焊接電極和用于形成電阻點(diǎn)焊接頭的方法
【專利說明】焊接電極和用于形成電阻點(diǎn)焊接頭的方法
[0001]本申請是申請日為2012年3月16日、申請?zhí)枮?01210070093.6、發(fā)明名稱為“焊接電極和用于形成電阻點(diǎn)焊接頭的方法”的專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大體涉及電阻點(diǎn)焊，且更具體地，涉及焊接電極和用于在工件中形成電阻點(diǎn)焊接頭的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]電阻點(diǎn)焊可用于連結(jié)鋼基板。通常，電阻點(diǎn)焊可包括用力將工件(例如，要被連結(jié)的鋼基板)夾持在兩個(gè)焊接電極之間，并使電流從一個(gè)焊接電極流過工件到達(dá)第二焊接電極并持續(xù)一時(shí)間段，從而完成電回路。電流因?yàn)楣ぜ?nèi)的電阻而在基板對基板的貼合界面處和在電極對工件的兩個(gè)界面處產(chǎn)生熱。熱即刻熔化在基板對基板的貼合界面處的鋼基板，以形成焊核，即，電阻點(diǎn)焊接頭，且由此連結(jié)了鋼基板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]—種焊接電極，包括電極保持器和電極帽。電極帽可移除地附連到所述電極保持器且具有中央縱向軸線。所述電極帽還包括本體，具有近端和與所述近端間隔開的焊接表面，其中，所述焊接表面基本平滑且沒有限定在其中的任何溝槽。此外，焊接表面具有大約7mm到大約10mm的第一直徑、第一曲率半徑和與所述第一曲率半徑不同的第二曲率半徑。電極帽還包括裙?fàn)畈糠郑厮鲋醒肟v向軸線延伸離開所述本體，且被構(gòu)造為承靠所述電極保持器，以由此將所述電極帽可移除地附連到所述電極保持器。所述裙?fàn)畈糠志哂械谝幻?，其基本平行于所述中央縱向軸線且與所述焊接表面間隔開。所述本體具有第二面，其互連所述第一面和所述焊接表面；所述本體從所述第一面沿所述第二面向所述焊接表面呈錐形。
[0005]在一個(gè)變體中，電極帽的焊接表面包括隆起部，其與第二面間隔開。隆起部具有從大約8_到大約40_的第一曲率半徑和從大約4_到大約7_的第二直徑。焊接表面還包括肩部，其鄰接隆起部。另外，焊接表面具有不同于第一曲率半徑的第二曲率半徑。電極帽包括裙?fàn)畈糠?，其沿中央縱向軸線延伸離開本體并限定冷卻通道。裙?fàn)畈糠直粯?gòu)造為承靠電極保持器，以由此將電極帽可移除地附連到電極保持器。此外，本體從第一面沿第二面向焊接表面呈錐形，從而肩部鄰接第二面。
[0006]—種在工件中形成電阻點(diǎn)焊接頭的方法包括:將工件布置在第一焊接電極和第二焊接電極之間。該工件包括第一鋼基板，其布置為與第二鋼基板接觸，以在它們之間限定貼合界面。第一焊接電極和第二焊接電極每個(gè)包括電極保持器和電極帽，該電極帽可移除地附連到所述電極保持器且具有中央縱向軸線。所述電極帽包括本體，具有近端和與所述近端間隔開的焊接表面。所述焊接表面基本平滑且沒有限定在其中的任何溝槽，且焊接表面具有大約7_到大約10_的第一直徑、第一曲率半徑和與所述第一曲率半徑不同的第二曲率半徑。電極帽還包括裙?fàn)畈糠?，沿所述中央縱向軸線延伸離開所述本體。裙裝部分被構(gòu)造為承靠所述電極保持器，以由此將所述電極帽可移除地附連到所述電極保持器。所述裙?fàn)畈糠志哂械谝幻?，其基本平行于所述中央縱向軸線且與所述焊接表面間隔開。所述本體具有第二面，其互連所述第一面和所述焊接表面。此外，所述本體從所述第一面沿所述第二面向所述焊接表面呈錐形。本方法還包括將工件與第一焊接電極和第二焊接電極的每個(gè)的焊接表面接觸，以便在第一鋼基板和第一焊接電極之間限定第一焊接界面，并在第二鋼基板和第二焊接電極之間限定第二焊接界面。本方法還包括在第一焊接界面的第一面積上感應(yīng)出第一量的電阻熱、在第二焊接界面的第二面積上感應(yīng)出第二量的電阻熱、在貼合界面的第三面積上感應(yīng)出第三量的電阻熱、在第一鋼基板內(nèi)感應(yīng)出第四量的電阻熱和在第二鋼基板內(nèi)感應(yīng)出第五量的電阻熱。第三量的電阻熱、第四量的電阻熱和第五量的電阻熱每個(gè)小于第一量的電阻熱和第二量的電阻熱中的任一個(gè)。本方法還包括使得第一面積對第三面積的第一比和第二面積對第三面積的第二比每個(gè)最大化，以由此在工件中形成電阻點(diǎn)焊接頭。
[0007]焊接電極和本方法實(shí)現(xiàn)一種電阻點(diǎn)焊接頭的形成，其具有優(yōu)異的高循環(huán)疲勞壽命、優(yōu)異的剝離拉伸強(qiáng)度和對焊接接頭表面裂紋形成的減小敏感度。即，焊接電極和本方法形成的電阻點(diǎn)焊接頭被優(yōu)化以承受施加到第一鋼基板和第二鋼基板每個(gè)的高循環(huán)次數(shù)的拉伸剪切載荷。焊接電極和本方法實(shí)現(xiàn)一種電阻點(diǎn)焊接頭的形成，其在貼合界面處優(yōu)化地穿透第一鋼基板和第二鋼基板，以由此將第二鋼基板連結(jié)到第一鋼基板。即，第一量的電阻熱和第二量的電阻熱被分別分配在第一焊接界面和第二焊接界面上的優(yōu)化部分上，以形成電阻點(diǎn)焊接頭。更具體地，本方法使得第一比和第二比最大化，并促使形成具有例如沙漏形狀的電阻點(diǎn)焊接頭。即，第一鋼基板和第二鋼基板每個(gè)可具有熱影響區(qū)，熱影響區(qū)鄰近電阻點(diǎn)焊接頭并具有邊界，其中，邊界和貼合界面可在二者之間限定出一角，大于大約75度，例如，從大約80度到大約120度。焊接電極和本方法使得邊界和貼合界面之間的角最大化，從而第一鋼基板內(nèi)的熱影響區(qū)可與第二鋼基板內(nèi)的第二熱影響區(qū)組合，以形成大致沙漏的形狀。
[0008]焊接電極和本方法還使得可以使第一和第二鋼基板的降級和厚度減小，而沒有伴隨的疲勞強(qiáng)度或剝離拉伸強(qiáng)度損失。這樣，焊接電極和本方法適于需要優(yōu)異的剝離拉伸強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命但不伴隨鋼基板厚度增加的應(yīng)用。本方法優(yōu)化地控制焊接參數(shù)，以增加電阻點(diǎn)焊接頭的肩部直徑，并保持電阻點(diǎn)焊接頭在貼合界面處的腰部直徑。另外，焊接電極和本方法改變焊接電流通量線的方向，并跨過第一和第二焊接界面分配接觸壓力和接觸電阻，以便產(chǎn)生第一和第二焊接界面處的電阻熱的前述優(yōu)化分配。
[0009]本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢和其他特征和優(yōu)勢將從用于實(shí)施本發(fā)明的最佳模式的以下詳細(xì)描述連同附圖時(shí)顯而易見。
【附圖說明】
[0010]圖1是布置在用于電阻點(diǎn)焊操作的兩個(gè)焊接電極之間的示意局部側(cè)視圖，其中，每個(gè)焊接電極包括電極保持器和可移除地附連到電極保持器的電極帽；
[0011]圖2A是圖1的電極帽的另一變體的示意局部橫截面視圖；
[0012]圖2B是圖1的電極帽的又一變體的示意局部橫截面視圖；
[0013]圖3是圖1的電極帽的再一變體的示意局部橫截面視圖；
[0014]圖4是圖1的電極帽的額外變體的示意局部橫截面視圖；
[0015]圖5是形成在圖1的工件中大致沙漏形的電阻點(diǎn)焊接頭的示意局部橫截面視圖；
[0016]圖6是在圖5的工件中形成圖5的電阻點(diǎn)焊接頭的方法的示意圖；以及
[0017]圖7是圖5的工件的一部分的示意放大顯微組織視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]參考附圖，其中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，焊接電極在圖1中大致在10處示出。如前詳細(xì)所述，焊接電極10可用于以下應(yīng)用:需要通過電阻點(diǎn)焊接頭或焊核16將第一鋼基板12連結(jié)到第二鋼基板14的應(yīng)用，該電阻點(diǎn)焊接頭或焊核具有最大化的剝離拉伸強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、疲勞壽命和抵抗焊接表面裂紋形成的抗力。形成電阻點(diǎn)焊接頭16的方法也在此披露。焊接電極10和方法可用于需要經(jīng)焊接部件的汽車應(yīng)用。但是，焊接電極10和方法還可用于非汽車應(yīng)用，諸如，但不限于，航空、鐵路和建筑應(yīng)用。
[0019]在工件18中形成電阻點(diǎn)焊接頭16的方法參考圖1描述。如圖1所示，工件18包括第一鋼基板12，布置為與第二鋼基板14接觸，以在其之間限定貼合界面20。應(yīng)該意識到，附圖不是必須按照比例繪制的。第一鋼基板12可由任意適當(dāng)?shù)匿撔纬?，用于工?8和方法的期望應(yīng)用。例如，第一鋼基板12可由鋼形成，諸如但不限于:低碳鋼；包括鐵素體和碳和/或鈦、釩和/或鈮的氮析出物的高強(qiáng)度低合金(HSLA)鋼；高級高強(qiáng)度鋼(AHSS);和其組合。具體地，第一鋼基板12可由適當(dāng)?shù)母呒壐邚?qiáng)度鋼制造，包括但不限于:包括鐵素體和馬氏體的雙相(DP)鋼；包括鐵素體和奧氏體和貝氏體的相變感生塑性(TRIP)鋼；包括鐵素體、馬氏體、貝氏體和碳和/或鈮、鈦和/或釩的氮析出物的復(fù)相(CP)鋼；馬氏體鋼；和其組合。
[0020]再次參考圖1，第一鋼基板12可具有第一厚度22，其根據(jù)工件18的期望應(yīng)用來選擇。例如，第一厚度22可以是從大約0.5mm到大約6_。具體地為了汽車應(yīng)用，第一鋼基板12的第一厚度22可以是從大約1mm到大約3mm。
[0021]再次如圖1所示，工件18還包括第二鋼基板14。第二鋼基板14也可根據(jù)工件18的期望應(yīng)用由任意適當(dāng)?shù)匿撔纬?。例如，為了需要?qiáng)度和耐用性的應(yīng)用，第二鋼基板14也可由以下鋼形成，諸如但不限于:低碳鋼；包括鐵素體和碳和/或鈦、釩和/或鈮的氮析出物的高強(qiáng)度低合金(HSLA)鋼；高級高強(qiáng)度鋼(AHSS);和其組合。具體地，第二鋼基板14可由適當(dāng)?shù)母呒壐邚?qiáng)度鋼制造，包括但不限于，包括鐵素體和馬氏體的雙相(DP)鋼；包括鐵素體和奧氏體和貝氏體的相變感生塑性(TRIP)鋼；包括鐵素體、馬氏體、貝氏體和碳和/或鈮、鈦和/或釩的氮析出物的復(fù)相(CP)鋼；馬氏體鋼；和其組合。
[0022]因此，工件18的第一鋼基板12和第二鋼基板14的至少一個(gè)可由高級高強(qiáng)度鋼形成。但是，第一鋼基板12和第二鋼基板14可由相同或不同的鋼形成。
[0023]再次參考圖1，第二鋼基板14可具有第二厚度24，該第二厚度不同于第一鋼基板12的第一厚度22。例如，第二厚度24可大于第一厚度22。替換地，第一厚度22和第二厚度24可大致相同。例如，第二厚度24也可以是從大約0.5mm到大約6mm。具體地，對于汽車應(yīng)用，第二厚度24可以是從大約1_到大約3_。因此，如圖1所示，電阻點(diǎn)焊接頭16可被形成以便連結(jié)具有大約1.6mm的第一厚度22的第一基板12和具有大約3mm的第二厚度24的第二基板14。
[0024]如圖1和5所示，第二鋼基板14被布置為與第一鋼基板12接觸，以在其之間限定貼合界面20。例如，第一鋼基板12可以與第二鋼基板14對齊(未示出)或偏置(圖1和5)，以便在貼合界面20處接觸第二鋼基板14。第一鋼基板12和第二鋼基板14可以以搭接剪切構(gòu)造(lap shear configurat1n)(即，以交疊構(gòu)造)在貼合界面20處彼此面對和接觸，如圖1和5所示。
[0025]再次參考圖1，該方法包括將工件18布置在第一焊接電極110和第二焊接電極210之間。為了該方法，工件18可以以任何方式布置或放置在第一焊接電極110和第二焊接電極210之間，例如，通過手動(dòng)或通過機(jī)器。
[0026]如圖1所示，第一焊接電極110和第二焊接電極210的每個(gè)包括電極保持器26。因?yàn)榈谝缓附与姌O110和第二焊接電極210的每