串联点焊方法,串联点焊装置和连接体的制作方法

专利名称：串联点焊方法,串联点焊装置和连接体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种串联点焊方法、 一种串联点焊装置和通过这种焊 接得到的连接体。
背景技术：
串联点焊是一种通过釆用一对串联连接的电极、从一侧给叠放的 多个工件(例如金属板)通电而获得点焊接部分的手段。由于当在一 对电极之间插入待焊物件时，串联点焊不像双面点焊一样进行焊接， 而是通过一对串联连接的电极同时进行两个点的焊接，因此串联点焊 被优选用于需要加快速焊接速度的领域，例如汽车车身或类似物件的 焊接。
另一方面，当采用这种形式的点焊时， 一对电极中的一个不是被 安放在另一个电极的相对位置上，待焊接工件被夹在其中，而不像双 面点焊，并且有很多种情况下，由于待焊接工件(金属板)的形状的 原因，接纳部件不能被安放到相对位置。因此，当在金属板之间存在 间隙时，金属板不能被以足够的紧压力而夹在中间，因此担心不能进 行充分焊接。另外，即使焊接可以被进行，但是由于接触面积(紧密 接触面积)很小，从而获得足够的焊接强度十分困难。
例如，JP2006-198676A公开了一种焊接方法，该方法通过施加电 流到一对电极，以某种模式加压通电，在这种模式中，电流值相对较 大的区域和电流值相对较小的区域邻接并交替出现。采用这种方法， 即使接触面积很小，也能促进焊接部分的稳定增长，从而可以得到足 够的焊接强度。
但是，如上所述，当采用高电流重复进行加压通电时，根据工件 的类型或者工件的结合，工件上的过多的热量局部地被产生。因此， 有发生例如飞溅或板裂的焊接缺陷的危险。尽管可以考虑降低电流值 来实施焊接，以防止这些缺陷，但是在这种情况下，将不能得到足够 尺寸的焊接部分且因此很难获得期望的焊接强度。当具有涂覆的表面 的工件，例如电镀薄钢板被焊接时，电镀表面在焊接前被熔化(或者
蒸发)，并且该部分向外径侧逃逸(escape)。因此，由于电镀层在外 径侧处的厚度增加，因此形成焊接部分变得困难。这种情况下，获得 足够的焊接强度同样困难。

发明内容
本发明的一个方面的优点是提供一种不管工件的类型或工件的组 合如何，都可以稳定地形成焊接部分，从而得到高焊接强度的串联点 焊方法、 一种串联点焊装置和通过该方法焊接得到的连接体。
本发明的第一方面是提供一种串联点焊方法，包括以下步骤 提供多个叠放的工件；和
利用一对电极以通电模式向工件实施压力通电，从而焊接工件， 每个所述电机具有直径向着前端减小的形状， 其中通电模式包括
第一通电阶段，其中电极被浸入其中一个工件中且工件被以不能 焊接工件的第一电流值通电，和
第二通电阶段，其中在第一通电阶段后，工件被以大于第一电流 值的并且能够焊接工件的第二电流值通电。
另外，本发明的第二个方面是提供一种串联点焊装置，包括-一对电极，每个电极具有直径向着前端减小的形状，并且适于对
重叠的工件通电；
设定通电模式的电流控制器，通过通电模式，电极对工件通电，
通电模式包括
第一通电阶段，其中电极被浸入其中一个工件中且工件被以不能 焊接工件的第一电流值通电，和
第二通电阶段，其中在第一通电阶段后，工件被以大于第一电流 值的并且能够焊接工件的第二电流值通电。
本发明的具体实施方式
通过采用每个都具有直径向着前端减小的 形状的电极来体现，并且提供一个通电阶段，其中，在用来焊接工件 的通电阶段之前，当电极被浸入工件时，电流值被设定成不在工件之 间形成焊接部分。通过这种方法，当电极被浸入工件中，被电极压紧 的工件的加压区域向外径侧移动。在这个步骤中(第一通电阶段)， 由于电流值被限制在一个范围内，不在工件间形成焊接部分，因此工 件之间不形成焊接部分。即使电镀薄钢板或者其类似物被焊接，表面 层的涂层熔化，工件也只是轻微通过熔化的涂层而彼此附着，而并不 在薄钢板(工件)之间形成焊接部分。而后，在完成第一通电之后进 入第二通电步骤的步骤中，电极被浸入工件，直至预定的深度，并且 依靠电极前端正下方区域的外侧上(前端周围)的压力，工件开始紧 密相互接触。在这种状态下，通过施加电流值大于第一通电阶段的电 流值的电流，能够焊接工件，电流被集中在具有比其它区域低的电阻 的加压的区域。因此，焊接部分仅在这个区域形成，S卩，在电极压入 的区域的周围部分形成。因此，根据焊接方法和焊接装置，如上面讨 论的，在电极压入区域的中心处的过分的热量输入可以尽可能地被防 止，而且不管工件的类型或工件的结合如何，焊接部分都可以被稳定 地形成。
另外，本发明基于发明者的认识而发明出来，即使连接不存在于 电极下面的压入区域，但是只要连接仅仅存在于该区域的周围(焊接 部分)，高的连接强度也可以被得到。也就是说，根据传统焊接方法， 被称作熔核的并具有椭圆截面的焊接部分被形成在电极正下方的压入 区域。尽管这是因为，高的连接强度被通过使熔核从中心到其外直径 侧逐渐生长而得到，但是如上面所述的，基于工件的类型或者工件的
组合，熔核的生长变得不足，或者熔核不被充分形成，因此有时候获 得需要的连接强度变得困难。相反地是，根据本发明的连接体，也就 是这样一个连接体，包括多个相互叠放的工件；和通过安放在工件 的一侧的电极通电工件，形成在工件之间的焊接部分，其中每一个焊 接部分环形地形成在除了电极接触部分的正下方的区域之外的区域， 相比于具有像熔核的焊接部分的连接体，可以显示出显著的增强的连 接强度。
因此，根据本发明的具体实施方式
的焊接方法，由于形成具有环 形焊接部分的连接体，因此与传统焊接方法相比，更高的连接强度可 以被应用于工件上。
另外，在这种情况下，第一通电阶段的通电周期可以被优选地设 置来控制形成在工件之间的焊接部分的尺寸。这是基于从下面描述的 实验结果的理解获得的，控制连接强度的焊接部分的外径尺寸(连接 外径)与第一通电阶段的通电周期成比例。因此，通过简单调整第一 通电阶段的通电周期，连接强度可以被几乎线性控制。另外，根据该 方法，由于第一阶段的通电周期可以通过，例如， 一种已知的控制设 备(定时器等)，被容易地控制，因此连接强度可以被简单而且高精 确地控制。
通电模式包括第一通电模式，和第二通电模式还可以包括在第二 通电阶段之后的第三通电阶段，其中工件被以比第二电流值小的第三 电流值通电。通过提供第三通电阶段，由于工件快速冷却而产生的脆 性可以被防止，焊接部分的金属结构可以被稳定，而且因此连接强度 可以被进一步提高。
通电模式还可以包括在第一通电阶段之前的预通电阶段，其中工 件被以低于第一电流值的预电流值通电。通过提供第一通电阶段之前 的预通电阶段，电极被简短地加到工件，并且因此焊接部分形成区域
的热量的集中可以被释放。因此，即使工件或者工件的组合相对比较 难于焊接，也可以形成稳定的焊接部分。


图1是表示根据本发明的串联点焊设备的具体实施例的视图； 图2是表示电极的前端的附近的放大的视图； 图3是表示通电模式的例子的视图4是表示在第一通电阶段电极和工件之间的位置关系的视图； 图5是完成焊接之后的工件的截面视图6是表示根据传统方法的焊接部分的拉伸剪切强度的视图7是表示根据本发明的焊接部分的拉伸剪切强度的视图8是表示第一通电阶段的循环数量与连接外径之间的关系的视图。
具体实施例方式
下面结合附图描述本发明的一种串联点焊装置的具体实施例。
图1表示用于本发明焊接方法的串联点焊装置1的具体实施例。 该串联点焊装置l主要提供有利用多个金属板2、 3的压力进行通电 (energization)的一对电极5、 6;通过焊接变压器7而连接到每一个 电极5、 6的电流控制器8;和电源9。
该对电极5、6以一定间距被安放在金属板2的一个表面4的一侧， 并且当通过合适的压力控制器(图中未示出)紧压这一个表面4时， 对金属板2、 3通电。根据被焊接物体的形状，或者被焊接部分的形状， 可以安放多对电极5、 6。
电极5具有向着其前端直径减小的形状。在这个实施例中，如图 2所示，电极5的压力侧处的前端包括圆形且平坦的前表面5a，和在 小直径侧与前表面5a连续连接的圆锥面5b。因此，电极5的前端具有所谓的截头锥形。在这种情况下，金属板2与圆锥面5b的接触区域(压 力区)随电极5的推进量(浸入量)成比例增加，而且如下面所述， 该区域影响焊接部分11的外径(连接外径)。因此，圆锥面5b的前
角(换言之，扩张直径与距前表面5a的距离的比率)优选形成得较大 (例如，120°或者更大，到165°或更小)
电流控制器8包括位于其中的定时接触器或者类似物(未在附图 中示出)，并且电流控制器8可以将从电源9供给的电流通过焊接变 压器7而以一种希望的电流波形和希望的通电模式施加到电极5、 6。
下面描述可以通过电流控制器8进行控制的通电模式。
图3表示在电极5、 6之间进行通电的通电模式的实施例。该通电 模式具有第一通电阶段Al，其中电流值被设置成使得电极5、 6被浸 入作为工件的金属板2、 3，而且在金属板2、 3之间没有形成焊接部分； 和第二通电阶段A2，其中电流值被设置成大于第一通电阶段的电流值， 并且能够在金属板2、 3之间进行焊接。第一通电阶段A1的通电周期 (循环次数)被设置为长于第二通电阶段A2的通电周期。
此外，在该具体实施例中设置的通电模式除了第一和第二通电阶 段A1、 A2外，在第二通电阶段A2之后还有第三通电阶段A3，其中 电流值被设置为小于第二通电阶段A2的电流值；和在第一通电阶段 Al之前的预通电阶段A0，其中电流值被设置为小于第一通电阶段Al 的电流值。
具体地说，通电模式由以下组成预通电阶段A0，其以恒定的速 率将电流值从通电的开始点升高至预定值，并将获得的电流值保持预 定周期(在这里，在4kA下保持3个循环)；第一通电阶段Al，其中， 在满足上面的条件的范围内，将电流值升高为高于预通电阶段A0的电 流值，并将这种状态保持预定周期(在这里，在4.5kA下保持20个循 环)；第二通电阶段A2，其中，在满足上面的条件的范围内将电流值 升高为高于第一通电阶段Al的电流值，并在这种状态下保持预定的周 期(在这里，在9kA下保持3个循环)；和第三通电阶段，其中，电 流值被降低为小于第二通电阶段A2的电流值，并将这种状态保持预定 的周期(在这里，在4.5kV下保持16个循环)。
同时，在这个具体实施例中，采用频率为60Hz的交流电。在这种 情况下， 一个循环、即通电周期的一个设置单位为1/60秒。作为被采 用电流的波形，最好采用尽可能减少电流值接近于零的时间的波形(矩 形脉冲波形或者其类似的波形)。
下一步，描述利用上述通电模式的通电，在相互叠放的金属板2、 3之间形成焊接部分11的过程。
首先，在预通电阶段A0，通过对电极5、 6加压通电，从而使它 们的前端适应到金属板2、 3。在第一通电阶段A1，电极5、 6被浸入 金属板5、 6，且在受压的同时以不能在金属板2、 3之间形成焊接部分 的电流值(这里，4.5kA)对金属板2、 3通电。通过通电，例如如图4 所示，电极5、 6浸入金属板2、 3。电极5、 6浸入得越深，则金属板 2、 3被电极5、 6施压的压力区向着外径移动得越远。在该阶段(第一 通电阶段Al)，由于电流值被限制为在金属板2、 3之间不形成焊接 部分，因此在金属板2、 3之间不会形成焊接部分。
在从这种状态下的第二通电阶段A2中，通过流过大于第一通电阶 段A1的电流值的电流(这里，9kA)，从而能够在金属板2、 3之间进 行焊接，电流被集中在金属板2、 3之间的加压紧密接触区上。结果， 位于电极5、 6的正下方的圆周部分被焊接。此外，在该具体实施例中， 第三通电阶段A3允许获得由金属板2、 3之间的焊接部分11而形成的 连接体。图5表示连接体的一个例子。图5中所示的焊接部分11被形 成在金属板2、 3之间除了电极5、 6的加压正下方部分(这里，前面
5a的加压正下方部分)外的环形区域。因此，焊接部分未形成在电极
5的正下方的加压区域。在有些情况下，留有间隙IO，如图5中所示。
通过以通电模式进行通电，可以对例如电镀薄钢板或这些工件的
组合(金属板2、 3)进行焊接，且不会产生例如板裂缝的缺陷，，而 这些工件无法通过使焊接部分11从电极5、 6的加压正下方区域到外 径侧顺序地长大的方法进行焊接。此外，采用根据该通电模式的焊接 方法，由于在整个通电模式中只需要很小的电流量，因此在焊接时可 以降低热输入量。因此，可以尽可能地避免诸如由于热量输入局部地 变得很大而产生的板裂缝的缺陷，因此从而能够稳定焊接。
此外，本发明的方法允许焊接部分11环状地形成在除了电极5、 6的加压正下区域的周围区域。因此，对比于在背景技术中通过在电极 5的加压正下方形成熔核，然后使熔核生长而获得的焊接部分，本发明 的方法可以相对地改变焊接部分的大小，而不受板或其类似物的厚度 的限制，因此使金属板2、 3具有高的连接强度(拉伸剪切强度)。
此外，在该具体实施方式
中，由于在第二通电阶段A2之后设置有 将低于形成焊接部分11时的电流值保持预定周期的阶段(第三通电阶 段A3)，因此可以防止由于焊接部分11的快速冷却而造成的脆化， 可以稳定焊接部分11的金属结构，而且还可以提高焊接部分11的强 度。
此外，在该具体实施方式
中，在第一通电阶段A1之前，提供有将 低于电极5、 6被浸入而不形成焊接部分的电流值保持预定周期的阶段 (预通电阶段A0)。该阶段允许电极5、 6短暂地适应到金属板2、 3 上，因此可以释放在焊接部分11的形成区域的热量集中。因此，可以 进一步抑制产生例如板裂缝或者类似的缺陷的可能性，并且可以形成 稳定的焊接部分11。提供所述阶段有效地尤其作用于具有涂覆表面层 的板件(例如电镀金属板)或者工件组合。
或者，尤其在不具有电镀层或其类似的普通板材被相互焊接的情 况下有时在预通电阶段AO中的电流值优选设置为高于在第一通电阶 段A1的电流值。这是由于，通过以相对较高的电流值通电，由于仅焊
接电极5、 6的正下方区域，因此在第二通电阶段A2，电流也流向早 先在电极5、 6的正下方区域形成的焊接部分，因此可以防止在环形焊 接部分11形成区域的电流的过分集中。
此外，尽管在该具体实施方式
中描述了第一通电阶段Al的通电周 期(循环次数)长于第二通电阶段A2的通电周期(在阶段Al为20 个循环，在阶段A2为3个循环)，但是可以进一步增加阶段Al的通 电周期，从而进一步提高连接强度。这是因为，从下面描述的结果可 知，第一通电阶段Al和环状形成的焊接部分11的外径尺寸(连接外 径D)之间存在恒定的比例关系，而且在第一通电阶段Al的循环次数 和连接强度之间也存在恒定的比例关系。
因此，根据本发明的通电模式，金属板2、 3之间的连接强度可以 通过设置第一通电阶段Al的循环次数而被容易地控制。此外，由于循 环次数可以通过内置于电流控制器8中的定时接触器在没有波动的情 况下而被容易地设置，因此与例如通过电流值的波动控制的情况相比， 可以以更高的精确度控制连接强度。尤其是，由于电极5、 6的前端的 形状被制成如图2所示的截头圆锥形状，因此连接直径D可以通过第 一通电阶段Al的循环次数而被线性调节，并且因此可以更容易地并以 更高的精确性进行控制。
同时，尽管上面的描述示例了，通电模式包括除了第一通电阶段 Al和第二通电阶段A2之外的第三通电阶段A3和在第一通电阶段Al 之前的预通电阶段AO作为通电模式，但是本发明并不限于此。此外， 每个通电阶段的周期A0-A3 (循环次数)都可以根据待焊工件的类型 或厚度或者工件的组合而被设置。
此外，尽管上面的描述示例了具有如图2所示的形状的电极5、 6 作为串联点焊的电极，但是本发明不仅限于此。只要直径向着前端减 小，电极的形状可以被任意选择，换句话说，相对工件的浸入直径(接 触区域)伴随压力通电而被增大。
此外，尽管上面的描述示例了金属板2、 3作为工件，但是本发明
并不限于此。各种类型材料都可以采用，只要能够实现本发明的优点就行。
此外，尽管上面的描述示例了利用至少具有至少第一通电阶段Al 和第二通电阶段A2的通电模式进行加压通电时所获得的具有环形焊 接部分ll的连接体，，但是也可以通过上面描述的其他焊接方法形成 具有焊接部分的连接体。
实施例1
在这个第一实施例中，对通过根据本发明的具体实施方式
的焊接 方法而获得的连接体和通过传统方法而获得的连接体在强度上相互比 较，以显示出本发明的效果。下面描述具体的比较。
作为工件，采用了在材料和厚度上彼此不同的两个金属板(上板 SGC440 F06， t=1.4mm，下板SGCD1 F06， t=0.65mm)，而且通过 向彼此叠放的金属板应用根据本发明的第一实施例的具体实施方式
的 焊接方法，而将其焊接。作为焊接时的通电模式，采用除了第一通电 阶段Al之外的如图3所示的循环次数和电流值。在第一通电阶段Al， 进行15至40不等次数循环的实验。采用具有如图2所示形状的电极。 另外，压力通电时的电极的加压力被恒定为392N。
另一方面，作为工件，采用如上面所采用的相同的板，并且通过 向彼此相互叠放的板应用根据传统焊接方法(例如，专利文件1中所
描述的多步通电模式)，使板相互焊接。其他条件和形式与上方为第 一实施例所描述的根据本发明具体实时方式的焊接方法相同。
图6表示通过传统焊接方法焊接的工件的拉伸剪切强度，图7表 示通过根据在第一实施例中的本发明的具体实施方式
的焊接方法焊接 的工件的拉伸剪切强度。在图6中的水平轴表示作为焊接部分的熔核 的外径尺寸[单位^ (t:厚度)]，图7中的水平轴表示第一通电阶段
Al的循环次数。在图6和7中，纵轴都表示焊接工件的拉伸剪切强度 [N]。另外，图7表示在第一实施例中的根据本发明的具体实施方式
的 方法获得的连接体的拉伸剪切强度与第一通电阶段Al的循环次数的 关系。从图6中可以看到，尽管在熔核直径和拉伸剪切强度之间为正 相关，但是当熔核直径为5^时，拉伸剪切强度并未达到4000N。另 一方面，如图7所示，根据本发明焊接的工件获得了相当高的强度， 在第一通电阶段A1中，当循环次数为15 (n=15)时，拉伸剪切强度 达到4000N，并且在n为40 (n=40)时，拉伸剪切强度达到5200N。 从这个结果得到，随着在第一通电阶段中的循环次数的增加，拉伸剪 切强度提高。
实施例2
下面，显示第一通电阶段周期和在此周期形成的焊接部分11的连 接外径D之间的关系。作为工件，采用了与实施例1相同的金属板。 在该第二实施例中，在两个相互叠放的金属板之间的间隙(所谓的， 板间隙)为0mm和0.5mm的两种情况下实施焊接。其他焊接条件(包 括通电模式)都与实施例1中的相同。
当第一通电阶段的循环次数变化时所获得的焊接部分的连接外径 D的值被表示在图8中。在图8中可以得到，随着第一通电阶段的循 环次数的增加，连接直径D增大。此外，从这些结果中可以得出，根 据本发明的具体实施方式
的悍接方法中，通过调节第一通电阶段的循 环次数而使连接外径D固定，且因此连接强度可以被确定。
权利要求
1.一种串联点焊方法，包括以下步骤提供多个叠放的工件；和利用一对电极以通电模式向工件施加压力通电，从而焊接工件，每个所述电极具有直径向着前端减小的形状，其特征在于，通电模式包括第一通电阶段，其中电极被浸入其中一个工件并且工件被以不能焊接工件的第一电流值通电，和第二通电阶段，其中工件被以大于第一电流值并且能够焊接工件的第二电流值通电，第二通电阶段位于第一通电阶段之后。
2. 根据权利要求1的串联点焊方法，其特征在于，设置第一通电阶段的通电周期，以控制形成于工件之间的焊接部分的尺寸。
3. 根据权利要求1的串联点焊方法，其特征在于，通电模式还包括第三通电阶段，其中工件被以小于第二焊接电流值的第三电流值 通电，第三通电阶段位于第二通电阶段之后。
4. 根据权利要求1-3的任意一项权利要求所述的串联点焊方法， 其特征在于，通电模式还包括预通电阶段，其中工件被以小于第一电流值的预电流值通电，预 通电阶段位于第一通电阶段之前。
5. —种串联点焊装置，包括一对电极，每个电极具有直径向其前端减小的形状，并且适于对多个叠放的工件进行通电；设置通电模式的电流控制器，通过通电模式，电极对工件进行 通电，通电模式包括第一通电阶段，其中电极被浸入其中一个工件并且工件被以不能 焊接工件的第一电流值通电，和第二通电阶段，其中工件被以大于第一电流值并且能够焊接工件 的第二电流值通电，第二通电阶段位于第一通电阶段之后。
6. —种连接体，包括 多个叠置的工件；和利用安放在工件的一侧的电极对工件通电，从而在工件之间形成 焊接部分，其特征在于每一个焊接部分环状地形成在除了电极的接触部分的正下方区域 的区域处。
全文摘要
本发明涉及一种串联点焊方法、一种串联点焊装置和通过这种焊接得到的连接体，其中串联点焊方法包括以下步骤提供相互叠放的金属板(2、3)，和通过采用一对每一个具有其直径向着其前端减小的形状的电极(5、6)，以一种通电模式向金属板(2、3)施加压力通电，从而焊接工件。通电模式包括第一通电阶段(A1)，其中电极(5、6)被浸入叠放在另一个金属板(3)上的其中一个金属板(2)并且金属板(2、3)被以不能焊接金属板(2、3)的第一电流值通电，和第二通电阶段(A2)，其中金属板(2、3)被以大于第一电流值并且能够焊接金属板(2、3)的第二电流值通电，第二通电阶段在第一通电阶段之后。
文档编号B23K11/11GK101172315SQ20071014855
公开日2008年5月7日 申请日期2007年8月29日 优先权日2006年8月29日
发明者平井更之右, 竹内英世, 计见竜雄 申请人:大发工业株式会社