专利名称：焊接系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及焊接系统。
背景技术：
焊接可用于结合两个或更多金属基底。通常而言，焊接可包括在两个电极之间用一力夹持工件(例如，要结合的两个或更多金属基底)；以及在一定持续时间内使电流从一个电极经过工件到达第二电极，从而完成电路。电流使得由电阻引起的足够的热积聚在金属基底之间的结合界面(faying interface)处，从而局部地和即时地熔化结合界面并形成焊接熔核，即焊接件。在焊接和冷却循环期间，当热被驱散离开工件时，前述热积聚还可引起每个电极的温度的逐渐升高。由于每个电极在焊接期间经受力和电流两者，因而每个电极可能经历热和机械偏移，在工件厚度减小时，其严重性增加。因而，在薄型金属基底的多个焊接循环之后，电极的形状可能变化。这种形状变化可降低电极的夹持能力和/或能通过电极传输的电流密度。 继而，这种降低可需要提前更换和/或修整(例如，研磨)电极。
发明内容
一种焊接系统包括第一电极；具有第一熔点温度的第一金属基底；以及具有第二熔点温度的第二金属基底。所述第二金属基底设置成邻近所述第一金属基底且与所述第一金属基底接触，以在第一金属基底和第二金属基底之间限定结合界面。所述焊接系统还包括第二电极，所述第二电极与所述第一电极隔开且以与所述第二金属基底导电的关系设置。此外，所述焊接系统包括柔性带，所述柔性带设置在所述第一电极和所述第一金属基底之间且与所述第一电极和所述第一金属基底中的每个处于导电关系，其中，所述柔性带由导电材料形成且具有的熔点温度大于或等于所述第一熔点温度和所述第二熔点温度中的每个。所述焊接系统使得所述第一电极和第二电极中的每个的操作寿命最大化。即，柔性带允许热积聚在第一金属基底和第二金属基底之间的结合界面处，且防护第一电极和第二电极中的每个免受过多的热，从而使得电极降级最小化。因而，焊接系统还使得电极更换和修整最小化。此外，焊接系统使得形成期望尺寸的焊接件所需的电流量最小化，且得到具有良好外观和焊接强度的焊接件。因而，焊接系统使得由电极变形引起的工艺过程中的检查和/或不合格焊接件的耗时修复最小化，且对于需要例如在薄型和厚型金属基底之间形成焊接件的应用而言延长了电极操作寿命。本发明的上述特征和益处、以及其它特征和益处从用于实现本发明的最佳模式的以下详细描述结合附图显而易见。
图1是焊接系统的示意性截面图，焊接系统包括在形成焊接件期间设置在两个电极之间的两个金属基底，其中，柔性带设置在第一电极和第一金属基底之间且与第一电极和第一金属基底中的每个处于导电关系；图2是图1的焊接系统的另一变型的示意性截面图，且包括附加柔性带，所述附加柔性带设置在图1的第一电极和柔性带之间且与第一电极和柔性带中的每个接触；和图3是图1的焊接系统的另一变型的示意性截面图，且包括附加柔性带，所述附加柔性带设置在第二电极和第二金属基底之间且与第二电极和第二金属基底中的每个接触。
具体实施例方式参考附图，其中，相同的附图标记指代相同的元件，焊接系统在图1中总体上以10 示出。焊接系统10可用于形成焊接件(在图1中总体上以12示出)，从而结合两个或更多金属基底14、16。例如，焊接系统10可用于经由电阻点焊或者胶接焊接来结合两个或更多金属基底14、16，如下文更详细所述。因而，焊接系统10可用于以下应用，例如但不限于需要强焊接件12的机动车应用。参考图1，焊接系统10包括具有第一熔点温度18的第一金属基底14。第一金属基底14可以是任何合适的金属。例如，第一金属基底14可选自钢和铝的组(包括其合金)。 如本文使用的，术语“第一熔点温度18”指的是第一金属基底14从固态变为液态的温度，即第一金属基底14熔化的温度。此外，第一金属基底14可具有第一厚度20。例如，第一金属基底14的第一厚度20可以是从约0. 2mm至约6mm。继续参考图1，焊接系统10还包括具有第二熔点温度22的第二金属基底16。第二金属基底16也可以是任何合适的金属。例如，第二金属基底16可选自钢和铝的组(包括其合金)。此外，第二金属基底16可以由与第一金属基底14相同或不同的金属形成。艮口， 焊接系统10可用于结合相同或不同金属。因而，第二熔点温度22可以与第一熔点温度18 相同或不同。如本文使用的，术语“第二熔点温度22”指的是第二金属基底16从固态变为液态的温度，即第二金属基底16熔化的温度。此外，第二金属基底16可具有第二厚度24。 例如，第二金属基底16的第二厚度M可以是从约0. 2mm至约6mm。第二金属基底16的第二厚度M可以大于或等于第一厚度20。即，参考图1，第一金属基底14可以比第二金属基底16更薄。此外，第一厚度20与第二厚度M的比率可大于或等于约1 2。例如，第一金属基底14可具有约0.7mm的第一厚度20，第二金属基底 16可具有约2mm的第二厚度24。因而，图1的焊接系统10可用于将相对较薄的金属基底与较厚的金属基底结合，以形成例如薄-厚接头。如图1所示，第二金属基底16设置成邻近第一金属基底14且与第一金属基底14 接触，以在它们之间限定结合界面26。即，第一金属基底14和第二金属基底16可夹层在一起以形成工件观。如本文使用的，术语“结合界面26”指的是第一金属基底14和第二金属基底16之间的接触点，所述接触点例如在高于第一熔点温度18和第二熔点温度22中的每个的温度下即时地熔化，从而形成焊接件12，如下文更详细所述。继续参考图1，焊接系统10还包括第一电极30。第一电极30可与第一金属基底 14隔开且可相对于第一金属基底14移动。即，第一电极30可连接到配置用于将第一电极 30在第一金属基底14附近定位的臂(未示出)或其它元件上。例如，第一电极30可以是伺服马达驱动的可移动电极30。
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此外，第一电极30可具有远端32，远端32配置用于传输由功率源(未示出)供应的电流(即，焊接电流(在图1中由附图标记34表示))且对工件观施加夹持力(在图 1中由箭头36表示)。因而，第一电极30可由任何合适的导电材料(例如铜)形成且可具有任何合适的形状。例如，第一电极30可分类为B鼻(B-nose)或A鼻(A-nose)电极。再次参考图1，焊接系统10还包括第二电极38，第二电极38与第一电极30隔开且以与第二金属基底16导电的关系设置。即，第二电极38可与第一电极30隔开，从而允许工件观放置在第一电极30和第二电极38之间，以便第二电极38可将焊接电流34传导给第二金属基底16。例如，第二电极38可设置成邻近第二金属基底16且与第二金属基底 16接触。此外，第二电极38还可以相对于第二金属基底16固定或移动，且可以连接到配置用于将第二电极38在第二金属基底16附近定位且与第二金属基底16接触的臂(未示出)或其它元件上。例如，第二电极38可以是伺服马达驱动的可移动电极38。参考图1，第二电极38可具有远端40，远端40配置用于传输电流(即，焊接电流 34)且对工件观施加夹持力36。因而，第二电极38也可由任何合适的导电材料(例如铜) 形成。此外，第二电极38可以是任何合适的电极且可具有与第一电极30相同或不同的形状。即，虽然在图1中示出具有与第一电极30类似的形状，但是第二电极38可具有与第一电极30不同的形状，且可分类为B鼻或A鼻电极。再次参考图1，焊接系统10还包括柔性带42，柔性带42设置在第一电极30和第一金属基底14之间且与第一电极30和第一金属基底14中的每个处于导电关系。即，柔性带42能以与第一电极30和第一金属基底14中的每个相关联地设置，从而在第一电极30 和第一金属基底14之间传导焊接电流34。例如，柔性带42可夹在第一电极30和第一金属基底14之间且与第一电极30和第一金属基底14中的每个接触。柔性带42由导电材料形成，且具有的熔点温度44大于或等于第一熔点温度18和第二熔点温度22中的每个。即，柔性带42可以由不妨碍(即，隔离)第一电极30和第一金属基底14之间的焊接电流34的流动的任何合适材料形成。通过非限制性示例的方式， 柔性带42可以由选自包括铜、铝、钢、银、金和钛的组的材料形成，包括其合金及其组合。由于柔性带42的熔点温度44大于或等于第一金属基底14的第一熔点温度18和第二金属基底16的第二熔点温度22中的每个，因而，在第一金属基底14和第二金属基底16中的每个熔化之前，柔性带42不会熔化。因而，柔性带42可以在不熔化的情况下将焊接电流34从第一电极30传导给第一金属基底14，从而促进第一金属基底14和第二金属基底16之间的结合界面沈处的即时熔化。柔性带42可以是柔顺的，S卩非刚性的，从而可定位在第一电极30和第一金属基底 14之间且与第一电极30和第一金属基底14中的每个处于导电关系，例如与其接触。即，柔性带42可以设置成与上述的相对较薄的第一金属基底14接触。在一个变型中，柔性带42 可以沿第一电极30线性移动。S卩，如图1中示意性地示出的，柔性带42可以是围绕多个卷轴46、48缠绕的带状物，例如线带或箔。在操作中，柔性带42可以从第一卷轴46解绕，沿第一电极30的远端32在图1的箭头50的方向上线性移动，且然后再次缠绕到第二卷轴48 上。因而，柔性带42可以根据需要移动，以便与第一电极30和第一金属基底14中的每个处于更新的接触。如图1所示，柔性带42的厚度52可小于第一金属基底14的第一厚度20。例如，柔性带42的厚度52可以是从约0. Imm至约0. 4mm。在一个变型中，对于包括比第二金属基底16更薄的第一金属基底14的应用，柔性带42的厚度52可以是约0. 2mm。如图1所示，焊接系统10还可包括设置在结合界面沈处的焊接件12，藉此结合第一金属基底14和第二金属基底16。即，焊接件12可以由于对第一金属基底14和第二金属基底16中的每个的焊接电流34的阻抗引起的热积聚而形成。当结合界面沈由于热积聚即时地熔化时，焊接件12可形成，从而结合第一金属基底14和第二金属基底16。通过非限制性示例的方式，焊接件12可以是电阻点焊焊接件12或者胶接焊接件12。不意在受理论的限制且参考图1所述，柔性带42可以为焊接系统10提供两个附加的结合界面M、56。更具体地，除了第一金属基底14和第二金属基底16之间的结合界面 26之外，柔性带42可在第一电极30和第一金属基底14之间提供两个附加的结合界面54、 56。由于在每个结合界面沈、54、56处的电阻高，因而，从第一电极30流向柔性带42、经过柔性带42到达第一金属基底14、经过第一金属基底14到达第二金属基底16的焊接电流 34引起焊接系统10的每个结合界面沈、54、56处的温度升高。当温度达到第一熔点温度 18和第二熔点温度22时，第一金属基底14和第二金属基底16之间的结合界面沈即时地熔化，从而形成焊接件12。由于柔性带42的熔点温度44大于或等于第一熔点温度18和第二熔点温度22中的每个，因此第一金属基底14和第二金属基底16之间的结合界面沈处的散热通过柔性带42屏蔽。因而，与由柔性带42提供的第一电极30和第一金属基底14 之间的附加结合界面M、56的温度相比，第一金属基底14和第二金属基底16之间的结合界面沈处的温度可相对快速地升高。因而，对于给定焊接电流34，由包括柔性带42的焊接系统10形成的焊接件12的尺寸可大于在不存在柔性带42的情况下形成的焊接件(未示出)的尺寸。从而，在不影响焊接件12的期望尺寸和/或焊接强度的情况下，可减小焊接系统10的焊接电流34。此外， 焊接电流34的减小可降低第一电极30的温度，从而使得第一电极30的工作寿命最大化。 即，第一电极30不会容易地被热降级和/或机械降级。因而，第一电极30可不需要经常修整(例如，研磨)以保持第一电极30的期望形状和/或使得第一电极30的形状扭曲(例如，蕈状扩展)最小化。因而，焊接系统10可特别用于结合相对薄的第一金属基底14和相对厚的第二金属基底16。现在参考图2，在另一个变型中，焊接系统10还可包括附加柔性带58。附加柔性带58可由与上文所述的柔性带42相同或不同的材料形成。即，附加柔性带58可由诸如钢或钛的材料(包括其合金)形成。另外，附加柔性带58可具有与上文所述的柔性带42的厚度52相同或不同的厚度60。例如，附加柔性带58的厚度60可从约0. Imm至约0. 4mm。如图2所示，附加柔性带58可设置在第一电极30和柔性带42之间且与第一电极 30和柔性带42中的每个接触。即，附加柔性带58可夹在第一电极30和柔性带42之间，从而在第一电极30和第一金属基底14之间提供附加导电层和另一个结合界面62。附加柔性带58也可以是柔顺的，从而沿第一电极30线性移动。即，附加柔性带58还可以是围绕多个卷轴46、48缠绕的带状物，例如线带或箔。在操作中，附加柔性带58可以从第一卷轴46 解绕，沿第一电极30的远端32在图2的箭头50的方向上线性移动，且然后再次缠绕到第二卷轴48上。因而，附加柔性带58可以根据需要移动，以便与第一电极30和柔性带42中的每个处于更新的接触。
在参考图3所述的另一个变型中，附加柔性带58可设置在第二电极38和第二金属基底16之间且与第二电极38和第二金属基底16中的每个接触。即，附加柔性带58可夹在第二电极38和第二金属基底16之间，从而在第二电极38和第二金属基底16之间提供附加导电层和两个另外的结合界面64、66。虽然附加柔性带58可以经由任何合适的方式接触第二电极38，但是在一个示例中，附加柔性带58可缠绕另外的多个卷轴68、70。更具体地，附加柔性带58可以从第三卷轴68解绕，沿第二电极38的远端40在图3的箭头50 的方向上线性移动，且然后再次缠绕到第四卷轴70上。因而，附加柔性带58可以根据需要移动，以便与第二电极38和第二金属基底16中的每个处于更新的接触。此外，虽然未示出，但是焊接系统10可包括任何数量的附加柔性带58。例如，虽然未示出，但是一个附加柔性带58可设置在第一电极30和柔性带42之间，同时一个附加柔性带58可设置在第二电极38和第二金属基底16之间。替代地，虽然未示出，但是一个附加柔性带58可设置在第一电极30和柔性带42之间，同时两个附加柔性带58可分层设置在第二电极38和第二金属基底16之间。不意在受理论的限制且参考图2和3所述，附加柔性带58也可以增加焊接系统10 的结合界面26、54、56、62(图2)、64、66(图3)的数量。即，除了第一金属基底14和第二金属基底16之间的结合界面沈之外，附加柔性带58可在第一电极30和柔性带42之间提供另一个结合界面62(图幻以及/或在第二电极38和第二金属基底16之间提供例如图3 中的结合界面64、66。例如，参考图2，由于在每个结合界面M、62、56处的电阻高，因而，从第一电极30 流向附加柔性带58、经过附加柔性带58到达柔性带42、经过柔性带42到达第一金属基底 14、经过第一金属基底14到达第二金属基底16的焊接电流34引起焊接系统10的每个结合界面M、62、56J6处的温度升高。类似地，参考图3所述，由于在每个结合界面M、56、 26,64,66处的电阻高，因而，从第一电极30流向柔性带42、经过柔性带42到达第一金属基底14、经过第一金属基底14到达第二金属基底16、经过第二金属基底16到达附加柔性带 58、经过附加柔性带58到达第二电极38的焊接电流34引起焊接系统10的每个结合界面 54,56,26,64,66处的温度升高。当温度达到第一熔点温度18和第二熔点温度22时，第一金属基底14和第二金属基底16之间的结合界面沈即时地熔化，从而形成焊接件12。由于柔性带42以及一个或多个附加柔性带58中的每个的熔点温度44(图1)大于或等于第一金属基底14的第一熔点温度18(图1)和第二金属基底16第二熔点温度22(图1)中的每个，因此第一金属基底 14和第二金属基底16之间的结合界面沈处的散热通过柔性带42以及所述一个或多个附加柔性带58屏蔽。因而，与由柔性带42提供的第一电极30和第一金属基底14之间的附加结合界面M、62、56(图2、以及由所述一个或多个附加柔性带58提供的第二电极38和第二金属基底16之间的附加结合界面64、66(图幻的温度相比，第一金属基底14和第二金属基底16之间的结合界面沈处的温度可相对快速地升高。因而，对于给定焊接电流34，由包括柔性带42和附加柔性带58的焊接系统10形成的焊接件12的尺寸可大于在不存在柔性带42和附加柔性带58的情况下形成的焊接件 (未示出)的尺寸。从而，在不影响焊接件12的期望尺寸和/或焊接强度的情况下，可减小焊接电流34。此外，焊接电流34的减小可降低第一电极30和第二电极38中的每个的
7温度，从而使得第一电极30和第二电极38的工作寿命最大化。即，第一电极30和第二电极38中的每个不会容易地被热降级和/或机械降级。因而，第一电极30和第二电极38中的每个可不需要经常修整(例如，研磨)以保持第一电极30和第二电极38的期望形状和 /或使得第一电极30和第二电极38的形状扭曲(例如，蕈状扩展)最小化。因而，继续参考图1-3，一种形成焊接件12的方法包括将第一金属基底14定位成邻近第二金属基底16且与第二金属基底16接触，以在它们之间限定结合界面沈且形成工件观。如上所述，第一金属基底14具有第一熔点温度18，第二金属基底16具有第二熔点温度22。在一个变型中，第一金属基底14的第一厚度20可小于第二金属基底16的第二厚度24。所述方法还包括将工件观定位在第一电极30和第二电极38中的每个之间，使得工件观以与第一电极30和第二电极38中的每个导电的关系设置。例如，第一金属基底14 可设置成邻近第一电极30，第二金属基底16可设置成邻近第二电极38且与第二电极38接触。所述方法还包括将第一金属基底14和第一电极30中的每个以与柔性带42导电的关系设置，柔性带42的熔点温度44大于或等于第一熔点温度18和第二熔点温度22中的每个。例如，设置还可限定为使得第一金属基底14和第一电极30中的每个与柔性带42 接触，如上所述。在设置之后，所述方法包括施加电流(即，焊接电流34)通过第一电极30，以熔化结合界面沈从而形成焊接件12。S卩，由于柔性带42的熔点44大于或等于第一熔点温度 18和第二熔点温度22中的每个，因而施加电流(即，焊接电流34)通过第一电极30可以在不熔化柔性带42的情况下熔化结合界面26。此外，如上所述且参考图2所述，所述方法还可包括使得第一电极30和柔性带42 中的每个与附加柔性带58接触。类似地，参考图3，所述方法还可包括使得第二电极38和第二金属基底16中的每个与附加柔性带58接触。焊接系统10使得第一电极30和第二电极38中的每个的操作寿命最大化。即，柔性带42允许热积聚在第一金属基底14和第二金属基底16之间的结合界面沈处，且防护第一电极30和第二电极38中的每个免受过多的热，从而使得电极降级最小化。因而，焊接系统10还使得电极更换和修整最小化。此外，焊接系统10使得形成期望尺寸的焊接件12 所需的焊接电流；34的量最小化，且得到具有良好外观和焊接强度的焊接件12。因而，焊接系统10使得由电极变形引起的工艺过程中的检查和/或不合格焊接件的耗时修复最小化， 且对于需要例如在薄型和厚型金属基底14、16之间形成焊接件12的应用而言延长了电极操作寿命。虽然已经详细描述了用于实现本发明的最佳模式，但是本发明所属领域技术人员将认识到在所附权利要求书范围内的用于实施本发明的各种可替换设计和实施例。
权利要求
1.一种焊接系统，包括 第一电极；具有第一熔点温度的第一金属基底；具有第二熔点温度的第二金属基底，所述第二金属基底设置成邻近所述第一金属基底且与所述第一金属基底接触，以在第一金属基底和第二金属基底之间限定结合界面；第二电极，所述第二电极与所述第一电极隔开且以与所述第二金属基底导电的关系设置；以及柔性带，所述柔性带设置在所述第一电极和所述第一金属基底之间且与所述第一电极和所述第一金属基底中的每个处于导电关系，其中，所述柔性带由导电材料形成且具有的熔点温度大于或等于所述第一熔点温度和所述第二熔点温度中的每个。
2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述柔性带具有从约0.Imm至约0.4mm的厚度。
3.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述第一金属基底具有第一厚度，所述第二金属基底具有第二厚度，所述第二厚度大于或等于所述第一厚度。
4.根据权利要求3所述的辉接系统，其中，所述柔性带具有约0.2mm的厚度。
5.根据权利要求3所述的焊接系统，其中，所述第一厚度与所述第二厚度的比率大于或等于约1 2。
6.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述柔性带能沿所述第一电极线性移动。
7.根据权利要求1所述的焊接系统，还包括附加柔性带。
8.根据权利要求7所述的焊接系统，其中，所述附加柔性带设置在所述第二电极和所述第二金属基底之间且与所述第二电极和所述第二金属基底中的每个接触。
9.根据权利要求7所述的焊接系统，其中，所述附加柔性带设置在所述第一电极和所述柔性带之间且与所述第一电极和所述柔性带中的每个接触。
10.根据权利要求1所述的焊接系统，还包括设置在所述结合界面处的焊接件，藉此结合所述第一金属基底和所述第二金属基底。
全文摘要
本发明涉及焊接系统。一种焊接系统包括第一电极；具有第一熔点温度的第一金属基底；以及具有第二熔点温度的第二金属基底。所述第二金属基底设置成邻近所述第一金属基底且与所述第一金属基底接触，以在第一金属基底和第二金属基底之间限定结合界面。所述焊接系统还包括第二电极，所述第二电极与所述第一电极隔开且以与所述第二金属基底导电的关系设置。此外，所述焊接系统包括柔性带，所述柔性带设置在所述第一电极和所述第一金属基底之间且与所述第一电极和所述第一金属基底中的每个处于导电关系。所述柔性带由导电材料形成且具有的熔点温度大于或等于所述第一熔点温度和所述第二熔点温度中的每个。
文档编号B23K11/36GK102248270SQ20101018201
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者P-C·王, X·赖, Y·张, Z·林 申请人:通用汽车环球科技运作公司