焊接輔助結(jié)合零件和用該零件連接元件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過焊接輔助結(jié)合零件和機(jī)械熱固焊接法連接多個(gè)元件的方法。通過使用該機(jī)械熱固焊接法，至少一個(gè)由焊接良好或焊接不良材料制成的第一元件與至少一個(gè)由焊接良好材料制成的第二連接元件通過該焊接輔助結(jié)合零件相互連接。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接是一種連接如鋼鐵等可焊接材料制成的元件的行之有效的方法，典型的焊接方法有電阻點(diǎn)焊和螺柱焊，在所述方法中，兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的元件通過焊接可選擇性地或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)地相互連接。另外一種焊接方法是光弧螺柱焊。
[0003]如今，在不同行業(yè)中，都需要對(duì)元件進(jìn)行連接。這些元件部分由不可焊接材料或焊接不良材料制成。而焊接提供了一種對(duì)這些不可焊接材料或焊接不良材料制成的元件有效的連接方法。為此，需要將由可焊接材料制成的焊接輔助結(jié)合零件固定到不可焊接材料或焊接不良材料制成的元件中。這樣，才能在由可焊接材料制成的元件與焊接輔助結(jié)合零件之間產(chǎn)生焊接連接，使得由可焊接材料制成的元件與由不可焊接或焊接不良材料制成的元件通過焊接輔助結(jié)合零件相互連接。不可焊接材料或焊接不良材料制成的元件的例子包括鋁片、塑料模具或如碳纖維增強(qiáng)塑料等纖維增強(qiáng)塑料制成的模具，上述僅為一些示例。上述方法的示例可參考德國專利申請(qǐng)DE 100 15 713 Al。
[0004]在德國專利申請(qǐng)10 2005 006 253 Al中，描述了一種由不可焊接材料或焊接不良材料制成的元件與由可焊接材料制成的元件通過焊接進(jìn)行連接的方法。該方法中，將一個(gè)由可焊接材料制成的包括柄和頭部的螺栓插入到一個(gè)由不可焊接材料或焊接不良材料制成的元件上的預(yù)制孔內(nèi)，然后將其焊接到由可焊接材料制成的元件上。為了使螺栓與其在由不可焊接或焊接不良材料制成的元件的預(yù)穿孔部分的柄連接更牢固，通過壓縮使焊接后的螺栓柄橫向變形，在螺栓柄與元件孔內(nèi)壁形成壓力配合連接。由于該方法包括多個(gè)步驟，所述連接方法是一種技術(shù)復(fù)雜且耗時(shí)較長的方法。
[0005]在德國專利申請(qǐng)DE 10 2004 025 492 Al和10 2007 036 416 Al中，鉚釘、螺栓和釘子分別用作由不可焊接材料或焊接不良材料制成的元件中的焊接輔助結(jié)合零件。焊接輔助結(jié)合零件的尖端部分從該元件的一側(cè)突出并形成一個(gè)焊接點(diǎn)，該焊接點(diǎn)的接觸面很小，用于連接由可焊接材料制成的相對(duì)設(shè)置的元件。一旦焊接輔助結(jié)合零件與可焊接材料元件通過例如電阻點(diǎn)焊或者電阻螺柱焊的電阻焊接方式相連接，該焊接輔助結(jié)合零件的尖端或邊緣就會(huì)熔化，從而形成所謂的電焊鏡片或焊接熔核。由于焊接輔助結(jié)合零件和可焊接材料元件間的小接觸面位于焊接輔助結(jié)合零件的尖端或邊緣部分，使得用于焊接的焊接區(qū)域相對(duì)較小。與相對(duì)設(shè)置的有較大接觸面的零件相比，小接觸面的焊接會(huì)延長焊接過程或使焊接連接降級(jí)。對(duì)應(yīng)于焊接輔助結(jié)合零件和可焊接材料元件間的小接觸面焊接所形成的焊接熔核就很小。這會(huì)影響所形成連接的機(jī)械載荷能力及生命周期。此外，在使用半空穿孔鉚釘作為焊接輔助結(jié)合零件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生廢渣或不可焊接材料或焊接不良材料。在接下來的焊接中，所產(chǎn)生的廢渣會(huì)進(jìn)入焊接區(qū)和焊接熔核部分，這種污染會(huì)影響正在形成的焊接連接的質(zhì)量。
[0006]此外，在DE 10 2004 025 492 Al中顯示出，有利的是，使由可焊接材料制成的元件在接觸部分產(chǎn)生機(jī)械變形，并通過在由不可焊接或焊接不良材料制成的元件中的焊接輔助結(jié)合零件的固定程序用于后續(xù)焊接。特別是，焊接輔助結(jié)合零件的尖端或邊緣進(jìn)入由可焊接材料制成的元件，或是在該由可焊接材料制成的元件上產(chǎn)生一個(gè)凹陷或凹口。該凹口在焊接輔助結(jié)合零件與由可焊接材料制成的元件的電阻焊接中應(yīng)分別在該凹陷或凹口中促進(jìn)形成足夠大的焊接熔核。為了實(shí)現(xiàn)此方法，在固定焊接輔助結(jié)合零件之前應(yīng)使所有上述元件相互連接。此外，還需要又一個(gè)工作步驟，即在由可焊接材料制成的元件上制造一個(gè)凹痕并使其與已固定的焊接輔助結(jié)合零件對(duì)準(zhǔn)。這是一個(gè)復(fù)雜且耗時(shí)較長的過程，還需要付出額外的建設(shè)性努力以對(duì)待連接元件精確定位，且在可用的焊接方法以及工藝順序選擇中受限。
[0007]在DE 100 60 390 Al中，描述了一種沖壓鉚釘?shù)姆椒?，其中，該沖壓鉚釘由電機(jī)穿孔器驅(qū)動(dòng)穿透第一電絕緣材料(例如，塑料)，并與位于電極矩陣或電極模具中的第二導(dǎo)電材料連接。電極穿孔器和電極模具連接到電壓源的相反兩極。一旦穿孔鉚釘穿透第一材料并與第二導(dǎo)電材料接觸，就會(huì)通過沖壓鉚釘產(chǎn)生電流。電流會(huì)給沖壓鉚釘加熱，促進(jìn)了沖壓鉚釘?shù)倪M(jìn)一步連接。在所描述的沖壓鉚釘方法中，可以使用空、中空或?qū)嵭你T釘；在該連接過程中，所述沖壓鉚釘推動(dòng)前面的廢棄材料穿透第一非導(dǎo)電材料。所述廢棄材料阻礙了沖壓鉚釘與第二材料之間的電接觸，以及流經(jīng)沖壓鉚釘?shù)碾娏?。此外，不利的是，該沖壓鉚釘在冷卻狀態(tài)下穿透了該非導(dǎo)電材料，這就導(dǎo)致了尤其是在脆性塑料及其他類似材料中龜裂的形成以及造成其他機(jī)能故障。
[0008]在DE 10 2010 020 569 Al中，描述了第一非導(dǎo)電元件與第二導(dǎo)電元件間基于電加熱的熱連接。為此，首先將由導(dǎo)電材料制成的連接輔助件加工到非導(dǎo)電元件中。在連接方法之前的安裝過程中，通過滾動(dòng)、沖壓、模成型、推動(dòng)、壓花或粘合將連接輔助件固定到第一元件。該連接輔助件為后續(xù)與第二元件的電熱焊接提供導(dǎo)電鄰接接觸。為此，具有連接輔助件的第一元件與第二元件被放置在相對(duì)設(shè)置的電極穿孔器與電極模之間。電流通過連接輔助件以及在電極穿孔器與電極模之間的導(dǎo)電第二元件，在連接輔助件與第二元件的鄰接邊緣部分進(jìn)行焊接。同時(shí)，所述的熱連接方法也有缺點(diǎn)，首先，在之前的方法中，要將輔助連接件固定到由非導(dǎo)電材料制成的第一元件中。因此，在第一元件及電極穿孔器和電極模具間的第二元件可能相互連接之前，加工輔助連接件和第一元件的幾個(gè)步驟是必要的。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種在至少一個(gè)由不可焊接材料制成的元件與至少一個(gè)由可焊接材料制成的元件間耗時(shí)較少的連接方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]上述目標(biāo)通過使用權(quán)利要求1和2所述的焊接輔助結(jié)合零件的連接方法以及權(quán)利要求19所述的至少一個(gè)由不可焊接或焊接不良材料制成的第一元件和至少一個(gè)由可焊接材料制成的第二元件或至少一個(gè)部分由由可焊接材料制成的第二元件來實(shí)現(xiàn)，其中，上述元件通過固定于其中的焊接輔助結(jié)合零件彼此連接。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和開發(fā)參見說明書、附圖以及從屬權(quán)利要求。
[0011]本發(fā)明的連接方法使用焊接連接元件將至少一個(gè)未預(yù)穿孔的第一元件與由可焊接材料或部分由可焊接材料制成的至少一個(gè)第二元件連接。本發(fā)明的連接方法包括以下步驟:通過至少一個(gè)焊接輔助結(jié)合零件的組合機(jī)械熱負(fù)荷驅(qū)動(dòng)焊接輔助結(jié)合零件進(jìn)入至少一個(gè)第一元件，其中，該至少一個(gè)第一元件中最好不分離出廢料；在組合負(fù)荷作用下使焊接輔助結(jié)合零件在至少一個(gè)第二元件上變形；將焊接輔助結(jié)合零件焊接到至少一個(gè)第二元件，使該至少一個(gè)第一元件與該至少一個(gè)第二元件通過焊接輔助結(jié)合零件彼此連接；其中，該連接方法在機(jī)械熱固焊接過程中連續(xù)使用。
[0012]基于連續(xù)進(jìn)行的機(jī)械熱固焊接過程，至少一個(gè)第一元件和至少一個(gè)第二元件通過由可焊接材料制成的螺栓式焊接輔助結(jié)合零件彼此連接。在該連續(xù)使用的連接方法中，需使用機(jī)械力將焊接輔助結(jié)合零件固定到至少一個(gè)由可焊接或不可焊接材料制成的第一元件中。在該固定過程中，通過至少在焊接輔助結(jié)合零件中流動(dòng)的電流為該焊接輔助結(jié)合零件加熱，其中，該焊接輔助結(jié)合零件中產(chǎn)生的熱量促進(jìn)并支持了將焊接輔助結(jié)合零件固定進(jìn)所述至少一個(gè)第一元件的過程。該焊接輔助結(jié)合零件中產(chǎn)生的熱一方面促進(jìn)了該焊接輔助結(jié)合零件進(jìn)入該至少一個(gè)第一元件；又一方面，該熱量促進(jìn)了焊接輔助結(jié)合零件在連續(xù)機(jī)械熱固焊接工藝進(jìn)一步處理過程中的變形。該焊接輔助結(jié)合零件中的熱量支持所述焊接輔助結(jié)合零件在至少一個(gè)第二元件的軸向方向上的壓縮，從而在焊接輔助結(jié)合零件和至少一個(gè)第二元件間形成一個(gè)有利的焊接表面。
[0013]通過優(yōu)選的電阻螺柱焊接或電阻點(diǎn)焊，將該焊接輔助結(jié)合零件焊接到由可焊接材料制成的至少一個(gè)第二元件上。因此，該至少一個(gè)第一元件和至少一個(gè)第二元件通過連續(xù)進(jìn)行的機(jī)械熱固焊接工藝中的焊接輔助結(jié)合零件彼此連接。在該連續(xù)連接方法中，不必要在單獨(dú)的方法步驟中介紹焊接輔助結(jié)合零件，例如，先進(jìn)入第一元件，或先進(jìn)入第二元件。此外，值得注意的是，由于焊接輔助結(jié)合零件中的電流，對(duì)焊接輔助結(jié)合零件產(chǎn)生了一種到至少一個(gè)第一元件的熱驅(qū)動(dòng)力。焊接輔助結(jié)合零件的這種熱驅(qū)動(dòng)力和壓縮使焊接輔助結(jié)合零件在至少一個(gè)第一元件中產(chǎn)生變形。這種變形導(dǎo)致了焊接輔助結(jié)合零件和至少一個(gè)第一元件間以優(yōu)選的其他形式和/或壓力配合連接形式進(jìn)行連接，且該變形支持即將形成的連接。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步包括一種連接方法，該方法借助于一種導(dǎo)電焊接輔助結(jié)合零件將至少一個(gè)無預(yù)穿孔的由導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料制成的第一元件連接到至少一個(gè)由可焊接材料或部分由可焊接材料制成的第二元件。該連接方法包括以下步驟:至少通過焊接輔助結(jié)合零件的組合機(jī)械熱負(fù)荷驅(qū)動(dòng)焊接輔助結(jié)合零件進(jìn)入至少一個(gè)第一元件，其中，不會(huì)從至少一個(gè)第一元件中分離出廢料；在第一元件的出口位置的模具的組合機(jī)械熱負(fù)荷的作用下，使得焊接輔助結(jié)合零件變形，以形成焊接輔助結(jié)合零件的焊頭；將具有焊接輔助結(jié)合零件和焊頭的第一元件定位在至少一個(gè)第二元件上，使所述焊頭與至少一個(gè)第二元件鄰接；以及將焊接輔助結(jié)合零件的焊頭焊接至該至少一個(gè)第二元件，使該至少一個(gè)第一元件和該至少一個(gè)第二元件通過該焊接輔助結(jié)合零件彼此連接。
[0015]優(yōu)選