电阻焊接紧固件、装置和方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104249215 A (43)申请公布日 2014.12.31 C N 1 0 4 2 4 9 2 1 5 A (21)申请号 201410299463.2 (22)申请日 2014.06.26 61/839,473 2013.06.26 US B23K 11/20(2006.01) B23K 11/36(2006.01) (71)申请人美铝公司 地址美国宾夕法尼亚州 (72)发明人唐纳德J斯皮内拉 丹尼尔伯格斯特龙 (74)专利代理机构北京市联德律师事务所 11361 代理人易咏梅 徐满霞 (54) 发明名称 电阻焊接紧固件、装置和方法 (57) 摘要 用于紧固像。

2、钢和铝的异种金属的装置和方法 采用钢铆钉和点焊机。将铆钉和金属堆叠并且来 自焊接器电流的加热使低熔点的铝变软以允许铆 钉穿透铝并焊接到钢的薄层上。紧固件可以用于 接合具有不同材料的若干薄层的堆叠体并且可以 用于将由钢或者钛制成的带螺纹的套管或者螺杆 应用到铝或者镁合金结构。还可以利用延伸通过 定位孔的、由可兼容材料制成的紧固件将像塑料 和陶瓷的非导电材料的薄层黏结到导电薄层上。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书4页 说明书13页 附图17页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书4页 说明书13页 附图17页 (10)申请公布号 CN 10。

3、4249215 A CN 104249215 A 1/4页 2 1.一种用于使用电阻焊来将第一导电材料紧固到第二导电材料上的方法，包括： 将所述第一和第二材料以物理和电接触的方式放置在一起，所述第一材料具有比所述 第二材料低的熔点； 以与所述第一材料形成物理和电接触的方式放置一导电紧固件，所述导电紧固件可被 焊接到所述第二材料上且具有高于所述第一材料的熔点，从而形成包括所述紧固件、所述 第一材料和所述第二材料的导电堆叠体； 将电压施加到所述堆叠体上，感应出流经所述堆叠体的电流，并产生电阻热，所述电阻 热使得所述第一材料被软化； 促使所述紧固件朝向所述第二材料地通过所述软化的第一材料； 在所述紧。

4、固件接触所述第二材料之后，将所述紧固件焊接到所述第二材料上。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一材料包括铝、铜、镁和其合金中 的至少一种。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二材料包括钢、钛、其合金和铬镍 铁合金中的至少一种。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述紧固件由钢、钛、其合金和铬镍铁合 金中的至少一种材料制成。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紧固件的一部分覆盖当促使所述紧 固件穿过所述第一材料时位移的所述第一材料的上涌部分。 6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一材料和所述第二材料呈层的形 式。 7.根据权利要求6所。

5、述的方法，其特征在于，所述层是金属薄板。 8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二材料呈结构件的形式。 9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在直接电阻焊的过程中施加所述电压。 10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在间接电阻焊的过程中施加所述电压。 11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在串联电阻焊的过程中施加所述电压。 12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述堆叠体包括多层熔点低于所述第二 材料的熔点并低于所述紧固件的熔点的材料。 13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多层包括多层铝合金。 14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多层。

6、包括一层铝合金和一层镁合 金。 15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二材料是第二紧固件。 16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述紧固件和第二紧固件将所述第一 材料夹紧在其间。 17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一材料包括多层，所述紧固件和 第二紧固件将所述多层夹紧在一起。 18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二紧固件具有带螺纹的套管。 19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述带螺纹的套管延伸通过所述第一 材料。 20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二紧固件具有带螺纹的螺杆。 权 利 要 求 书CN 10424。

7、9215 A 2/4页 3 21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述紧固件和所述第二紧固件是相同 的。 22.根据权利要求1所述的方法，还包括如下所述步骤，即，在施加步骤之前，在所述紧 固件、所述第一层和所述第二层中的至少一个之间施加防腐层。 23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述防腐层是非导电的，并且还包括在 所述防腐层上形成一个孔的步骤，所述电流可以在施加步骤中流过所述孔。 24.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过电极施加所述电压，至少一个所述 电极具有形状与所述紧固件的形状互补并能够在其上接纳所述紧固件的末端，还包括在放 置步骤之前将所述紧固件连接在至少一个。

8、末端上的步骤。 25.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同一紧固件具有在所述焊接步骤期 间通过变形到一种选定的程度而将具有一定厚度的所述第一材料紧固到所述第二材料上 的能力。 26.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紧固件具有包含初始构形和最终构 形的帽盖，并且还包括在所述施加、促使和焊接步骤期间使所述帽盖从所述初始构形变形 为所述最终构形的步骤。 27.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紧固件具有中空部分，并且还包括 在所述放置步骤期间将电极末端的一部分插入所述中空部分的步骤。 28.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紧固件具有帽盖部和轴身部，所述 轴身部在所。

9、述促使步骤期间延伸通过所述第一层。 29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述帽盖能够在所述促使和焊接步骤 期间抓取从所述第一层挤出的材料。 30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述帽盖在所述焊接步骤完成之后抵 靠着所述第一层。 31.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电流在所述施加、促使和焊接步骤期间 是变化的。 32.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电流流动的时间周期在所述施加、促使 和焊接步骤期间是变化的。 33.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述放置所述紧固件的步骤之前用薄板冲 压成形所述紧固件。 34.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述紧固件是。

10、镀锌、电镀、锌电镀、镀铝 或者锌镀层扩散退火处理中的至少一种。 35.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紧固件是不锈钢、铝合金、镁合金、 铜合金、钛合金和铬镍铁合金中的至少一种。 36.一种利用电阻焊将第一材料紧固到第二导电材料上的方法，包括： 在所述第一材料上形成定位孔； 以物理接触的方式将所述第一和第二材料放置在一起； 通过使所述紧固件延伸通过所述定位孔而以与所述第二材料电接触的方式放置可焊 接到所述第二材料上的导电紧固件； 在所述紧固件和所述第二材料上施加电压，感应出流经所述紧固件和所述第二材料的 权 利 要 求 书CN 104249215 A 3/4页 4 电流，产生电阻热，所。

11、述电阻热使得所述紧固件焊接至所述第二材料上。 37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，所述紧固件和所述第二材料是钢、铝、 镁、钛和其合金中的至少一种，而所述第一材料是塑料、塑性复合材料、金属-塑料层压材 料、陶瓷、涂覆金属、铝、钢、钛、镁、其合金和铬镍铁合金中的至少一种。 38.一种用于利用电阻焊而将第一导电材料紧固到第二导电材料上的紧固件，包括： 帽盖、从所述帽盖延伸出且具有远离所述帽盖的端部的轴身，当将所述紧固件放置在 包括被设置成电接触的第一和第二导电材料的堆叠体中时，所述第一材料具有低于所述第 二材料的熔点且经受施加到所述堆叠体上的电压，所述紧固件能够传导流经所述堆叠体的 电流，。

12、所述电流产生电阻热，软化所述第一材料，所述轴身能够穿过所述第一材料并在远离 所述帽盖的端部处焊接到所述第二材料上，所述第一材料在所述端部被焊接到所述第二材 料上之后被抓取在所述帽盖和所述第二材料之间。 39.根据权利要求38所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对称并具 有横截面为U形的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形成一反向弯 曲的周边唇部。 40.根据权利要求38所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对称并具 有横截面为直角U形的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形成一反 向弯曲的周边唇部。 41.根据权利要求38所述的紧固件，其。

13、特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对称并具 有横截面为发散的U形的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形成一 反向弯曲的周边唇部，所述紧固件的壁厚在所述帽盖、轴身和端部基本不变，所述端部形成 一平面。 42.根据权利要求38所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对称并具 有横截面为发散的U形的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形成一 反向弯曲的周边唇部，所述端部形成一平面，所述端部的壁厚大于所述轴身和帽盖的厚度。 43.根据权利要求38所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对称并具 有横截面为发散的U形的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在。

14、U形的开口端处形成一 反向弯曲的周边唇部，所述紧固件的壁厚在帽盖、轴身和端部基本不变，所述端部形成一流 线型表面。 44.根据权利要求38所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对称，并具 有横截面为发散的U形截面的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形 成一反向弯曲的周边唇部，所述轴身紧靠具有至少一个从其外表面延伸出的花键的端部。 45.根据权利要求38所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线不对称，其 沿垂直于插入方向测量得到的长度大于沿垂直于插入方向测量得到的宽度，并且具有横截 面为发散的U形的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端部形成一反向。

15、弯 曲的周边唇部。 46.根据权利要求38所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对称，并具 有带有两个横截面为发散的U形的部分的空心轴身，所述两个部分在中心朝下的汇接点处 相连，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端部形成一反向弯曲的周边唇部，所述端 部是环形的。 权 利 要 求 书CN 104249215 A 4/4页 5 47.根据权利要求38所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件关于旋转轴线对称，并具 有带有两个横截面为发散的U形的部分的空心轴身，所述两个部分在位于中央的带螺纹的 紧固件部分处相连，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端部形成一反向弯曲的周 边唇部，所述端部是。

16、环形的。 48.根据权利要求47所述的紧固件，其特征在于，所述带螺纹的紧固件部分是带螺纹 的套管。 49.根据权利要求48所述的紧固件，其特征在于，所述带螺纹的套管是端部开口的并 延伸通过所述第一材料上的开口。 50.根据权利要求48所述的紧固件，其特征在于，所述带螺纹的紧固件部分具有带螺 纹的螺杆。 51.根据权利要求48所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件包括具有所述帽盖、轴身 部和端部的上部以及具有所述带螺纹的套管的下部，所述上部穿过所述第一材料并焊接在 所述下部上。 52.根据权利要求48所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件包括具有所述帽盖、轴身 部和端部的上部以及具有所述带螺纹的螺杆。

17、的下部，所述带螺纹的螺杆从凸缘延伸出，所 述上部穿过第一材料并焊接到所述凸缘上。 53.根据权利要求38所述的紧固件，其特征在于，至少一部分所述轴身的横截面是连 续的。 54.根据权利要求38所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件由钢、钛、镁、铝、铜、其合 金和铬镍铁合金中的至少一种制成。 55.一种用于利用电阻焊而将其上具有定位孔的第一非导电材料紧固到第二导电材料 上的紧固件，包括： 帽盖、从所述帽盖延伸且具有远离所述帽盖的端部的轴身，所述紧固件能够在将所述 第一和第二材料放置成堆叠体时通过所述定位孔插入，所述紧固件由导电材料制成，并且 能够在经受施加于所述紧固件和堆叠体上的电压时传导通过所述。

18、堆叠体的电流，所述电流 产生电阻热，将所述紧固件在远离所述帽盖的端部处焊接到所述第二材料上，并在所述端 部被焊接到第二材料上之后抓取位于所述帽盖和所述第二材料之间的所述第一材料。 权 利 要 求 书CN 104249215 A 1/13页 6 电阻焊接紧固件、 装置和方法 0001 相关申请的交叉引用 0002 本申请要求2013年6月26日提交的、名称为“电阻焊接紧固件、装置和方法 (Resistance Welding Fastener,Apparatus and Method)”的美国临时申请No.61/839,473 的权益，该申请的公开内容在此通过引用整体并入本文。 技术领域 000。

19、3 本发明涉及用于紧固零部件的紧固件、紧固装置和方法，更具体地说，涉及用于紧 固包括异种金属的金属材料的紧固件、紧固装置和方法。 背景技术 0004 已知多种用于连接和装配零件或子组件的紧固件、装置和方法，诸如焊接、铆接、 螺纹紧固件等。在一些情况中，会需要经济有效地将铝质零件、子组件、薄层等连接至由其 他材料制成的其他零件、子组件、薄层等上，所述其他材料诸如钢(无涂饰的，带涂层的，低 碳，高强度，超高强度，不锈的)、钛合金、铜合金、镁、塑料等。用于解决这些紧固问题的方案 包括与粘结剂和/或阻挡层相结合的机械紧固件/铆钉，从而例如由于在异种金属的接合 处存在原电池效应来维持足够的接头强度，并同。

20、时使腐蚀最小化。由于由铝和其他材料生 成的金属间化合物会对机械强度和耐腐蚀性产生不利影响，所以通常不在铝和其他材料之 间采取直接焊接。在采用直接焊接的情况下，通常是某种类型的固态焊接(摩擦焊、电阻对 焊、超声焊等)或者铜焊/钎焊技术，以便最大限度地减少金属间化合物，但是，这种接头的 机械性能有时很差或者仅适用于特定的接头几何形状。 0005 在汽车工业中，出于成本和生产周期的考虑(每个单独的接头少于3秒钟且可以 由机械手自动地执行)，用于将钢与钢连接起来的当前技术是电阻点焊(RSW)。用于将铝连 接至钢上的已知方法包括：使用普通的通孔铆接/紧固件、自冲铆接(SPR)，使用热融自攻 丝流钻螺钉(。

21、FDS或者商标名称为EJOTS)、搅拌摩擦点焊/连接(FSJ)、摩擦位连接(FBJ)， 以及使用粘结剂。这些工艺中的每一种都比钢与钢的电阻点焊(RSW)更具有挑战性。例如， 当采用SPR将高强度铝(超过240MPa)连接至钢上时，铝可能在铆接过程中破裂。此外，高 强度钢(590MPa)很难穿透，需要由大型的重型铆枪施加高等级的作用力。FSJ在汽车工 业中并没有得到广泛的应用，这是因为接头性能(主要是剥离和交叉张力)相比SPR较差。 另外，FSJ要求非常精确的对准和装配。当接头的厚度增加时，该工艺的周期时间可急剧增 加，其中，5mm到6mm的接头堆叠可能需要7到9秒的总加工时间，这远远超过了制造。

22、钢结 构时RSW2到3秒的周期时间。FBJ使用消耗性的焊头(bit)并使其旋转通过铝，然后被焊 接到钢上。该工艺要求类似于FSJ的非常准确的对准和装配，而且需要大的顶锻力来焊接 至钢上。FDS包括将螺钉旋拧到工件上，塑化多个板中的一个，其随后变成与螺钉的螺纹互 锁。FDS通常从一侧进行，并且要求与钢板中的定位孔对准，装配复杂且增加了成本。因此， 一直希望有用于连接和装配零件或子组件的替代的紧固件、装置和方法。 说 明 书CN 104249215 A 2/13页 7 发明内容 0006 本发明的主题涉及一种用于通过以下步骤而使用电阻焊接来将第一导电材料紧 固到第二导电材料上的方法，即，所述步骤包。

23、括：将第一和第二材料以物理和电接触的方式 放置在一起，第一材料具有比第二材料低的熔点；以与第一材料形成物理和电接触的方式 放置一导电紧固件，该导电紧固件可被焊接到第二材料上且具有高于第一材料的熔点，从 而形成包括紧固件、第一材料和第二材料的导电堆叠体；将电压施加到堆叠体上，感应出流 经堆叠体的电流，并产生电阻热，该电阻热使得第一材料被软化；以及促使紧固件朝向第二 材料地通过软化的第一材料。在紧固件接触第二材料之后，将紧固件焊接在第二材料上。 0007 根据本公开内容的另一个方面，第一材料包括铝、铜和镁及其合金中的至少一种。 0008 根据本公开内容的另一个方面，第二材料包括钢、钛、其合金和铬镍。

24、铁合金中的至 少一种。 0009 根据本公开内容的另一个方面，紧固件由钢、钛、其合金和铬镍铁合金中的至少一 种材料制成。 0010 根据本公开内容的另一个方面，紧固件的一部分覆盖当促使紧固件穿过第一材料 时位移的第一材料的上涌部分。 0011 根据本公开内容的另一个方面，第一材料和第二材料呈层的形式。 0012 根据本公开内容的另一个方面，所述层是金属薄板。 0013 根据本公开内容的另一个方面，第二材料呈结构件的形式。 0014 根据本公开内容的另一个方面，在直接电阻焊的过程中施加所述电压。 0015 根据本公开内容的另一个方面，在间接电阻焊的过程中施加所述电压。 0016 根据本公开内容的。

25、另一个方面，在串联电阻焊的过程中施加所述电压。 0017 根据本公开内容的另一个方面，所述堆叠体包括多层熔点低于第二材料的熔点并 低于紧固件的熔点的材料。 0018 根据本公开内容的另一个方面，所述多层包括多层铝合金。 0019 根据本公开内容的另一个方面，所述多层包括一层铝合金和一层镁合金。 0020 根据本公开内容的另一个方面，第二材料是第二紧固件。 0021 根据本公开内容的另一个方面，紧固件和第二紧固件将第一材料夹紧在其间。 0022 根据本公开内容的另一个方面，第一材料包括多层，紧固件和第二紧固件将所述 多层夹紧在一起。 0023 根据本公开内容的另一个方面，第二紧固件具有带螺纹的套。

26、管。 0024 根据本公开内容的另一个方面，所述带螺纹的套管延伸通过第一材料。 0025 根据本公开内容的另一个方面，第二紧固件具有带螺纹的螺杆。 0026 根据本公开内容的另一个方面，所述紧固件和第二紧固件是相同的。 0027 根据本公开内容的另一个方面，还包括如下所述步骤，即，在施加电压步骤之前， 在紧固件、第一层和第二层中的至少一个之间施加防腐层。 0028 根据本公开内容的另一个方面，所述防腐层是非导电的，并且还包括在该防腐层 上形成一个孔的步骤，电流可以在施加步骤中流过该孔。 0029 根据本公开内容的另一个方面，通过电极施加所述电压，至少一个所述电极具有 形状与紧固件的形状互补并能。

27、够在其上接纳紧固件的末端，还包括在放置步骤之前将紧固 说 明 书CN 104249215 A 3/13页 8 件连接在至少一个末端上的步骤。 0030 根据本公开内容的另一个方面，同一紧固件具有在焊接步骤期间通过变形到一种 选定的程度而将具有一定厚度的第一材料紧固到第二材料上的能力。 0031 根据本公开内容的另一个方面，所述紧固件具有包含初始构形和最终构形的帽 盖，并且还包括在所述施加、促使和焊接步骤期间使帽盖从初始构形变形为最终构形的步 骤。 0032 根据本公开内容的另一个方面，所述紧固件具有中空部分，并且还包括在放置步 骤期间将电极末端的一部分插入该中空部分的步骤。 0033 根据本公。

28、开内容的另一个方面，所述紧固件具有帽盖部和轴部，所述轴部在促使 步骤期间延伸通过所述第一层。 0034 根据本公开内容的另一个方面，所述帽盖能够在促使和焊接步骤期间抓取从所述 第一层挤出的材料。 0035 根据本公开内容的另一个方面，所述帽盖在焊接步骤完成之后抵靠着所述第一 层。 0036 根据本公开内容的另一个方面，电流在施加、促使和焊接步骤期间是变化的。 0037 根据本公开内容的另一个方面，电流流动的时间周期在施加、促使和焊接步骤期 间是变化的。 0038 根据本公开内容的另一个方面，还包括在放置紧固件的步骤之前用薄板冲压成形 紧固件。 0039 根据本公开内容的另一个方面，紧固件是镀锌。

29、、电镀、锌电镀、镀铝或者锌镀层扩 散退火处理中的至少一种。 0040 根据本公开内容的另一个方面，紧固件是不锈钢、铝合金、镁合金、铜合金、钛合金 和铬镍铁合金中的至少一种。 0041 根据本公开内容的另一个方面，一种利用电阻焊将第一材料紧固到第二导电材料 上的方法包括：在所述第一材料上形成定位孔；以物理接触的方式将第一和第二材料放置 在一起；通过使紧固件延伸通过所述定位孔而以与第二材料电接触的方式放置可焊接到第 二材料上的导电紧固件；在紧固件和第二材料上施加电压，感应出流经所述紧固件和第二 材料的电流，产生电阻热，该电阻热使得紧固件焊接至第二材料上。 0042 根据本公开内容的另一个方面，紧固。

30、件和第二材料是钢、铝、镁、钛和其合金中的 至少一种，而第一材料是塑料、塑性复合材料、金属-塑料层压材料、陶瓷、涂覆金属、铝、 钢、钛、镁、其合金和铬镍铁合金中的至少一种。 0043 根据本公开内容的另一个方面，用于利用电阻焊而将第一导电材料紧固到第二导 电材料上的紧固件具有帽盖、从帽盖延伸出且具有远离帽盖的端部的轴身。当将紧固件放 置在包括被设置成电接触的第一和第二导电材料的堆叠体中时，第一材料具有低于第二材 料的熔点且经受施加到堆叠体上的电压，所述紧固件能够传导流经该堆叠体的电流，该电 流产生电阻热，软化第一材料，所述轴身能够穿过第一材料并在远离帽盖的端部处焊接到 第二材料上，第一材料在所述。

31、端部被焊接到第二材料上之后被抓取在帽盖和第二材料之 间。 0044 根据本公开内容的另一个方面，紧固件关于旋转轴线对称并具有横截面为U形的 说 明 书CN 104249215 A 4/13页 9 空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形成一反向弯曲的周边唇部。 0045 根据本公开内容的另一个方面，紧固件关于旋转轴线对称并具有横截面为直角U 形的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形成一反向弯曲的周边唇 部。 0046 根据本公开内容的另一个方面，紧固件关于旋转轴线对称并具有横截面为发散的 U形的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形成一反向弯曲的。

32、周边唇 部，紧固件的壁厚在帽盖、轴身和端部基本不变，所述端部形成一平面。 0047 根据本公开内容的另一个方面，紧固件关于旋转轴线对称并具有横截面为发散的 U形的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形成一反向弯曲的周边唇 部，所述端部形成一平面，该端部的壁厚大于轴身和帽盖的厚度。 0048 根据本公开内容的另一个方面，紧固件关于旋转轴线对称并具有横截面为发散的 U形的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形成一反向弯曲的周边 唇部，紧固件的壁厚在帽盖、轴身和端部基本不变，所述端部形成一流线型表面(radiused surface)。 0049 根据本公开内容的另一。

33、个方面，紧固件关于旋转轴线对称，并具有横截面为发散 的U形截面的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端处形成一反向弯曲的 周边唇部，所述轴身紧靠具有至少一个从其外表面延伸出的花键的端部。 0050 根据本公开内容的另一个方面，紧固件关于旋转轴线不对称，其沿垂直于插入方 向测量得到的长度大于沿垂直于插入方向测量得到的宽度，并且具有横截面为发散的U形 的空心轴身，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端部形成一反向弯曲的周边唇部。 0051 根据本公开内容的另一个方面，紧固件关于旋转轴线对称，并具有带有两个横截 面为发散的U形的部分的空心轴身，所述两个部分在中心朝下的汇接点处相连，所述。

34、帽盖 从所述轴身延伸出，在U形的开口端部形成一反向弯曲的周边唇部，所述端部是环形的。 0052 根据本公开内容的另一个方面，紧固件关于旋转轴线对称，并具有带有两个横截 面为发散的U形的部分的空心轴身，所述两个部分在位于中央的带螺纹的紧固件部分处相 连，所述帽盖从所述轴身延伸出，在U形的开口端部形成一反向弯曲的周边唇部，所述端部 是环形的。 0053 根据本公开内容的另一个方面，所述带螺纹的紧固件部分是带螺纹的套管。 0054 根据本公开内容的另一个方面，所述带螺纹的套管是端部开口的并延伸通过第一 材料上的开口。 0055 根据本公开内容的另一个方面，所述带螺纹的紧固件部分具有带螺纹的螺杆。 0。

35、056 根据本公开内容的另一个方面，紧固件包括具有帽盖、轴身部和端部的上部以及 具有带螺纹的套管的下部，所述上部穿过第一材料并焊接在所述下部上。 0057 根据本公开内容的另一个方面，紧固件包括具有帽盖、轴身部和端部的上部以及 具有带螺纹的螺杆的下部，所述带螺纹的螺杆从凸缘延伸出，所述上部穿过第一材料并焊 接在所述凸缘上。 0058 根据本公开内容的另一个方面，至少一部分所述轴身的横截面是连续的。 0059 根据本公开内容的另一个方面，紧固件由钢、钛、镁、铝、铜、其合金和铬镍铁合金 中的至少一种制成。 说 明 书CN 104249215 A 5/13页 10 0060 根据本公开内容的另一个方。

36、面，用于利用电阻焊而将其上具有定位孔的第一非导 电材料紧固到第二导电材料上的紧固件以帽盖、从帽盖延伸且具有远离帽盖的端部的轴身 为特征。该紧固件能够在将第一和第二材料放置成堆叠体时通过定位孔插入，该紧固件由 导电材料制成，并且能够在经受施加于紧固件和堆叠体上的电压时传导通过堆叠体的电 流，该电流产生电阻热，将紧固件在远离帽盖的端部处焊接到第二材料上，并在所述端部被 焊接到第二材料上之后抓取位于帽盖和第二材料之间的第一材料。 附图说明 0061 为了更加全面地理解本公开内容，可参考以下的对示例性实施例所进行的详细描 述并结合附图考虑。 0062 图1是根据本公开内容的一个实施例的紧固件的透视图。。

37、 0063 图2是图1所示紧固件沿着剖面线2-2截取并沿着箭头方向观看的剖视图。 0064 图3是紧固件的类似于图2的剖视图，但是具有不同的尺寸。 0065 图4是按顺序地示出根据本公开内容的一个实施例的紧固件穿过第一层插入并 被焊接到第二层上的示意图。 0066 图5是按顺序地示出根据本公开内容的另一个实施例的紧固件穿过第一层插入 并被焊接到第二层上的示意图。 0067 图6是按顺序地示出根据本公开内容的另一个实施例的紧固件穿过第一层插入 并被焊接到第二层上的示意图。 0068 图7是按顺序地示出根据本公开内容的另一个实施例的紧固件穿过第一层插入 并被焊接到第二层上的示意图。 0069 图8。

38、是按顺序地示出与图7所示相同的紧固件穿过第一层插入并经由单侧入口焊 接到管状构件上的示意图。 0070 图9是按顺序地示出与图7所示相同的紧固件穿过第一层插入并以系列焊接构成 被焊接到第二层上的示意图。 0071 图10是按顺序地示出与图7所示相同的对置的紧固件通过第一层和第二层插入 并被彼此相互地焊接在一起的示意图。 0072 图11是表示在插入或者焊接之前的与图7所示相同的那些紧固件的示意图，所述 紧固件位于将要被紧固的材料层的不同堆叠体附近。 0073 图12是根据本公开内容的一个实施例的点焊帽盖的侧视图。 0074 图13a和13b分别是根据本公开内容的另一个实施例的紧固件的平面图和侧。

39、视 图。 0075 图14a和14b分别是根据本公开内容的另一个实施例的紧固件的侧视图和平面 图。 0076 图15是根据本公开内容的一个实施例的紧固件冲压工具的侧视图。 0077 图16是在施加根据本公开内容的一个实施例的紧固件之前、在点焊设备中的两 块金属板的透视图。 0078 图17a-17d是根据本公开内容的替代实施例的紧固件的剖视图。 0079 图18-20分别是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的平面图和剖视图。 说 明 书CN 104249215 A 10 6/13页 11 0080 图21是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视图。 0081 图22是穿过第一层插入并。

40、被焊接到第二层上的图21所示紧固件的示意性剖视 图。 0082 图23是穿过第一层插入并被焊接到第二层上的根据本公开内容的一个替代实施 例的紧固件的示意性剖视图。 0083 图24是根据本公开内容的一个替代实施例的紧固件的剖视图。 0084 图25是穿过第一层插入并被焊接到第二层上的图24所示紧固件的示意性剖视 图。 0085 图26是根据本公开内容的一个替代实施例的两件式紧固件的示意性剖视图，其 中，第一部分穿过支撑层插入并被焊接到第二部分上。 0086 图27是根据本公开内容的一个替代实施例的两件式紧固件的示意性剖视图，其 中，第一部分穿过支撑层插入并被焊接到第二部分上。 具体实施方式 0。

41、087 图1和2示出了具有周边帽盖12和锥形轴身14的紧固件10，该锥形轴身14具 有与帽盖12相对的圆头的尖端16。内部中空部H延伸通过帽盖12并伸入轴身14内。紧 固件10可以由例如钢或者钛的、能够承受电阻点焊加工的导电金属制成。帽盖12具有从 边缘到顶部的尺寸CE以及直径CD。杆部具有直径SD以及从帽盖12到端部16的长度SL。 如下所述，这些尺寸可以根据紧固件10的用途而改变，例如，用紧固件10来进行连接的部 件的厚度和类型。在一个实例中，直径CD可以在大约4mm到16mm的范围内，长度SL可以 在大约3mm到10mm的范围内，CE可以在大约0.5mm到3.0mm的范围内，而SD可以在。

42、大约 2mm到12mm的范围内。图3示出了类似于图1的紧固件20，但是具有不同的尺寸，即，具有 带尖得多的端部26的更细的轴身24。 0088 图4示出了使根据本公开内容的一个实施例的紧固件10a穿过例如铝合金的第一 层金属11，并且被焊接到例如钢合金的第二层金属13上以形成层状结构L1。这个过程以 标记为A-E的连续阶段示出。如在阶段A中所示，这个加工过程可以在具有相对的电极的 传统点焊工作站上进行，图中示出电极的末端15a和17a与金属板/层11，13间隔开，允许 紧固件10a被插在末端15a和层11之间。末端15a可以具有表面S1，该表面S1具有通过 焊接加工来容纳、支撑、成型和/或保持。

43、紧固件10a的形状。在阶段B中，通过传统的焊接 设备(未示出)产生的、以使末端15b，17b朝向彼此移动的反向作用力F1，F2将紧固件10b 和层11，13抓取在其间，并且通过这些元件的接合部来施加电流I。力F1，F2和电流I在 整个阶段B-E中都施加并且每一个的大小和持续时间可根据每个阶段的要求而发生变化。 例如，在阶段B中加热/塑化铝所需的电流I可以小于在阶段D和E中发生的将钢焊接到 钢上时所需的电流。类似地，可以改变力F1，F2以适应变化的加工要求。 0089 电流I将紧固件10b和层11，13中的每一个加热至这样一个温度，即，在该温度 下，铝层11发生塑化并且可以由紧固件10b位移/刺。

44、穿。铝层11通过电流I并且还通过 来自紧固件10b和层13的传导被电阻性地加热。紧固件10b和层13与铝层11相比具有 较低的导热性和导电性，从而使得可以使用通常用适合于在钢上形成电阻点焊焊缝的电阻 点焊机获得的低电流来产生塑化铝层所需要的热量，并且在层13上形成焊缝，这将在下文 说 明 书CN 104249215 A 11 7/13页 12 中加以描述。由于铝具有比钢层13和紧固件10b(在这个示例中也是钢的)低的熔点，铝 层11达到允许由紧固件10b位移并允许紧固件10b的端部16b穿透铝层11的塑性状态。 如阶段C所示，将紧固件10c插入铝层11致使移动的塑化铝的上涌部分11U升高到层1。

45、1 的原始上表面11S之上。如阶段D所示，紧固件10d完全刺入层11并且与钢层13相接触， 于是，紧固件10d的端部16d开始熔化和变平，而且在层13和紧固件的端部16d的界面处 开始形成熔化金属的区域Pd。区域Pd为焊接的金属或者“熔核”，在该处，紧固件10d和层 13的金属熔化并混合。如阶段E所示，连续地施加集中的作用力F1，F2和电流I导致端部 16e和杆部14e长度的一部分随着熔化区域Pe的扩大而进一步地钝化和熔化。阶段E还示 出了帽盖12e已经下降到上表面11S的平面，覆盖并密封可归因于紧固件10e完全插入铝 层11的上涌部分11U。 0090 在完成阶段E后，可以移除力F1，F2和。

46、电流I并且收回末端15e和17e。上述处 理过程可以在带有阻挡层的情况下进行，例如，施加到表面11S和/或在层11，13之间的表 面预处理或者涂料/底涂层(未示出)的粘结剂层，只要阻挡层不会妨碍电流I流动以产 生电阻热。这样，可以减少异种金属层11，13之间的接触以及不希望有的电化学相互作用 和腐蚀。紧固件10在穿透过程和处理的焊接阶段的部分熔化允许紧固件10a适应层11的 厚度范围。 0091 紧固件10a的帽盖12a形成了一个环形凹槽，其可以接收、抓取以及密封由于穿透 (阶段B和C)和焊接(阶段D和E)而在帽盖12a在铝层11的表面11S上“触底”时所产 生的铝和金属间化合物。对铝和金属间。

47、化合物的这种约束可以显著提高归因于紧固件10a 的腐蚀性能和连接强度。帽盖12a可以在焊接过程之前形成在紧固件10a上，或者可以在 焊接过程中就地形成。如下面参考图8更加详细地描述的那样，紧固件10a的几何形状和 其与末端15a和表面S1的相互作用/通过末端15a和表面S1的保持能够实施单面焊接 (从一侧进行焊接且没有与电极末端15a直接相对的电极接触构件13来提供反作用力)。 末端15a可以被成型为通过紧固件10a的弹力或者弹簧载荷而由紧固件10a抓紧、但是一 旦焊接已经完成就脱离开的形状，所述紧固件10a的弹力或者弹簧载荷在焊接期间将紧固 件10a保持在末端15a上。例如，末端15可以具有。

48、周边突缘或凹形结构，其可由紧固件10a 的上缘弹性地且可移除地抓紧。 0092 紧固件10可以由例如大约1mm至4mm厚的薄板钢制成，但是也可以按根据层11 的厚度确定的任意给定厚度制成，并且层的厚度越大则要求有更大的紧固件厚度。或者，紧 固件12的轴身14可以为实心的或者半实心的。无论紧固件的厚度/空心度(针对给定表 面积的密度)如何，当将端部16焊接至板13上时，轴身14可以相称地损毁，使得帽盖在完 成焊接时(阶段E)接触板11的上表面11S和/或封闭任何金属间化合物和上涌区11U。 0093 焊接区域Pe的最终尺寸将取决于紧固件轴身14e的初始和最终尺寸，即，轴身壁 的直径、长度和厚度。。

49、紧固件轴身14e的尺寸越大，焊接区域Pe的尺寸越大。在一个实例 中，连接由0.5mm至4.0mm厚度的铝制成的板11与由0.5mm至3.0mm厚度的钢制成的板13 时，处于2mm至8mm范围内的焊缝直径将会表现出有益的剪切和剥离强度性能。 0094 为了最大限度地减小具有本公开内容的紧固件10的成品焊接产品的重量，可以 减小用于制作紧固件10的薄板的规格。结果，紧固件轴身14的减少的侧壁强度可以导致 其在焊接加工期间过早地塌陷。为了支撑轴身14，可以将电极15a形成为延伸进中空部H， 说 明 书CN 104249215 A 12 8/13页 13 以在中空部H内部分地或者完全地接合轴身14的内表面。图5示出了在焊接过程中处于 两阶段的替代紧固件110，即，在穿过层11伸出之前的阶段B5以及在焊接之后的阶段E5。 具有支撑紧固件110的端部116的表面S2的电极末端115允许端部116在端部116或者 轴身(。