點焊的焊面設(shè)計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及點焊的焊面設(shè)計，具體地，一種用于在點焊過程期間接合鋁合金工件中使用的焊接電極具有焊面，該焊面包括基表面和從該基表面向外突出的多個圓形脊。圓形脊是變鈍的，并且它們在焊面上的存在為第一焊接電極提供一些有用的能力，包括建立與鋁合金工件的更好機械和電接觸的能力。
【專利說明】點焊的焊面設(shè)計
[0001]本申請是2006年9月28日提交的序號N0.11/536，001、當(dāng)前美國專利申請公布N0.2008/0078749的部分繼續(xù)申請案。該申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開總體涉及一種適合于例如在包括至少一個鋁合金工件的金屬工件堆中形成電阻點焊的焊接電極。

【背景技術(shù)】
[0003]一些不同類型的車身部件一略舉數(shù)例，諸如門、發(fā)動機蓋、行李箱蓋、和提升式門一包括聯(lián)結(jié)在一起的兩個或更多個金屬工件。金屬工件可通過一個或多個電阻點焊至少部分地聯(lián)結(jié)。這些焊點通常環(huán)繞主體部件的周邊或在一些其它結(jié)合區(qū)域處形成。在過去，金屬工件通常由鋼構(gòu)成，并且出于該原因，并考慮到將鋼點焊到鋼的特定方面，許多年來已經(jīng)特別形成點焊實踐。然而，最近，只要有可能嘗試以及減小車輛重量，就存在用鋁合金工件替代鋼工件的努力。
[0004]電阻點焊大體由包括兩個槍臂的固定的或機器人可移動的焊槍形成。這些槍臂中的各槍臂保持通常由適當(dāng)?shù)你~合金構(gòu)成的焊接電極。槍臂可定位在工件堆的相對的側(cè)上并且被夾緊以在直徑上的公共位置處抵靠其相應(yīng)的金屬工件擠壓所述兩個電極。瞬時電流于是從一個電極穿過金屬工件到另一個電極。對通過金屬工件并且橫跨它們的接合界面(即，金屬工件的接觸界面)的電流的阻抗在接合界面處產(chǎn)生熱量。該熱量形成熔融焊池，在電流的中斷之后，該熔融焊池凝固成焊核。在點焊形成之后，槍臂釋放它們的夾緊力，并且在另一個焊接位置處重復(fù)點焊過程。
[0005]包括鋁合金工件的工件堆的點焊可呈現(xiàn)特殊的挑戰(zhàn)。其一，鋁合金工件通常由在其外表面上由在銑削操作中經(jīng)歷的過程(例如，退火、固溶處理、鑄造等)以及環(huán)境暴露兩者所產(chǎn)生的各種氧化物層(為了簡便起見，在下文中以單數(shù)形式通稱為“氧化物層”)覆蓋。該氧化物層增加在接觸塊處的電阻。因為氧化物層的高電阻和在下面的大塊鋁合金的相對低的熱阻和電阻，所以通常需要高電流密度以在鋁合金工件的與堆中的另一個金屬工件形成接合界面的表面處形成焊池。
[0006]雖然在期望位置處形成焊池有用，但是高電流密度可在接觸塊處產(chǎn)生過多熱量，這進而可加快包括工件的鋁合金與包括相關(guān)聯(lián)的焊接電極的銅合金之間的冶金反應(yīng)。該反應(yīng)導(dǎo)致銅鋁合金堆積或積聚在焊接電極上的污染層。如果保持原狀，則污染堆積可碎裂并且在焊接電極中形成坑，這最終損害焊接性能并且使電極修整(dressing)變復(fù)雜。這些復(fù)雜狀態(tài)以及其它情況呈現(xiàn)與旨在在點焊期間接合鋁合金工件的焊接電極的設(shè)計相關(guān)的各種挑戰(zhàn)，與諸如鋼工件的一些其它類型的金屬工件相反。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]共同受讓的美國專利申請公布N0.2008/0078749公開了在點焊電極的焊面上環(huán)脊的存在。本公開進一步描述包括環(huán)脊的焊接電極實施例。在此處，焊接電極具有特別地設(shè)計成經(jīng)歷與鋁合金工件的可接近外表面點焊接合的焊面。焊面是穹頂形的，并且另外，包括從焊面的基表面向外突出的多個圓形脊。這些脊變鈍成當(dāng)在點焊期間與鋁合金工件表面形成接觸接合時引起在該鋁合金工件表面上存在的氧化物層的橫向拉伸和斷裂。從兩個至十個向外突出的圓形脊可存在于焊面上的任何地方，并且優(yōu)選地該數(shù)量在三個和五個之間。而且，焊面的基表面優(yōu)選地包括可位于最內(nèi)的圓形脊內(nèi)或在任一對相鄰的圓形脊之間的至少一個平坦表面。
[0008]本發(fā)明還提供如下方案:
1.一種焊接電極，包括:
具有圓周的主體；
具有圓周和中心的焊面，所述焊面的中心在所述焊面的圓周上方被升高至所述焊面的圓周的直徑的約0.5%至約15%的高度；以及
其中，所述焊面包括從基表面向外突出的多個圓形脊，所述多個圓形脊包括圍繞所述焊面的中心的第一圓形脊、從所述第一圓形脊徑向向外隔開的第二圓形脊、以及從所述第二圓形脊徑向向外隔開的第三圓形脊，并且其中所述第一圓形脊、第二圓形脊、和第三圓形脊中的每一個是變鈍的并且具有閉合的圓周。
[0009]2.根據(jù)方案I所述的焊接電極，其特征在于，所述第一圓形脊、第二圓形脊、和第三圓形脊中的一個或多個具有平坦頂表面。
[0010]3.根據(jù)方案I所述的焊接電極，其特征在于，所述第一圓形脊、第二圓形脊、和第三圓形脊中的每一個具有范圍從約20 μ m至約200 μ m的脊高度。
[0011]4.根據(jù)方案I所述的焊接電極，其特征在于，所述第一圓形脊的脊高度和所述第二圓形脊的脊高度隔開約80 μ m至約1500 μ m,并且所述第二圓形脊的脊高度和所述第三圓形脊的脊高度隔開約80 μ m至約1500 μ m。
[0012]5.根據(jù)方案I所述的焊接電極，其特征在于，所述焊面還包括從所述焊面的基表面向外突出的一至七個附加圓形脊。
[0013]6.根據(jù)方案I所述的焊接電極，其特征在于，所述焊面的中心在所述焊面的圓周上方被升高的高度范圍從所述焊面的圓周的直徑的約2%至約8%。
[0014]7.一種實施電阻點焊的方法，所述方法包括:
提供包括焊面的第一焊接電極，所述焊面具有圓周和中心，所述焊面的中心在所述焊面的圓周上方被升高至所述焊面的圓周的直徑的約0.5%至約15%的高度，所述焊面還包括從所述焊面的基表面向外突出的多個圓形脊，所述多個圓形脊中的每一個具有閉合的圓周并且是變鈍的；
使所述鋁合金工件的可接近外表面與所述第一焊接電極的焊面接觸，使得所述多個圓形脊中的至少一個在所述基表面之前接觸所述鋁合金工件的可接近外表面；
在所述第一焊接電極的焊面和第二焊接電極的焊面之間傳遞焊接電流，所述第二焊接電極的焊面與另一個鋁合金工件的可接近外表面相接合，所述另一個鋁合金工件與所述第一鋁合金工件重疊以在所述兩個工件之間提供接合界面，所述焊接電流引起在所述接合界面處的單個熔融焊池，所述單個熔融焊池增長并且穿入到所述第一鋁合金工件和第二鋁合金工件中的每一個中；以及停止焊接電流在所述第一焊接電極的焊面和所述第二焊接電極的焊面之間的通過以允許所述熔融焊池固化成焊核。
[0015]8.根據(jù)方案7所述的方法，其特征在于，所述多個脊包括圍繞所述焊面的中心的第一圓形脊、從所述第一圓形脊徑向向外隔開的第二圓形脊、和從所述第二圓形脊徑向向外隔開的第三圓形脊。
[0016]9.根據(jù)方案8所述的方法，其特征在于，所述第一圓形脊、第二圓形脊、和第三圓形脊中的每一個具有從約20 μ m至約200 μ m的脊高度。
[0017]10.根據(jù)方案8所述的方法，其特征在于，所述焊面的基表面包括位于所述第一圓形脊內(nèi)的中心基表面部、位于所述第一圓形脊和所述第二圓形脊之間的第一中間基表面部、位于所述第二圓形脊和所述第三圓形脊之間的第二中間基表面部、和位于所述多個圓形脊的徑向外側(cè)的周邊基表面部，并且其中，所述中心基表面部、第一中間基表面部、第二中間基表面部、或周邊基表面部中的至少一個當(dāng)在截面上被觀察時是平面的。
[0018]11.根據(jù)方案10所述的方法，其特征在于，所述中心基表面部當(dāng)在截面上被觀察時是平面的。
[0019]12.根據(jù)方案10所述的方法，其特征在于，所述中心基表面部是凸形的，并且所述第一中間基表面部、第二中間基表面部、或周邊基表面部中的至少一個當(dāng)在截面上被觀察時是平面的。
[0020]13.根據(jù)方案7所述的方法，其特征在于，所述焊面還包括從所述焊面的基表面向外突出的一至七個附加圓形脊。
[0021]14.根據(jù)方案13所述的方法，其特征在于，所述焊面的基表面包括位于所述第一圓形脊內(nèi)的中心基表面、位于各對相鄰的圓形脊之間的中間基表面部、和在所述多個圓形脊的徑向外側(cè)的周邊基表面部，并且其中，所述中心基表面部、所述中間基表面部、或所述周邊基表面中的至少一個當(dāng)在截面上被觀察時是平面的。
[0022]15.根據(jù)方案14所述的方法，其特征在于，所述多個圓形脊中的每一個具有范圍從約20 μ m至約200 μ m的脊高度，并且其中，所述多個脊中的每一個的脊高度與任意其它脊的脊高度間隔約80 μ m至約1500 μ m。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是適于形成工件堆中的電阻點焊的焊槍的總體側(cè)視圖；
圖2是焊接電極的總體透視圖；
圖3是根據(jù)一個實施例的焊接電極的焊面的截面圖；
圖3A是根據(jù)一個實施例的焊接電極的焊面的放大局部截面圖；
圖3B是根據(jù)另一個實施例的焊接電極的焊面的放大局部截面圖；
圖4是根據(jù)另一個實施例的焊接電極的焊面的截面圖；
圖5是根據(jù)又一個實施例的焊接電極的焊面的截面圖；
圖6是根據(jù)再一個實施例的焊接電極的焊面的截面圖；以及圖7是接合在一對重疊鋁合金工件的電阻點焊中的一對焊接電極的放大截面圖。

【具體實施方式】
[0024]圖1示出可用于電阻點焊在焊接位置16處的第一鋁合金工件12和第二鋁合金工件14的焊槍10。第一和第二鋁合金工件12、14由諸如鋁鎂合金、鋁硅合金、或鋁鎂硅合金的鋁合金構(gòu)成，并且可在任何位置從約0.5mm至約6.0mm厚。鋁合金工件的特定示例是
1.0mm厚5754-0鋁合金。但是其它鋁合金和特定工件厚度是可能的。出于該原因，如本文中所使用的術(shù)語“工件”是指廣泛地包含片金屬層、突起部、鑄件、和可電阻點焊的其它鋁合金件。
[0025]焊槍10通常是較大的自動化焊接操作的一部分，并且包括機械和電氣地構(gòu)造以反復(fù)地形成點焊的第一槍臂18和第二槍臂20，如本領(lǐng)域中很好理解的。第一槍臂18具有固持第一銅合金焊接電極24的第一電極保持器22，并且同樣地，第二槍臂20具有固持第二銅合金焊接電極28的第二電極保持器26。焊槍臂18、20在點焊期間被操作以抵靠重疊鋁合金件12、14的相反地面對的第一和第二可接近外表面30、32夾緊它們的相應(yīng)焊接電極24、28。第一和第二焊接電極24、28抵靠它們相應(yīng)的工件表面30、32被夾緊成彼此相反地對準(zhǔn)，使得在它們之間交換的電流可集中熱量并且在預(yù)期的焊接位置16處形成點焊。雖然第一焊接電極24在剩余的圖中描繪并且出于說明性目的在該描述中隨后被引用，但是應(yīng)領(lǐng)會，若需要，圖和描述也可等同于適用于第二焊接電極28。
[0026]現(xiàn)在參照圖2-3，第一焊接電極24具有大體圓柱狀主體34，其在一端38處限定可接近的中空凹槽36以便插入和附接第一電極保持器22。主體34的另一端40具有圓周42，該圓周42的直徑44的范圍可從約1mm至約22mm。第一焊接電極還包括在點焊期間物理地接觸第一鋁合金工件12的可接近外表面30的穹頂焊面46。焊面46優(yōu)選地具有圓周48，該圓周48從主體34的圓周42向上移位,并且位于主體34的圓周42的假想軸向圓柱形延伸部50內(nèi)，且兩個圓周42、48如所示出的是平行的或偏移的，使得焊面46的圓周48相對于主體34的圓周42是傾斜的。焊面46的圓周48的直徑52的范圍通常從約5.5mm至約18mm,或更優(yōu)選地，從約7mm至約12mm。
[0027]焊面46還包括中心54，該中心54在焊面46的圓周上方升高至焊面圓周48的直徑52的約0.5%至約15%的高度56。但是，優(yōu)選地，該高度56的范圍從焊面圓周48的直徑52的約2%至約8%，如由下列示例所示:(I)約7mm的焊面直徑52和約0.15mm的焊面高度56 [高度56為直徑52的約2.2%];和(2)12.!的焊面直徑52和約0.92mm的焊面高度[高度56為直徑52的約7.7%]。除了主體34和焊面46之外，第一焊接電極24還可包括從主體34的圓周42過渡到焊縫46的圓周48的過渡區(qū)域58。該過渡區(qū)域58在形狀上可為截頭圓錐，如所示的，或它可具有一些其它適當(dāng)?shù)男螤睢Ｈ欢?，在一些?yīng)用中，主體34的圓周42和焊面46的圓周48是一致的。這樣的電極通常稱為“全面(full-face)電極”。
[0028]焊面46包括基表面60和從基表面60向外突出的多個圓形脊(ridge) 62?；砻?0是焊面46的名義面，并且占據(jù)焊面46的表面面積50%或以上，優(yōu)選地在約50%和80%之間，且剩余的表面面積歸屬于圓形脊62。基表面60可構(gòu)造成具有期望的形狀或為焊面46提供其整體穹頂形狀的的形狀的組合。取決于一些因素，包括可能需要定期被實踐的任意需要的焊面重新修整程序的復(fù)雜性，基表面60的位于所述多個圓形脊62的徑向外側(cè)或在所述圓形脊62之間的部分可為彎曲的或平面的。
[0029] 如所示出的，例如，焊面46可包括優(yōu)選地在所有方向上等距地圍繞其中心54的第一圓形脊64。焊面46可以進一步包括與第一圓形脊64徑向向外隔開的第二圓形脊66和與第二圓形脊66徑向向外隔開的第三圓形脊68。第一圓形脊64、第二圓形脊66、和第三圓形脊68各自具有閉合的圓周；也就是，圓形脊64、66、68的圓周在截面形狀上是大體恒定的并且不被顯著的缺口或其它間斷點打斷。類似結(jié)構(gòu)的附加圓形脊62 (但是在此處未示出)也可與第三圓形脊68徑向向外隔開。第一、第二、和第三圓形脊64、66、68的下列論述因此也適用于可能存在的任意附加圓形脊62。若需要，從一個至七個附加圓形脊62可被包括在焊面46上的任何位置。
[0030]第一、第二、和第三圓形脊64、66、68 (和任意其它圓形脊,如果存在)均是變鈍的。這意味著圓形脊64、66、68不包括任意銳利邊緣。這樣的變鈍的圓形脊在此處被利用以在焊面46在點焊期間與工件面30形成接觸時將在第一鋁合金工件12的可接近的外表面30上存在的表面氧化物層橫向地拉伸和斷裂一與將其刺穿相反。成為變鈍的，比如，圓形脊64、66、68中的一個或多個可具有包括圓化的頂表面70的截面，如圖3A中所示。在另一個實施例中，圓形脊64、66、68中的一個或多個可具有包括由圓角式周邊邊緣74接連的平坦頂表面72的截面，如圖3B中所示。為第一、第二、和第三圓形脊64、66、68提供變鈍的輪廓的其它截面當(dāng)然是允許的，盡管在圖中未明確地示出。
[0031]可改變第一、第二、和第三圓形脊64、66、68的尺寸和間距以滿足某些處理考慮。這些處理考慮包括但不限于圓形脊64、66、68穿入到第一鋁合金工件12中的深度、在焊面46和第一鋁合金工件12之間良好的機械和電接觸的建立、所形成的焊核的質(zhì)量、和焊面46可被重新修整的簡易性。如圖3 - 3B中所示，第一、第二、和第三圓形脊64、66、68中的每一個具有在基表面60的上方延伸的脊高度640、660、680—當(dāng)在截面上被觀察時在脊64、66、68的中點處截取的。各圓形脊64、66、68的脊高度640、660、680的范圍優(yōu)選地從約20 μ m至約200 μ m。而且，脊64、66、68在它們的脊高度640、660、680之間的間距范圍(峰到峰間距測量)優(yōu)選地從約80 μ m至約1500 μ m。
[0032]現(xiàn)在參照圖3 - 6，焊面46的基表面60優(yōu)選地包括一個或多個平面表面。如在本公開中所使用的“平面表面”是大體平坦表面，其凸曲率半徑當(dāng)在截面上被觀察時不小于200 mm。在圖3中，例如，基表面60包括位于第一圓形脊64內(nèi)的中心平面基表面部76。中心平面基表面部76在第一圓形脊64的脊高度640的下方隔開至少40%并且優(yōu)選地以焊面46的中心54為中心。圖3中的焊面實施例進一步包括:位于第一和第二圓形脊64、66之間的第一中間基表面部78 ;位于第二和第三圓形脊66、68之間的第二中間基表面部80 ;以及，位于第三圓形脊68的徑向外側(cè)的周邊基表面部82。第一中間基表面部78、第二中間基表面部80、和周邊基表面部82均是凸彎曲的，如所示出的，以為基表面60提供范圍從約20mm至約40 mm的從焊面46的圓周48到第一圓形脊64的曲率半徑。
[0033]在另一個實施例中，如圖4中所示，基表面60包括位于第一圓形脊64內(nèi)的中心球形基表面部84。中心球形基表面部84在第一圓形脊64的脊高度640的下方隔開至少40%并且具有范圍從約20 mm至約40 mm的曲率半徑。優(yōu)選地，它也以焊面46的中心54為中心。圖4中的焊面實施例進一步包括:位于第一和第二圓形脊64、66之間的第一中間基表面部86 ;位于第二和第三圓形脊66、68之間的第二中間基表面部88 ;以及，位于第三圓形脊68的徑向外側(cè)的周邊基表面部90。第一中間基表面部86、第二中間基表面部88、和周邊基表面部90均是平面。并且那些表面部86、88、90中的一個或多個相對于與焊面46的圓周48相交的平面92以高達約45°的角度傾斜，如在圖4中示出它們，或那些表面部86、88、90中的一個或多個可平行于焊面46的圓周48。
[0034]在又一個實施例中，如圖5中所示，基表面60包括位于第一圓形脊64內(nèi)的中心平面基表面部94。與之前類似，中心平面基表面部94在第一圓形脊64的脊高度640的下方隔開至少40%并且優(yōu)選地以焊面46的中心54為中心。圖5中的焊面實施例進一步包括:位于第一和第二圓形脊64、66之間的第一中間基表面部96 ;位于第二和第三圓形脊66、68之間的第二中間基表面部98 ;以及，位于第三圓形脊68的徑向外側(cè)的周邊基表面部100。在此處，第一中間基表面部96和周邊基表面部100均以范圍從約20 mm至約40 mm的曲率半徑凸彎曲，而第二中間基表面部98是平面并且相對于與焊面46的圓周48相交的平面92以高達約45°的角度傾斜。
[0035]在又一個實施例中，如圖6中所示，焊面46包括從基表面60向外突出的兩個附加圓形脊62:與第三圓形脊68徑向向外隔開的第四圓形脊102和與第四圓形脊102徑向向外隔開的第五圓形脊104。此處所示的基表面60包括平面中心基表面部106—類似于先前在圖3和圖5中描述的那些一位于第一圓形脊64內(nèi)。圖6中的焊面實施例進一步包括:位于第一和第二圓形脊64、66之間的第一中間基表面部108 ;位于第二和第三圓形脊66、68之間的第二中間基表面部110 ;位于第三和第四圓形脊68、102之間的第三中間基表面部112 ；位于第四和第五圓形脊102、104之間的第四中間基表面部114 ;位于第五圓形脊104的徑向外側(cè)的周邊基表面部116。這些基表面部108、110、112、114、116中的每一個可以范圍從約20 mm至約40 mm的曲率半徑凸彎曲，如圖6中示出它們，或如較早所描述的那樣可為平面的或傾斜的。
[0036]如上文所描述的第一焊接電極24可結(jié)合第二焊接電極28使用以對包括與第二鋁合金工件14重疊以形成接合界面122的第一鋁合金工件12的工件堆120進行電阻點焊，如在圖7中大體描繪的。如較早所指出的，第一鋁合金工件12和第二鋁合金工件14中的每一個在其可接近的外表面30、32處通常包括覆在更加導(dǎo)電的大塊鋁合金材料上的氧化物層124、126 (在圖7中未按比例繪制)。這些表面氧化物層124、126通常為約0.03μπι至約0.07 μ m厚。第一焊接電極24的焊面46被設(shè)計成使這樣的氧化物層斷裂并且破裂，使得電流可更加有效地通過鋁合金工件12、14與第二焊接電極28的焊面交換。雖然下列論述專注于在點焊過程期間第一焊接電極24的焊面46的功能，但應(yīng)理解，第二焊接電極28可具有與第一焊接電極24的焊面構(gòu)造相同的焊面構(gòu)造，并且因此實現(xiàn)相同的功能，雖然未在圖7中特別地描繪。
[0037]一開始，將工件堆120定位在第一和第二焊接電極24、28之間，使得在預(yù)期的焊接位置16處，電極24、28大體彼此相反地對準(zhǔn)。工件堆120可被帶至這樣的位置，當(dāng)槍臂18、20是固定的臺座式焊機的部分時情況常常如此，或槍臂18、20可機械地移動以將電極24、28相對于焊接位置16定位。一旦工件堆120被適當(dāng)?shù)囟ㄎ?，第一和第二槍?8、20靠攏以抵靠第一和第二鋁合金工件12、14的相反地面對的可接近外表面30，32夾緊第一和第二焊接電極24、28的焊面。各焊面形成接觸塊，且其相應(yīng)的工件12、14在焊接位置16。并且傳給第一焊接電極24的夾緊力使得存在其焊面46上的圓形脊62中的一個或多個與氧化物層124形成加壓接觸。該類型的鈍接合(blunt engagement )導(dǎo)致氧化物層124橫向地拉伸并且開始環(huán)繞焊面46斷裂，這允許第一焊接電極24和第一鋁合金工件12之間的更好的金屬到金屬接觸。
[0038]焊接電流于是在第一和第二焊接電極24、28的焊面之間通過并且通過鋁合金工件12、14。通過金屬工件12、14并且橫跨它們的接合界面122的焊接電流的集中流的電阻在焊接位置16內(nèi)的接合界面122處產(chǎn)生熱量。該熱量引發(fā)在接合界面122處增長并且穿入到各鋁合金工件12、14中的單個熔融焊池。在焊接電流的中斷之后，熔融焊池固化成焊核128。第一和第二焊接電極24、28然后從它們所接合的鋁合金工件12、14的可接近外表面30、32縮回。接著，工件堆120在不同的焊接位置16在第一和第二焊接電極24、28之間重定位，或它移動使得可對另一個工件堆120定位以便點焊。然后，以同樣的方式形成更多點焊。
[0039]在點焊過程期間，第一焊接電極24的焊面46接觸并且施加到第一鋁合金工件12的可接近外表面30中。它還與第二焊接電極28的焊面交換電流以形成焊核128。在焊面46上的圓形脊62為第一焊接電極24提供一些有用的能力。這些能力包括焊接電極24在點焊過程期間的更大的機械穩(wěn)定性、焊面46和鋁合金工件12的可接近外表面30之間交界面處的減小的電阻、焊接電極24和鋁合金工件12之間的改進的熱流、表面熔融金屬排出(expuls1n)的實質(zhì)性消除、使用與傳統(tǒng)上用于點焊鋁合金工件相比較尖的焊面的能力(這進而提供改進的過程穩(wěn)健性)、和產(chǎn)生并維持向外突出的圓形脊62的簡易性。
[0040]關(guān)于機械穩(wěn)定性，圓形脊62的頂部在與基表面60建立接觸之前在點焊期間接觸并施加到鋁合金工件12的可接近外表面30中。該引導(dǎo)脊接觸導(dǎo)致在脊62處增強的接觸壓力，從而使氧化物層124和在下面的大塊鋁合金變形和拉伸。以這種方式將圓形脊62嵌入到可接近外表面30中將焊接電極24機械地穩(wěn)定或“鍵入”在適當(dāng)?shù)奈恢?，這會是相當(dāng)有用的。比如，在鋁合金工件12以30000至40000安培或以上的點焊期間，槍臂18上的橫向滑動力可超過一百磅。在焊面46上不存在圓形脊62的情況下，該橫向滑動力更加可能促使焊接電極24向側(cè)向移動或滑動，并且因此，中斷形成焊核128的過程。
[0041]除了機械地穩(wěn)定焊接電極24之外，將圓形脊62擠壓到可接近外表面30中使外表面30在突出圓形脊62上拉伸并且產(chǎn)生懸掛點，因而圍困在脊62之間的工件材料在接觸基表面60之前拉伸。當(dāng)電阻點焊鋁合金工件12時，例如，使在脊62處和在脊62之間的可接近外表面30拉伸的該作用打破存在于外表面30處的脆弱的氧化物層124以在焊面46(總體上)和工件12的大塊鋁合金之間提供良好的電和熱接觸。焊面46和鋁合金工件12之間的電和熱接觸的改進減小了在那兩個結(jié)構(gòu)的界面處產(chǎn)生的熱量，這允許較尖的焊面46通過更高的電流密度，而沒有不必要地加速銅鋁合金污染材料在焊面46上的堆積。這導(dǎo)致對于諸如在覆蓋工件之間存在間隙的焊接或電極相對于將被焊接的工件表傾斜的焊接的制造變量而言是更加穩(wěn)健的焊接過程。
[0042]圓形脊62也可顯著地抑制外部熔融金屬排出。在電阻點焊期間，比如，穹頂狀的焊面46將縮進到鋁合金工件12的可接近外表面30中以連續(xù)地創(chuàng)建更大的接觸塊。隨著塊增長，焊面46的更大的部分將與可接近外表面30相接觸。由于圓形脊62在焊面46的基表面60上方突出，所以焊面46的接觸離焊接中心最遠(yuǎn)的可接近外表面30的最外面的部分將通常是脊62 (參見圖7)。該外接觸脊62充當(dāng)在焊接期間可能噴射遠(yuǎn)離可接近外表面30的任何熔融金屬的阻礙或阻擋。外部熔融金屬排出的實質(zhì)性消除提高焊接的感知質(zhì)量并且有利于更佳的顯示表面。
[0043]最后，圓形脊62的修整(圓形脊62的初始形成)和重修整(圓形脊62的重新形成和污染物的移除)是相當(dāng)容易的。由于圓形脊62具有封閉的圓周，所以可使用旋轉(zhuǎn)切割刀片來切割并且改造焊面46上的脊62。這樣的刀片的制造是相當(dāng)簡單的。例如，最初可將刀片磨成具有與穹頂狀的焊面46相反的切割輪廓。然后，在對應(yīng)于圓形脊62在焊面46上的位置的位置處，可將小凹槽機加工成刀片，使得可初始地實現(xiàn)刀片和焊面46之間的配準(zhǔn)。在操作中，可使切割刀片與包括其向外突出圓形脊62和基表面60 (例如，圖3中的基表面部76、78、80和82)的焊面46相接觸，并且相對于焊接電極24旋轉(zhuǎn)，無需從槍臂18移除電極24。對具有被定位成切割和修整圓形脊62的機加工凹槽的簡單切割刀片的使用已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)持續(xù)數(shù)千次修整，而不損害焊面46的整體幾何結(jié)構(gòu)。
[0044] 對優(yōu)選的示例性實施例和相關(guān)的示例的上文描述在性質(zhì)上僅僅是敘述性的；它們不旨在限制隨附權(quán)利要求的范圍。在所附權(quán)利要求中所使用的每一個術(shù)語應(yīng)被給予其一般和通常的意義，除非在說明書中特別且明白地相反陳述。
【權(quán)利要求】
1.一種焊接電極，包括: 具有圓周的主體； 具有圓周和中心的焊面，所述焊面的中心在所述焊面的圓周上方被升高至所述焊面的圓周的直徑的約0.5%至約15%的高度；以及 其中，所述焊面包括從基表面向外突出的多個圓形脊，所述多個圓形脊包括圍繞所述焊面的中心的第一圓形脊、從所述第一圓形脊徑向向外隔開的第二圓形脊、以及從所述第二圓形脊徑向向外隔開的第三圓形脊，并且其中所述第一圓形脊、第二圓形脊、和第三圓形脊中的每一個是變鈍的并且具有閉合的圓周。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電極，其特征在于，所述第一圓形脊、第二圓形脊、和第三圓形脊中的一個或多個具有平坦頂表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電極，其特征在于，所述第一圓形脊、第二圓形脊、和第三圓形脊中的每一個具有范圍從約20 μ m至約200 μ m的脊高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電極，其特征在于，所述第一圓形脊的脊高度和所述第二圓形脊的脊高度隔開約80 μ m至約1500 μ m,并且所述第二圓形脊的脊高度和所述第三圓形脊的脊高度隔開約80 μ m至約1500 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電極，其特征在于，所述焊面還包括從所述焊面的基表面向外突出的一至七個附加圓形脊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電極，其特征在于，所述焊面的中心在所述焊面的圓周上方被升高的高度范圍從所述焊面的圓周的直徑的約2%至約8%。
7.一種實施電阻點焊的方法，所述方法包括: 提供包括焊面的第一焊接電極，所述焊面具有圓周和中心，所述焊面的中心在所述焊面的圓周上方被升高至所述焊面的圓周的直徑的約0.5%至約15%的高度，所述焊面還包括從所述焊面的基表面向外突出的多個圓形脊，所述多個圓形脊中的每一個具有閉合的圓周并且是變鈍的； 使所述鋁合金工件的可接近外表面與所述第一焊接電極的焊面接觸，使得所述多個圓形脊中的至少一個在所述基表面之前接觸所述鋁合金工件的可接近外表面； 在所述第一焊接電極的焊面和第二焊接電極的焊面之間傳遞焊接電流，所述第二焊接電極的焊面與另一個鋁合金工件的可接近外表面相接合，所述另一個鋁合金工件與所述第一鋁合金工件重疊以在所述兩個工件之間提供接合界面，所述焊接電流引起在所述接合界面處的單個熔融焊池，所述單個熔融焊池增長并且穿入到所述第一鋁合金工件和第二鋁合金工件中的每一個中；以及 停止焊接電流在所述第一焊接電極的焊面和所述第二焊接電極的焊面之間的通過以允許所述熔融焊池固化成焊核。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述多個脊包括圍繞所述焊面的中心的第一圓形脊、從所述第一圓形脊徑向向外隔開的第二圓形脊、和從所述第二圓形脊徑向向外隔開的第三圓形脊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一圓形脊、第二圓形脊、和第三圓形脊中的每一個具有從約20 μ m至約200 μ m的脊高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述焊面的基表面包括位于所述第一圓形脊內(nèi)的中心基表面部、位于所述第一圓形脊和所述第二圓形脊之間的第一中間基表面部、位于所述第二圓形脊和所述第三圓形脊之間的第二中間基表面部、和位于所述多個圓形脊的徑向外側(cè)的周邊基表面部，并且其中，所述中心基表面部、第一中間基表面部、第二中間基表面部、或周邊基 表面部中的至少一個當(dāng)在截面上被觀察時是平面的。
【文檔編號】B23K11/30GK104043898SQ201310640720
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】D.R.西勒, M.J.卡拉古利斯 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司