[0002] 本
发明是根据由
能源部授予的第DE-EE0006432号合同在政府支持下进行的。政府对本发明享有一定的权利。
技术领域
[0003] 本公开涉及包含电极的
流体填充盒，该电极在经受高压放电时形成
等离子体，而用于将部件脉冲焊接在一起。
背景技术
[0004]
车身结构中(尤其是乘客舱安全厢或座舱中)由
铝镁
合金制成的部件通过包括可提供更高的强度和增加的
刚度的更多轻质合金来降低车辆重量。在一些应用中，轻质合金部件必须接合到高强度含
铁材料部件，以满足设计和管理要求。异种金属接头(诸如
硼钢至6xxx系列铝)可专用于安全标准要求严格的结构中。
[0005] 诸如
铆钉或压
铆接头(clinch joint)的
机械接头可用于接合异种材料，但是这种接头的强度、耐久性和耐蚀性与低
碳钢部件之间的
焊接性能不对等。
[0006] 挤出件和
液压成型部件用于安全车厢尤其是
车顶梁
白车身(BIW)构造是有利的，这是因为与具有焊接凸缘的钣金部件总成相比，它们能够提供非常高的硬度并提高材料利用率。广泛应用挤出件和液压成型部件的主要障碍是缺少用于将这些部件装配到BIW结构中的能负担得起的大规模生产的接合方法。诸如
电阻焊接、MIG焊接、TIG焊接、
摩擦焊接和旋转搅拌焊接的接合方法产生热，而热会引起尺寸
变形(dimensional distortion)并会对由特殊的可
热处理合金制成的部件的微观结构或材料属性造成不利影响。
[0007] 当前，几种不同类型的接合方法是可用的并且可被归类为单侧方法或双侧方法。单侧接合方法对于挤出件到挤出件的接合的实施是关键的，这是由于与一些挤出件中的封闭的内部空隙相关的进入问题导致。诸如流钻螺钉的单侧式接合方法增加了装配成本，并且不太适合高强度钢部件。诸如
自冲铆钉和压铆接头的双侧接合方法需要进入接合件的后侧，并且难以在接合挤出件或管状部件的一些应用中使用。
[0008] 下面概括的本公开解决以上问题和其他问题。
发明内容
[0009] 脉冲接合方法(或高速冲击焊接)不存在以上缺点。通过高速冲击焊接形成的高强度/高
质量的异种材料接合/焊接不会产生大量的热并且使材料基本上保持不变。电液(EH)
力和电磁(EM)力可单独使用或相结合地使用，以提供产生材料的有限局部加热和固态混合的脉冲。脉冲接合方法产生强度非常高的接合件，其基本上没有
缺陷。然而，必须
支撑结构的受冲击的元件，以防止过度变形。
[0010] 本公开包含对挤出件上难以接近的区域实施异种材料的单侧脉冲焊接的构思。一次性、自给式的盒包含导体，该导体
气化以形成施加到被置于固定装置中的部件的电液/电磁脉冲，其中所述固定装置夹持将要接合的部件。可在难以接近的区域在由异种材料制成的部件之间形成脉冲焊接部。
[0011] 根据本公开的一方面，提供用于将第一管脉冲焊接到第二管的盒组件。盒装配到第一管，工具装配到第二管。盒组件包括限定有腔的壳体，腔内填充有流体。在腔内且靠近壳体的壁处设置有导体，储存的电荷通过导体放电，以对第一管施加电液作用并将第一管脉冲焊接到第二管。
[0012] 根据本公开的另一方面，当电荷储存源放电时壳体被封闭在第一管内。导体是金属线圈，所述金属线圈产生冲击第一管以将第一管驱入到第二管中的电磁脉冲。所述电磁脉冲朝向第二管动力学地驱动第一管，以形成将第一管接合到第二管的冲击焊接部。导体是金属箔，所述金属箔产生冲击第一管以将第一管驱入到第二管中的电磁脉冲。
[0013] 壳体由相对不可压缩的
牛顿材料形成，在导体放电时所述牛顿材料向第一管传递
水力学压力。不可压缩的材料本质上包括水、蜡、油或油脂。
[0014] 根据本公开的另一方面，公开了一种盒组件，用于限定有具有敞开侧的腔的工具和夹持在敞开侧上面的部件的闭合件。所述盒组件包括盒主体和导体，所述导体设置在盒主体中且靠近敞开侧。储存的电荷通过导体放电，以电液地使管的壁的一部分运动而将该管脉冲焊接到所述部件。
[0015] 根据本公开的又一方面，导体可以是金属线圈，该金属线圈产生冲击管以将管的壁驱入到所述部件中的电磁脉冲。所述电磁脉冲朝向内管动力学地驱动外管，以形成将外管接合到内管的冲击焊接部。导体可以是金属箔，所述金属箔产生冲击管以将管驱入到所述部件中的电磁脉冲。
[0016] 壳体可由相对不可压缩的材料或牛顿材料形成，上述材料充分不可压缩以将通过放电产生的冲击波经流体传播到管的壁。例如，不可压缩的材料可以是水或聚
氨酯类组合物。
[0017] 根据本公开的另一方面，公开了一种将管状构件接合到部件的方法。所述方法包括将被包含在盒内的导体插入到管状构件的
选定区域中的步骤。靠着所述选定区域装配所述部件，并靠着所述部件装配夹具。使储存的电荷通过导体放电，以使导体气化而将管状构件的所述选定区域驱入到所述部件中并在管状构件和部件之间形成脉冲焊接部。
[0018] 盒还包括填充有流体的壳体，其中，所述方法还包括将导体和流体预组装到壳体中，而盒封闭导体和流体，其中，放电步骤还包括通过水、盒和管状构件传播放电时的
能量并将能量传播到所述部件。
[0019] 将盒插入到管状构件中的所述选定区域处的步骤在夹具处于打开
位置的情况下执行，在装配所述部件的步骤之后进行靠着所述部件装配夹具的步骤。
[0020] 导体可以是单绕组电线，储存的电荷放电的步骤使绕组电线气化并在管状构件的所述选定区域上施加电液力和电磁力。
[0021] 本公开的以上方面和其他方面将在下面参照
附图更详细地描述。
附图说明
[0022] 图1是示出了电液/
电机械(EH/EM)工具和盒的示意截面图，一对管状构件就位，以被脉冲焊接在一起；
[0023] 图2是示出了在将一对管状构件脉冲焊接在一起之后EH/EM工具和盒的示意截面图；
[0024] 图3是示出了EH/EM工具和盒的示意截面图，管状构件和另一部件就位，以被脉冲焊接在一起；
[0025] 图4是示出了在将管状构件和另一部件脉冲焊接在一起之后具有管状构件和另一部件的EH/EM工具和盒的示意截面图。
具体实施方式
[0026] 参照附图公开了说明的
实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅是示例，这些示例可以以各种和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制，可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式实施所公开的构思的代表性
基础。
[0027] 参照图1和图2，示出了设置在夹具12中的盒组件10。盒组件10是一次性使用或可丢弃的盒，该盒放一次电以在外管16和内管18之间形成冲击焊接部或脉冲焊接部。
[0028] 在图1和图2示出的实施例中，盒组件10可包括壳体20，该壳体20包括用于存放液体24的多个壁。替代地，盒组件10的结构可以是由泊松比高的材料(诸如很适合传递脉冲或冲击的高
密度蜡、
聚合物或油脂)制成的固体构件。
[0029] 夹持工具12限定有腔26，且盒组件10插入到腔26中。在示出的实施例中，盒被容纳在内管18内部，进而被容纳在外管16内。当盒放电时，夹持工具12限制外管16运动。
[0030] 盒包括可由线圈或金属箔形成的导体30。导体30连接到脉冲发生器32或电荷储存源。脉冲发生器32可以是一组电容器或电感器，这些电容器或电感器放电以向导体30提供使导体30气化的高
电压尖峰。导体30气化形成冲击波(可以是电液冲击波、电磁冲击波或电液/电磁组合冲击波)或脉冲。当脉冲发生器32通过导体30放电时，电磁或电液冲击波通过盒组件的液体24或固体传播。冲击波传播到图1和图2示出的实施例中的内管18，从而在内管18被驱入到外管16中时形成冲击焊接部36。
[0031] 如图2所示，冲击焊接部36形成在外管16和内管18的四个侧面中的每个上。内管18的拐
角没有被完全驱入到外管16的拐角中。冲击焊接部36可在异种材料之间形成并且不会像传统的电阻焊接部、MIG焊接部、TIG焊接部或摩擦焊接部那样出现变形。由盒组件形成的焊接部可称为在内管18被驱入到外管16中时形成的冲击焊接部或脉冲焊接部。
[0032] 盒组件可用于例如将铝焊接到钢或将铝焊接到铝。最终的焊接部具有较少的金属互化物，该金属互化物是由加热金属合金而产生的微观陶瓷成型。盒组件可用于焊接传统的管或挤出管。虽然图1和图2示出的实施例示出了设置在管内的盒以及支撑外管的夹具，但是本发明的替代实施例将能够提供位于管外部的盒组件，其在盒放电以将外管16驱入到内管18中时形成冲击焊接部。
[0033] 参照图3和图4，示出了设置在工具42中的盒组件40的替代实施例。盒组件40包括盒主体44和被包含在盒主体44内的导体46。盒组件40设置在由工具42限定的腔48中，腔48具有敞开侧50。盒组件40被容纳在第一管状部件52中，并通过敞开侧50而装配到工具42中，导体46与敞开侧50邻近地布置。第二部件54(诸如金属板部件或挤出件)装配在腔48的敞开侧50上。
[0034] 脉冲发生器56放电，以通过从脉冲发生器56给导体46提供高电压尖峰而使导体46气化。导体46产生电液冲击波、电磁冲击波或电液/电磁组合冲击波。冲击波经盒主体44传播。第一管状部件52和第二部件54通过脉冲焊接部58接合，其中脉冲焊接部58通过第一管状部件52对面对第二部件54的侧面的冲击而形成。盒主体44可以是具有高的泊松比(诸如蜡、聚氨酯类组合物、油脂等)且肖氏A级硬度<85的材料。
[0035] 作为替代，盒主体可包括填充有液体(诸如水或其他
牛顿流体)的壳体。水是不可压缩的牛顿流体的一个示例。冲击波通过牛顿流体传播，而在第一管状部件52和第二部件54之间形成脉冲焊接部58。第一管状部件52和第二部件54可以是异种材料(诸如铝和钢)，或者可以是铝到铝焊接。第一管状部52件和第二部件54可以是通过利用传统的焊接难以接合在一起的挤出部件。
[0036] 上述实施例是具体示例，并没有描述本公开的所有可能的形式。示出的实施例的特征可进行组合以形成所公开的构思的进一步的实施例。
说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语。所要求保护的范围比实施例具体公开的范围宽，并且包括示出的实施例的变型。
