专利名称：：不需承载架的焊接材料及焊接方法
技术领域：
：本发明主要涉及焊接，并且本发明的一个举例说明的实施形式涉及焊接管状构件。
背景技术：
：焊接作业用在许多工业场合，譬如用在车辆装配线上的车辆构造中。为了形成一定的焊接连接，必须把所要求的量的焊接材料放置在可焊接构件的表面之间所要形成连接处，然后进行加热。当可焊接构件的形状是管状的时候，因为直接地对要焊接的表面进行操作较为困难，所以这种类型的连接难以形成。工业中特别是在汽车工业中越来越多地采用液压成形技术。液压成形技术为汽车框架结构提供了许多优点，但是用普通的焊接方法焊接管状部件是困难的，并且会造成在时间上和成本上的低效率。
发明内容本发明的一个目的是提供一种焊接管状构件的方法，包括提供第一管状构件和第二管状构件，所述第一管状构件和第二管状构件每个都具有一相应的外表面；提供至少一个焊接材料构件，所述的至少一个焊接材料构件由能够与所述第一管状构件和第二管状构件以焊接成形的关系结合的导电的金属焊接材料构成；将所述至少一个焊接材料构件之每一个固定于所述第一管状构件上，使得所述至少一个焊接材料构件之每一个在与所述第二管状构件接触前都保持在所述第一管状部件的一预定位置处；将所述第二管状构件邻近所述第一管状构件设置，且所述至少一个焊接材料以电流传输关系设置在所述第一管状构件和第二管状构件的相应外表面之间；及，施加电流穿过所述第一管状构件和第二管状构件的相应外表面和布置在所述第一、第二管状构件之间的所述至少一个焊接材料构件之每一个，以把所述第一管状构件和第二管状构件的相应外表面焊接在一起。本发明的另一个目的是提供一种焊接管状构件的方法，该方法包括提供第一管状构件和第二管状构件，所述第一管状构件和第二管状构件每个具有一相应的外表面；提供多个焊接材料构件，所述焊接材料构件之每一个由能够与所述第一管状构件和第二管状构件以焊接成形的关系结合的导电的金属焊接材料构成；将所述多个焊接材料构件每个都焊接于所述第一管状构件上，使得所述多个焊接材料构件每一个在与所述第二管状构件接触前都保持在所述第一管状部件的一预定位置处；将所述第二管状构件邻近所述第一管状构件设置，且所述多个焊接材料以电流传输关系设置在所述第一管状构件和第二管状构件的相应外表面之间，；及，施加电流穿过所述第一管状构件和第二管状构件，使所施加的电流流过所述第一管状构件和第二管状构件的相应外表面和布置在所述第一管状构件和第二管状构件的所述多个焊接材料构件之每一个，以把第一管状构件和第二管状构件的相应外表面焊接在一起。根据下面的详细描述、附图和权利要求，本发明的其它目的、特征和优点更加清晰、明显。所带附图有利于对本发明各种实施形式的理解。附图为图1是根据本发明的一个实施形式的原理的焊接材料及方法的截面图；图2是根据本发明原理构成的安装于第一可焊接构件上的焊接材料组件的立体图；图3是与图2类似的立体图，然而示出的是设置在第一可焊接构件上的第二可焊接构件；图4是沿图3的线4-4的剖视图，示出在连接形成以前设置在第一可焊接构件与第二可焊接构件之间的焊接材料组件，并且示出与可焊接构件接合的示意性表示的电阻焊接设备；图5是与图4相似的视图，不同处是示出连接形成以后的第一可焊接构件和第二可焊接构件；及图6示出包括根据本发明的方法形成的连接的机动车辆的立体框架。具体实施例方式图1示出焊接材料构件14和一可焊接构件18。另外，一个凸焊设备总体上用301标示出。如所示，多个焊接材料构件14连接于可焊接材料18的外表面20上，所述外表面20上将通过焊接处理形成焊接连接，且如图3所示，另一个可焊接构件22可设置为与焊接材料构件14和可焊接材料构件18接触并叠在其上的位置，以使焊接材料构件14可设置在可焊接材料构件18和22之间。然后，如图5所示，在焊接处理后，可焊接构件18和22在两构件18和22之间的连接处通过使用焊接材料14而连接起来。每个焊接材料构件14由在施加一足够大的电流加热时能够熔化的导电金属焊接材料构成。而且每个焊接材料构件以导电的关系分别设置在第一、第二可焊接构件18、22的外表面部分22、24之间，位于第一和第二可焊接构件18和22所要连接的位置。通过把至少一个焊接材料构件14布置在要连接的外表面20、24之间而形成焊接连接，该至少一个焊接材料构件14用与构成每个可焊接构件18、22的金属材料不同的金属焊接材料构成。为每个焊接材料构件14所选择的尺寸和形状取决于许多因素，包括用于构成可焊接构件18和22的材料、用于构成焊接材料构件14的材料、和在两个可焊接的构件之间的连接区域的尺寸和形状(即两个可焊接构件18和22的表面重叠区域的尺寸和形状)。如果焊接材料构件14要通过焊接附着于可焊接构件18，则为了附着在可焊接材料18上，焊接材料构件14的特性部分取决于凸焊设备301的能力和限制。可焊接材料构件14的一些特性还可能取决于最终焊接可焊接构件18、22的焊接设备28。每个焊接材料构件14在图中示出为一圆盘形，但是可以是任何所要求的适当形状。如前所述，可以设想提供一个安装在构件18上的单独的焊接材料构件14。设想了一种范围广的、薄形(例如大的X形)的焊接材料构件14，用于只安装一个焊接材料构件14于构件18上的情况。如图2所示，优选地，有多个焊接材料构件14安装在构件18上，所述的焊接材料构件14每个的形状都是小薄圆片。所述的薄的、小直径的圆片形状使电流在可焊接的构件18、22之间离散的局部区域流动，这有利于构件14的熔化。在可焊接构件18、22是诸如碳钢之类的低碳钢时，用于焊接材料构件14的优选的焊接材料是不锈钢。然而，可以设想使用更多种的金属焊接材料构成焊接材料构件14，并用构件14在由其它材料(譬如铝)构成的可焊接构件18和22之间形成焊接连接。用于构成每个焊接材料构件14的焊接材料应当电阻率更大(即对电流有较大的阻抗)，并且其熔点低于构成每个可焊接构件18、22的金属材料的熔点。至少一个且优选地为多个焊接材料构件14结合至可焊接构件18，以便稍后设置在要连接的表面20、24之间(即焊接在一起)。优选地，这些焊接材料构件14设置为可实现最大的连接强度和最优的连接，如图1至图3所示，在示例性实施形式中，每个焊接材料构件14都是小直径的圆盘形构件，但是应当理解，可以设想更多种的焊接材料构件的形状和尺寸。焊接材料构件14以预定的位置安装于可焊接构件18上，以便每个焊接材料构件14处于可焊接构件18上的适当位置处，直到第二可焊接构件22设置在第一可焊接构件18上并处于焊接材料构件14的顶部。焊接材料构件14的这种附着可通过任何适当附着方法实现，如使用粘合剂、机械固定件、或焊接。在例举的具体实施形式中，焊接材料构件14的附着通过诸如液相瞬间焊接之类的焊接方式并使用焊接设备301实现。如图1所示，所例举过程应用于每个要通过焊接材料构件的焊接组件300单独固定于表面20的焊接材料构件14，所述焊接组件300包括一电阻焊接设备301、一焊接构件进料器312、一加力机构314及一机械臂316。所述焊接组件300可与螺柱焊接设备类似，如艾姆哈特固定科技公司(EmhartFasteningTechnologies)生产的SKK140或SKK210系列沃伦螺柱焊接系统(WarrenStudWeldingSystem)，其包括一个TMP系列焊接控制器、一个36000系列螺柱进料器和一个焊接头或焊接枪。所述焊接组件300也可与用于焊接支架和夹片的WELDFAST系统相类似，该系统也是由艾姆哈特固定科技公司(EmhartFasteningTechnologies)生产的。可以理解，如图1所示的电阻焊接过程可自动或手动实现。当自动实现时，一个大体如现有技术中的控制器310控制焊接组件300和焊接设备301。如图1所示意性示出的，电阻焊接设备301包括位于其一端的一焊接构件支撑结构302。通常，焊接构件支撑结构302为筒夹或夹盘形式，其能够以大体与螺栓焊接的现有技术相类似的方式，容置并抓紧焊接材料构件14的外周。焊接构件支撑结构302被构成及设置为可相对牢固地抓紧焊接材料构件14的外周，并且相对可焊接构件18为可移动的，从而将焊接材料构件14移至与要焊接的表面20接触。每个焊接构件14通过一焊核进料器312设置在支撑结构302上，该焊核进料器312可固持大量的焊接材料构件14，然后以大体与螺栓焊接设备中各个螺栓的进料器类似的方式运送一个单个的焊核或单个的焊接材料构件14到支撑结构302。一适当的加力机构314可在焊接过程中对着可焊接构件18移动焊接材料构件14并对其施加足够的力。可以设想，对于一个自动过程，凸焊设备301可安装到机械臂306或其他自动运动系统上，而对于一个手动过程，凸焊设备301可以是一个手持设备。无论如何，如图1所示，凸焊设备301被带至邻近所需的位置，——焊接材料构件14设置在待焊接表面20上的位置。然后，焊接设备301与其支撑结构302中的焊接材料构件14一同向要焊接的表面20移动。在焊接材料构件14与要焊接的表面20实质接触的时点，施加电流穿过凸焊设备301(更具体而言，为焊接构件支撑结构302)和可焊接构件18之间的焊接材料构件14。如图1所示，所述电流使焊接材料构件14在电阻最大点(即要焊接的表面20与焊接材料构件14之间的交点)结合(液相瞬间焊接方式)至可焊接构件18。为了说明所述步骤，图1右侧示出一个已焊接到表面20的焊接材料构件14，中间示出一个位于表面20与支撑结构302之间正要焊接的焊接材料构件14，左侧示出一个要焊接并将供应(例如通过进料器312)的焊接材料构件。焊接材料构件14能够以任何所需要的排列固定到可焊接构件18上。图2示出一种这样的布置。当然，只要具有足够的可焊接材料以形成充分牢固的焊接结合(例如，有充足数量和尺寸的焊接材料构件14)，也可为其他排列。为了按照本发明的方法形成连接，焊接材料14以所需要的排列结合至液压成形的构件18上。再将第二可焊接构件22以接触、重叠关系设置到焊接材料构件14上，以便以导电关系将焊接材料构件14设置于要连接的可焊接构件18、22之间，如图3和图4所示。可以从图1至图5理解焊接方法。图2示出安装在第一可焊接构件18的外表面部分20上的焊接材料构件14，举例示出的第一可焊接构件18是一个管状构件。图3示出第二管状构件形式的第一可焊接构件22，其与第一可焊接构件18重叠设置，且焊接材料构件14置于两者之间。可焊接构件18、22为下文中说明的可以焊接在一起的两个构件的一般称呼。尽管构件18和22可以是液压成形的管，然而此处所述的管状构件18和20也可以通过任何其它适当的方法形成。此外，尽管构件18和22在示例中为管状的，并带有封闭的截面，然而也可以是其它形状和构形，包括带有开放截面的管状构形和非管状的构形。可以理解，示例的构件18、22用于示例焊接过程，且均为连接在一起以形成如图5所示立体框架部件的各液压成形构件的一部分。在图4中示意性示出的总体上用28标示出的改良的电阻焊接装置或焊接设备与可焊接的构件18、20接合。图5示出连接形成以后的可焊接构件18、22。图4和图5中所示的焊接过程是电阻焊的一种衍变，并且利用瞬间液相结合和电阻加热。例如，可以使用焊接材料构件14和凸焊工艺把两个管状液压成形的构件18、22连接在一起。焊接材料构件14和所例举的电阻焊接方法提供一种方式，把要焊接在一起的一对构件18、22的各个空心的截面邻接放置而不需直接操作可焊接构件18、22的相应的焊接表面20、24，即可形成焊接连接200(或者说连接)。改良的电阻焊枪装置28、或焊接设备、(或者改良的点焊枪)，用于在连接形成的过程中施加穿过两个构件18、22和焊接材料构件14的电流和轴向力(即垂直于可焊接构件18、22中的两个外表面20、24的力)。更具体地，装置28包括一对电流传导构件46、48或导电端(从电源供应电流以进行焊接)，所述的一对电流传导构件46、48或导电端分别地设置在两个需连接的液压成形构件18、22的外表面50、52上，构件18、22在形成焊接连接处的区域中连接在一起。焊接枪装置28可以是人工控制的也可以是自动控制的。用于焊接构件18和22的适当装置和方法公开于2001年1月5日共同受让的美国专利申请第09/754114号“具有可套起来的导电端的焊接组件(WeldingAssemblywithNestableConductiveEnds)”中，其全部内容并入本文作为参引。导电构件或导电端46、48是使得电流流经要结合(即连接)的表面22、24和焊接材料构件14的电极。焊接材料与用于构成液压成形的构件18、22的基本连接金属材料相比，具有更大的阻抗和较低的熔点。相邻的构件14、18、22的材料特性结合在一起以在液压成形的构件18、22的空心截面材料熔化前，形成焊接材料构件14的优先加热和随后的相应局部熔化。在焊接的过程中，焊接材料构件14液化。液化焊接材料构件14所需要的能量通过施加电流产生。焊接材料构件14优先地加热并且引起焊接材料构件14熔化，然后引起液压成形构件18、22的邻接的金属材料的相应局部熔化。在导电的构件或导电端46、48施加的轴向压力作用下，焊接材料构件14的熔化的材料与构件18、22的基本金属材料结合。在上述的熔化发生以后，关断流经表面20、24的电流。优选地，在此后一个预定的时间后去掉所述的轴向力。得到的焊接连接示于图5中。如图所示，根据焊接材料构件14的数量、尺寸和构形，可以在可焊接构件18、22之间留有如图5所示的很小的狭缝202，或不留狭缝，连接200为可焊接构件18与20之间的连续均匀的连接。金属构件14、18、22的金属材料的结合在图5的截面图中示出。可以理解，这个焊接区域表示图进行放大和夸张以更加清晰地示出焊接连接，并且指示形成焊接的区域中的金属材料的混合。优选地，电流经第一可焊接构件22和第二可焊接构件18施加，并且穿过焊接材料构件14，从而熔化焊接材料构件14，并且在此后熔化第一可焊接构件22及第二可焊接构件18位于邻接焊接材料构件14的区域内的部分，并且优选地施加力以把外表面20、24彼此相向地压紧。优选地，每个外表面20、24是平面的，然而它们可以是任何适于连接形成的构形。例如，所述的表面可以具有互补的凸/凹构形等等。如图6所示，可以设想使用本发明焊接材料构件14和凸焊加工方法在构成机动车辆的立体框架60的各个构件18和20之间形成连接。下面说明一个使用凸焊加工将焊接材料构件14与一个用于形成立体框架60连接的构件结合在一起的例子。该例参照图5中所示的运动用车的立体框架60的一个示例性实施形式说明。具体适用于使用本发明的焊接材料组件和利用所述组件的方法的其它立体框架连接的例子，揭示在共同受让的题为“液压成形立体框架及其制造方法(HydroformedSpaceFrameAndMethodofManufacturingtheSame)”的美国专利第6,092,865号中，该专利全文并入本申请作为参引。图5示出车辆立体框架60的立体图。立体框架60包括一对纵向延伸、横向间隔开的侧轨结构62，一对液压成形的上部纵向构件64、66，一对液压成形的U形横梁构件68、70和一后部环组件72。优选地，侧轨结构62由一对镜像结构的液压成形的构件78、80提供。总体上用82标示的多个横向延伸的横梁结构连接在侧轨结构62之间，并且一对横向延伸的上部横梁结构84连接在一对上部纵向构件64、66之间。每个液压成形的上部纵向构件64、66包括一个柱形部分86和一个纵向延伸部分88。每个上部纵向构件64、66连接到一个相应的侧轨结构62，并且从所述的侧轨结构62向上延伸以形成立体框架60的一个立柱。每个液压成形的横梁构件68、70各自包括一个横梁部分90、92和一对分别从相关的横梁部分的相对的端部的接合处98、100伸出的支脚部分94、96。所述横梁构件的每个支脚部分连接到相应的侧轨结构62上，并且从侧轨结构62向上延伸以在其上形成一个中间立柱(即B立柱和C立柱)。每个上部纵向构件64、66的纵向延伸的部分88分别地连接到相应的横梁构件68、70的接合处98、100，以形成连接102、104。尽管焊接材料组件和凸焊加工的使用可以在焊接管状液压成形的可焊接构件中提供特别的优点，还可以设想其还可以应用于其它的非液压成形、但是却难于操作要焊接的表面的可焊接构件的焊接中。此外，上述装置和方法在焊接材料构件14附着到可焊接构件18前，不需要使用支架以预定的配置固定焊接材料构件14，即可实现焊接材料构件14的附着。因此，在焊接材料构件14的附着没有使用支架板的情况下，节省了支架板。虽然构件18和22连接以形成如图5中所示的立体框架60中的一个单一连接102，然而应当理解，用于连接构件18和22的方法和装置可以如图5所示用于立体框架60的多个连接中的任意一个连接。因此，可以理解，本发明的目的可以完全有效的实现。前述具体实施形式用于说明本发明的结构性和功能性原理，其意图并不在于对其进行限制。相反，本发明旨在包括所附权利要求的主旨范围内的所有修改、变更和替代方案。权利要求1.一种焊接管状构件的方法，其包括提供第一管状构件和第二管状构件，所述第一管状构件和第二管状构件每个都具有一相应的外表面；提供至少一个焊接材料构件，所述的至少一个焊接材料构件每个都由能够以焊接成形关系与所述第一管状构件和第二管状构件连接的导电金属焊接材料构成；将所述至少一个焊接材料构件之每一个固定于所述第一管状构件上，以便所述至少一个焊接材料构件之每一个在与所述第二管状构件接触前以预定的位置保持在所述第一管状构件上；邻近所述第一管状构件放置所述第二管状构件，所述至少一个焊接材料构件以电流传输关系设置在所述第一管状构件和第二管状构件的相应外表面之间；且施加一穿过所述第一管状构件和第二管状构件的电流，使得所施加的电流流经所述第一管状构件和第二管状构件的相应外表面和设置在所述第一管状构件和第二管状构件之间的所述至少一个焊接材料构件之每一个，而把所述第一管状构件和第二管状构件的相应外表面焊接在一起。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的提供第一管状构件和第二管状构件包括采用下述步骤液压成形所述第一管状构件和第二管状构件，提供一具有管状金属壁的管状金属坯料；将所述管状金属坯料放入膜具的型腔中，所述型腔具有模面；及向所述坯料的内部提供一高压流体，以使所述坯料的金属壁向外膨胀至与所述型腔的模面一致。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供至少一个焊接材料构件包括提供多个焊接材料构件。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供至少一个焊接材料构件包括提供至少一个钢制焊接材料构件。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供至少一个焊接材料构件包括提供至少一个圆盘形构件。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个焊接材料构件之每一个的固定通过焊接实现。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个焊接材料构件之每一个的固定通过采用一电阻焊接设备而实现，所述电阻焊接设备把所述至少一个焊接材料构件中的一个保持在所述第一管状构件的适当位置，并施加一穿过所述至少一个焊接材料构件和所述第一管状构件的电流，以熔化所述至少一个焊接材料构件中所述的那个焊接材料构件之一部分并将此焊接材料构件焊接到所述第一管状构件的外表面。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电阻焊接设备在一计算机控制装置的控制下固定所述至少一个焊接材料构件凸出物。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述所施加的穿过所述第一管状构件、第二管状构件和所述至少一个焊接材料构件之每一个的电流，熔化所述至少一个焊接材料构件之每一个，并且熔化所述第一管状构件和第二管状构件在邻接所述至少一个焊接材料构件之每一个的区域中的相应部分，并且在其中施加力而在熔化时使所述第一管状构件和第二管状构件的相应外表面相向地移动。10.一种焊接管状构件的方法，其包括提供第一管状构件和第二管状构件，所述第一管状构件和第二管状构件每个都具有一相应的外表面；提供多个焊接材料构件，所述的多个焊接材料构件每个都由能够以焊接成形关系与所述第一管状构件和第二管状构件连接的导电金属焊接材料构成；将所述多个焊接材料构件之每一个焊接于所述第一管状构件上，使得所述多个焊接材料构件之每一个在与所述第二管状构件接触前都以预定的位置保持在所述第一管状构件上；邻近所述第一管状构件放置所述第二管状构件，同时使得所述多个焊接材料构件以电流传输关系位于所述第一管状构件和第二管状构件的相应外表面之间；且施加一穿过所述第一管状构件和第二管状构件的电流，使得所施加的电流流经所述第一管状构件和第二管状构件的相应外表面和设置在所述第一管状构件和第二管状构件之间的所述多个焊接材料构件之每一个，而把所述第一管状构件和第二管状构件的相应外表面焊接在一起。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的提供第一管状构件和第二管状构件包括采用下面的方法液压成形所述第一管状构件和第二管状构件提供一具有管状金属壁的管状金属坯料；将所述管状金属坯料放入膜具的型腔中，所述型腔具有模面，及向所述坯料的内部提供一高压流体，以使所述坯料的金属壁向外膨胀至与所述型腔的模面一致。12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述提供多个焊接材料构件包括提供多个钢制焊接材料构件。13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述提供多个焊接材料构件包括提供多个圆盘形焊接材料构件。14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多个焊接材料构件之每一个的固定都是通过电阻焊接设备实现，所述电阻焊接设备将所述多个焊接材料构件中的一个保持在所述第一管状构件的适当位置，并施加一穿过所述多个焊接材料构件中所述的那个焊接材料构件和所述第一管状构件的电流，以熔化所述那个焊接材料构件的一部分并将其焊接到所述第一管状构件的外表面。15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述电阻焊接设备在计算机控制装置的控制下固定所述多个焊接材料构件凸出物。16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述所施加的穿过所述第一管状构件、第二管状构件和所述至少一个焊接材料构件之每一个的电流，熔化所述至少一个焊接材料构件之每一个，并且熔化所述第一管状构件和第二管状构件在邻接所述的至少一个焊接材料构件之每一个的区域中的部分，并且在其中施加力而在熔化时使所述第一管状构件和第二管状构件的相应的外表面相向地移动。全文摘要把焊接材料以可导电的关系构形并排列，设置在第一可焊接构件和第二可焊接构件外表面之间的部位，该部位处于所述第一可焊接构件和第二可焊接构件的待连接处。所述的焊接材料包括至少一个由在施加电流加热时能够熔化的导电金属焊接材料构成的金属材料构件。每个的焊接材料构件固定在所述第一可焊接构件的外表面上，并导电地置于所述第一可焊接构件和第二可焊接构件的外表面之间。文档编号B62D27/02GK1697718SQ03802131公开日2005年11月16日申请日期2003年1月13日优先权日2002年1月11日发明者詹弗兰科·加比亚内利,理查德·D·阿什利,维克托·J·马尔切夫斯基申请人:麦格纳国际公司