarosserie 10 sein kann. Der Werkstückstapel 24 weist eine erste Seite 26 und eine zweite Seite 28 auf und beinhaltet mindestens ein erstes Metallwerkstück 30 und ein zweites Metallwerkstück 32. Das erste Metallwerkstück 30 bildet die erste Seite 26 des Stapels 24 und das zweite Metallwerkstück 32 die zweite Seite 28; es ist jedoch zu verstehen, dass an den Außenseiten der Werkstücke 30, 32 zusätzliche flankierende Werkstücke vorgesehen werden können, um die Außenseiten 26, 28 des Stapels 24 zu bilden. So beinhaltet beispielsweise der Werkstückstapel 24 in einigen Implementierungen nur die ersten und zweiten metallischen Werkstücke 30, 32 (ein „2T“-Stapel). In anderen Implementierungen kann ein zusätzliches Metallwerkstück (nicht dargestellt) angrenzend an eines der ersten und zweiten Metallwerkstücke 30, 32 positioniert werden und sich durch die Schweißstelle WS erstrecken (ein „3T“-Stapel oder ein „4T“-Stapel). Weitere zusätzliche Werkstücke können auf Wunsch im Stapel hinzugefügt werden, wobei Aluminiumbleche nebeneinander und Stahlbleche nebeneinander gestapelt werden. Jede der ersten und zweiten Seiten 26, 28 des Stapels 24 ist für eine Punktschweißelektrode 42, 44 zugänglich, so dass der Werkstückstapel 24 zwischen dem Paar gegenüberliegender Punktschweißelektroden 42, 44 an einer Schweißstelle WS eingespannt werden kann.
Unter Bezugnahme auf 2A kann das erste Werkstück 30 beispielsweise aus unlegiertem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet werden. Das zweite Werkstück 32 kann beispielsweise aus Stahl, unlegiertem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet sein.
Wenn legiert, kann die Aluminiumlegierung mindestens 85 Gew.-% Aluminium beinhalten. Das unlegierte Aluminium- oder Aluminiumlegierungswerkstück 30 (und das Werkstück 32 in einigen Variationen) kann entweder beschichtet oder unbeschichtet sein. Einige bemerkenswerte Aluminiumlegierungen, die das beschichtete oder unbeschichtete Aluminiumsubstrat bilden können, sind eine Aluminium-Magnesium-Legierung, eine Aluminium-Silizium-Legierung-, eine Aluminummagnesium-Silizium-Legierung, eine Aluminium-Mangan-Legierung und eine Aluminium-Zink-Legierung. Wenn das Aluminiumsubstrat beschichtet ist, kann es eine Oberflächenschicht aus einem feuerfesten Oxidmaterial (nativ und/oder bei der Herstellung unter Einwirkung von Hochtemperaturen, z.B. Walzzunder, hergestellt) beinhalten, die aus Aluminiumoxidverbindungen und möglicherweise anderen Oxidverbindungen, wie beispielsweise denen von Magnesiumoxid, besteht, wenn das Aluminiumsubstrat Magnesium enthält. Das Aluminiumsubstrat kann auch mit einer Schicht aus Zink, Zinn oder einer Metalloxidumwandlungsbeschichtung aus Oxiden von Titan, Zirkonium, Chrom oder Silizium beschichtet sein, wie in U.S. Pat. Nr. 9.987.705 beschrieben, die hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird. Die Oberflächenschicht kann eine Dicke im Bereich von 1 nm bis 10 µm aufweisen und kann auf jeder Seite des Aluminiumsubstrats vorhanden sein. Das Aluminiumwerkstück 30 (und optional das Werkstück 32) kann eine Dicke aufweisen, die von 0,3 mm bis 6,0 mm oder enger von 0,5 mm bis 3,0 mm reicht, zumindest an der Schweißstelle WS.
Das Aluminiumwerkstück 30 (und/oder das Werkstück 32) kann in geschmiedeter oder gegossener Form bereitgestellt werden. So kann beispielsweise das Werkstück 30 (und/oder das Werkstück 32) aus einer Schicht aus Aluminium-Knetlegierungsblechen der Serien 3XXX, 4xxx, 5xxx, 6xxx oder 7xxx, Extrusion, Schmieden oder anderen bearbeiteten Artikeln bestehen. Alternativ kann das Werkstück 30 (und/oder das Werkstück 32) aus einem Aluminiumlegierungsguss der Serien 4xx.x, 5xx.x, 6xx.x oder 7xx.x bestehen. Einige spezifischere Arten von Aluminiumlegierungen, die verwendet werden können, sind unter anderem AA3003 Aluminium-Mangan-Legierung, AA5754 und AA5182- Aluminummagnesium-Legierung, AA6111 und AA6022- Aluminummagnesium-Silizium-Legierung, AA7003 und AA7055 Aluminium-Zink-Legierung und Al10SiMg- Aluminium-Druckguss-Legierung. Das Aluminiumwerkstück 30 (und/oder das Werkstück 32) kann weiterhin in einer Vielzahl von Zuständen eingesetzt werden, einschließlich geglüht (O), kaltverfestigt (H) und lösungsgeglüht (T), wenn gewünscht. Wenn mehr als ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungswerkstück 30 (und/oder Werkstück 32) im Werkstückstapel 24 vorhanden ist, können die Werkstücke in Bezug auf ihre Zusammensetzung, Dicke und/oder Form (z.B. geschmiedet oder gegossen) gleich oder unterschiedlich sein.
Das Werkstück 32 kann alternativ aus einem Stahlsubstrat mit einer Vielzahl von Festigkeiten und Güten gebildet werden, das entweder beschichtet oder unbeschichtet ist. Das Stahlsubstrat kann warmgewalzt oder kaltgewalzt sein und kann aus Stahl wie Baustahl, interstitiumsfreiem Stahl, bake-hardenable steel, hochfestem niedriglegiertem (HSLA) Stahl, Dualphasenstahl (DP), komplexphasigem (CP) Stahl, martensitischem (MART) Stahl, transformiertem Plastizitätsstahl (TRIP), Zwillingsinduziertem Plastizitätsstahl (TWIP) und Borstahl bestehen, wie beispielsweise wenn das Stahlwerkstück pressgehärteten Stahl (PHS) beinhaltet. Wenn beschichtet, beinhaltet das Stahlsubstrat vorzugsweise eine Oberflächenschicht aus Zink (z.B. feuerverzinkt oder elektrolytisch verzinkt), eine Zink-Eisen-Legierung (z.B. galvanisch vergütet oder galvanisch abgeschieden), eine Zink-Nickel-Legierung, Nickel, Aluminium, eine Aluminium-Magnesium-Legierung, eine Aluminium-Zink-Legierung oder eine Aluminium-Silizium-Legierung, von denen jede eine Dicke von bis zu 50 µm aufweisen kann und auf jeder Seite des Stahlsubstrats vorhanden sein kann. Das Stahlwerkstück 32 kann eine Dicke aufweisen, die von 0,3 mm bis 6,0 mm oder enger von 0,6 mm bis 2,5 mm reicht, zumindest an der Schweißstelle WS.
Wenn der Werkstückstapel 24 mehr als zwei Werkstücke beinhaltet, können zwei der benachbarten Metallwerkstücke Aluminiumwerkstücke sein und das andere Metallwerkstück kann ein Stahlwerkstück sein, oder zwei der benachbarten Metallwerkstücke können Stahlwerkstücke sein und das andere Metallwerkstück kann ein Aluminiumwerkstück sein. Wenn der Werkstückstapel 24 die vier Metallwerkstücke beinhaltet, können zwei der benachbarten Metallwerkstücke Aluminiumwerkstücke sein und die anderen beiden benachbarten Metallwerkstücke Stahlwerkstücke sein, drei der benachbarten Metallwerkstücke können Aluminiumwerkstücke sein und das andere Metallwerkstück kann ein Stahlwerkstück sein, oder drei der benachbarten Metallwerkstücke können Stahlwerkstücke sein und das andere Metallwerkstück kann ein Aluminiumwerkstück sein. Alternativ können alle Werkstücke aus Aluminium sein, ohne Stahl zu sein.
Die ersten und zweiten Werkstücke 30, 32 mit jeweils Passflächen 30', 32', die nach einem Punktschweißvorgang miteinander verbunden werden, wie im Folgenden näher beschrieben. Jede Passfläche 30', 32" weist an der Schweißstelle WS einen Schnittstellenabschnitt 30", 32" auf, wobei die Schnittstellenabschnitte 30", 32" der Passflächen 30', 32" nach dem Schweißvorgang miteinander verbunden sind.
Die ersten und zweiten Werkstücke 30, 32 sind mit den Schnittstellenabschnitten 30", 32" der ersten und zweiten Werkstückpassflächen 30', 32' im Abstand von einem vorbestimmten Abstand D voneinander angeordnet. Im Beispiel von 2A sind das erste und das zweite Werkstück 30, 32 über einen Luftspalt 34 im Abstand D voneinander angeordnet. Der vorgegebene Zwischenraumabstand D kann beispielsweise im Bereich von 0,25 bis 2,5 Millimetern liegen. In einigen Variationen kann D im Bereich von 0,25 bis 1,5 mm, 0,5 bis 1,5 mm, 0,8 bis 1,5 mm oder 0,75 bis 1,25 mm liegen. Der vorgegebene Abstand D muss nicht über das gesamte Freiraumvolumen zwischen der ersten und zweiten Passfläche 30', 32' gleichmäßig sein. Vielmehr kann der tatsächliche Abstand D zwischen der ersten und zweiten Passfläche 30', 32' über das Raumvolumen im Luftspalt 34 variieren, so dass der Abstand D beispielsweise 0,5 mm zwischen den Passflächen 30', 32' an einer Stelle und 0,6 mm zwischen den Passflächen 30', 32' an einer anderen Stelle betragen kann.
Unter Bezugnahme auf die 2A-2B sind die Schnittstellenabschnitte 30", 32" der Werkstückpassflächen 30', 32" durch ein Passscheibenmaterial 36 voneinander beabstandet. 2B ist eine Draufsicht, bei der das erste Werkstück 30 entfernt wurde, um Details des Unterlegmaterials 36 und das zweite Werkstück 32 mit einem abgezogenen Schweißknopf, der durch den im Folgenden näher beschriebenen Schweißvorgang erzeugt wurde. In diesem Fall ist das Passscheibenmaterial 36 ein Stück Teflonmaterial mit einer Höhe h gleich dem Abstand D des Abstands zwischen den Passschnittstellen 30", 32"'.
Das Passscheibenmaterial 36 weist einen rechteckigen, quadratischen, runden oder anderweitig geformten Ausschnitt 40 auf, der den Luftspalt 34 zwischen der ersten und zweiten Passfläche 30', 32' bildet. Der Ausschnitt 40 weist eine Breite w und Länge l auf, die jeweils größer sind als der Durchmesser 41 der Schweißnahtflächen 64, 68 der Elektroden 42, 44 und der Durchmesser 41' der Schweißnaht 38. In einigen Fällen sind die Breite w und die Länge l des Ausschnitts 40 größer als der abgezogene Schweißknopf 38 (repräsentativ für das Schweißnugget) und/oder die Elektrodenschweißflächen 64, 68 um mindestens 1 oder 1,5 mm, in einigen Fällen 5 mm, auf allen Seiten der Elektrodenschweißflächen 64, 68 oder der abgezogenen Schweißknopf 38. Somit kann der Spalt 34 einen Radius von 10-20 mm aufweisen, wobei der Schweißknopf 38 durch den Spalt 34 gebildet wird. Somit sind die Schnittstellenabschnitte 30", 32", die letztendlich zur Schweißnaht werden, vollständig innerhalb des Ausschnitts 40 angeordnet, und der Schweißknopf 38 wird durch den Ausschnitt 40 gebildet. Das Passscheibenmaterial 36 muss nicht notwendigerweise Teflon sein und kann alternativ aus jedem anderen gewünschten Material gebildet werden, wie beispielsweise einem anderen polymeren Material, Aluminium, Stahl, Schalldämpfungsmaterial, Keramik, Glas oder einem anderen gewünschten Material. Das Unterlegmaterial 36 kann als leitfähiges oder nicht leitfähiges Material vorgesehen werden. Das Unterlegmaterial 36 kann, wie dargestellt, aus einer Materialbahn gebildet sein, oder alternativ aus Drähten, Stangen, Sicken oder in einer anderen gewünschten Form. Die Dicke der Unterlegscheibe 36 kann gleich der Dicke des Spaltes 34 sein, wie beispielsweise der Abstand D. Die Dicke der Unterlegscheibe 36 kann über die Länge l und Breite w der Unterlegscheibe 36 gleichbleibend sein, oder die Dicke der Unterlegscheibe 36 kann über die Breite w und/oder Länge l variiert werden, wenn gewünscht.
Unter Bezugnahme auf 3 kann eine Schweißzange 43 in den verschiedenen montierten Werkstückstapeln 24 der Rohkarosserie 10 Punktschweißungen bilden, um ihre einzelnen metallischen Werkstücke miteinander zu verbinden. Die Schweißzange 43 trägt eine erste Schweißelektrode 42 und eine gegenüberliegende zweite Schweißelektrode 44. Wie hierin verwendet, wird eine „Schweißnaht“, ein „Schweißen“ oder ein „Schweißen“ verwendet, um sich auf einen Widerstandspunktschweißprozess zu beziehen, bei dem benachbarte Werkstücke erwärmt werden, indem ein elektrischer Strom geleitet wird, um benachbarte Werkstücke resistiv zu erwärmen, bis mindestens eines der Werkstücke an einer Passschnittstelle schmilzt, um die benachbarten Werkstücke miteinander zu verbinden. Ebenso wird der Begriff „Punktschweißung“ auch hier als Oberbegriff verwendet, der die Schweißknotenstruktur umfasst, die überlappende Aluminiumwerkstücke oder überlappende Stahlwerkstücke miteinander verschweißt, sowie eine Schweißverbindungsstruktur, die ein Aluminiumwerkstück und ein benachbartes überlappendes Stahlwerkstück an jeder Schweißstelle WS, an der Punktschweißen durchgeführt wird, miteinander verbindet oder lötet.
Die ersten und zweiten Schweißelektroden 42, 44 sind mechanisch und elektrisch mit der Schweißzange 43 gekoppelt, die die Bildung einer schnellen Folge von Punktschweißungen unterstützen kann. In einigen Beispielen können die Schweißelektroden 42, 44 wassergekühlt sein. Die Schweißzange 43 kann beispielsweise eine C-Zange oder eine X-Zange oder ein anderer Typ sein. Eine am Boden montierte Standfuß-Schweißzange kann verwendet werden, wenn die Teile ausreichend klein sind, um von einem Roboter oder von Hand manipuliert zu werden, andernfalls kann die Schweißzange 43 an einem Roboter montiert werden, der in der Lage ist, sie in und um die Befestigung von Karosserieteilen zu bewegen, um Zugang zu den Werkstückstapeln 24 zu erhalten. Darüber hinaus kann die Schweißzange 43, wie hier schematisch dargestellt, einer Stromversorgung 46 zugeordnet werden, die elektrischen Strom zwischen den Schweißelektroden 42, 44 gemäß einem oder mehreren programmierten Schweißplänen liefert, die von einer Schweißsteuerung 48 verwaltet werden. Die Schweißzange 43 kann auch mit Kühlmittelleitungen und zugehörigen Steuereinrichtungen ausgestattet sein, um jeder der Schweißelektroden 42, 44 während des Punktschweißens eine Kühlflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, zuzuführen, um die Temperatur der Elektroden 42, 44 zu steuern.
Die Schweißzange 43 beinhaltet einen ersten Zangenarm 50 und einen zweiten Zangenarm 52. Der erste Zangenarm 50 ist mit einem Schaft 54 ausgestattet, der die erste Schweißelektrode 42 sichert und hält, und der zweite Zangenarm 52 ist mit einem Schaft 56 ausgestattet, der die zweite Schweißelektrode 44 sichert und hält. Die gesicherte Halterung der Schweißelektroden 42, 44 an ihren jeweiligen Schäften 54, 56 kann über Schaftadapter 58, 60 erfolgen, die sich an axialen freien Enden der Schäfte 54, 56 befinden. In Bezug auf ihre Positionierung in Bezug auf den Werkstückstapel 24 ist die erste Schweißelektrode 42 zum Kontakt mit der ersten Seite 26 des Stapels 24 und die zweite Schweißelektrode 44 zum Kontakt mit der zweiten Seite 28 des Stapels 24 positioniert. Die ersten und zweiten Schweißzangenarme 50, 52 sind betreibbar, um die Schweißelektroden 42, 44 aufeinander zu zu laufen oder zu kneifen und dem Werkstückstapel 24 an der Schweißstelle WS eine Klemmkraft aufzubringen, sobald die Elektroden 42, 44 mit ihren jeweiligen Werkstückstapelseiten 26, 28 in Kontakt gebracht werden.
Eine oder beide der ersten und zweiten Schweißelektroden 42, 44 können als Mehrringkuppel („multi-ringed domed“ MRD) Schweißelektrode ausgebildet sein, wie in U.S. Pat. App. Pub. Nr. 2017/0304928 , die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird, und die aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise einer Kupferlegierung, gebildet ist. Ein konkretes Beispiel für eine geeignete Kupferlegierung ist eine C15000 Kupfer-ZirkoniumLegierung (CuZr), die 0,10 Gew.-% bis 0,20 Gew.-% Zirkonium und den Rest Kupfer enthält. Andere Kupfermaterialien können verwendet werden, einschließlich beispielsweise einer Kupfer-Chrom-Legierung C18200 (CuCr), die 0,6 Gew.-% bis 1,2 Gew.-% Chrom und den Rest Kupfer beinhaltet; einer Kupfer-Chrom-Zirkon-Legierung C18150 (CuCrZr), die 0,5 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Chrom, 0,02 Gew.-% bis 0,20 Gew.-% Zirkonium und den Rest Kupfer beinhaltet; oder eines dispersionsgehärteten Kupfermaterials wie Kupfer mit einer Aluminiumoxiddispersion. Darüber hinaus können auch andere Zusammensetzungen mit geeigneten mechanischen und elektrischen/thermischen Leitfähigkeitseigenschaften verwendet werden, einschließlich widerstandsfähigerer Elektroden, die aus einem hochschmelzenden Metall (z.B. Molybdän oder Wolfram) oder einem hochschmelzenden Metallverbund (z.B. Wolfram-Kupfer) bestehen. In Variationen, bei denen eines der Werkstücke 30, 32, wie beispielsweise das zweite Werkstück 32, aus Stahl geformt ist, kann es vorzuziehen sein, die zweite Elektrode 44 als Kugelkopfelektrode vorzusehen.
Die erste Schweißelektrode 42 beinhaltet einen Elektrodenkörper 62 und eine erste Schweißfläche 64 und ebenso die zweite Schweißelektrode 44 einen Elektrodenkörper 66 und eine zweite Schweißfläche 68. Die Schweißnahtflächen 64, 68 der ersten und zweiten Schweißelektroden 42, 44 sind die Abschnitte der Elektroden 42, 44, die gegen die gegenüberliegenden Seiten 26, 28 des Werkstückstapels 24 gedrückt und eingeprägt werden, um elektrischen Strom während jedes Vorgangs zu übertragen. Somit ist die erste Elektrode 42 auf der Außenseite 26 des Stapelaufbaus 24 und die zweite Elektrode 44 auf der Außenseite 28 des Stapelaufbaus 24 angeordnet.
Die Schweißzange 43 ist betreibbar, um elektrischen Strom zwischen den faktisch ausgerichteten Schweißflächen 64, 68 der ersten und zweiten Schweißelektroden 42, 44 und durch den Werkstückstapel 24 an der Schweißstelle WS zu leiten. Der ausgetauschte elektrische Strom ist vorzugsweise ein elektrischer Gleichstrom, der von der Stromversorgung 46 geliefert wird, die, wie dargestellt, mit der ersten und zweiten Schweißelektrode 42, 44 elektrisch verbunden ist. Die Stromversorgung 46 ist vorzugsweise ein Mittelfrequenz-Gleichstrom („medium frequency direct current“ MFDC) Wechselrichter-Netzteil, das einen MFDC-Transformator beinhaltet. Ein MFDC-Transformator kann kommerziell von einer Reihe von Lieferanten bezogen werden, darunter Roman Manufacturing (Grand Rapids, MI), ARO Welding Technologies (Chesterfield Township, MI) und Bosch Rexroth (Charlotte, NC). Die Eigenschaften des gelieferten elektrischen Stroms werden von der Schweißsteuerung 48 gesteuert. Insbesondere ermöglicht die Schweißsteuerung 48 einem Benutzer die Programmierung eines Schweißplans, der die Wellenform des zwischen den Schweißelektroden 42, 44 auszutauschenden elektrischen Stroms einstellt. Der Schweißplan ermöglicht eine individuelle Steuerung des aktuellen Niveaus zu einem bestimmten Zeitpunkt und der Dauer des Stromflusses bei einem bestimmten Stromniveau, unter anderem, und ermöglicht es ferner, dass diese Attribute des elektrischen Stroms auf Änderungen in sehr kleinen Zeitschritten bis hinunter zu Bruchteilen einer Millisekunde reagieren.
Die Schweißzange 43 dient zum Bilden von Punktschweißungen, die zur strukturellen Unterstützung der mehrkomponentigen integrierten Rohbaueinheit 10 erforderlich sind. Die Schweißflächen 64, 68 werden gegen die Außenseiten 26, 28 des Stapels gedrückt und mit Druck beaufschlagt. Die Werkstücke 30, 32 werden über den von den Elektroden 42, 44 fließenden Strom erwärmt, um eine Punktschweißverbindung zwischen den Schnittstellenabschnitten 30", 32" der ersten Werkstückpassfläche 30' und der zweiten Werkstückpassfläche 32' zu bilden.
Unter Bezugnahme nun auf 4 wird der Werkstückstapel 24 punktgeschweißt, um eine erste Aluminium-Stahl-Punktschweißung 106 (oder alternativ eine Aluminium-Aluminium-Punktschweißung) zu bilden. Bei Aluminium-Aluminium-Punktschweißungen würde das Werkstückstapel 24 vorzugsweise drei oder mehr Bleche 30, 32 aufweisen.
Die Bildung der Aluminium-Stahl-Punktschweißung 106 beginnt damit, dass die Schweißfläche 64 der ersten Schweißelektrode 42 und die Schweißfläche 68 der zweiten Schweißelektrode 44 gegen die erste Seite 26 bzw. die zweite Seite 28 des Werkstückstapels 24 an der Schweißstelle WS unter einer auferlegten Klemmkraft in einer ersten relativen Position zwischen dem Elektrodensatz 42, 44 und den Werkstücken 30, 32 gedrückt wird. Die von den Schweißelektroden 42, 44 aufgebrachte Kraft reicht beispielsweise von 400 lb (181,44 kg) bis 2000 lb (907,18 kg) und vorzugsweise von 600 lb (272,16 kg) bis 1300 lb (589,67 kg).
Sobald die Elektroden 42, 44 eingepresst sind, werden die Elektroden 42, 44 zunächst unter Spannung gesetzt, um einen elektrischen Strom zwischen den gegenüberliegenden Schweißnahtflächen 64, 68 und durch den Werkstückstapel 24 zu leiten. Die Ableitung von elektrischem Strom erzeugt Wärme und erzeugt ein geschmolzenes Aluminiumschweißbad innerhalb des Aluminiumwerkstücks 30, das angrenzend an das Stahlwerkstück 32 liegt und dieses berührt. Das Aluminiumschmelzbad benetzt das angrenzende Stahlwerkstück, das kein geschmolzenes Material in das Schmelzbad einbringt, und dringt in das Aluminiumwerkstück ein, typischerweise in einem Abstand von 10% bis 100% seiner Dicke und vorzugsweise 20% bis 80%, von den Passflächen 30', 32' der Aluminium- und Stahlwerkstücke 30, 32. Nach Beendigung des Stromdurchgangs erstarrt das Aluminiumschmelzbad in der Schweißverbindung 106, die die Aluminium- und Stahlwerkstücke 30, 32 miteinander verbindet oder lötet. Die Größe der Schweißnaht oder des Schweißzungendurchmessers N kann beispielsweise im Bereich von 3 bis 15 mm, vorzugsweise 6 bis 12 mm liegen.
Die Struktur der Aluminiumschweißnaht 106, die innerhalb des oder der Werkstückstapel 24 an jeder Schweißstelle WS gebildet wird, ist an den Passflächen 30', 32' im Wesentlichen die gleiche, unabhängig davon, ob zusätzliche metallische Werkstücke in den Stapel 24 aufgenommen werden. Wenn dagegen beide Werkstücke 30, 32 als Aluminiumwerkstücke im Werkstückstapel 24 vorgesehen sind, würde das Schweißbad in beiden Werkstücken 30, 32 gebildet.
In allen Beispielen kann die Schweißzange 43 so konfiguriert werden, dass jede Punktschweißverbindung oder versuchte Schweißverbindung 106 in der Karosserie nach einem eigenen, individuellen Schweißplan gebildet wird, abhängig von der Lehre, der Werkstückträgerzusammensetzung, der Zusammensetzung der Werkstückoberfläche, der Schichtdicke usw. Und während jede geeignete Schweißplanung verwendet werden kann, um die Bildung der Aluminium-Stahl-Punktschweißungen durchzuführen, wird ein besonders bevorzugter Schweißplan in US Pat. App. Pub. Nr. 2017/0106466 , deren gesamter Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen wird.
Durch die Bereitstellung eines Abstands D zwischen den Werkstücken 30, 32 wickelt sich das Aluminiumwerkstück 30 um die Schweißnaht 64 der Elektrode 42 und erstreckt sich dadurch vom benachbarten Werkstück 32 weg. Insbesondere bewirkt der Spalt 34, dass die Kontaktfläche der Elektrode 42 zu Blech 30 vergrößert und die Kontaktfläche 30 zu Blech 32 verkleinert wird. Dies hat den kombinierten Effekt, die Stromdichte an den Passflächen 30', 32' zu erhöhen und die Größe der Hydraulikzonen zu verringern. Darüber hinaus bewirkt der Spalt oder Abstand 34, dass der Kerbgrundwinkel A zwischen den Werkstücken 30, 32 vergrößert wird, wenn sich das Blech 30 um die Spitze der Elektrode 42 wickelt, was zu einer robusteren Schweißverbindung 106 führt, die in der Lage ist, höhere Zugscherungen oder andere Belastungen aufzunehmen. Der Kerbgrundwinkel A beträgt vorzugsweise mindestens 8 Grad, und im dargestellten Beispiel in 4 ist der Kerbgrundwinkel A größer als 15, 25, 30, 34 oder 45 Grad.
Unter Bezugnahme auf die 5A-5B ist eine weitere Variante des Werkstückaufbaus dargestellt und allgemein bei 124 bezeichnet. Es ist zu verstehen, dass das Werkstückstapel 124 anstelle des Werkstückstapels 24 verwendet werden kann, z.B. bei der Rohkarosserie 10. Sofern nicht anders beschrieben, kann der Werkstückstapel 124 die gleichen Merkmale aufweisen wie vorstehend für den Werkstückstapel 24 beschrieben. So kann beispielsweise der Werkstückstapel 124 zwei oder mehr metallische Werkstücke beinhalten, die jeweils aus Aluminium und/oder Stahl geformt sind.
Der Werkstückstapel 124 weist eine erste Seite 126 und eine zweite Seite 128 auf und beinhaltet mindestens ein erstes Metallwerkstück 130 und ein zweites Metallwerkstück 132. In diesem Beispiel stellt das erste Metallwerkstück 130 die erste Seite 126 des Stapels 124 und das zweite Metallwerkstück 132 die zweite Seite 128 dar. Jede der ersten und zweiten Seiten 126, 128 ist für eine Punktschweißelektrode 42, 44 zugänglich, so dass der Werkstückstapel 124 zwischen dem Paar gegenüberliegender Punktschweißelektroden 42, 44 an einer Schweißstelle WS eingespannt werden kann. (Die Punktschweißelektroden 42, 44 können die gleichen sein wie oben beschrieben). In einigen Implementierungen beinhaltet der Werkstückstapel 24 nur die ersten und zweiten metallischen Werkstücke 130, 132 (ein „2T“-Stapel). In anderen Implementierungen können zusätzliche metallische Werkstücke (nicht dargestellt) angrenzend an eines oder beide der Werkstücke 130, 132 positioniert werden und die Außenseiten 126, 128 des Stapels 124 bilden. Wie vorstehend beschrieben, können die Werkstücke 130, 132 beispielsweise aus unlegiertem Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Stahl gebildet und beschichtet werden.
Die ersten und zweiten Werkstücke 130, 132 mit jeweils Passflächen 130', 132', die wie durch Widerstandspunktschweißen oder -löten, wie vorstehend beschrieben, miteinander verbunden werden. Jede Passfläche 130', 132" weist an der Schweißstelle WS einen Schnittstellenabschnitt 130", 132" auf, wobei die Schnittstellenabschnitte 130", 132" nach dem Schweißvorgang miteinander verbunden sind.
Die ersten und zweiten Werkstücke 130, 132 sind mit den Schnittstellenabschnitten 130", 132" der ersten Werkstückpassfläche 130" und der zweiten Werkstückpassfläche 132" im Abstand von einem vorbestimmten Abstand E zueinander angeordnet. Im Beispiel von 5A sind die ersten und zweiten Werkstücke 130, 132 über einen dazwischen induzierten Luftspalt 134 im Abstand E voneinander angeordnet. Der vorgegebene Zwischenraumabstand E kann beispielsweise im Bereich von 0,25 bis 2,5 Millimetern liegen. In einigen Variationen kann E im Bereich von 0,25 bis 1,5 mm, 0,5 bis 1,5 mm, 0,8 bis 1,5 mm oder 0,75 bis 1,25 mm liegen. Der vorgegebene Abstand E muss nicht über das gesamte Freiraumvolumen zwischen der ersten und zweiten Passfläche 130', 132' konstant sein. Vielmehr kann der tatsächliche Abstand E zwischen der ersten und zweiten Passfläche 130', 132' über das Raumvolumen im Luftspalt 34 variieren, so dass der Abstand E beispielsweise 0,5 mm zwischen den Passflächen 130', 132' an einer Stelle und 0,6 mm zwischen den Passflächen 130', 132' an einer anderen Stelle betragen kann.
In diesem Beispiel wird der Luftspalt 134 oder der vorgegebene Zwischenraumabstand E zwischen den Schnittstellenabschnitten 130", 132" jeder der Werkstückpassflächen 130", 132" durch eine oder mehrere Vertiefungen oder Erhöhungen 135 und/oder einen oder mehrere umgebogene Abschnitte 137 erzeugt. Einer oder beide der erhöhten Abschnitte 135 und die umgeklappten Abschnitte 137 können einbezogen werden. Der erhöhte Abschnitt 135 und/oder der umgeklappte Abschnitt 137 des zweiten Werkstücks 132 berühren das erste Werkstück 130. Das zweite Werkstück 132 weist einen Spaltgrundabschnitt oder Talgrundabschnitt 139 auf, der an dem Schnittstellenabschnitt 132" der zweiten Werkstückpassfläche 132' angeordnet ist, wobei der Talgrundabschnitt 139 vom ersten Werkstück 130 weg angeordnet ist, so dass der Luftspalt 134 zwischen dem Talgrund 139 und dem ersten Werkstück 130 angeordnet ist. Der erhöhte Abschnitt 135 kann beispielsweise durch Stanzen oder anderweitiges Bilden einer Vertiefung im Werkstück 132 erzeugt werden. Der umgeklappte Abschnitt 137 kann beispielsweise durch Umlegen eines Endes 141 des Werkstücks 132 auf sich selbst erzeugt werden.
5B ist eine Draufsicht, bei der das erste Werkstück 130 entfernt ist, um Details des zweiten Werkstücks 132 mit dem einheitlich ausgebildeten erhöhten Abschnitt 135 und dem umgeklappten Abschnitt 137 darzustellen. Der erhöhte Abschnitt 135 und/oder der umgeklappte Abschnitt 137 wirkt als Abstandshalter, um den Schnittstellenabschnitt 130" der ersten Werkstückpassfläche 130" vom Schnittstellenabschnitt 132" der zweiten Werkstückpassfläche 132' fernzuhalten, um den Luftspalt 134 zwischen ihnen zu bilden und den vorbestimmten Abstand E zwischen den Schnittstellenabschnitten 130", 132" der ersten und zweiten Passflächen 130', 132' zu erzeugen. Durch die Bereitstellung eines Abstands E zwischen den Werkstücken 130, 132 wickelt sich das Aluminiumwerkstück 130 um die Schweißnaht 64 der Elektrode 42 und erstreckt sich dadurch vom benachbarten Werkstück 132 weg. Dadurch wird beim Schweißen ein großer Kerbgrundwinkel gebildet, wie beispielsweise der in 4 dargestellte Kerbgrundwinkel A.
Unter Bezugnahme auf die 6A-6B ist eine weitere Variante des Werkstückaufbaus dargestellt und allgemein bei 224 bezeichnet. Es ist zu verstehen, dass der Werkstückstapel 224 anstelle des Werkstückstapels 24 oder 124 verwendet werden kann, z.B. bei der Rohkarosserie 10. Sofern nicht anders beschrieben, kann das Werkstückstapel 224 die gleichen Merkmale aufweisen wie vorstehend für das Werkstückstapel 24 oder 124 beschrieben. So kann beispielsweise das Werkstückstapel 224 zwei oder mehr metallische Werkstücke beinhalten, die jeweils aus Aluminium und/oder Stahl geformt sind.
Der Werkstückstapel 224 weist eine erste Seite 226 und eine zweite Seite 228 auf und beinhaltet mindestens ein erstes Metallwerkstück 230 und ein zweites Metallwerkstück 232. In diesem Beispiel stellt das erste Metallwerkstück 230 die erste Seite 226 des Stapelaufbaus 224 und das zweite Metallwerkstück 232 die zweite Seite 228 des Stapelaufbaus 224 dar. Jede der ersten und zweiten Seiten 226, 228 ist für eine Punktschweißelektrode 42, 44 zugänglich, so dass der Werkstückstapel 224 zwischen dem Paar gegenüberliegender Punktschweißelektroden 42, 44 an einer Schweißstelle WS eingespannt werden kann. (Die Punktschweißelektroden 42, 44 können die gleichen sein wie oben beschrieben). In einigen Implementierungen beinhaltet der Werkstückstapel 224 nur das erste und zweite metallische Werkstück 230, 232 (ein „2T“-Stapel). In anderen Implementierungen können zusätzliche metallische Werkstücke (nicht dargestellt) angrenzend an eines oder beide der Werkstücke 230, 232 positioniert werden und die Außenseiten 226, 228 des Stapels 224 bilden. Wie vorstehend beschrieben, können die Werkstücke 230, 232 beispielsweise aus unlegiertem Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Stahl gebildet und beschichtet werden.
Das erste und zweite Werkstück 230, 232 mit jeweils 230', 232' bzw. 232' Passflächen, die wie vorstehend beschrieben durch Widerstandspunktschweißen oder -löten miteinander verbunden werden. Jede Passfläche 230', 232" weist an der Schweißstelle WS einen Schnittstellenabschnitt 230", 232" auf, wobei die Schnittstellenabschnitte 230", 232" der Passfläche 230', 232' nach dem Schweißvorgang miteinander verbunden sind.
Die ersten und zweiten Werkstücke 230, 232 sind mit den Schnittstellenabschnitten 230", 232" der ersten und zweiten Werkstückpassflächen 230', 232' im Abstand von einem vorbestimmten Abstand F zueinander angeordnet. Im Beispiel von 6A sind das erste und das zweite Werkstück 230, 232 über einen dazwischen induzierten Luftspalt 234 um den Abstand F beabstandet. Der vorgegebene Zwischenraumabstand F kann beispielsweise im Bereich von 0,25 bis 2,5 Millimetern liegen. In einigen Variationen kann F im Bereich von 0,25 bis 1,5 mm, 0,5 bis 1,5 mm, 0,8 bis 1,5 mm oder 0,75 bis 1,25 mm liegen. Der vorgegebene Abstand F muss nicht über das gesamte Freiraumvolumen zwischen der ersten und zweiten Passfläche 230', 232' konstant sein. Vielmehr kann der tatsächliche Abstand F zwischen der ersten und zweiten Passfläche 230', 232' über das Raumvolumen im Luftspalt 34 variieren, so dass der Abstand F beispielsweise 0,5 mm zwischen den Passflächen 230', 232' an einer Stelle und 0,6 mm zwischen den Passflächen 230', 232' an einer anderen Stelle betragen kann.
In diesem Beispiel wird der Luftspalt 234 oder der vorgegebene Zwischenraumabstand F zwischen den Schnittstellenabschnitten 230", 232" der Werkstückpassflächen 230', 232' durch ein Unterlegmaterial oder Objekt, wie beispielsweise eine oder mehrere Stangen 236, die zwischen dem ersten und zweiten Werkstück 230, 232 angeordnet sind, erzeugt. Die Stangen 236 berühren beide Werkstücke 230, 232 und dienen dazu, die Schnittstellenabschnitte 230", 232" der Passflächen 230', 232" voneinander getrennt zu halten oder zu trennen. Es kann eine beliebige Anzahl von Stangen 236 verwendet werden.
6B ist eine Draufsicht, bei der das erste Werkstück 230 entfernt wurde, um die Stangen 236 und das zweite Werkstück 232 zu zeigen. Die Stangen 236 wirken als Abstandshalter, um die Passfläche 230' des ersten Werkstücks 230 von der Passfläche 232' des zweiten Werkstücks 232' fernzuhalten, um den Luftspalt 234 zwischen ihnen zu bilden und den vorgegebenen Abstand F zwischen der ersten und zweiten Passfläche 230', 232' zu erzeugen. Durch einen vorgegebenen Spalt oder Raum F zwischen den Werkstücken 230 bewirkt 232, dass sich das Aluminiumwerkstück 230 um die Schweißnaht 64 der Elektrode 42 wickelt und sich dadurch vom benachbarten Werkstück 232 weg erstreckt. Dadurch wird beim Schweißen ein großer Kerbgrundwinkel gebildet, wie beispielsweise der in 4 dargestellte Kerbgrundwinkel A.
Unter Bezugnahme auf die 7A-7B ist eine weitere Variante des Werkstückaufbaus dargestellt und allgemein bei 324 bezeichnet. Es ist zu verstehen, dass der Werkstückstapel 324 anstelle des Werkstückstapels 24, 124 oder 224 verwendet werden kann, z.B. bei der Rohkarosserie 10. Sofern nicht anders beschrieben, kann der Werkstückstapel 324 die gleichen Merkmale aufweisen wie vorstehend für den Werkstückstapel 24, 124 oder 224 beschrieben. So kann beispielsweise der Werkstückstapel 324 zwei oder mehr metallische Werkstücke beinhalten, die jeweils aus Aluminium und/oder Stahl geformt sind.
Der Werkstückstapel 324 weist eine erste Seite 326 und eine zweite Seite 328 auf und beinhaltet mindestens ein erstes Metallwerkstück 330 und ein zweites Metallwerkstück 332. In diesem Beispiel stellt das erste Metallwerkstück 330 die erste Seite 326 des Stapels 324 und das zweite Metallwerkstück 332 die zweite Seite 328 des Stapels 324 dar. Jede der ersten und zweiten Seiten 326, 328 ist für eine Punktschweißelektrode 42, 44 zugänglich, so dass der Werkstückstapel 324 zwischen dem Paar gegenüberliegender Punktschweißelektroden 42, 44 an einer Schweißstelle WS eingespannt werden kann. (Die Punktschweißelektroden 42, 44 können die gleichen sein wie oben beschrieben). In einigen Implementierungen beinhaltet der Werkstückstapel 324 nur die ersten und zweiten metallischen Werkstücke 330, 332 (ein „2T“ Stapel). In anderen Implementierungen können zusätzliche metallische Werkstücke (nicht dargestellt) angrenzend an eines oder beide der Werkstücke 330, 332 positioniert werden und die Außenseiten 326, 328 des Stapels 324 bilden. Wie vorstehend beschrieben, können die Werkstücke 330, 332 beispielsweise aus unlegiertem Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Stahl gebildet und beschichtet werden.
Die ersten und zweiten Werkstücke 330, 332 jeweils mit Passflächen 330', 332', die durch Widerstandspunktschweißen oder -löten, wie vorstehend beschrieben, miteinander verbunden werden. Jede Passfläche 330', 332" weist an der Schweißstelle WS einen Schnittstellenabschnitt 330", 332" auf, wobei die Schnittstellenabschnitte 330", 332" der Passfläche 330', 332' nach dem Schweißvorgang miteinander verbunden sind.
Die ersten und zweiten Werkstücke 330, 332 sind mit den Schnittstellenabschnitten 330", 332" der ersten und zweiten Werkstückpassflächen 330', 332' im Abstand von einem vorbestimmten Abstand G zueinander angeordnet. Im Beispiel von 7A sind die ersten und zweiten Werkstücke 330, 332 um den Abstand G beabstandet, wobei das Füllmaterial 336 zwischen den ersten und zweiten Werkstücken 336 angeordnet ist. Das Füllmaterial 336 kann den gesamten Raum zwischen den Werkstücken 330, 332 ausfüllen, oder das Füllmaterial 336 kann in einem Teil des Raums zwischen den Werkstücken 330, 332 angeordnet sein, während Luft oder ein anderer Abstandshalter oder Unterlegscheibe den Rest des Raums zwischen den Werkstücken 330, 332 einnehmen kann. Der vorgegebene Zwischenraumabstand G kann beispielsweise im Bereich von 0,25 bis 2,5 Millimetern liegen. In einigen Variationen kann G im Bereich von 0,25 bis 1,5 mm, 0,5 bis 1,5 mm, 0,8 bis 1,5 mm oder 0,75 bis 1,25 mm liegen. Der vorgegebene Abstand G muss nicht über das gesamte offene Raumvolumen zwischen der ersten und zweiten Passfläche 330', 332' konsistent sein. Vielmehr kann der tatsächliche Abstand G zwischen der ersten und zweiten Passfläche 330', 332' über das Raumvolumen innerhalb des Luftspaltes 34 variieren, so dass der Abstand G beispielsweise 0,5 mm zwischen den Passflächen 330', 332' an einer Stelle und 0,6 mm zwischen den Passflächen 330', 332' an anderer Stelle betragen kann.
In diesem Beispiel wird der vorgegebene Zwischenraumabstand G zwischen den Schnittstellenabschnitten 330", 332" der Passschnittstellen 330', 332' durch das Füllmaterial 336 induziert, das Partikel 345, wie beispielsweise Kugeln oder Sicken, beinhalten kann. Das Füllmaterial 336 kann ein Klebstoff oder ein Dichtungsmaterial sein, und die Partikel 345 können ein stärkeres Material als das Füllmaterial 336 sein, wie beispielsweise Fasern oder Metall- oder Polymerkugeln. Das Füllmaterial 336 kann leitfähig oder nicht leitfähig sein. Der Füllstoff 336 und/oder die darin angeordneten Partikel 345 berühren beide Werkstücke 330, 332 und dienen dazu, die Passflächen 330', 332' voneinander beabstandet zu halten. In einigen Beispielen macht die Vielzahl der Partikel nicht mehr als 10% des Volumens des Füllstoffs aus.
7B ist eine Draufsicht, bei der das erste Werkstück 330 entfernt wurde, um das Füllmaterial 336 mit den darin angeordneten Perlpartikeln 345 und das zweite Werkstück 332 darzustellen. Die Sicken 345 können als Abstandshalter fungieren, um den Schnittstellenabschnitt 330" der Passfläche 330' von dem Schnittstellenabschnitt 332" der Passfläche 332' fernzuhalten, um den vorbestimmten Abstand G zwischen den Werkstücken 330, 332 zu bilden. In einigen Beispielen ist der Durchmesser J der Kugeln 345 gleich, etwa gleich oder im Wesentlichen gleich dem vorgegebenen Abstand G, so dass die Kugeln 345 die Werkstücke 330, 332 im vorgegebenen Abstand G voneinander halten können. Unter Bereitstellung eines vorbestimmten Abstands G zwischen den Werkstücken 330, 332 bewirkt das Aluminiumwerkstück 330, dass es sich um die Schweißnaht 64 der Elektrode 42 wickelt und sich dadurch vom benachbarten Werkstück 332 weg erstreckt. Dadurch wird beim Schweißen ein großer Kerbgrundwinkel gebildet, wie beispielsweise der in 4 dargestellte Kerbgrundwinkel A.
In einigen Fällen kann jedes der Werkstücke des Stapels 24, 124, 224, 324 mit einem leichten Blechwinkel zwischen dem Stapeln 24, 124, 224, 324 und den benachbarten Elektroden 42, 44 angeordnet werden, wie beispielsweise ein Blechwinkel größer als 3 Grad aufgrund einer schlechten Anpassung zwischen den Werkstücken des Stapels. Es wurde festgestellt, dass Qualitätsschweißungen immer noch dadurch erreicht werden können, dass der vorgegebene Abstand D, E, F, G zwischen den Werkstücken geschaffen wird, auch wenn ein Blechwinkel zwischen schlecht aufeinander abgestimmten Werkstücken besteht.
Unter Bezugnahme nun auf 8 ist ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen eines Werkstückstapels vorgesehen und in einem Blockdiagramm dargestellt, das im Allgemeinen mit 900 bezeichnet wird. Das Verfahren 900 verwendet die bereits oben beschriebenen Prinzipien und Verfahren. Das Verfahren 900 beinhaltet beispielsweise einen Schritt 902 zum Bereitstellen eines ersten metallischen Werkstücks mit einer ersten Werkstückpassfläche, die einen Schnittstellenabschnitt beinhaltet, und einen Schritt 904 zum Bereitstellen eines zweiten metallischen Werkstücks mit einer zweiten Werkstückpassfläche, die einen Schnittstellenabschnitt beinhaltet. Das Verfahren 900 beinhaltet ferner einen Schritt 906 zum Anordnen der ersten und zweiten metallischen Werkstücke, wobei die Schnittstellenabschnitte der ersten und zweiten Werkstückpassflächen in einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Somit wird ein vorgegebener Spalt- oder Zwischenraumabstand zwischen den Werkstücken induziert, um eine Punktschweißverbindung mit einem großen Kerbwinkel, wie vorstehend beschrieben, zu erzeugen, was zu einer qualitativ hochwertigeren Schweißung führt.
Das Verfahren 900 beinhaltet auch einen Schritt 908 zum Bereitstellen eines Satzes von gegenüberliegenden Schweißelektroden mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, wobei die erste Elektrode auf einer Seite des ersten Werkstücks angeordnet ist und die zweite Elektrode auf einer Seite des zweiten Werkstücks angeordnet ist. Das Verfahren 900 beinhaltet dann einen Schritt 910 zum Aufbringen von Druck auf die Werkstücke über die Schweißflächen des Elektrodensatzes und zum Erwärmen der Werkstücke über die Elektroden, um eine Punktschweißverbindung zwischen den Schnittstellenabschnitten der ersten und zweiten Werkstückpassflächen zu bilden. Dementsprechend wird die Qualitätsschweißverbindung gebildet.
Das Verfahren 900 kann weitere optionale Schritte gemäß der vorstehend genannten Beschreibung beinhalten, wie beispielsweise: Bereitstellen des vorbestimmten Zwischenraumabstandes im Bereich von 0,25 bis 2.5 Millimeter; Bilden der Werkstücke aus Aluminium und/oder Stahl (oder einer Aluminiumlegierung); Beabstanden der Passschnittstellen der Werkstücke über einen Luftspalt; Anordnen von Unterlegmaterial zwischen den ersten und zweiten Werkstücken, um das erste und zweite Werkstück voneinander zu trennen; Bereitstellen eines Ausschnitts im Unterlegmaterial, um den Luftspalt zwischen den ersten und zweiten Fayingoberflächen bereitzustellen; wobei der Ausschnitt so vorgesehen ist, dass er größer als eine Elektrodenfläche des Elektrodensatzes ist; Bereitstellen des Unterlegmaterials als Polymermaterial, mindestens einen Draht, mindestens eine Stange und/oder eine Vielzahl von Sicken; Bereitstellen des zweiten Werkstücks mit einem erhöhten Abschnitt, der das erste Werkstück kontaktiert; Bereitstellen des zweiten Werkstücks mit einem Talbodenabschnitt, der an dem Schnittstellenabschnitt der zweiten Werkstückpassfläche angeordnet ist, wobei der Talbodenabschnitt vom ersten Werkstück weg angeordnet ist, so dass der Luftspalt zwischen dem Talboden und dem ersten Werkstück angeordnet ist; Bereitstellen des zweiten Werkstücks mit einem umgeklappten Abschnitt, der das erste Werkstück kontaktiert, und einem Spaltunterteil, der weg vom ersten Werkstück angeordnet ist, so dass der Luftspalt zwischen dem Spaltunterteil und dem ersten Werkstück angeordnet ist; Anordnen eines Füllmaterials zwischen dem ersten und zweiten Werkstück, um den vorbestimmten Abstand dazwischen zu schaffen; wobei das Füllmaterial eine Vielzahl von Partikeln umfasst, die innerhalb des Füllmaterials angeordnet sind, wobei jedes Partikel angepasst ist, um die Schnittstellenabschnitte der ersten und zweiten Passflächen voneinander zu trennen; Bereitstellen des Füllmaterials als mindestens eines aus einem Klebematerial und einem Dichtungsmaterial; Bereitstellen jedes Partikels mit einer Höhe, die etwa gleich dem vorbestimmten Zwischenraumabstand ist; Bereitstellen des ersten Werkstücks und der ersten Elektrode mit einem Blechwinkel dazwischen; wobei der Blechwinkel mindestens drei Grad beträgt; wobei der Schritt des Erwärmens der Werkstücke durch Leiten von elektrischem Strom zwischen den Werkstücken über die Elektroden erreicht wird; und der Schweißschritt, der dazu führt, dass die Punktschweißverbindung einen Kerbgrundwinkel zwischen dem ersten und zweiten Werkstück aufweist, wobei der Kerbgrundwinkel mindestens 30 Grad beträgt.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Abbildungen unterstützen und beschreiben die vielen Aspekte der vorliegenden Offenbarung. Die hierin beschriebenen Elemente können zwischen den verschiedenen Beispielen kombiniert oder ausgetauscht werden. Sofern nicht anders beschrieben, können beispielsweise die in Bezug auf die 1-7B beschriebenen Details auf das in 8 schematisch dargestellte Verfahren angewendet werden. Während bestimmte Aspekte ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Aspekte für die Ausübung der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind.
Die vorliegende Offenbarung ist nur exemplarisch, und die Erfindung wird ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9987705 [0015]
US 2017/0304928 [0026]
US 2017/0106466 [0034]

Claims

Beansprucht wird:
Ein Verfahren zum Widerstandspunktschweißen eines Werkstückstapels, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines ersten metallischen Werkstücks mit einer ersten Werkstückpassfläche, die einen Schnittstellenabschnitt beinhaltet; Bereitstellen eines zweiten metallischen Werkstücks mit einer zweiten Werkstückpassfläche, die einen Schnittstellenabschnitt beinhaltet; Anordnen der ersten und zweiten metallischen Werkstücke mit den Schnittstellenabschnitten der ersten und zweiten Werkstückpassflächen, in einem vorbestimmten Abstand voneinander, wobei der vorbestimmte Abstand im Bereich von 0,25 bis 2,5 Millimetern liegt; Bereitstellen eines Satzes von gegenüberliegenden Schweißelektroden mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, wobei die erste Elektrode auf einer Seite des ersten Werkstücks angeordnet ist und die zweite Elektrode auf einer Seite des zweiten Werkstücks angeordnet ist; Aufbringen von Druck auf die Werkstücke über die Schweißflächen des Elektrodensatzes und Erwärmen der Werkstücke über die Elektroden, um eine Punktschweißverbindung zwischen den Schnittstellenabschnitten der ersten und zweiten Werkstückpassfläche zu bilden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Werkstück aus einem von einer Stahllegierung, Aluminium und einer Aluminiumlegierung gebildet ist; und das erste Werkstück aus einem von Aluminium und einer Aluminiumlegierung gebildet ist, wobei die Schnittstellenabschnitte der ersten Werkstückpassfläche und der zweiten Werkstückpassfläche über einen Luftspalt voneinander beabstandet sind.
Das Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Anordnen von Unterlegmaterial zwischen dem ersten und zweiten Werkstück, um das erste und zweite Werkstück voneinander zu beabstanden.
Das Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: Bereitstellen eines Ausschnitts in dem Unterlegmaterial, um den Luftspalt zwischen der ersten und zweiten Passschnittstelle bereitzustellen, wobei der Ausschnitt als größer als eine Schweißfläche jeder Elektrode vorgesehen ist; und Bereitstellen des Unterlegmaterials als mindestens eines der folgenden: ein Polymermaterial, ein Glasmaterial, ein Keramikmaterial, mindestens einen Draht, mindestens eine Stange und eine Vielzahl von Sicken.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner umfassend das Bereitstellen des zweiten Werkstücks mit einem erhöhten Abschnitt, der das erste Werkstück kontaktiert, und das Bereitstellen des zweiten Werkstücks mit einem Talbodenabschnitt, der am Schnittstellenabschnitt der zweiten Werkstückpassfläche angeordnet ist, wobei der Talbodenabschnitt weg vom ersten Werkstück angeordnet ist, so dass der Luftspalt zwischen dem Talbodenabschnitt und dem ersten Werkstück angeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 5, ferner umfassend das Bereitstellen des zweiten Werkstücks mit einem umgeklappten Abschnitt, der das erste Werkstück kontaktiert, und einem Spaltunterabschnitt, der vom ersten Werkstück weg angeordnet ist, so dass der Luftspalt zwischen dem Spaltunterabschnitt und dem ersten Werkstück angeordnet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Anordnen eines Füllmaterials zwischen den ersten und zweiten Werkstücken, um den vorbestimmten Abstand dazwischen zu erzeugen, wobei das Füllmaterial eine Vielzahl von Partikeln umfasst, die innerhalb des Füllmaterials angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Partikeln so angepasst ist, dass sie die Schnittstellenabschnitte der ersten und zweiten Passfläche voneinander trennen, wobei die Vielzahl von Partikeln nicht mehr als 10% eines Volumens des Füllmaterials beträgt.
Das Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Bereitstellen des Füllmaterials als mindestens eines aus einem Haftmaterial und einem Dichtungsmaterial; und Bereitstellen jedes Partikels mit einer Höhe, die etwa gleich dem vorbestimmten Zwischenraumabstand ist.
Eine punktgeschweißte Werkstückanordnung, umfassend: ein metallisches erstes erkstück; ein metallisches zweites Werkstück, das mit dem ersten Werkstück durch eine Punktschweißverbindung punktgeschweißt ist, wobei das erste und zweite Werkstück einen Kerbgrundwinkel dazwischen an einer Kante der Punktschweißverbindung aufweisen, wobei der Kerbgrundwinkel mindestens 25 Grad beträgt; und ein Spaltinduzierungselement, das zwischen dem ersten und zweiten Werkstück angeordnet und konfiguriert ist, um die Passflächen des ersten und zweiten Werkstücks um einen vorbestimmten Abstand voneinander zu beabstanden, bevor das erste und zweite Werkstück miteinander punktverschweißt werden.
Die punktgeschweißte Werkstückanordnung nach Anspruch 9, wobei das erste Werkstück aus einem von Aluminium und einer Aluminiumlegierung und das zweite Werkstück aus einem der folgenden Werkstoffe gebildet ist: Aluminium, einer Aluminiumlegierung und einer Stahllegierung, wobei das spaltbildende Element mindestens eines der folgenden umfasst: eine Unterlegscheibe mit Abschnitten, die einen Durchbruch durch die Unterlegscheibe bilden, wobei sich die Punktschweißverbindung durch den Durchbruch erstreckt; einen erhöhten Abschnitt, der in einem der ersten und zweiten Werkstücke ausgebildet ist, einen umgeklappten Abschnitt eines der ersten und zweiten Werkstücke; und ein Füllmaterial mit einer Vielzahl von spaltinduzierenden Partikeln, die darin angeordnet sind.