用于改善焊接強度的系統和方法
【技術領域】
[0001]本公開內容總體上涉及用于改善焊接強度的系統和方法。
【背景技術】
[0002]鋁-鋼焊接廣泛地用于汽車工業中以減輕汽車的重量。鋁-鋼的電阻焊接中的主要挑戰之一是在結合界面處形成的焊縫差異和金屬間化合物。由于工件和電極之間的高的導熱系數，熱通過電極很快散失。這種熱散失導致了沿著結合界面的焊縫差異。焊縫差異和金屬間化合物限制了焊縫剝離強度。
【發明內容】
[0003]本技術涉及改善焊接強度的系統和方法。該系統和方法改善了電阻焊接的鋁-鋼的強度。另外，該系統和方法可用于其它的材料和焊接技術。
[0004]一個示例性的方法包括:在第一片材料中形成第一坑和在第二片材料中形成第二坑，在非線性界面處將第一坑和第二坑擠壓在一起，以及在界面處焊接第一坑和第二坑的材料。
[0005]第一坑和第二坑在第一工具元件和第二工具元件之間被擠壓。第一工具元件包括凸出工具表面，第二工具元件包括凹陷工具表面。利用第一工具元件和第二工具元件中的至少一個熔化材料，然后在非線性界面處凝固以形成接合部。
[0006]在給定的遠程加載下，被焊接的坑引入了局部的混合模式加載。
[0007]另外，本發明還提供了以下方案。
[0008]1.一種方法，包括:
[0009]在第一片材料中形成第一坑，以及在第二片材料中形成第二坑；
[0010]在非線性界面處將所述第一坑和所述第二坑擠壓在一起，其中所述第一坑和所述第二坑在第一工具元件和第二工具元件之間被擠壓，其中，所述第一工具元件包括凸出工具表面，所述第二工具元件包括凹陷工具表面；以及
[0011]在所述界面處熔化所述第一坑的第一材料和所述第二坑的第二材料，其中，使用所述第一工具元件和所述第二工具元件中的至少一個來熔化所述第一材料和所述第二材料，并且其中所述材料被配置成在所述熔化后凝固，以在所述非線性界面處形成接合部。
[0012]2.根據方案1所述的方法，所述第一坑包括第一凹陷坑表面和第一凸出坑表面，所述第二坑包括第二凹陷坑表面和第二凸出坑表面，所述非線性界面包括所述第一凸出坑表面和所述第二凹陷坑表面之間的接觸點。
[0013]3.根據方案2所述的方法，所述擠壓包括使所述第一凹陷表面和所述凸出工具表面接觸，以及使所述第二凸出表面和所述凹陷工具表面接觸。
[0014]4.根據方案2所述的方法，所述擠壓包括:在所述第一坑中接收所述第一工具元件，以及在所述第二工具元件中接收所述第二坑。
[0015]5.根據方案1所述的方法，所述形成包括:使用所述第一工具元件和所述第二工具元件形成所述第一坑和所述第二坑。
[0016]6.根據方案5所述的方法，所述形成包括:
[0017]重疊所述第一片材料和所述第二片材料；
[0018]將所述第一片材料和所述第二片材料定位在所述第一工具元件和所述第二工具元件之間；以及
[0019]使所述第一工具元件和所述第二工具元件靠攏在一起以形成所述第一坑和所述第二坑。
[0020]7.根據方案5所述的方法，所述形成包括:
[0021 ] 重疊所述第一片材料和所述第二片材料；
[0022]轉動所述第一工具元件和所述第二工具元件；以及
[0023]將所述第一片材料和所述第二片材料供給在所述第一工具元件和所述第二工具元件之間，以形成所述第一坑和所述第二坑。
[0024]8.根據方案1所述的方法，其中，所述第一工具元件和所述第二工具元件中的至少一個是電極，并且所述熔化包括將電流通過所述第一片材料和所述第二片材料。
[0025]9.根據方案1所述的方法，其中，所述第一工具元件是超聲焊極，所述第二工具元件是凹穴，并且所述熔化包括給所述第一片材料和所述第二片材料施加超聲聲波振動。
[0026]10.根據方案1所述的方法，形成所述第一坑和所述第二坑作為形成所述第一片材料和所述第二片材料的過程的一部分被執行。
[0027]11.一種系統，包括:
[0028]包括凸出工具表面的第一電極；以及
[0029]包括凹陷工具表面的第二電極；
[0030]其中，所述第一電極和所述第二電極被設置為:
[0031]在第一片材料內形成第一坑和在第二片材料內形成第二坑；
[0032]在所述第一電極和所述第二電極之間將所述第一坑和所述第二坑擠壓在一起，其中所述第一坑和所述第二坑在非線性界面處被擠壓在一起；以及
[0033]將電流通過所述第一坑和所述第二坑。
[0034]12.根據方案11所述的系統，其中，所述第一電極和所述第二電極中的至少一個被設置為冷卻所述第一坑和所述第二坑。
[0035]13.根據方案11所述的系統，所述第一坑包括第一凹陷坑表面和第一凸出坑表面，所述第二坑包括第二凹陷坑表面和第二凸出坑表面，所述非線性表面包括所述第一凸出坑表面和所述第二凹陷坑表面之間的接觸點。
[0036]14.根據方案13所述的系統，其中，所述凸出工具表面被設置為接觸所述第一凹陷坑表面，所述凸出工具表面被設置為接觸所述第二凸出坑表面。
[0037]15.根據方案11所述的系統，其中，所述第一電極被設置為接收在所述第一坑內，所述第二電極被設置為接收所述第二坑。
[0038]16.根據方案11所述的系統，其中，所述第一電極和所述第二電極被設置為靠攏在一起以形成所述第一坑和所述第二坑。
[0039]17.根據方案11所述的系統，其中，所述第一電極是盤形的并且所述第二電極是盤形的，其中所述第一電極和所述第二電極被設置為轉動以形成所述第一坑和所述第二坑。
[0040]18.一種系統，用于將包括第一坑的第一片材料和包括第二坑的第二片材料接合在一起，包括:
[0041]包括凸出工具表面的超聲焊極；以及
[0042]包括凹陷工具表面的凹穴；
[0043]其中，所述超聲焊極被設置為接收在所述第一坑內，所述凹穴被設置為接收所述第二坑；
[0044]其中，所述超聲焊極和所述凹穴被設置為在所述超聲焊極和所述凹穴之間將所述第一坑和所述第二坑擠壓在一起，其中，所述第一坑和所述第二坑在非線性界面處被擠壓在一起；以及
[0045]其中，所述超聲焊接被設置為給所述第一片材料和所述第二片材料施加超聲聲波振動。
[0046]19.根據方案18所述的系統，所述第一坑包括第一凹陷坑表面和第一凸出坑表面，所述第二坑包括第二凹陷坑表面和第二凸出坑表面，所述非線性界面包括所述第一凸出坑表面和所述第二凹陷坑表面之間的接觸點。
[0047]20.根據方案19所述的系統，其中，所述凸出工具表面被設置為接觸所述第一凹陷坑表面，并且所述凸出工表面被設置為接觸所述第二凸出坑表面。
【附圖說明】
[0048]圖1示意性示出了根據本公開的示例性實施例的焊接系統。
[0049]圖2示意性示出了圖1中的焊接系統的工件和工具。
[0050]圖3示意性示出了圖1中的焊接系統的控制系統。
[0051]圖4是根據本公開的示例性實施例的點焊方法的框圖。
[0052]圖5-7示意性示出了圖4中的點焊方法。
[0053]圖8是根據本公開的示例性實施例的縫焊方法的框圖。
[0054]圖9-10示意性示出了圖8中的縫焊方法。
[0055]圖11是根據本公開的示例性實施例的超聲焊方法的框圖。
[0056]圖12-13示意性示出了圖11的超聲焊方法。
[0057]圖14示意性示出了剪切加載下的接合部。
[0058]圖15示意性示出了剝離加載下的接合部。