用于連結部件的系統和方法
【技術領域】
[0001]本技術總體上涉及連結部件。更具體而言，本技術涉及用于將所連結的部件互鎖的系統和方法。
【背景技術】
[0002]因為行業努力實現來自工程結構(例如汽車、航空和航海等等)的減重和改進性能，所以連結具有相似或不同材料性質的工件變得日益重要。
[0003]連結相似或不同材料的工藝包括機械連結(例如螺栓和鉚釘)、融合連結(例如，融合弧焊和激光焊接)、固態連結(例如，摩擦攪拌焊接和超聲波焊接)、釬焊和錫焊以及粘合劑粘結等等。
[0004]由于材料的不同化學、機械和熱性能，使得連結不同材料提出了挑戰，這在連結相似材料時是不存在的。當設計不同材料接頭時，必須考慮多種因素，例如但不限于每種材料的材料厚度、表面能量、熔化溫度的差異、熱膨脹/收縮。甚至在將上述因素考慮在內的情況下，例如焊接和錫焊等連結技術所提供的表面結合在例如剝離應力等某些方向性負載下仍然會傾向于失效。
[0005]連結不同材料包括如下挑戰:例如避免由于熱膨脹系數的不同而容易在材料內形成的扭曲和應力。這些不良情況會導致應力腐蝕開裂，這會削弱結合并且會導致接頭的過早失效。
[0006]連結不同材料的其它方法使用緊固件，例如粘合劑、鉚釘和螺栓。然而，這些緊固件導致例如粘合劑的結構崩塌及鉚釘和螺栓的電化腐蝕等問題。另外，這些緊固件增加了相當大的重量，這與大多數行業中朝向更輕部件的趨勢是相反的。
【發明內容】
[0007]由于上述缺陷，使得存在對于以下系統和方法的需求:無需增加例如粘合劑、鉚釘或螺栓等緊固件，就將包含不同材料的工件牢固地連結。所提出的系統和方法將通過根據不使用附加緊固件的獨特技術將工件的材料機械地互鎖來連結工件。
[0008]本技術包括一種系統，利用該系統，通過在工件中的至少一個的接頭界面處形成凹槽來實現機械互鎖。凹槽構造成接收來自連結工件的熔化材料，用于在熔化材料冷卻時形成可靠的接頭。
[0009]在一些實施例中，被連結的材料的成分是相似的。在這些實施例中，凹槽能夠形成在工件中的任一個或兩個工件中。在一個實施例中，第一工件構造成熔化并填充第二工件的凹槽。隨著第一工件填充第二工件的凹槽，凹槽略微熔化以增加接頭處的互鎖。
[0010]在其它實施例中，被連結的材料的成分不同。在這些實施例中，凹槽應該形成在具有最高熔化溫度的材料內。將凹槽形成到具有較高熔化溫度的工件中允許具有較低熔化溫度的材料熔化并流入到凹槽中。在用于連結具有不同成分的部件的一些實施方式中，例如根據較高熔點的值和來自較低熔點部件的熔融材料的溫度，熔融材料能夠不使凹槽變形或者僅使凹槽略微變形地流入到凹槽中。雖然在一些情況下使得凹槽變形通過促進如上所述的互鎖而會是有益的，但是相比于不使用凹槽的焊接，基本或完全地維持凹槽結構也能夠基于凹槽形狀、凹槽尺寸和材料而例如促進互鎖和更強焊縫的形成。
[0011]本技術的許多益處中的另一益處包括:能夠形成對于與接頭界面相對的至少一個表面的外觀具有最小負面影響或不具有負面影響的連結界面。
[0012]在一些實施例中，通過使用激光加熱來融化待引入到其它工件的凹槽的工件之一的材料，來最小化或完全避免對于與接頭界面相對的至少一個表面的外觀的負面影響。在其它實施例中，通過使用感應加熱來熔化與凹槽相對的工件，從而限制或避免負面影響。
[0013]本技術的其它方面在下文中將是部分顯然的并且部分指出的。
[0014]1.一種用于在第一工件和第二工件之間形成接頭表面的方法，包括:
提供所述第一工件的與第一表面相對的第二表面，用于與所述第二工件的第一表面接觸，所述第二工件的第一表面與所述第二工件的第二表面相對，所述第二工件的第一表面具有形成在其中的凹槽；
向所述第一工件和所述第二工件中的至少一個施加能量，從而使得所述第一工件的材料熔化，產生熔融材料并且流入到形成在所述第二工件的第一表面中的所述凹槽中；以及允許或使得所述熔融材料冷卻，從而形成將所述第一工件連結到所述第二工件的互鎖焊縫。
[0015]2.根據方案I所述的方法，其中形成所述系統還包括機械地、電氣地或者通過化學蝕刻而將所述凹槽形成到所述第二工件的第一表面中。
[0016]3.根據方案I所述的方法，其中所述凹槽相對于所述第二工件的第一表面以90度至O度之間的角度延伸。
[0017]4.根據方案I所述的方法，其中:
所述第二工件的第一表面具有形成在其中的多個凹槽；
所述凹槽中的第一凹槽具有在參考系中從所述第二工件的第一表面以O度至90度之間的第一角度延伸的側面，并且所述凹槽中的第二凹槽具有在所述參考系中從所述第二工件的第一表面以90度至180度之間的第二角度延伸的側面；以及
在形成所述系統時施加的能量包括將所述第一工件的材料熔化，從而使得熔化的材料流入到在所述第二工件的第一表面中形成的所述凹槽的每個中，從而形成將所述第一工件連結到所述第二工件的互鎖焊縫。
[0018]5.根據方案I所述的方法，其中:
在施加所述能量之前，所述第一工件包括從與所述第二工件的第一表面中的所述凹槽相對的第二表面延伸的凸起；并且
在形成所述系統時施加能量以將所述第一工件的材料熔化包括將所述凸起的至少一部分熔化，使其流入到所述凹槽中，從而形成將所述第一工件連結到所述第二工件的互鎖焊縫。
[0019]6.根據方案I所述的方法，其中在形成所述系統時施加能量以將所述第一工件的材料熔化包括以下之一:應用激光來熔化所述第一工件的材料；應用感應來熔化所述第一工件的材料；以及應用超聲波振動來熔化所述第一工件的材料。
[0020]7.一種系統，包括: 第一工件，包括第一表面和與所述第一表面相對的第二表面；以及第二工件，包括第一表面，該第一表面與所述第一工件的第二表面通過互鎖焊縫連接，并且具有形成在其中的形成所述互鎖焊縫的一部分的凹槽；
其中所述系統通過以下來形成:
使得所述第一工件的第二表面與所述第二工件的第一表面接觸；
向所述第一工件和所述第二工件中的至少一個施加能量，從而使得所述第一工件的材料熔化，產生熔融材料并且流入到在所述第二工件的第一表面中形成的所述凹槽中；以及允許或使得所述熔融材料冷卻，從而形成將所述第一工件連結到所述第二工件的互鎖焊縫。
[0021]8.根據方案7所述的系統，其中形成所述系統還包括機械地、電氣地或者通過化學蝕刻而將所述凹槽形成到所述第二工件的第一表面中。
[0022]9.根據方案7所述的系統，其中所述凹槽相對于所述第二工件的第一表面以90度至O度之間的角度延伸。
[0023]10.根據方案7所述的系統，其中:
所述第二工件的第一表面具有形成在其中的多個凹槽；
所述凹槽中的第一凹槽具有在參考系中從所述第二工件的第一表面以O度至90度之間的第一角度延伸的側面，并且所述凹槽中的第二凹槽具有在所述參考系中從所述第二工件的第一表面以90度至180度之間的第二角度延伸的側面；并且
在形成所述系統時施加的能量包括將所述第一工件的材料熔化，使得熔化的材料流入到在所述第二工件的第一表面中形成的所述凹槽的每個中，從而形成將所述第一工件連結到所述第二工件的互鎖焊縫。
[0024]11.根據方案7所述的系統，其中:
所述凹槽具有第一壁和第二壁；
所述第一壁的至少一部分在參考系中從所述第二工件的第一表面以O度至90度之間的第一角度延伸；并且
所述第二壁的至少一部分在所述參考系中從所述第二工件的第一表面以90度至180度之間的第二角度延伸。
[0025]12.根據方案7所述的系統，其中:
在施加所述能量之前，所述第一工件包括從與所述第二工件的第一表面中的所述凹槽相對的第二表面延伸的凸起；并且
在形成所述系統時施加能量以將所述第一工件的材料熔化包括將所述凸起的至少一部分熔化，使其流入到所述凹槽中，從而形成將所述第一工件連結到所述第二工件的互鎖焊縫。
[0026]13.根據方案7所述的系統，其中在形成所述系統時施加能量以將所述第一工件的材料熔化包括以下之一:應用激光來熔化所述第一工件的材料；應用感應來熔化所述第一工件的材料；以及應用超聲波振動來熔化所述第一工件的材料。
[0027]14.一種系統，包括:
第一工件，包括第一表面和與所述第一表面