CN1703585B - 可断裂的固定*** - Google Patents

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Abstract

提供了一种固定***，该固定***具有包括环状焊接部分(26)的焊接柱栓(10)以及可断裂的螺帽。该可断裂的螺帽和柱栓结构配置成可在扭转载荷的作用下先于结构部件失效而失效。

Description

可断裂的固定*** 
本申请是2002年10月7日提交的美国临时申请No.60/416614的PCT国际申请。本PCT申请要求享有2002年10月24日提交的美国临时专利申请No.60/420,951的优先权。该申请所公开的内容在此提及而并入本文之内。 
技术领域
本发明涉及一个固定***，该固定***将构件固定到金属结构件，具体地，涉及将构件固定到金属板的固定***。通过短时电弧焊接，具有环状焊接表面的金属柱栓固定到结构件上，可断裂的锁紧螺帽在柱栓上拧紧，将构件固定到结构件上。 
背景技术
金属焊接柱栓通常是实心的不可压缩体，其可通过标准的固定件冲压方法(如棒材冷镦)而形成。这种焊接柱栓通过使用已知的焊接装置焊接到部件表面，焊接装置通过向焊接柱栓提供能量以熔化圆形的焊接消耗材料件和部件基体材料部分。由于液态金属的混合和冷却，焊接柱栓固定到基体材料上。焊接装置，尤其是焊枪，利用夹钳夹持焊接柱栓，使其位于柱栓肩部和待焊接的端面之间区域。就在进行焊接之前，每次将一个焊接柱栓放入焊枪口。这些柱栓的尺寸、重量和配置使其不能用于送风供给焊枪(blow fed weld gun)。 
运输工业对燃料经济的要求日益提高导致了采用厚度越来越薄的材料。具体地，具有聚合物芯部的金属复合材料，尤其是铝复合材料，已经有效地用于各种结构的表面或外壳材料。通常通过将这些非常薄的金属层压材料的一面固定到支承结构，使其连接或固定到支承结构。为此，已经知道的做法是将普通的焊接柱栓固定到层压结构， 以得到柱栓与结构的连接。 
传统上，焊接柱栓至少要烧穿薄层压材料的第一层。焊接导致了应力提高，因而极大地削弱了焊接柱栓和层压材料结合面的强度。焊接柱栓的重复荷载会导致结合面的塑性变形，以及柱栓与层压材料结合面的过早失效。 
已知的柱栓具有头部和连接头部的柄部。柱栓的头部焊接到车身的金属板上。焊接操作可根据已知的拉弧焊接方法进行。在此方法中，柱栓先接触金属板，然后接通焊接电流，将柱栓从金属板拉回，在柱栓和金属板之间形成电弧。当电弧燃烧时，柱栓头部一部分和金属板一部分熔化。当产生足够份量的熔化金属时，将柱栓压入熔池。这样的焊接操作受到多个参数的影响。当采用拉弧焊接方法焊接柱栓时，各个参数对容易产生误差的程度有不同的影响。 
为了引弧，柱栓的头部几何形状必须相应进行设计。在这方面，柱栓的头部带有圆锥形尖部，这在本领域是公知的。还已知道柱栓可具有大致平面的头部/前端，在前端中心形成引弧尖端。现有技术还知道具有平面前端的柱栓。采用所谓的短时电弧焊将柱栓焊接到主体的金属板上。短时电弧焊也称作柱栓焊，其中金属柱栓(螺纹柱栓)设置成接触主体的金属板。然后，接通控制电流，从主体的金属板上再次轻微拉起金属柱栓。同时形成电弧。然后接通焊接电流使金属柱栓和主体金属板的相对表面熔化。然后，将金属柱栓下降到主体的金属板上，使金属结合。关断焊接电流，整个熔合金属进行凝固。 
然后，通常将锁紧螺帽拧到柱栓上，从而柱栓从主体金属板突出。螺帽用于将构件固定到金属板。通常，锁紧螺帽由合成材料制成。柱栓可以带有粗牙螺纹或细牙螺纹。螺帽设有相配合的螺纹。在粗螺纹的情况下，螺帽上可以只设置一个孔。然后，粗螺纹可在孔上切割出相应的反向螺纹。 
螺纹柱栓和主体金属板的断裂以不确定的方式发生。难以确定失效的原因是什么。此外，对断裂的车身金属板进行维修要比维修断裂 的柱栓需要大得多的花费。在柱检断裂时，可以将新的柱栓焊接到同一位置，金属板的强度可以不受影响。 
针对背景技术提出的问题，本发明提供一种改进的通用型固定***，具体地，在螺帽与焊接柱栓结构的连接失效的情况下，固定***只需要少量维修。 
根据本发明的第一方面，提供了一种可焊接的固定件，包括： 
固定件头部，包括具有第一头部厚度的连接板，以及具有第二头部厚度的环状焊接区域，所述第二头部厚度小于第一头部厚度，所述环状焊接区域具有第一外径，所述头部包括具有与第一外径相等的第二外径的外壁；和 
柄部，其具有带螺纹的外表面，所述柄部具有第一失效载荷，所述连接板具有大于第一失效载荷的第二失效载荷，所述环状焊接区域具有大于第一失效载荷的第三失效载荷。 
根据本发明的第二方面，还提供了一种将本发明第一方面的可焊接的固定件连接到结构上的方法，包括： 
提供所述可焊接的固定件； 
将所述可焊接的固定件的环状焊接区域定位至使其接触所述结构； 
向所述环状焊接区域施加电流； 
从所述结构上拉回所述环状焊接区域，形成电弧从而熔化金属；和 
将所述固定件头部***所述熔化金属，形成所述固定件与所述结构的结合面。 
根据本发明的第三方面，还提供了一种用于结构上的柱栓，所述结构包括具有聚合物层的金属层压制件，所述柱栓包括： 
根据本发明第一方面的可焊接的固定件； 
位于可焊接的固定件和金属层压件之间的环状焊缝，用于将可焊接的固定件连接到金属层压件。 
根据本发明的第四方面，还提供了一种焊接柱栓，包括： 
纵向延伸的实心螺纹柄部； 
横向增大的头部，其自所述柄部的端部延伸，并包括具有大于1.5毫米的第一厚度的连接板，所述头部还包括基本为环状的焊接部分，该环状焊接部分自所述头部沿纵向向与柄部相反方向延伸，所述环状焊接部分具有小于第一厚度的第二厚度； 
其中，所述头部包括具有第一外径的外壁，所述环状焊接部分具有与第一外径相等的第二外径，以及 
所述柄部具有第一失效载荷，所述连接板具有大于第一失效载荷的第二失效载荷，所述环状焊接部分具有大于第一失效载荷的第三失效载荷。 
为了克服所提到的固定***的缺陷，结构件和螺纹柱栓之间的焊接接头的强度应与柱栓的强度及螺帽的强度相互适应。具体地，当所施加的扭矩超过锁紧螺帽拧到螺纹柱栓时可承受的规定扭矩，各强度应相互适应以便确保螺帽在柱栓断裂之前断裂，在螺帽没有断裂的情况下，柱栓应先于结构件断裂。 
这样确保了无论何时，当过高的扭矩施加到具有“良好”焊接接头的柱栓时，在各种情况下，都是螺帽或柱栓而不是结构件断裂。这样，由于不正确地调整扭矩扳手或扭力扳手或固定件的螺纹问题所引起的维修费用得到降低。即使使用了过高强度的锁紧螺帽，在柱栓和结构之间的焊接接头“良好”时，仍可以避免大部分的结构件损坏。 
在这方面，“断裂”是指构件(锁紧螺帽、柱栓、结构件)的任何损坏，其中施加在各构件上的扭矩不再传递到该固定链中下一个构件。结构件的断裂通常表示出现结构性损坏，具体地，其脱离了焊接接头的区域。这样，本发明的目的完全实现。 
本实施例具有的优点是，要确保当施加过高的扭矩时柱栓在结构件断裂之前断裂，不必先要强化结构件(车身金属板)。 
根据另一优选实施例，螺纹柱栓设有凸缘部分，该凸缘部分设置在焊接接头附近，锁紧螺帽将构件拧紧到凸缘，或锁紧螺帽本身对接到凸缘。 
根据另外的优选实施例，柱栓是粗螺纹柱栓，当与锁紧螺帽螺纹连接时，该柱栓的外螺纹在锁紧螺帽的孔上切出螺纹。根据可选的实施例，柱栓具有公制螺纹的细牙螺纹，锁紧螺帽具有对应的内螺纹。 
此外，柱栓的强度和锁紧螺帽的强度最好相互适应，当所施加的扭矩超过锁紧螺帽拧到柱栓可承受的规定扭矩时，确保螺帽在柱栓断裂之前断裂。 
大体上，锁紧螺帽的预定断裂扭矩小于柱栓的预定断裂扭矩，柱栓的预定断裂扭矩又小于结构件的预定断裂扭矩和/或结构件与该柱栓之间焊缝的预定断裂扭矩，这样就可以获得封闭的作用链。 
根据又一实施例，提出了一种克服了现有技术缺陷的与拉弧焊接***一起使用的焊接柱栓组件。该焊接柱栓组件包括具有环状焊接区域的头部。该环状焊接区域的外径与该头部的外径一致。该环状焊接区域提供了与普通环状焊接表面积大致相等的焊接表面积，同时可改进柱栓扭矩载荷在金属板上的分布。 
在不超出本发明的范围的前提下，上述特征和下面将要说明的特征不但可用于各示例中所提到的组合，也可以用于其它的组合或单独使用。根据本发明，提供了一种克服了现有技术缺陷的与拉弧焊接***一起使用的焊接柱栓组件。该焊接柱栓组件包括具有环状焊接区域的头部。该环状焊接区域的外径与该头部的外径一致。该环状焊接区 域可提供与普通环状焊接的表面积大致相等的焊接表面积，同时可改进柱栓的扭矩载荷在金属板上的分布。 
在参考下面提供的详细说明之后，本发明的进一步的应用领域将是明显的。应当理解，详细说明和特定的实例尽管显示了本发明的优选实施例，然而其只是为了说明目的，而不会构成对本发明范围的限制。 
通过下文的具体介绍并结合附图，可以更全面地理解本发明，其中： 
附图说明
图1是根据本发明的拉弧焊接柱栓的侧视图； 
图2是根据图1的拉弧焊接柱栓的仰视图； 
图3是连接到层压板上的图1拉弧焊接柱栓的侧视图； 
图4是根据本发明的固定***的第一实施例的示意性截面图； 
图5是固定***的改进实施例的详细的部分视图； 
图6是根据本发明的固定***的另外实施例的截面图； 
图7是本发明的固定***的相关扭矩变化的定性显示图表； 
图8和图9是根据本发明的易开裂的螺帽的截面图； 
图10和图11是可选的锁紧螺帽的侧视图；以及 
图12是介绍本发明的焊接参数的图表。 
下面对优选实施例所做的介绍本质上是示例性的，决不意味着要限制本发明、其应用或其使用。 
具体实施方式
图1显示了根据本发明的拉弧焊接柱栓10。焊接柱栓10由两个主要部件组成：柄部12和头部14。头部14还包括有环状焊接部分16。作为非限制性的实例，柄部12可以是M6螺纹固定件。同样地，柄部可以采用松树形连接件，或其它尺寸的螺纹固定件。 
头部14使用冷镦法形成。采用M6固定件的头部14具有约13毫米的外径和约2毫米的厚度。头部还具有约13毫米外径的平面下表面15。该固定件的强度是头部的厚度的函数。这样，随着头部厚度的增加，通常焊接柱栓10的强度会增加。增加固定件的强度经常会导致该固定件和层压材料接触面出现不希望有的失效。这种失效会导致固定件从层压材料拉出，在薄金属板中留下开孔。 
环状焊接部分16具有外径18，该外径18与头部14下表面15的外径相等。对于M6的柱栓柄部，头部14的外径约为13毫米。焊接部分16的内径约为11毫米。最终的焊接面积约为150毫米2。每个头部14的厚度为T。焊接部分16的厚度19少于T值的50％，优选为T值的大约20％到35％。 
在这方面，头部14具有连接板厚度21，该连接板厚度21可以改变以调整固定件10的失效模式。作为非限制性的实例，具有3.0毫米连接板厚度21的柱栓10在大于1820磅时具有拉伸断裂模式，以及在扭矩载荷为140英寸-磅时具有螺纹滑扣的扭转失效模式。对于2.5毫米连接板厚度21的柱栓10，在载荷大于约1730磅时基材发生拉伸断裂，在载荷大于约140英寸-磅时发生固定件螺纹滑扣的扭转失效。对于2.0毫米连接板厚度21的柱栓10，载荷大于约1700磅时出现柱栓拉伸失效，螺纹滑扣的扭转失效出现在载荷大于约135英寸-磅时。对于连接板厚度21为1.5毫米的柱栓10，在载荷大于1830磅时柱栓在基材失效，扭转载荷大于120英寸-磅时连接板失效。对于连接板厚度21为1.0毫米的柱栓10，载荷大于1400磅时柱栓在连接板发生拉伸断裂，以及扭转载荷大于75英寸-磅时连接板发生断裂。 
如下所述，可以设计柱栓的失效模式使得柄部在低于连接板部分的扭曲应力和拉伸应力水平下失效。另外，通过修改连接板厚度21，可以使连接板部分21的失效模式是在低于柱栓与焊缝结合面的失效水平但高于柱栓柄部的失效水平。 
通过提供外径与头部14外径相等的环状焊接部分16，基材金属板的热量可分布在较大的区域。对金属板表面的损坏会降低，并且焊接柱栓10与表面结合面的强度会提高。例如，根据本发明，M6的焊接柱栓的结合面可以承受约400英寸-磅的扭转载荷。 
通过将柄部12的扭转断裂强度设置为约80英寸-磅，以致在柱栓脱离并损坏金属板层压结构前柄部已扭转断裂，这样可保持基材的完整性。 
正如图3所示，当柱栓10焊接到层压板20时，焊接区域26将柱栓10连接到层压板的上层23。在焊接过程中，上层23部分地连接到层压板20的下层25。中间聚合物层27保持与上层23和下层25相连接。中间聚合物层27具有支承层压结构20的作用。另外，可以相信，柱栓下面的中心连接层压板到环状焊缝内，有助于分散扭曲应力，从而可增强环状焊缝26的抗扭强度。这与传统的烧透或剥离聚合物层27的柱栓不同。 
为了例示本发明的应用，图3显示了柱栓10和结构板或层压结构20之间的熔化连接。焊接前，柱栓10的设计对应于图1的柱栓，为避免重复，可参考图1的介绍。 
使用中，放置图1的柱栓10与层压结构20相接触，其中环状焊接部分16的平面边22与层压结构20相接触。然后，施加焊接电流。施加焊接电流后，将柱栓10拉开以形成电弧。当电弧燃烧时，柱栓10的平面边22和结构20的一部分会熔化。在规定时间之后，将柱栓10***到熔化金属中。在***之前或者***过程中焊接电流关断。然后，使焊缝冷却。如图3所示，周边22的一部分已经熔化。部分熔化金属进入了环状焊接区域所形成的腔体24内。焊缝形状大致为环状。柱栓10和结构20具有预设的公共焊接区域26。当然，本发明的其它所示的实施例可按相似的方式操作。 
本发明的固定***或结构的第一实施例标示为9。固定***9用于固定一个构件11，在构件11具有部分的合成材料并横穿有孔13的 情况下，固定到结构层20，在当前的情况下结构层20是车身金属板20。 
固定***9包括螺纹柱栓10，通过柱栓焊接工艺焊接到车身的层压或均匀金属板20。此外，固定***9包括由可断裂材料制成的锁定螺帽68，可以在柱栓10上拧紧。 
柱栓10包含头部14。在目前的情况下，头部14意味着相当大直径的部分，最好是柱栓10的柄部12直径的两倍。 
在柱栓焊接过程中，柱栓10头部14的下侧焊接到金属板20的上侧。在图4和图5示意性地显示了焊缝26。在头部14的相反例设有柄部12，其上形成有粗螺纹。 
在粗螺纹和头部14之间的过渡区域，柱栓10设有削弱区域28，本示例中，该削弱区域28由可选择的周边槽30形成。削弱区域28代表柱栓的预定断裂点，如下面将要详细说明的。 
锁紧螺帽68具有孔70，孔70的直径与柄部12的直径适配。将粗螺纹设计成自攻螺纹，因此当锁紧螺帽68拧到柱栓10时，内螺纹在孔70上攻出。可选择，锁紧螺帽68是金属螺帽，该螺帽配置成在预定的扭转载荷时断裂。该断裂可发生在螺帽68的螺纹或者主体。 
如图4所示，构件11的孔13套到柱栓10上。然后，拧上锁紧螺帽68，使得构件11固定在头部14上侧和锁紧螺帽68下侧之间。 
在图4中，示意性地显示了施加到锁紧螺帽68上的扭矩M在螺纹区域如何转换成轴向力A以及切向力T，其中轴向力A在柱栓10上产生了拉力，切向力T再对柱栓10施行相应的扭矩。图5中显示了固定***9的改进10’。在固定***9中，柱栓10’设计成具有头部14’，其位于柄部12’和焊接部分26之间。 
当柱栓10’焊接到车身14的金属板时，在平面边22和金属板20之间会产生焊缝26’。因此，在金属板20上侧和头部14’下侧之间保持有间隔36。 
选定焊接部分26的直径大于柄部12’的直径。因此，大体上，焊 缝26’可以获得比焊接部分16直径等于柄部12’给定直径时更大的强度。 
图6显示了固定***9的另外的实施例。固定***9用于将金属管形式的构件42固定到另一个结构件44，例如车身的金属板。固定***9具有螺纹柱栓10，其通过柱栓焊接工艺焊接到车身金属板44。此外，固定***9包括锁紧螺帽68，具有合成材料的夹持件的形式。 
柱栓10具有头部14，其对应于图5的固定***9的头部14’。柱栓10和车身的金属板20之间的焊缝如52所示。柱栓10的柄部12设有螺纹。如在58处所示意性显示，柱栓10的柄部12和头部14之间的过渡区域被削弱。在固定***9中，仅当柄部12的直径明显小于头部14的直径时，该削弱才可以实现，焊接部分位于头部14的下面且未进行详细说明。此外，柄部12和头部14之间的过渡部分设计成具锐利边的角部。 
在此，将合成材料夹持件拧到柱栓10上，直到夹持件68的下侧触到头部14上侧。将金属管形式的构件42专门地固定到合成材料夹持件68上。在所示的实施例中，凹部64设置用于容纳金属管42。此外，合成材料夹持件68具有柔性座锁带66，该锁带66设计用于封闭凹部64，因此可容纳金属管42并锁定在夹持件68中。 
可以理解，在图4到6的所有三个实施例中，每个实例的柱栓10和车身的金属板20可以由钢、钢合金、铝或铝合金制成。也可以理解，锁定螺帽68可以由合成材料以外的其它材料制成，只要其可满足下面参考图7说明的强度要求。 
构件12可以选择为金属构件。对应地，构件42可以是合成材料构件。在所有三个实施例中，单独构件的强度是彼此适应的，如图6示意性地显示。 
图7所示的扭矩M施加到锁定螺帽68上以将构件12固定到车身的金属板上，M位于图7中的横坐标。为了构件12获得适当固定，需要以额定扭矩MN来拧螺帽68，如图7所示，该扭矩MN定性为大 于0。额定扭矩MN具有容许区域TN，通常通过扭矩扳手或扭力扳手的所施加的额定扭矩MN在该容许区域TN内变化。 
假定在施加额定扭矩MN时零件以及焊缝26都未失效，构件14获得适当固定。在图7中额外显示了锁紧螺帽68的预定断裂扭矩MM。预定断裂扭矩MM定性为大于额定扭矩MN。预定断裂扭矩MM具有容许区域TM，在容许区域TM内锁紧螺帽68会断裂或其螺纹会破坏。同时应当注意，容许区域TM和TN没有交叉，但最好是直接毗邻。 
图7另外显示了柱栓10的预定断裂扭矩MG。预定断裂扭矩MG定性为大于锁紧螺帽68的预定断裂扭矩MM。预定断裂扭矩MG具有与锁紧螺帽68的容许区域TM不相交但相邻的容许区域。 
最后，图7中的MS显示焊缝26的预定断裂扭矩。该预定断裂扭矩MS显著大于柱栓10的预定断裂扭矩MG。焊缝26的预定断裂扭矩MG同样具有容许区域TS。 
焊缝26的预定断裂扭矩MS的容许区域TS与容许区域TG不相交叉，而是远离容许区域TG相当大的距离。因此，可确保柱栓10所能承受的最大预定断裂扭矩MG(容许区域TG的上限)显著小于焊缝26可能断裂的最小预定断裂扭矩MS。 
为简单起见，图7只提到焊缝26一个断裂。然而，可以理解，这也意味着焊缝的断裂和/或车身金属板的断裂。额定扭矩和预定断裂扭矩的这种“封闭过程和固定链”确保在各种操作条件下，具有最低替换费用的构件是经常断裂的那个构件。 
类似地，可以调整连接板厚度21使其断裂扭矩位于柱栓柄部的断裂扭矩Mg和焊缝22的断裂扭矩Ms之间。发生失效时，环状焊缝结构可留下断裂的环状头部，其通过焊接区域连接到金属板结构。 
当将锁紧螺帽68拧到构件12上时，如果无意中施加了过高的扭矩M(大于容许区域TN的上限)，由于螺帽的预定断裂扭矩MM显著小于柱栓10的预定断裂扭矩MG，并且实际上容许区域TM和TG没有交叉，所以在各种情况下，都出现螺帽断裂或螺帽螺纹撕裂。 
如图4所示，如果无意中选择了不正确的锁紧螺帽68(具有过高强度的锁紧螺帽)，在各种情况下，容许区域TG和TM之间显著分开的距离可确保柱栓10首先断裂(通常在预定断裂点30或螺纹损坏)，因此不会对焊缝26或车身的金属板20造成损坏。 
对于所有固定***9可能出现的错误源，上述设计可确保焊缝26和车身的金属板20不会受到不必要的损坏。 
出于柱栓10的质量控制，通常在拧紧锁紧螺帽68之前，会向柱栓施加与特定锁紧螺帽68的预定断裂扭矩MM相等的测试扭矩。玻璃纤维强化的实验螺帽常常用于这种目的。如果在该测试中无意中施加了过高的扭矩，在各种情况下，容许区域TG和TS之间的距离可确保柱栓10断裂，而焊缝26和车身的金属板20不会损坏。 
上述的各种扭矩和闭合作用链可对应地应用在图5和图6的实施例中。在图6的实施例的情况下，合成材料夹持件68代表锁紧螺帽。 
可以理解，柱栓10和锁紧螺帽68之间的螺纹配合应当选定以便在锁紧螺帽68的螺纹损坏的情况下，仍然能够旋开，以防止在旋开时不必要的高扭矩再施加到柱栓10、46上。因为是闭合作用链，锁紧螺帽68、18(通常由合成材料制成)就是“最弱链环”。次弱链环是固定柱栓10。焊缝26或52具有最大的强度。 
将柱栓10一个位置削弱特别有利，该削弱设计成使得柱栓10可在结构件和柱栓的焊缝区域断裂之前在削弱位置断裂。 
可以许多方式来影响局部削弱，例如，材料选择，柱栓结构等。在柱栓10的螺纹不能使用的情况下，即，不能够传送扭矩时，也应当理解为断裂。或者，断裂可以理解为，柱栓10整体上相对其底部折断，基本上没有在结构上损坏焊缝。当柱栓10具有削弱凹部，尤其是周边凹槽时，特别有利。 
该削弱的凹部，通过根据本发明的简单结构形式，可确保当施加过大的扭矩时柱栓10先于结构件断裂。削弱的凹部可以通过如机械加工形成。 
图8显示了根据本发明的螺帽68，用于限制作用的扭矩，其具有螺纹部分82和从侧面看为漏斗形的管状部分84。设计作为间隙或颈缩部分的预定断裂点86位于螺纹部分82和管状部分84之间。换句话，预定断裂点86的外径小于螺纹部分82的外径或外部尺寸，也小于管状部分84的外径或外部尺寸。后者可以设计成例如漏斗形，可从螺纹部分82的内螺纹88的外径或公称直径开始，在远离后者的方向上变宽。 
图10所示的圆柱形设计可以代替图9所示的管状部分84的漏斗形设计。该圆柱形设计的管状部分85优选的直径大于螺纹部分82的内螺纹88的外径或公称直径。 
所介绍的两个实施例(漏斗形或圆柱形)可方便地帮助减少开始部分所述的问题，在内螺纹88的上部出现的强力摩擦情况，也许在突出到管状部分84的柱栓10内(未显示)，预定断裂点86根本不会受到考验，因为力的引入并不仅仅通过该节点发生，而且还要通过柱栓10端部发生。 
如图9和图10所示，至少管状部分84具有用于工具的第二肩部结构90，在最简单的情况下，工具可为开口扳手或类似的外部工具。用于内部工具的第三肩部结构92优选设计成管状部分84，例如，其可为四边形或六边形等。具体地，为了拆卸组装好的螺帽94，在螺纹部分82区域具有用于另外工具的第一肩部结构89，工具同样最好是外部工具。 
图11显示了图9或图10所示的锁紧螺帽68的俯视图，螺帽具有类似尺寸的第一肩部89和第二肩部90。可选择提供的凸缘87(作为一个例子)有利地改进了结构件(未示出)在螺帽94区域内的配合或紧密度。此外，该锁紧螺帽68可防止与其结合的柱栓10从金属板上撕开。 
如图6所示，根据本发明，锁紧螺帽68优选具有不同尺寸的第一肩部结构89和第二肩部结构90。因此，例如第一肩部结构89可以 具有大于第二肩部结构90的尺寸，特别是对于，如图所示，不可比较的多边形。 
根据本发明的螺帽84优选采用合成材料，尤其是聚酰胺之类的聚合物。这样的优点是，特别在预定断裂点86的区域可以由不同于螺纹部分82和/或管状部分84的材料尤其是较软的材料构成，即，额定扭矩限制不仅可以经由预定断裂点86的几何形状获得，而且还可以或者专门地经由选择性地处理过的适当质量的材料获得。 
图12显示介绍本发明的焊接参数的图表。所示图表显示了具有三个特定区域的焊弧电流(单位为安培)相对焊弧时间。可接受的焊接区域定义为：当柱栓处于载荷状况下时，大于90％的柱栓失效是柱栓断裂而不是焊接区域16开裂。第一区域80的焊接对于现有技术的柱栓和根据本发明的柱栓10都是不可接受的(标示为U)。所示的虚线包围的区域81代表了对于根据本发明的柱栓10来说可以接受的焊接(标示为A)。所示的实线包围的第三区域83代表了对于现有技术的柱栓和本发明的柱栓10都可以接受的焊接区域。 
从表中可以看到，本发明的柱栓10显示了焊接工艺的重大改进。通过使可接受的焊接参数的范围增加，可以显著地改进自动焊接工艺并减少费用。该表显示出了：当柱栓固定到薄金属板时，柱栓10可接受的焊接可以采用大于50毫秒的焊弧时间和少于150安培的焊弧电流。该表的数据采用了等于或少于0.90毫米厚度的金属层压板。 
对本发明的说明本质上只是示例性的，因此，在不脱离本发明的要旨的前提下的变化应属于本发明的范围内。这种变化不应认为是偏离了本发明的精神和范围。 

Claims (16)

1.一种可焊接的固定件，包括：
固定件头部，包括具有第一头部厚度的连接板，以及具有第二头部厚度的环状焊接区域，所述第二头部厚度小于第一头部厚度，所述环状焊接区域具有第一外径，所述头部包括具有与第一外径相等的第二外径的外壁；和
柄部，其具有带螺纹的外表面，所述柄部具有第一失效载荷，所述连接板具有大于第一失效载荷的第二失效载荷，所述环状焊接区域具有大于第一失效载荷的第三失效载荷。
2.根据权利要求1所述的可焊接的固定件，其特征在于，所述柄部包括位于所述头部附近的削弱部分。
3.根据权利要求1所述的可焊接的固定件，其特征在于，第二头部厚度是第一头部厚度的20％到35％。
4.根据权利要求1所述的可焊接的固定件，其特征在于，所述第一头部厚度大于1.5毫米。
5.根据权利要求1所述的可焊接的固定件，其特征在于，所述第一头部厚度大于2.0毫米。
6.根据权利要求1所述的可焊接的固定件，其特征在于，所述第二头部厚度小于所述第一头部厚度与第二头部厚度之和的50％。
7.一种将根据权利要求1到6中任一项所述的可焊接的固定件连接到结构上的方法，包括：
提供所述可焊接的固定件；
将所述可焊接的固定件的环状焊接区域定位至使其接触所述结构；
向所述环状焊接区域施加电流；
从所述结构上拉回所述环状焊接区域，形成电弧从而熔化金属；和
将所述固定件头部***所述熔化金属，形成所述固定件与所述结构的结合面。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，向所述环状焊接区域施加的电流是小于950安培的电流。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，拉回所述头部的时间大于50毫秒。
10.一种用于结构上的柱栓，所述结构包括具有聚合物层的金属层压件，所述柱栓包括：
根据权利要求1到6中任一项所述的可焊接的固定件；
位于可焊接的固定件和金属层压件之间的环状焊缝，用于将可焊接的固定件连接到金属层压件。
11.根据权利要求10所述的用于结构上的柱栓，其特征在于，所述金属层压件包括第一金属层和第二金属层，所述聚合物层位于第一金属层和第二金属层之间。
12.根据权利要求11所述的用于结构上的柱栓，其特征在于，所述焊接区域有部分位于第一金属层和第二金属层之间。
13.根据权利要求11所述的用于结构上的柱栓，其特征在于，所述环状焊接区域内的聚合物层连接第一金属层和第二金属层。
14.一种焊接柱栓，包括：
纵向延伸的实心螺纹柄部；
横向增大的头部，其自所述柄部的端部延伸，并包括具有大于1.5毫米的第一厚度的连接板，所述头部还包括基本为环状的焊接部分，该环状焊接部分自所述头部沿纵向向与柄部相反方向延伸，所述环状焊接部分具有小于第一厚度的第二厚度；
其中，所述头部包括具有第一外径的外壁，所述环状焊接部分具有与第一外径相等的第二外径，以及
所述柄部具有第一失效载荷，所述连接板具有大于第一失效载荷的第二失效载荷，所述环状焊接部分具有大于第一失效载荷的第三失效载荷。
15.根据权利要求14所述的焊接柱栓，其特征在于，所述第二厚度是第一厚度的20％到35％。
16.根据权利要求14所述的焊接柱栓，其特征在于，所述第二厚度小于所述第一厚度与第二厚度之和的50％。
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