專利名稱：改進(jìn)的鋁點(diǎn)焊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電阻焊接方法。尤其是，本發(fā)明提供了一種這樣 的電阻焊接方法，該電阻焊接方法能夠調(diào)節(jié)施加到電極上的力以對(duì)應(yīng) 于電極橫截面的尺寸變化。通過(guò)測(cè)量電極橫截面的尺寸變化并調(diào)節(jié)施 加到電極上的力以對(duì)應(yīng)于電極橫截面的尺寸變化，可以增加該電阻焊 接方法的壽命而不降低焊接性能。
技術(shù)背景與標(biāo)準(zhǔn)鋼或鍍層鋼的電阻焊接方法相比，鋁的電阻點(diǎn)焊方法通常 具有較短的電極壽命。希望延長(zhǎng)電極的使用壽命，因?yàn)檫@樣能夠降低 維護(hù)成本、改善焊接質(zhì)量、更重要的是產(chǎn)量得到提高。鋁的電阻焊接 的一個(gè)缺點(diǎn)是電極腐蝕，這造成電極接觸面的端部幾何形狀的變化。 該電極端部幾何形狀的變化在整個(gè)焊接過(guò)程的使用周期中在被焊接的 金屬板的結(jié)合面上產(chǎn)生壓力和電流的不規(guī)則分布，并且最終造成不充 分焊接或差異焊接。在剝離測(cè)試中獲得的差異焊接的一個(gè)例子顯示在 圖1中?，F(xiàn)有技術(shù)中的用于提高鋁的電阻點(diǎn)焊的使用壽命的方法通過(guò)機(jī)械和/或化學(xué)方法來(lái)改變鋁的結(jié)合面的接觸電阻。 一些例子包括扭轉(zhuǎn)電 極，電弧清潔鋁板表面，表面不均勻處理。盡管這些技術(shù)能改善效果， 但是它們不能夠被容易地結(jié)合到現(xiàn)有的電阻點(diǎn)焊方法中，并且不利地 增加了處理成本。另 一個(gè)提高電阻點(diǎn)焊中的電極的使用周期的方法是電流步進(jìn)。電 流步進(jìn)是用加大電流來(lái)補(bǔ)償由于腐蝕而造成的電極接觸面的面積增 加。通常，電流步進(jìn)被使用者根據(jù)已完成的焊接增量來(lái)編程。例如， 在24.0kA下進(jìn)行焊接1-100次，在25.0kA下進(jìn)行焊接10-200次。此外，鋁金屬的電阻點(diǎn)焊的使用周期在拋光之間可以通過(guò)以約14-20次焊接的頻率機(jī)械拋光電極得以延長(zhǎng)。在該方法中，工具和研 磨介質(zhì)(如砂紙、scotchbrite或切割刀具)均放置在處于低壓力的電 極之間并旋轉(zhuǎn)直到去除在電極腐蝕過(guò)程在電極端部產(chǎn)生的金屬間化合 物。與上述的用于提高電阻焊接的使用周期的技術(shù)方案相似，電極的 機(jī)械拋光不能夠被容易地結(jié)合到現(xiàn)有的方法中，并且不利地增加了生 產(chǎn)成本。Wang等人的發(fā)明名稱為"電阻焊接的控制方法，，的美國(guó)專利 US2005/0045597A1描述了 一種在電阻焊接中監(jiān)測(cè)焊接質(zhì)量的已有方 法。Wang等人公開(kāi)了通過(guò)測(cè)量結(jié)合面上的焊接痕的尺寸變化可以監(jiān) 控焊接質(zhì)量。Wang等人進(jìn)一步公開(kāi)，通過(guò)響應(yīng)于焊接過(guò)程中的焊接 痕的尺寸變化來(lái)改變電流可以改善焊接質(zhì)量。與其他傳統(tǒng)的焊接方法 類似，Wang等人沒(méi)有測(cè)量由于電極腐蝕而引起的電極的尺寸變化。 此外，Wang等人沒(méi)有將腐蝕電極的尺寸變化與整個(gè)過(guò)程中金屬板的 結(jié)合面上壓力的不規(guī)則性聯(lián)系起來(lái)。需要一種在不大量增加制造成本的情況下提高電極的使用壽命的 電阻焊接方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)方面是一種改進(jìn)的電阻點(diǎn)焊方法，該方法無(wú)需對(duì)已 有的電阻焊接方法進(jìn)行大量修正。本發(fā)明的另 一方面提供了 一種方法， 其能夠在電極使用壽命期間通過(guò)維持施加在結(jié)合面上的壓力來(lái)提高電 極的壽命。在電阻焊接中超過(guò)焊接電極的使用壽命時(shí)，響應(yīng)于焊接低電阻金 屬所需的高電流，電極的接觸面被腐蝕。電極端部(接觸面)的腐蝕 形成了增大的接觸面，該增大的接觸面將施加在待焊接表面上的力分 布在更大的面積上，通過(guò)將力分布在更大的面積上，結(jié)合面上的壓力 減小，從而造成不充分焊接或差異焊接。本發(fā)明通過(guò)創(chuàng)造性的焊接方 法延長(zhǎng)了電極的使用壽命，并減小了差異焊接的發(fā)生率，本發(fā)明的創(chuàng) 造性的焊接方法包括以下步驟在一定力的作用下將金屬板與至少一個(gè)具有初始接觸面面積的電極接觸，以對(duì)所述金屬板提供壓力；通過(guò)所述至少一個(gè)電極將電流施 加到所述金屬板上；測(cè)量所述至少一個(gè)電極的尺寸變化；使所述至少 一個(gè)電極的尺寸變化與所述初始接觸面面積的變化相關(guān)聯(lián)；以及調(diào)節(jié)所述力來(lái)補(bǔ)償所述至少一個(gè)電極的初始接觸面面積的所述變 化以維持施加到所述金屬板上的壓力。本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，通過(guò)將行程尺寸的變化與電極端部 的接觸面面積的變化相關(guān)聯(lián)來(lái)測(cè)量電極的尺寸變化。所述行程尺寸被 定義為在施加電流之前電極被驅(qū)動(dòng)的前進(jìn)距離，尤其是，該行程尺寸 等于電極的起始位置與當(dāng)電極的端部首先接觸到金屬板的表面時(shí)電極 的位置之間的差。數(shù)學(xué)算法將整個(gè)焊接周期中的行程尺寸的變化與由 于電極腐蝕產(chǎn)生的電極接觸面的表面面積的變化相關(guān)聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施 例中，該數(shù)學(xué)算法是所用到的電極幾何形狀類型的函數(shù)。在本發(fā)明的另一具體實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)電極的接觸面進(jìn)行光學(xué)、 激光和機(jī)械測(cè)量可以確定電極端部的表面面積的變化。對(duì)形成在金屬 板上的電極壓痕進(jìn)行光學(xué)、激光和機(jī)械測(cè)量也可以提供電極的尺寸變 化。可選擇地，通過(guò)在與金屬板分離的工件上形成電極端部的接觸面 的壓痕，以及測(cè)量該壓痕的尺寸(如壓痕的直徑)，可以確定電極接觸 面面積的尺寸變化。在本發(fā)明的另一具體實(shí)施例中，通過(guò)離線壓力轉(zhuǎn)換以監(jiān)測(cè)維持在 一定壓力窗內(nèi)所需的力的大小，可以確定電極端部的表面面積的變化。一旦電極接觸面面積的變化被確定，電流和/或電極力被步進(jìn)以補(bǔ) 償由被腐蝕電極的增大的接觸面面積引起的結(jié)合面的力的減小。


圖l顯示了剝離測(cè)試后的差異焊接； 圖2 (三維視圖)顯示了電阻焊接裝置；圖3為用于提供2500次焊接的電極、3500次焊接的電極和新電 極的電極長(zhǎng)度(mm)與電極面直徑距離(mm)的關(guān)系圖； 圖4為本發(fā)明的創(chuàng)造性電阻焊接方法的方法步驟流程圖； 圖5 (a) - (c)(側(cè)視圖)顯示了行程尺寸的變化和電極接觸面直徑之間的關(guān)系；圖6為顯示行程尺寸和腐蝕電極的接觸面面積之間的關(guān)系的視圖；圖6 (a)為電極力與行程尺寸的變化之間的關(guān)系的視圖，其中， 一個(gè)數(shù)據(jù)線維持橫定的電極力，第二個(gè)數(shù)據(jù)線逐步增加(步進(jìn))電極力；圖6 (b)為顯示在結(jié)合面處由施加恒定電極力的電極和施加步進(jìn) 電極力(描述在圖6(a)中)的電極產(chǎn)生的壓力的視圖；圖7顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中，電極接觸面由 壓力敏感墊測(cè)量；圖8顯示了電阻焊接過(guò)程中完成的多個(gè)焊接點(diǎn)與焊接點(diǎn)的剝離直 徑之間的關(guān)系的視圖，其中，電極壓力和電流是恒定的；圖9顯示了電阻焊接過(guò)程中完成的多個(gè)焊接點(diǎn)與焊接點(diǎn)的剝離直 徑之間的關(guān)系的視圖，其中，通過(guò)電極施加的電流漸增地步進(jìn)；圖10顯示了電阻焊接過(guò)程中完成的多個(gè)焊接點(diǎn)與焊接點(diǎn)的剝離 直徑之間的關(guān)系的視圖，其中，電極力和通過(guò)電極施加的電流漸增地步進(jìn)；圖ii顯示了說(shuō)明步進(jìn)的電流和力的圖表。
具體實(shí)施方式
在一個(gè)具體實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種電阻焊接方法，該方法通 過(guò)成比例地增加電極力來(lái)補(bǔ)償腐蝕電極的接觸面的尺寸變化，從而來(lái) 維持被焊接的鋁板的結(jié)合面上的壓力恒定。在本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí) 施例中，提供了一種電阻焊接方法，在該方法中，施加到結(jié)合面上的 力被保持在臨界力之上，但在預(yù)選定的壓力范圍之內(nèi)。本發(fā)明參照附 圖來(lái)進(jìn)行更為細(xì)節(jié)的說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)注意的是，在附圖中，相同或/和相應(yīng) 的元件用相同的參考數(shù)字表示。圖2中描述了一個(gè)電阻焊接裝置的例子。電阻焊接裝置5包括第 一電極7和第二電極9，第一電極7定位成在施加電流和力的過(guò)程中 與第一金屬板2的表面接觸，第二電極9定位成與第二金屬板3的表面接觸。該電阻焊接裝置可以這樣定向，從而第一電極7為上電極， 第二電極9為下電極。無(wú)論定向如何，所述電極在軸向上相互相對(duì)地 對(duì)齊。大電流在所述相對(duì)的電極之間瞬間通過(guò)壓在該相對(duì)的電極之間 的第一金屬板和至少一個(gè)其它電阻金屬板。所述電極之間的金屬板在 電流通過(guò)時(shí)短時(shí)地熔解，然后重新凝固以在第一金屬板2和第二金屬 板3之間的結(jié)合面處形成一體的焊逢。盡管本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容中只提 到第一金屬板2和第二金屬板3，但應(yīng)當(dāng)注意的是可以將任何數(shù)量的 金屬板焊接到一起，例如三個(gè)金屬板。電阻焊接中所用的電極可以由從包括銅基合金、難熔金屬和彌散 強(qiáng)化銅合金的組中的材料形成。電極的幾何形狀可以包括任何與美國(guó) 焊接學(xué)會(huì)(AWS)標(biāo)準(zhǔn)中一致的幾何形狀，該標(biāo)準(zhǔn)列舉在《電阻焊接 實(shí)用手冊(cè)》("Recommended Practices for Resistance Welding")中。查 看AWS C1.1M/C1.1: 2000。優(yōu)選地，電極的幾何形狀可以包括尖的 (AWSA型)、拱頂?shù)?AWSB型)、扁平的(AWSC型)、偏移的(AWS D型)、截頭的(AWSE型)、或半徑的(AWSF型)。由于焊接低電阻金屬所需的高電流，因此在低電阻金屬焊接中產(chǎn) 生電極腐蝕。術(shù)語(yǔ)"低電阻金屬"表示方塊電阻在1.6xl(T8Q*m (銀) 至10xl0-si^m (鋼/鐵)的范圍內(nèi)的金屬。 一種優(yōu)選的低電阻金屬是 方塊電阻為2.8 x l(T8ft*m (鋁)的鋁。術(shù)語(yǔ)"高電流"表示在約 5，000Amps至約10，000Amps范圍內(nèi)的電流。盡管電壓可以根據(jù)次級(jí) 尺寸調(diào)節(jié)，在一具體實(shí)施例中電壓可以為約小于1伏。盡管本發(fā)明的 方法優(yōu)選地應(yīng)用于鋁的電阻焊接，但是該方法也可以同等地應(yīng)用于在 其他金屬，比如鎂或鋼，包括低碳、高強(qiáng)、雙相(DP)、感應(yīng)變形塑 性(TRIP)以及不銹鋼。通過(guò)電阻焊接焊接鋼所應(yīng)用的電流最好在約 5，000Amps至約35，000Amps的范圍之間，其中，在每個(gè)電極端部處 測(cè)得的電壓可以為約小于1伏。焊縫接頭由兩個(gè)或多個(gè)相似材料的板 形成，每個(gè)板的尺寸在0.25mm至4.00mm之間的范圍內(nèi)。在高電流電阻焊接的過(guò)程中，電極腐蝕的 一個(gè)機(jī)制包括在電極的 接觸面處中間金屬化合物的形成。中間金屬化合物通過(guò)來(lái)自于被焊接材料的接觸面的材料沉積在電極的接觸面上而形成在電極端部。當(dāng)Cu 電極用于焊接鋁板時(shí)，中間金屬化合物通常包括Cu和Al，電極腐蝕 的效果描述在圖3中。圖3是表示已經(jīng)用于2500次焊接和3500次焊接的電極的側(cè)面輪 廓圖。圖3還包括表示新電極的控制數(shù)據(jù)線。該圖的Y軸代表從電極 的基底到電極的接觸面的電極長(zhǎng)度。X軸代表電極的接觸面的寬度， 其中，O.Omm表示電極的接觸面直徑的中心。在6111T-4鋁上進(jìn)行的 該焊縫具有約l.Omm的厚度。比較經(jīng)歷3500次焊接的電極的數(shù)據(jù)線(以參考數(shù)字8表示)，經(jīng) 歷2500次焊接的電極的數(shù)據(jù)線(以參考數(shù)字6表示)以及控制電極(以 參考數(shù)字4表示)，可以清楚地顯示出在電阻焊接中在電極的使用周期 過(guò)程中的腐蝕影響。尤其是，將已經(jīng)經(jīng)歷3500次焊接的電極與控制電 極相比較更顯示出，電極的長(zhǎng)度從約19.0mm縮短至約18.5mm。更重 要的是，經(jīng)歷3500次焊接的電極和控制電極之間的電極接觸直徑T, 的差大于1.0mm。如上所述，增大的表面積不利地將通過(guò)電極施加的 力分布至金屬板的更大的接觸面上，從而有效地將力分布在更大的面 積上，導(dǎo)致結(jié)合面上的壓力減小。參考圖4，本發(fā)明通過(guò)這樣的方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，該方 法通過(guò)調(diào)節(jié)電極力以對(duì)應(yīng)于電極的接觸面面積的變化來(lái)維持焊接材料 的結(jié)合面處的壓力。本發(fā)明的方法在電阻焊接之前首先開(kāi)始測(cè)量或編 程初始電極的接觸面面積。在一個(gè)具體實(shí)施例中，與首先測(cè)量電極的 直徑相反，設(shè)備操作人員在每次頂端替換開(kāi)始時(shí)將尺寸輸進(jìn)焊接控制 器中。然后金屬板在一定力的作用下與具有第一接觸面面積的電極接 觸，以給金屬板提供壓力，電流被瞬間施加通過(guò)電極至金屬板上，以 形成焊縫。在接下來(lái)的步驟中，測(cè)量由于腐蝕引起的接觸面面積的變 化。最后，調(diào)整電極力與電極接觸面面積的變化對(duì)應(yīng)，以維持施加到 金屬板上的壓力。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，電極端部的表面面積的變化值通 過(guò)測(cè)量電阻焊接裝置臂的行程變化值來(lái)確定，該電阻焊接裝置臂將電極應(yīng)用到待焊接的金屬板上。參考圖5 (a)和5 (b)，行程尺寸X!和X2代表電極15, 15a在 電極起始位置20和在通電流之前電極15在結(jié)合面25上的位置之間運(yùn) 動(dòng)的距離。圖5 (a)描述在腐蝕前電極的初始行程尺寸X!。圖5(b) 描述在電極端部腐蝕后電極15a的行程尺寸X2，其中，在腐蝕后的行 程尺寸X2大于初始行程尺寸X,。參考圖5(c),行程尺寸的變化等于 初始行程尺寸X,和腐蝕后的行程尺寸X2之差，其中，該行程尺寸的 變化等于被腐蝕的電極端部的長(zhǎng)度的尺寸變化(厶X)。參考圖2，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，行程尺寸的變化由缸 12 (如氣動(dòng)釭、電伺月艮釭、氣頂油或液壓缸)測(cè)量，該缸致動(dòng)電極9 與金屬板3接觸。在該具體實(shí)施例中，所述氣動(dòng)、電伺服或液壓缸適 用于測(cè)量每個(gè)焊接的行程尺寸，其中，每個(gè)焊接的行程尺寸被與在電 極的任何腐蝕之前得到的初始行程尺寸相比較?？商鎿Q地，行程尺寸的尺寸變化可以使用從鄰近電極端部7的傳 感器ll得到的到接觸面的距離的光學(xué)、激光和機(jī)械的測(cè)量來(lái)測(cè)量?？?選擇地，傳感器可以安裝在焊接柱12上。傳感器可以設(shè)置在焊接柱 12的外部或與其一體地結(jié)合。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，傳感器13可 以安裝成用于測(cè)量支撐電極9的桿14的運(yùn)動(dòng)。參考圖5a和5b，由于電極腐蝕引起的行程尺寸的變化(被腐蝕 電極端部的長(zhǎng)度變化(AX))被結(jié)合到數(shù)學(xué)算法中以確定被腐蝕電極 的接觸面的表面積的變化，其中，電極腐蝕后的電極接觸面的直徑Df 通常大于腐蝕之前的電極接觸面的直徑Di。將行程尺寸的尺寸變化(被腐蝕電極端部的長(zhǎng)度變化AX)與電 極接觸面面積的增大相關(guān)聯(lián)的算法的一個(gè)例子是Df/Di面積比-0.0977 (AX2) +0.625 (AX) +1.0Di-新的或^f務(wù)飾電極的電極端部的初始直徑D產(chǎn)被腐蝕電極端部的直徑△X-行程尺寸的差以上等式中電極采用了 45°截頭(AWS E型)電極。當(dāng)新電極放置在焊接站中或電極修飾操作修飾電極的表面時(shí)可以得到初始直徑Dj。上述等式僅供說(shuō)明目的，并不用于限制本發(fā)明。使用上述等式，45°截頭(AWS E型)電極的表面積變化可以對(duì) 應(yīng)于行程尺寸的變化AX來(lái)計(jì)算。圖6顯示了電極的接觸面的表面積 與由電極的腐蝕引起的行程尺寸的變化的關(guān)系的視圖，參考數(shù)據(jù)線 30,可以發(fā)現(xiàn)電極端部的表面積隨著行程尺寸的增加而增加。通過(guò)確 定電極端部的表面積的增加，就可以逐步增加施加到電極上的電流和/ 或力以補(bǔ)償表面積的增加和所施加壓力的減小。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，電極接觸面的表面積使用光學(xué)方法直接 測(cè)得。在本發(fā)明的又一個(gè)具體實(shí)施例中，通過(guò)在與被焊接的金屬板分 離的工件上形成電極接觸面的壓痕，然后從工件上的該壓痕測(cè)量電極 接觸面的變化來(lái)確定電極端部的表面積。參考圖7，在本發(fā)明的另一 個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)將電極接觸面7， 9與壓力敏感墊16接觸來(lái)測(cè)量電 極接觸面7， 9的表面積，然后可以向焊接控制器提供反饋。當(dāng)測(cè)得電極接觸面的表面積的變化時(shí)，通過(guò)電極施加到金屬板上 的力和/或施加到金屬板上的電流就步進(jìn)以補(bǔ)償電極端部的增加的表 面積。電極接觸面的增加的表面積不利地將通過(guò)電極施加的力分布到 金屬板的更大的表面上，從而導(dǎo)致施加到結(jié)合面上的壓力減小。因此， 為了維持結(jié)合面上的最佳壓力，電極面必須步進(jìn)以補(bǔ)償腐蝕電極端部 的增加的表面積。步進(jìn)是一種在焊接過(guò)程中力被逐步增加以維持在結(jié)合面處所需壓 力的方法。步進(jìn)的增量與電極接觸表面區(qū)域的增加相關(guān)聯(lián)。該值可以 對(duì)每一次焊接計(jì)算或在特定數(shù)量的操作后周期地計(jì)算。在焊接操作之 前、過(guò)程中或之后都可以進(jìn)行該計(jì)算。此外，在形成差異焊接之前電 流也可以被步進(jìn)以進(jìn)一步延長(zhǎng)電極的使用壽命。得到步進(jìn)值后，根據(jù) 用戶的需要隨后的焊接可以具有電流或力的設(shè)定點(diǎn)的值。重要的方法 可以改變力值和電流值來(lái)維持初始的電流密度和壓力。較少的傳感應(yīng) 用可以改變力值和電流值，從而電流密度和壓強(qiáng)不會(huì)降低至預(yù)定水平 之下。應(yīng)當(dāng)注意，壓力和電流可以同時(shí)地步進(jìn)，或單獨(dú)地步進(jìn)。步進(jìn)電極力的作用在圖6 (a)和6 (b)中得到解釋。圖6 (a)是電極力與 行程尺寸的變化的關(guān)系的視圖，其中，數(shù)據(jù)線40a表示恒定的電極力， 數(shù)據(jù)線35a表示電極力的步進(jìn)。圖6 (b)是在被焊接材料的結(jié)合面上 由施加恒定電極力(數(shù)據(jù)線40b)的電極和施加步進(jìn)電極力(數(shù)據(jù)線 35b)的電極產(chǎn)生的壓力與行程尺寸的變化的關(guān)系的視圖。仍然參照?qǐng)D 6(b)，可以看出，當(dāng)電極力恒定以及行程尺寸增加時(shí)，施加到結(jié)合面 上的壓力減小。步進(jìn)電極力以補(bǔ)償行程尺寸的增加起到穩(wěn)定施加到結(jié) 合面上的壓力的作用，如數(shù)據(jù)線35b中所示。通過(guò)穩(wěn)定結(jié)合面處的壓 力可以延長(zhǎng)電極的壽命并且減少差異焊接的發(fā)生概率。參照?qǐng)D8-10最好地說(shuō)明了對(duì)應(yīng)于電極的表面積的變化來(lái)步進(jìn)力 的優(yōu)點(diǎn)。圖8-10顯示了焊接數(shù)目與剝離直徑/平方根(t)的關(guān)系的視 圖，其中，在剝離直徑/平方根(t)下降到約4.0 (mm) -0.5或更小 的范圍值時(shí)形成差異焊接。剝離直徑/平方根(t)表示剝離直徑的標(biāo) 準(zhǔn)數(shù)據(jù)，其中，在焊接直徑不大于被焊接的板的厚度(板厚)的平方 根的4倍時(shí)產(chǎn)生差異焊接。比如說(shuō)，在圖8-10提供的數(shù)據(jù)中(其中被 焊接的板的厚度為l.Omm),焊接直徑小于l.Omm時(shí)就會(huì)產(chǎn)生差異焊 接。圖8是電阻焊接過(guò)程中進(jìn)行的焊接數(shù)量與產(chǎn)生的焊點(diǎn)的剝離直徑 之間的關(guān)系的視圖，其中，在整個(gè)電極的使用壽命周期內(nèi)，電極力和 電流保持恒定。圖8清楚地顯示出，在近似900次焊接處，剝離直徑低于一將產(chǎn)生差異焊接的水平。圖9是電阻焊接過(guò)程中進(jìn)行的焊接數(shù)量與產(chǎn)生的焊點(diǎn)的剝離直徑 之間的關(guān)系的視圖，其中，在電極的使用壽命周期內(nèi)，施加通過(guò)電極 的電流增量地步進(jìn)。圖9清楚地顯示出，通過(guò)對(duì)應(yīng)于電極腐蝕步進(jìn)電 流可以延長(zhǎng)電極的使用壽命超過(guò)1600次焊接，而不會(huì)形成差異焊接。圖10是電阻焊接過(guò)程中進(jìn)行的焊接數(shù)量與產(chǎn)生的焊點(diǎn)的剝離直 徑之間的關(guān)系的視圖，其中，在電極的使用壽命周期內(nèi)，電極力和施 加通過(guò)電極的電流增量地步進(jìn)。圖IO清楚地顯示出，通過(guò)對(duì)應(yīng)于電極腐蝕步進(jìn)電極力和電流可以延長(zhǎng)電極的使用壽命超過(guò)2300次焊接，而 不會(huì)形成差異焊接。步進(jìn)電極的電流和電極力的一個(gè)例子描述在圖11 的圖表中。盡管本發(fā)明就優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了特別的顯示和描述，但是，可 以被理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做出前述或者其他形式或細(xì)節(jié)的變化而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明并不限制于上文 中描述和解釋的具體形式和細(xì)節(jié)，它們都落入所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種焊接方法，包括以下步驟在一定力下將金屬板與至少一個(gè)具有初始接觸面面積的電極接觸，以對(duì)所述金屬板施加壓力；通過(guò)所述至少一個(gè)電極施加電流到所述金屬板上；測(cè)量所述至少一個(gè)電極的尺寸變化；使所述至少一個(gè)電極的所述尺寸變化與所述初始接觸面面積的變化相關(guān)聯(lián)；以及調(diào)節(jié)所述力以補(bǔ)償所述至少一個(gè)電極的所述初始接觸面面積的所述變化，從而維持施加到所述金屬板上的所述壓力。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)電極包括銅 基合金、難熔金屬、或彌散強(qiáng)化銅合金。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)電極具有電 極端部幾何形狀，該電極端部幾何形狀為尖頭接觸面、拱頂形接觸面、 扁平接觸面或截頭形接觸面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述金屬板包括鋁、鎂或鋼。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電流的范圍在約 5，000amps至約100，000amps之間，所述金屬板包括鋁或鎂。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電流的范圍在約 5，000amps至約350，000amps之間，所述金屬板包括鋼。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)電極具有第 一位置，該第一位置通過(guò)行程尺寸與所述金屬板的接觸面偏移開(kāi)；所 述測(cè)量所述至少一個(gè)電極的尺寸變化的步驟包括測(cè)量所述行程尺寸的 尺寸變化；以及使所述行程尺寸的所述尺寸變化與所述至少一個(gè)電極的所述初始 接觸面面積的變化相關(guān)聯(lián)包括數(shù)學(xué)算法。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述數(shù)學(xué)算法包括Df/Dj面積比-0.0977 (AX2) +0.625 (AX) +1.0 其中，D產(chǎn)腐蝕之前的所述至少一個(gè)電極的電極端部的初始直徑， D尸所述至少一個(gè)電極的電極端部的被腐蝕直徑，AX-所述行程尺寸 的差，所述至少一個(gè)電極具有45。截頭電極端部幾何形狀。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述測(cè)量所述行程尺寸的 所述變化中的尺寸變化的步驟通過(guò)與所述至少一個(gè)電極相鄰的傳感器 完成。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述測(cè)量所述行程尺寸 的所述變化中的尺寸變化的步驟通過(guò)整體地結(jié)合在所述焊接柱上的傳 感器完成。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述至少一個(gè)電極通過(guò) 液壓的、電伺服的、氣頂油的或氣動(dòng)的缸被驅(qū)動(dòng)與所述金屬板接觸， 所述液壓的、電伺服的、氣頂油的或氣動(dòng)的缸用于測(cè)量所述行程尺寸 的所述尺寸變化。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述測(cè)量所述至少一個(gè) 電極的尺寸變化的步驟包括通過(guò)光學(xué)的、激光的或機(jī)械的測(cè)量來(lái)測(cè)量 所述至少一個(gè)電極的電極端部表面的尺寸變化。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述測(cè)量所述至少一個(gè) 電極的尺寸變化的步驟包括在工件上形成所述至少一個(gè)電極的電極端 部表面的壓痕并測(cè)量所述壓痕。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，還包括修飾具有尺寸變 化的所述至少 一個(gè)電極以恢復(fù)到所述初始接觸面面積。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電極具有前端，該 前端具有截頭形的、拱頂形的或鼻形的輪廓。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述測(cè)量所述至少一個(gè) 電極的尺寸變化的步驟包括使所述電極與壓力墊接觸。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述力的范圍為30MPa 至約200MPa。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)電極的直徑范圍為約3.2mm至約19mm。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，調(diào)節(jié)所述力的步驟包括 在所述至少一個(gè)的電極的使用期限內(nèi)漸增地步進(jìn)所述力以對(duì)應(yīng)于所述 電極接觸面的所述變化。
20、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電流被步進(jìn)以對(duì)應(yīng) 于所述至少一個(gè)電極的所述接觸面面積的所述變化。
21、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述至少一個(gè)電極包括 上電極和下電極，該上電極設(shè)置成在所述施加電流的過(guò)程中與所述金 屬板的上表面接觸，該下電極設(shè)置成在所述施加電流的過(guò)程中與所述 金屬板的下表面接觸。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的電阻焊接方法，該方法包括步驟在一定力下將金屬板與至少一個(gè)具有初始接觸面面積的電極接觸，以對(duì)所述金屬板施加壓力；通過(guò)所述至少一個(gè)電極施加電流到所述金屬板上；測(cè)量所述至少一個(gè)電極的尺寸變化；使所述至少一個(gè)電極的所述尺寸變化與所述初始接觸面面積的變化相關(guān)聯(lián)；以及調(diào)節(jié)所述力以補(bǔ)償所述至少一個(gè)電極的所述初始接觸面面積的所述變化，從而維持施加到所述金屬板上的壓力。通過(guò)步進(jìn)所述力來(lái)調(diào)節(jié)所述力以維持要被焊接的金屬板的結(jié)合面上的壓力。通過(guò)維持結(jié)合面上的壓力，電極的使用周期可以被提高而不形成差異焊接?？梢圆竭M(jìn)電流以進(jìn)一步延長(zhǎng)電極的壽命。
文檔編號(hào)B23K11/25GK101336148SQ200680052150
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者D·J·斯皮內(nèi)拉, J·M·弗里迪, J·R·布羅肯伯勒 申請(qǐng)人:美鋁公司