焊接电极和用于形成电阻点焊接头的方法

专利名称：焊接电极和用于形成电阻点焊接头的方法
技术领域：
本发明大体涉及电阻点焊，且更具体地，涉及焊接电极和用于在工件中形成电阻点焊接头的方法。
背景技术：
电阻点焊可用于连结钢基板。通常，电阻点焊可包括用力将工件(例如，要被连结的钢基板)夹持在两个焊接电极之间，并使电流从一个焊接电极流过工件到达第二焊接电极并持续一时间段，从而完成电回路。电流因为工件内的电阻而在基板对基板的贴合界面处和在电极对工件的两个界面处产生热。热即刻熔化在基板对基板的贴合界面处的钢基板，以形成焊核，即，电阻点焊接头，且由此连结了钢基板。

发明内容
一种焊接电极，包括电极保持器和电极帽。电极帽可移除地附连到所述电极保持器且具有中央纵向轴线。所述电极帽还包括本体，具有近端和与所述近端间隔开的焊接表面，其中，所述焊接表面基本平滑且没有限定在其中的任何沟槽。此外，焊接表面具有大约7mm到大约IOmm的第一直径、第一曲率半径和与所述第一曲率半径不同的第二曲率半径。电极帽还包括裙状部分，沿所述中央纵向轴线延伸离开所述本体，且被构造为承靠所述电极保持器，以由此将所述电极帽可移除地附连到所述电极保持器。所述裙状部分具有第一面，其基本平行于所述中央纵向轴线且与所述焊接表面间隔开。所述本体具有第二面，其互连所述第一面和所述焊接表面；所述本体从所述第一面沿所述第二面向所述焊接表面呈锥形。
在一个变体中，电极帽的焊接表面包括隆起部，其与第二面间隔开。隆起部具有从大约8_到大约40_的第一曲率半径和从大约4_到大约7_的第二直径。焊接表面还包括肩部，其邻接隆起部。另外，焊接表面具有不同于第一曲率半径的第二曲率半径。电极帽包括裙状部分，其沿中央纵向轴线延伸离开本体并限定冷却通道。裙状部分被构造为承靠电极保持器，以由此将电极帽可移除地附连到电极保持器。此外，本体从第一面沿第二面向焊接表面呈锥形，从而肩部邻接第二面。一种在工件中形成电阻点焊接头的方法包括将工件布置在第一焊接电极和第二焊接电极之间。该工件包括第一钢基板，其布置为与第二钢基板接触，以在它们之间限定贴合界面。第一焊接电极和第二焊接电极每个包括电极保持器和电极帽，该电极帽可移除地附连到所述电极保持器且具有中央纵向轴线。所述电极帽包括本体，具有近端和与所述近端间隔开的焊接表面。所述焊接表面基本平滑且没有限定在其中的任何沟槽，且焊接表面具有大约7_到大约IOmm的第一直径、第一曲率半径和与所述第一曲率半径不同的第二曲率半径。电极帽还包括裙状部分，沿所述中央纵向轴线延伸离开所述本体。裙装部分被构造为承靠所述电极保持器，以由此将所述电极帽可移除地附连到所述电极保持器。所述裙状部分具有第一面，其基本平行于所述中央纵向轴线且与所述焊接表面间隔开。所述本体具有第二面，其互连所述第一面和所述焊接表面。此外，所述本体从所述第一面沿所述第二面向所述焊接表面呈锥形。本方法还包括将工件与第一焊接电极和第二焊接电极的每个的焊接表面接触，以便在第一钢基板和第一焊接电极之间限定第一焊接界面，并在第二钢基板和第二焊接电极之间限定第二焊接界面。本方法还包括在第一焊接界面的第一面积上感应出第一量的电阻热、在第二焊接界面的第二面积上感应出第二量的电阻热、在贴合界面的第三面积上感应出第三量的电阻热、在第一钢基板内感应出第四量的电阻热和在第二钢基板内感应出第五量的电阻热。第三量的电阻热、第四量的电阻热和第五量的电阻热每个小于第一量的电阻热和第二量的电阻热中的任一个。本方法还包括使得第一面积对第三面积的第一比和第二面积对第三面积的第二比每个最大化，以由此在工件中形成电阻点焊接头。焊接电极和本方法实现一种电阻点焊接头的形成，其具有优异的高循环疲劳寿命、优异的剥离拉伸强度和对焊接接头表面裂纹形成的减小敏感度。即，焊接电极和本方法形成的电阻点焊接头被优化以承受施加到第一钢基板和第二钢基板每个的高循环次数的拉伸剪切载荷。焊接电极和本方法实现一种电阻点焊接头的形成，其在贴合界面处优化地 穿透第一钢基板和第二钢基板，以由此将第二钢基板连结到第一钢基板。即，第一量的电阻热和第二量的电阻热被分别分配在第一焊接界面和第二焊接界面上的优化部分上，以形成电阻点焊接头。更具体地，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状的电阻点焊接头。即，第一钢基板和第二钢基板每个可具有热影响区，热影响区邻近电阻点焊接头并具有边界，其中，边界和贴合界面可在二者之间限定出一角，大于大约75度，例如，从大约80度到大约120度。焊接电极和本方法使得边界和贴合界面之间的角最大化，从而第一钢基板内的热影响区可与第二钢基板内的第二热影响区组合，以形成大致沙漏的形状。焊接电极和本方法还使得可以使第一和第二钢基板的降级和厚度减小，而没有伴随的疲劳强度或剥离拉伸强度损失。这样，焊接电极和本方法适于需要优异的剥离拉伸强度、疲劳强度和疲劳寿命但不伴随钢基板厚度增加的应用。本方法优化地控制焊接参数，以增加电阻点焊接头的肩部直径，并保持电阻点焊接头在贴合界面处的腰部直径。另外，焊接电极和本方法改变焊接电流通量线的方向，并跨过第一和第二焊接界面分配接触压力和接触电阻，以便产生第一和第二焊接界面处的电阻热的前述优化分配。本发明的上述特征和优势和其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。


图I是布置在用于电阻点焊操作的两个焊接电极之间的示意局部侧视图，其中，每个焊接电极包括电极保持器和可移除地附连到电极保持器的电极帽；图2A是图I的电极帽的另一变体的示意局部横截面视图；图2B是图I的电极帽的又一变体的示意局部横截面视图；图3是图I的电极帽的再一变体的示意局部横截面视图；图4是图I的电极帽的额外变体的示意局部横截面视图；图5是形成在图I的工件中大致沙漏形的电阻点焊接头的示意局部横截面视图6是在图5的工件中形成图5的电阻点焊接头的方法的示意图；以及图7是图5的工件的一部分的示意放大显微组织视图。
具体实施例方式参考附图，其中，相同的附图标记表示相同的元件，焊接电极在图I中大致在10处示出。如前详细所述，焊接电极10可用于以下应用需要通过电阻点焊接头或焊核16将第一钢基板12连结到第二钢基板14的应用，该电阻点焊接头或焊核具有最大化的剥离拉伸强度、疲劳强度、疲劳寿命和抵抗焊接表面裂纹形成的抗力。形成电阻点焊接头16的方法也在此披露。焊接电极10和方法可用于需要经焊接部件的汽车应用。但是，焊接电极10和方法还可用于非汽车应用，诸如，但不限于，航空、铁路和建筑应用。在工件18中形成电阻点焊接头16的方法参考图I描述。如图I所示，工件18包括第一钢基板12，布置为与第二钢基板14接触，以在其之间限定贴合界面20。应该意识到， 附图不是必须按照比例绘制的。第一钢基板12可由任意适当的钢形成，用于工件18和方法的期望应用。例如，第一钢基板12可由钢形成，诸如但不限于低碳钢；包括铁素体和碳和/或钛、钒和/或铌的氮析出物的高强度低合金(HSLA)钢；高级高强度钢(AHSS);和其组合。具体地，第一钢基板12可由适当的高级高强度钢制造，包括但不限于包括铁素体和马氏体的双相(DP)钢；包括铁素体和奥氏体和贝氏体的相变感生塑性(TRIP)钢；包括铁素体、马氏体、贝氏体和碳和/或铌、钛和/或钒的氮析出物的复相(CP)钢；马氏体钢；和其组合。再次参考图1，第一钢基板12可具有第一厚度22，其根据工件18的期望应用来选择。例如，第一厚度22可以是从大约0. 5mm到大约6mm。具体地为了汽车应用，第一钢基板12的第一厚度22可以是从大约Imm到大约3mm。再次如图I所示，工件18还包括第二钢基板14。第二钢基板14也可根据工件18的期望应用由任意适当的钢形成。例如，为了需要强度和耐用性的应用，第二钢基板14也可由以下钢形成，诸如但不限于低碳钢；包括铁素体和碳和/或钛、钒和/或铌的氮析出物的高强度低合金(HSLA)钢；高级高强度钢(AHSS);和其组合。具体地，第二钢基板14可由适当的高级高强度钢制造，包括但不限于，包括铁素体和马氏体的双相(DP)钢；包括铁素体和奥氏体和贝氏体的相变感生塑性(TRIP)钢；包括铁素体、马氏体、贝氏体和碳和/或铌、钛和/或钒的氮析出物的复相(CP)钢；马氏体钢；和其组合。因此，工件18的第一钢基板12和第二钢基板14的至少一个可由高级高强度钢形 成。但是，第一钢基板12和第二钢基板14可由相同或不同的钢形成。再次参考图1，第二钢基板14可具有第二厚度24，该第二厚度不同于第一钢基板12的第一厚度22。例如，第二厚度24可大于第一厚度22。替换地，第一厚度22和第二厚度24可大致相同。例如,第二厚度24也可以是从大约0. 5mm到大约6mm。具体地,对于汽车应用，第二厚度24可以是从大约Imm到大约3_。因此，如图I所示，电阻点焊接头16可被形成以便连结具有大约I. 6mm的第一厚度22的第一基板12和具有大约3_的第二厚度24的第二基板14。如图I和5所示，第二钢基板14被布置为与第一钢基板12接触，以在其之间限定贴合界面20。例如，第一钢基板12可以与第二钢基板14对齐(未示出)或偏置(图I和5)，以便在贴合界面20处接触第二钢基板14。第一钢基板12和第二钢基板14可以以搭接剪切构造(lap shear configuration)(即，以交叠构造)在贴合界面20处彼此面对和接触，如图I和5所示。再次参考图1，该方法包括将工件18布置在第一焊接电极110和第二焊接电极210之间。为了该方法，工件18可以以任何方式布置或放置在第一焊接电极110和第二焊接电极210之间，例如，通过手动或通过机器。如图I所示，第一焊接电极110和第二焊接电极210的每个包括电极保持器26。因为第一焊接电极110和第二焊接电极210的每个在结构和功能上基本相同，为了描述方便，将仅描述和参照一个焊接电极，附图标记为10。电极保持器26可附连到焊枪28，且更具体地附连到焊枪28的上臂30或下臂32。焊枪28可以根据工件18的应用被适当地构造。例如，焊枪28可以是直进式焊枪(straight acting gun)或摇杆式焊枪(rocker gun)。另夕卜，焊枪28可通过气动、液压、电、伺服电机或其组合控制和/或促动。焊枪28的上臂30和下臂32每个可以移动，或上臂30和下臂32的一个可以相对于另一臂30、32静止。焊枪28基本还可包括电、气动和/或机械设备(未示出)，用于将焊枪28和/或臂30、32中的一个或两个定位在期望位置，还包括冷却回路(未示出)，用于维护焊枪28的工作温度。此外焊枪28可以是固定焊接设备(未示出)或机器人携带的焊接设备(未不出)的一部分。尽管在图I中大致示出，但是上臂30和下臂32可彼此间隔并可定位为接触第一钢基板12和第二钢基板14。因此，焊枪28可包括两个电极保持器26，例如，一个电极保持器26用于上臂30且一个电极保持器26用于下臂32。两个电极保持器26每个还可在结构和功能上大致相同，且在下文描述连接到上臂30的代表性电极保持器26。继续参考图1，电极保持器26可以是中空的，以容纳冷却回路(未示出)，且可从上臂30朝向第一钢基板12呈锥形。此外，因为电极保持器26可将焊接电流34(图5和6)传导到工件18，电极保持器26可由导电金属形成，例如，铜或铜合金。再次参考图1，焊接电极10还包括电极帽36，其可移除地附连到电极保持器26且具有中央纵向轴线38。即，在电阻点焊操作之后和/或为了清洁、重新调整或维护操作，焊接电极10可从电极保持器26移除。如图2A-5所示，电极帽36包括本体40，该本体具有近端42和与近端42间隔的焊接表面44。如图5所示，焊接表面44至少部分地是圆的，且可以构造为用于在形成电阻点焊接头16期间，与第一钢基板12和第二钢基板14中的任一个接触，如前详细所述。参考图2A-5，焊接表面44可大致垂直于中央纵向轴线38。但是，尽管未示出，焊接表面44可替换地布置在相对于中央纵向轴线38的非垂直关系中。即，焊接表面44可被布置为相对于中央纵向轴线38偏心，其中，焊接表面44相对于电极保持器26 “倾斜”或“成角度”。例如，焊接表面44可具有第二中央纵向轴线(未示出)，该第二中央纵向轴线可与电极帽36的中央纵向轴线38交叉，以形成大到约30°角。焊接表面44和本体40的这种构造对于需要将电极帽36定位到具有小尺寸的空间中的应用是有用的。焊接表面44基本平滑，且没有限定在其中的任何沟槽。即，焊接表面44没有限定任何沟槽或突脊，并不具有表面粗糙部。而是，焊接表面44基本平滑且均匀，且例如没有交、叉刻线或其他表面纹理，诸如通过具有峰谷尺寸的凹坑限定的表面粗糙部。但是，应该意识至IJ，术语“基本平滑和没有限定在其中的任何沟槽”可允许焊接表面44的机加工或锻造遗留的轻微和/或并非刻意造成的残余痕迹，但是排除故意或通过设计形成的沟槽或突脊，诸如交叉刻线或表面粗糙部。基本平滑且无沟槽焊接表面44允许与工件18的充分接触和导电性，以便获得改善的电阻点焊接头16(图5)。继续参考图2A-5，焊接表面44具有大约7mm到大约IOmm的第一直径(图2A-4中在46处表不)和第一曲率半径(在图2A-4中在48处表不)。上述第一直径46允许将电阻点焊接头16形成在相对薄规格的钢基板12、14中(图5)，例如，具有从大约Imm到大约3mm的厚度22、24的钢基板12、14。另外，具有前述第一直径46的焊接表面44允许电极帽36和钢基板12、14之间的良好接触压力和导电性。由于焊接表面44具有第一曲率半径48，焊接表面不完全是平的，如图2A_4所示。而是，焊接表面44的至少一部分是隆起的或圆的。在图2A和2B所示的非限制性变体中，第一曲率半径48可以是从大约40mm到大约100mm。再次参考图2A-5，电极帽36还包括柱形或筒形裙状部分50，该裙状部分沿中央纵 向轴线38延伸离开本体40，并限定冷却通道52。尽管未示出，冷却回路(诸如充注水的管道或喷嘴)可被布置在冷却通道52中以保持电极帽36、焊接表面44和电极保持器26的期望工作温度。冷却通道52可因此延长电极帽36的工作寿命。此外，裙状部分50被构造为承靠电极保持器26，以由此将电极帽36可移除地附连到电极保持器26。即，电极帽36可经由干涉配合附连到电极保持器26。在一个例子中，如图5最佳地显示，裙状部分50可被构造为接收和承靠电极保持器26，以在近端42和电极保持器26之间限定冷却通道52，并由此将电极帽36可移除地附连到电极保持器26。在另一例子中，如图2B最佳地显示，裙状部分50可限定冷却通道52，和电极保持器26可被构造为围绕和承靠裙状部分50。因此，电极帽36可以被构造为凸型电极帽36，如图2B最佳地显示，或凹型电极帽36，如图1、2A和3-5最佳地显示。现参考图2A-4，裙状部分50具有第一面54，该第一面基本平行于中央纵向轴线38和与焊接表面44间隔开。即，第一面54大致是圆柱形的，且与中央纵向轴线38同心。此夕卜，本体40具有将第一面54和焊接表面44互连的第二面56，本体40从第一面54沿第二面56向焊接表面44呈锥形。例如，在一个变体中，本体40从第一面54沿第二面56向焊接表面44以一个恒定斜率呈锥形(图2A-4在58处示出)。如在此所用的，术语“斜率”是指，第二面56的升起(rise) 60 (即，沿中央纵向轴线38的y尺寸)的变化与延伸(run) 62 (即，垂直于中央纵向轴线38的X尺寸)的变化之比。替换地，尽管未示出，在另一变体中，第二面56可以是弓形的，且可改变斜率58，弯曲或从第一面54弯转到焊接表面44。因此，第二面56不是圆柱形的，但可以是大致圆锥形或球形的，可具有上凸的锥度(未示出)，或可具有下凹的锥度(未示出)。这样的形状和锥度为电极帽36提供良好的强度，并允许电极帽36被定位到具有小尺寸的空间中。继续参考图2A-4，焊接表面44还包括第二曲率半径(图2A_4在64处示出)，其不同于第一曲率半径48。例如，如图2A-3所示，焊接表面44可包括与第二面56间隔开并具有第一曲率半径48的隆起部66和邻接隆起部66的肩部68。在该变体中，第一曲率半径48可以是从大约8mm到大约40mm。此外，隆起部66可具有从大约4mm到大约7mm的第二直径70。因此，隆起部66可中心定位在焊接表面44上，以便与中央纵向轴线38相交，可具有从大约8mm到大约40mm的第一曲率半径48,和从大约4mm到大约7mm的第二直径70。替换地，尽管未示出，隆起部66可不必中心定位在焊接表面44上，但可替代地具有第三纵向轴线(未示出)，该纵向轴线与中央纵向轴线38相交以形成大到大约30度的角。S卩，隆起部66可被布置为相对于电极帽36的中央纵向轴线38偏心和/或“倾斜”或“成角度”。继续参考图2A和2B，焊接表面44的肩部68邻接隆起部66。在图2A和2B所示的电极帽36的非限制性变体中，肩部68可基本平行于本体40的近端42。即，第二曲率半径64可实质上大于第一曲率半径48，从而与隆起部66的第一曲率半径48形成的那部分焊接表面44相比较，肩部68可看起来是“平的”。对于该变体,本体40从第一面54沿第二面56向焊接表面44呈锥形，从而肩部68邻接第二面56。现参考图3，在另一非限制性变体中，焊接表面44还可具有第二曲率半径64，其小于第一曲率半径48。即，焊接表面44可具有两个圆形部分。在该例中，焊接表面44还包括与第二面56间隔开且具有第一曲率半径48的隆起部66和邻接隆起部66的肩部68。在该变体中，第一曲率半径48可从大约8mm到大约40mm。此外，隆起部66可具有从大约4mm到大约7mm的第二直径70。因此，隆起部66可中心定位在焊接表面44上，以便与中央纵向轴线38相交,并可具有从大约8mm到大约40mm的第一曲率半径48,和从大约4mm到大约7mm的第二直径70。替换地，尽管未示出，隆起部66可没有中心定位在焊接表面44上，从而中央纵向轴线38可不与隆起部66相交。例如，隆起部66可替代地具有第三纵向轴线(未示出)，第三纵向轴线与中央纵向轴线38相交，以形成大到大约30度的角。即，隆起部66可被布置为相对于电极帽36的中央纵向轴线38偏心和/或“倾斜”或“成角度”。因此，在如图2A、2B和3所示的非限制性变体中，焊接电极10(图I)包括电极保持器26和电极帽36，该电极帽可移除地附连到电极保持器26并具有中央纵向轴线38。电极帽36包括本体40，该本体具有近端42和与近端42间隔开的焊接表面44，其中，焊接表面44基本平滑且没有限定在其中的任何沟槽，并具有大约7mm到大约IOmm的第一直径46。焊接表面44包括与第二面56间隔开的隆起部66，其中，隆起部66具有从大约8mm到大约40mm的第一曲率半径48和从大约4mm到大约7mm的第二直径70。焊接表面44还包括邻接隆起部66的肩部68，并具有不同于第一曲率半径48的第二曲率半径64。继续参考图2A、2B、3和5，电极帽36包括裙状部分50，裙状部分沿中央纵向轴线38延伸离开本体40并限定出冷却通道52。裙状部分50被构造为承靠电极保持器26，以由此将电极帽36可移除地附连到电极保持器26。裙状部分50具有第一面54，该第一面基本平行于中央纵向轴线38并与焊接表面44间隔开。本体40具有将第一面54和焊接表面44互连的第二面56。本体40从第一面54沿第二面56向焊接表面44呈锥形，从而肩部68邻接第二面56。但是，在参考图3所述的非限制变体中，尽管焊接表面44的肩部68邻接隆起部66，肩部68可具有从大约40mm到大约IOOmm的第二曲率半径64，由此肩部68并不基本平行于本体40的近端42。即，焊接表面44可包括两个曲率半径48、64，S卩，隆起部66的第一曲率半径48和肩部68的第二曲率半径64，从而隆起部66和肩部68两者是隆起的或是圆的。对于该变体，本体40还从第一面54沿第二面56向焊接表面44呈锥形，从而肩部68邻接第二面56。现参考图4，在又一非限制性变体中，焊接表面44可包括隆起部66，其邻接第二面56并具有第二曲率半径64。在该限制性例子中，隆起部66可看起来是圆的突起，绕焊接表面44的周边毗邻第二面56。即，隆起部66可接触第二面56，且可不与电极帽36的中央纵向轴线38相交。在该例子中，第一曲率半径48可以是从大约40mm到大约100mm。相反,第二曲率半径64可实质上小于第一曲率半径。例如，第二曲率半径64可以是从大约0. Imm到大约2mm。如图2A-4所示，电极帽36可具有从大约21mm到大约24. 5mm的长度72，例如，大约22mm。电极帽36可具有从大约12. 5mm到大约19mm的总直径74,例如，大约16mm。此夕卜，由于电极帽36将焊接电流34(图5和6)传导到第一和第二基板12、14(图5)，电极帽36可由导电金属形成，诸如铜或铜合金。此外，如果电极帽36被磨损，可使用切割刀具(未示出)将电极帽36调整到前述尺寸，该切割刀具制备有成形为与第一直径46、第一曲率半径48和第二曲率半径64 —致互补的切割表面，且被构造为对电极帽36机加工以限定出焊接表面44。再次参考该方法，如参考图5所述，该方法还包括将工件18与第一焊接电极110 和第二焊接电极210的每个的焊接表面44接触，以便在第一钢基板12和第一焊接电极110之间限定第一焊接界面76，和在第二钢基板14和第二焊接电极210之间限定第二焊接界面78。S卩，接触步骤还可限定为将上臂30 (图I)和下臂32(图I)的至少一个朝向工件18移动，从而第一焊接电极110的的电极帽36触碰第一钢基板12，且第二焊接电极210的电极帽36触碰第二钢基板14，以便将工件18与第一和第二焊接电极110、210布置为导电关系。此外，接触步骤可包括将焊接表面44与第一焊接电极110的电极帽36和第二焊接电极210的电极帽36每个对齐，从而第一和第二焊接电极110、210的焊接表面44被定位在电阻点焊接头16的期望位置上。继续参考图5，该方法还包括对以下的每一个感应出电阻热在第一焊接界面76的第一面积82上感应出第一量的电阻热(图5在80处大致示出)、在第二焊接界面78的第二面积86上感应出第二量的电阻热(图5在84处大致示出)、在贴合界面20的第三面积90上感应出第三量的电阻热(图5在88处大致示出)、在第一钢基板12内感应出第四量的电阻热(图5在92处大致示出)和在第二钢基板14内感应出第五量的电阻热(图5在94处大致示出)。第四量的电阻热92和第五量的电阻热94每个的特征在于相应第一和第二钢基板12、14内的大的热阻。此外，第三量的电阻热88、第四量的电阻热92和第五量的电阻热94的每个小于第一量的电阻热80和第二量的电阻热84中的任一个，如前详细所述。因此，在形成电阻点焊接头或焊核16期间，第一焊接界面76和第二焊接界面78每个比贴合界面20相对更热。这样，并非冷却第一焊接界面76和第二焊接界面78，与第三量的电阻热88、第四量的电阻热92和第五量的电阻热94相比较，该方法分别增加第一和第二焊接界面76、78处的第一量的电阻热80和第二量的电阻热84。另外，再次参考图5，该方法包括将第一面积82对第三面积90的第一比和第二面积86对第三面积90的第二比最大化，以由此在工件18中形成电阻点焊接头16。这样，该方法分别在第一焊接界面76和第二焊接界面78的优选部分上分配第一量的电阻热80和第二量的电阻热84，以形成电阻点焊接头16。与形成电阻点焊接头的其他方法(未示出)相比，该方法分别在第一焊接界面76和第二焊接界面78处在相对较大面积上分配第一量的电阻热80和第二量的电阻热84，并改善电阻点焊接头16的形成，该接头例如具有沙漏形状，如图5所示和如以下更详细所述。第一量的电阻热80、第二量的电阻热84、第三量的电阻热88、第四量的电阻热92和第五量的电阻热94可以任何适当的方式感应出。作为非限制性的例子，如参考图5和6所述，该方法可还包括，在接触之后，将第一力(图5在96处大致示出)施加到工件18，以由此将工件18在第一焊接电极110和第二焊接电极210之间挤压并持续第一持续时间98 (图6)或挤压时间。第一持续时间98是指焊枪28 (图I)的上臂30 (图I)和下臂32 (图I)抵靠工件18最初闭合(initial closing)所需的时间。参考图6，第一持续时间98可以是从大约IOms到大约1000ms，且第一力96可在第一持续时间98内从大约OkN增加到大约 3. 5kN。本方法可还包括，在施加第一力96之后，将大致恒定的第二力(图5在100处大致示出)施加到工件18并持续第二持续时间102 (图6)或焊接时间。作为非限制性例子，第二力100可以是从大约2. 5kN到大约3. 5kN。且第二持续时间102可以是大约从约180ms到约220ms。因此，本方法可包括将大致恒定的大约3kN的第二力100施加到工件18并持 续大约200ms的整个第二持续时间102，从而工件18被夹持在第一焊接电极110和第二焊接电极210之间。另外，继续参考图5，本方法可还包括，与施加大致恒定的第二力100同时地，通过第一焊接电极110和第二焊接电极210施加焊接电流(图5和6在34处大致示出)到工件18并持续第二持续时间102 (图6)，以由此在第一焊接界面76的第一面积82上感应出第一量的电阻热80、在第二焊接界面78的第二面积86上感应出第二量的电阻热84、在贴合界面20的第三面积90上感应出第三量的电阻热88、在第一钢基板12内感应出第四量的电阻热92和在第二钢基板14内感应出第五量的电阻热94。即，当大致恒定的第二力100被施加到工件18时，焊接电流34还可被施加到工件18。更具体地，焊接电流34可以是直流电，其可通过焊枪28(图I)的变压器或电压调节器(未示出)阶跃变低。参考图6，作为非限制性例子，焊接电流34在整个第二持续时间102上可以是从大约9kA到大约llkA，例如，大约10. 5kA。即，焊接电流34可以在整个第二持续时间102是恒定的。换句话说，焊接电流34可以单连续脉冲施加，在脉冲之间没有伴随的冷却时间。参考图5，焊接电流34可流过电极保持器26和焊枪28 (图I)的上臂30 (图I)和下臂32 (图I)每个的相应的焊接电极110、210，从而焊接电流34在第一焊接界面76和第二焊接界面78处流向工件18。再次参考图5，随着焊接电流34流过第一焊接界面76和第二焊接界面78，前述电极帽36的特定形状和构造通过在第一面积82和第二面积86上重新分配相应焊接电极110,210的接触压力而改变第一和第二焊接界面76、78处的电阻。电极帽36的特定形状和构造在第一钢基板12和第二钢基板14处重新引导来自电极帽36的焊接电流，从而分别在第一焊接界面76和第二焊接界面78处感应出产生第一量的电阻热80和第二量的电阻热84。焊接电流34产生热，例如，在工件18内在第一焊接界面76、第二焊接界面78和贴合界面20每个处产生来自工件18内的电阻的第一量80、第二量84和第三量88的电阻热。热量80、84、88在贴合界面20处瞬时熔化第一钢基板12和第二钢基板14，以形成电阻点焊接头或焊核16的初期形态，并由此开始连结钢基板12、14。更具体地，经由焊接表面44的前述形状和构造施加第一、第二和第三力96、100、104指定为第一和第二焊接电极110、210和工件18之间的接触压力、接触电阻和接触面积，即，第一和第二面积82、86。焊接电极10的焊接表面44的前述形状和构造，例如，焊接表面44的第一和第二曲率半径48、64可减小第一和第二焊接电极110、210和相应钢基板12、14之间的接触压力，和因此在第一面积82和第二面积86处增加接触电阻以及第一和第二量的电阻热80、84。电极帽36的前述形状和构造在第一和第二面积82、86上分配第一量的电阻热80和第二量的电阻热84。另外，焊接表面44和电极帽36的前述形状和构造提供了在焊接表面44的周边处的理论上可以忽略的接触压力，和因此无穷大的接触电阻。相反，具有完全平坦的焊接表面(未示出)——不具有第一半径48和第二半径64——的作为比较的焊接电极(未示出)在焊接表面44的周边处提供了理论上无穷大的接触压力和因此可忽略的接触电阻。因此，SP使总的量的电阻热80、84、88、92、94在焊接电极36和作为比较的焊接电极(未示出)之间是类似的，对于具有焊接表面44的焊接电极36，第一和第二量的电阻热80、84分配在较大的第一和第二面积82、86上。因此，焊接电极36可形成电阻点焊接头16，其具有比腰部直径114 (图I)更宽的肩部直径112 (图I)，和可具有前述沙漏形状。 再次参考图5和6，本方法可还包括，在施加大致恒定的第二力100之后，施加第三力(图5中通过箭头104大致示出)到工件18并持续第三持续时间106 (图6)或保持时间。即，第三力104可在施加焊接电流34之后施加至工件18。第三持续时间106或保持时间表示第一焊接电极110和第二焊接电极210仍然分别被置于与第一钢基板12和第二钢基板14保持接触的持续时间，但在该持续时间中，没有焊接电流34流过焊接电极110、210。第三持续时间106允许在显微结构水平上持续形成电阻点焊接头16。例如，如参考图5和6所述，本方法还可包括将第三力104施加至工件18，以开始将工件18在第三持续时间106或保持时间内从与第一焊接电极110和第二焊接电极210的接触中释放。参考图6，作为非限制性例子，第三持续时间106可以是从大约40ms到大约250ms，且第三力104可在第三持续时间106上从大约3. 5kN减小到大约OkN。继续参考图5和6，本方法可还包括，在施加第三力104之后，将第一焊接电极110和第二焊接电极210与工件18脱离接触并持续第四持续时间108(图6)或空闲时间，以由此在工件18中形成电阻点焊接头16。即，在第四持续时间108期间，没有力可被施加到工件18，在第四持续时间108期间，工件18可不与第一焊接电极110和第二焊接电极210中的任一个接触(图6)。因此，对于第一持续时间98、第三持续时间106和第四持续时间108，焊接电流34可不被施加流过第一焊接电极110和第二焊接电极210。作为非限制性例子，第四持续时间108可以是从大约IOOOms到大约2500ms，且可允许在显微结构水平上完全形成电阻点焊接头16。如参考图5所述，电极帽36和方法将第一力96、大致恒定的第二力100和第三力104在电极帽36的整个焊接表面44的面积上分布。因此，在第一焊接界面76和第二焊接界面78处，焊接表面44使得与工件18的接触压力最小化，并增加接触电阻和接触面积，即，第一面积82和第二面积86。在较宽的接触面积82、86上的这种增加的接触电阻产生第一量的电阻热80和第二量的电阻热84，并促进第一和第二焊接界面76、78处的大范围的热产生。再次参考图5，因为与贴合界面20的在工件18内侧的第三面积90处的第三量的电阻热88、第一钢基板12内的第四量的电阻热92和第二钢基板14内的第五量的电阻热94每一个相比，在工件18的周边处第一量的电阻热80和第二量的电阻热84每个分配在足够大的面积82、86上，所以焊接电流34可熔化钢基板12、14，以便形成具有沙漏形状的电阻点焊接头或焊核16。即，如图I所示，电阻点焊接头16可具有比腰部直径114更大的肩部直径112。具体地，在形成电阻点焊接头16期间，第三量的电阻热88可仅最小地增加，而第一和第二量的电阻热80、84每一个分别在第一和第二焊接界面76、78上极大地增加。因此，在电阻点焊接头16形成期间，第三面积90还可仅最小 地增加，而第一和第二面积82、86每一个在第一和第二焊接界面76、78上极大地增加。换句话说，本方法使得第一面积82对第三面积90的第一比和第二面积86对第三面积90的第二比最大化，以由此形成电阻点焊接头16。因此，第一和第二量的电阻热80、84可大范围地分配在第一和第二焊接界面76、78的优化部分上，即第一和第二面积82、86上，且肩部直径112 (图I)可大于电阻点焊接头16的腰部直径114(图I)。换句话说，由于第一量的电阻热80和第二量的电阻热84大于第三量的电阻热88、第四量的电阻热92和第五量的电阻热94，所以，与形成电阻电焊缝的其他方法相比(未示出)，第一和第二量的电阻热80、84可分配在第一和第二焊接界面76、78的相对较大范围的部分上，即第一和第二面积82、86上，从而电阻点焊接头16的肩部直径112可大于腰部直径114。因此，电阻点焊接头16可具有沙漏形状和与之相伴的良好疲劳强度、剥离拉伸强度和抵抗焊接表面裂纹形成的抗力。如参考图I所述，电阻点焊接头16可在贴合界面20处穿透第一钢基板12和第二钢基板14，以由此将第二钢基板14连结到第一钢基板12。最终的电阻点焊接头或焊核16从上方观察时可具有大致圆形的形状，和在横截面中观察时的沙漏形状。在另一例子中，尽管未示出，最终的电焊焊接接头16可具有在横截面中观察时的卵形形状。贴合界面20处的电阻点焊接头16的腰部直径114可大致等于两个钢基板12、14中较薄的那个的厚度22、24(图I)的平方根的四倍。例如，如上所述，第二厚度24可大于第一厚度22，由此贴合界面20处的电阻点焊接头16的腰部直径114可大致等于第一钢基板12的第一厚度22的平方根的四倍。同样，对于第一厚度22大于第二厚度24的应用，贴合界面20处的电阻点焊接头16的腰部直径114可大致等于第二钢基板14的第二厚度24的平方根的四倍。具体地为了汽车应用，电阻点焊接头16的腰部直径114可以是从大约4_到大约8mm。如图5所示，第一钢基板12和第二钢基板14每一个还可具有没有被电阻点焊接头16穿透的第二表面116，该第二表面与贴合界面20相对地间隔并与之远离。即，电阻点焊接头16可在贴合界面20处布置在第一钢基板12和第二钢基板14每个中，但可不穿透第一钢基板12和第二钢基板14每一个的在外的第二表面116。例如，电阻点焊接头16在第一钢基板12和第二钢基板14每一个内的、自贴合界面20进行的穿透分别不超过第一厚度22 (图I)和第二厚度24(图I)的任一个的大约90%，以便使得焊接表面裂纹最小化和/或防止焊接表面裂纹并延长第一焊接电极110和第二焊接电极210的工作寿命。更具体地，电阻点焊接头16的穿透可不超过第一厚度22和第二厚度24的任一个的大约50%，以便最优地使得焊接裂纹最小化并使得焊接电极110、210的工作寿命最大化。再次参考图5，第一钢基板12可包括邻近电阻点焊接头16的热影响区118。如在此所用的，术语“热影响区”是指在上述方法期间，第一钢基板12因受热(例如，第一、第二、第三、第四和第五量的电阻热80、84、88、92、94)而改变显微结构的区域。即，热影响区118可因为第一钢基板12的热积累和随后冷却而形成在第一钢基板12中。如图5所示，热影响区118可包括第一钢基板12的这样一区域，该区域在第一钢基板12的没有受到热影响的其余部分和电阻点焊接头16之间。换句话说，热影响区118可包括第一钢基板12邻近电阻点焊接头16的柱状晶粒120(图7)的区域。具体地，热影响区118可包括在受热时形成粗大晶粒的奥氏体122(图7)和细小晶粒的奥氏体124(图7)的区域，并可包括部分转变为奥氏体的钢(未示出)和/或被退火的钢基(base steel)(未示出)。因此，再次参考图5，热影响区118邻近第一钢基板12内的电阻点焊接头16并具有边界126。边界126可限定出第一钢基板12内的在细小晶粒钢(例如，图7的细小晶粒的奥氏体124)和粗大晶粒钢(例如，图7的粗大晶粒的奥氏体)之间的过渡部分。另外，边界126可从贴合界面20延伸。例如，如图5所示，边界126可邻接并源于贴合界面20，并延伸通过第一钢基板12到达第一钢基板12的在外的第二表面116。边界126和贴合界面20的相交部(由图5中的相对点128和130表示)可称为凹槽根部，并可表示贴合界面20处的裂纹形成和扩展的起点。
继续参考图5，边界126和贴合界面20可在其之间限定出大于约75度的角132。此外，角132可小于或等于大约170度，从而边界126不平行于贴合界面20。例如，边界126和贴合界面20之间的角132可从大约80度到大约120度。因此，感应出前述量的电阻热80、84、88、92、94每个可在第一面积82上分配第一量的电阻热80、在第二面积86上分配第二量的电阻热84和在第三面积90上分配第三量的电阻热88，以由此形成在贴合界面20处穿透第一钢基板12和第二钢基板14的电阻点焊接头16，从而第一钢基板12具有邻近电阻点焊接头16的具有边界126的热影响区118，其中，边界126和贴合界面20之间限定出角132，其大于约75度。不期望被理论限制，角132和热影响区118的最终形状可减慢电阻点焊接头16内的裂纹扩展，并因此延长工件18的工作寿命。S卩，角132和热影响区118的最终形状可将边界126与电阻点焊接头16内的最小化的能量释放和应力强度的方向对齐，以便使得裂纹生长速率最小化并使得电阻点焊接头16的疲劳寿命最大化。换句话说，角度132可以沿热影响区118的边界126偏转和扩展源于贴合界面20处的任何裂纹，并由此最小化工件18的裂纹生长速率。另外，不是沿热影响区118的边界126偏转的前进裂纹(未示出)可能遇到硬的电阻点焊接头材料，这还可对相对降低裂纹生长速率并增长疲劳寿命作出贡献。即，电阻点焊接头16可能对裂纹形成和生长提供至少两种抵抗。第一，电阻点焊接头16可促使沿边界126的任何裂纹的扩展，而不是允许裂纹沿第一钢基板12的任何其他位置扩展。第二，如果裂纹没有沿边界126扩展，而是在凹槽根部128、130 (图5)生成并沿不平行于边界116的方向扩展，则裂纹可遇到电阻点焊接头16的相对较硬的柱状晶120 (图7)、粗大晶粒奥氏体122(图7)和/或细小晶粒奥氏体124(图7)，且可被制止进一步生长。因此，电阻点焊接头16可改变裂纹生长方向并最终展现优异的疲劳寿命和剥离拉伸强度，并且如果裂纹偏离到电阻点焊接头16或焊核中可抑制疲劳裂纹生长速度。由此，如下面更详细地所述，通过前述方法形成的电阻点焊接头16所连结的工件18具有优异的剥离拉伸强度和疲劳强度，而不需要增加第一钢基板12的第一厚度22 (图I)。如在此所用的，术语“剥离拉伸强度”是指工件18可承受而不撕裂的最大拉伸应力，例如，沿图5中的箭头134的方向垂直施加。并且，术语“疲劳强度”是指可被工件18承受特定数量的循环(应力在每个循环中被完全反向)而没有撕裂的最大应力。再次参考图5，工件18的第二钢基板14可具有邻近电阻点焊接头或焊核16的第二热影响区136。如在此所用的，术语“第二热影响区”是指在上述方法期间，第二钢基板14的具有因为受热(例如，第一、第二、第三、第四和第五量的电阻热80、84、88、92、94)而改变显微结构的区域。即，第二热影响区136可因为第二钢基板14的热积累和随后冷却而形成在第二钢基板14中。如图7所示，第二热影响区136可包括第二钢基板14的一区域——其在电阻点焊接头16和第二钢基板14的未受热影响的其余部分之间。换句话说，第二热影响区136可包括第二钢基板14的与电阻点焊接头或焊核16的柱状晶120 (图7)邻近的区域。具体地，第二热影响区136可包括在受热时形成粗大晶粒的奥氏体122(图7)和细小晶粒的奥氏体124(图7)的区域，并可包括部分转变为奥氏体的钢(未示出)和/或退火钢基(未示出)的区域。再次参考图5，第二热影响区136邻近第二钢基板14内的电阻点焊接头或焊核16 并具有第二边界138。第二边界138例如可限定出第二钢基板14内的在细小晶粒钢(例如，图7的细小晶粒的奥氏体124)和粗大晶粒钢(例如，图7的粗大晶粒的奥氏体122)之间的过渡。因此，如图5所示，热影响区118的边界126和第二热影响区136的第二边界138每个可分别限定出第一钢基板12和第二钢基板14的在细小晶粒钢和粗大晶粒钢之间的过渡。另外，第二边界138可从贴合界面20延伸。例如，如图5所示，第二边界138可邻接并源于贴合界面20，并延伸通过第二钢基板14到达第二钢基板14的在外的第二表面116。例如，第二边界138可在图5中的点128和130处与边界124和贴合界面20相交，即在凹槽根部处。因此，热影响区118的边界124和第二热影响区136的第二边界138每个可从工件18的贴合界面20延伸。再次参考图5，第二边界138和贴合界面20可在其之间限定第二角140，该角度大于约75度。此外，第二角140可小于或等于大约170度，从而第二边界138不平行于贴合界面20。例如，第二边界138和贴合界面20之间的第二角140可以是从大约80度到大约120 度。因此，如图5所示，角132和第二角140每个可从大约80度到大约120度。此外，第二角140可与角132相同或不同，取决于电阻点焊接头16的形成和腰部直径114 (图I)。例如，角132可与第二角140不同且小大约10度。因此，如图5所示，电阻点焊接头16可具有的形状也不同于第二热影响区136的形状。替换地，尽管未示出，第二热影响区136可相对于电阻点焊接头16对称。不管如何，如图5所示，热影响区118和第二热影响区136可组合形成大致沙漏形状。再次不期望被理论限制，第二热影响区136的最终形状和第二角140可减慢电阻点焊接头16内的裂纹扩展，并因此延长工件18的工作寿命。即，第二角140和第二热影响区136的最终形状可将第二边界138与电阻点焊接头16内的最小化的能量释放和应力强度方向对齐，以便使得裂纹生长速率最小化并使得电阻点焊接头16的疲劳寿命最大化。换句话说，第二角140可沿第二热影响区136的第二边界138偏转和扩展源于贴合界面20处的任何裂纹。例如，没有沿第二热影响区136的第二边界138偏转的前进的裂纹(未示出)会遇到硬的电阻点焊接头材料，这还可有助于相对降低裂纹生长速率并增长疲劳寿命。S卩，电阻点焊接头16可对裂纹形成和生长提供至少两种抵抗。第一，电阻点焊接头16可促使沿第二边界138的任何裂纹扩展，而不是允许裂纹沿第二钢基板14的其他位置扩展。第二，如果裂纹没有沿第二边界138扩展，而是在凹槽根部128、130 (图5)产生并沿不平行于第二边界138的方向扩展，则裂纹会遇到电阻点焊接头16的相对较硬的柱状晶120 (图7)、粗大晶粒的奥氏体122 (图7)和/或细小晶粒的奥氏体124 (图7)，且可被制止进一步生长。因此，电阻点焊接头16可改变裂纹生长方向并展现最终优异的疲劳寿命和剥离拉伸强度，并且如果裂纹偏离到电阻点焊接头16或焊核中则制止在疲劳过程中的裂纹生长。 由此，通过前述方法形成的电阻点焊接头16所连结的工件18具有优异的剥离拉伸强度和疲劳强度，而不需要增加第二钢基板14的第二厚度24(图I)。与在凹槽根部处具有小于或等于大约75度的角的工件(未示出)相比，组合的热影响区118和第二热影响区136的沙漏形状提供了裂纹扩展路径，这可延长工件18的疲劳寿命。因为角132和第二角140每个可分别将边界126和第二边界138沿电阻点焊接头16内的最小化能量释放和应力强度的方向对齐，所以电阻点焊接头16具有优异的疲劳寿命，即，工件18能承受没有撕裂和/或电阻点焊接头16的剥离拉伸强度的没有不可接受的降低的应力循环次数。例如，当经受施加到第一钢基板12和第二钢基板14每个的大约12001bs/循环的循环拉伸剪切载荷(图5中通过箭头134指示)时，电阻点焊接头16可具有高达大约100000次循环的疲劳寿命，并且当经受施加到第一钢基板12和第二钢基板14每个的大约6001bs/循环的循环拉伸剪切载荷(箭头134)时，电阻点焊接头16可具有大到大约7000000次循环的疲劳寿命，其中，施加的最小拉伸剪切载荷对施加的最大拉伸剪切载荷的比(R)大约是0. I。此外，当经受施加到第一钢基板12和第二钢基板14每个的大约SOOlbs/循环的循环拉伸剪切载荷(箭头134)时，电阻点焊接头16可具有大到大约700000次循环的疲劳寿命，其中，R是大约0. I。在该例中，第一钢基板12和第二钢基板14每个可由DP600(双相)钢形成,且第一厚度22和第二厚度24每个可大约是I. 6mm。焊接电极10和本方法使得可以形成一种电阻点焊接头16，其具有优异的高循环疲劳寿命、优异的剥离拉伸强度和对焊接接头表面裂纹形成的减小敏感度。例如，焊接电极10和本方法形成的沙漏形电阻点焊接头16被优化以承受施加到第一钢基板12和第二钢基板14每个的高循环次数的拉伸剪切载荷。焊接电极10和本方法使得可以形成一种电阻点焊接头16，其在贴合界面20处优化地穿透第一钢基板12和第二钢基板14，以由此将第二钢基板14连结到第一钢基板12。更具体地，本方法增加第一比和第二比，并促使形成具有例如沙漏形状的电阻点焊接头16。即，第一钢基板12和第二钢基板14每个可具有热影响区118、136，该热影响区邻近电阻点焊接头16并具有边界126、138，其中，边界126、138和贴合界面20可在其之间限定大于约75度，例如，从大约80度到大约120度的角132、140。改善的焊接电极10和本方法使得边界126、138和贴合界面20之间的角132最大化，从而第一钢基板12内的热影响区118可与第二钢基板14内的第二热影响区136组合，以形成大致沙漏的形状。即，第一量的电阻热80和第二量的电阻热84分别分配在第一焊接界面76和第二焊接界面78上的优选部分上，即，第一面积82和第二面积86，以形成电阻点焊接头16。
焊接电极10和本方法使得可以使第一和第二钢基板12、14的第一和第二厚度22、24降级，即减小，而没有伴随的疲劳强度的损失。改善的焊接电极10和本方法适于需要优异剥离拉伸强度、疲劳强度和疲劳寿命但不伴随增加钢基板12、14的厚度的应用。本方法优化地控制焊接参数，以增加电阻点焊接头16的肩部直径112，并保持贴合界面20处的腰部直径114(图I)。另外，改善的焊接电极10和本方法改变焊接电流通量线的方向，并跨过第一和第二焊接界面76、78分配接触压力和接触电阻，以便产生第一和第二焊接界面76、 78处的电阻热的前述优化分配。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
权利要求
1.一种焊接电极，包括 电极保持器；和 电极帽，可移除地附连到所述电极保持器且具有中央纵向轴线，所述电极帽包括； 本体，具有近端和与所述近端间隔开的焊接表面，其中，所述焊接表面基本平滑且没有限定在其中的任何沟槽，且焊接表面具有大约7mm到大约IOmm的第一直径、第一曲率半径和与所述第一曲率半径不同的第二曲率半径；和 裙状部分，沿所述中央纵向轴线延伸离开所述本体，且被构造为承靠所述电极保持器，以由此将所述电极帽可移除地附连到所述电极保持器； 其中，所述裙状部分具有第一面，第一面基本平行于所述中央纵向轴线且与所述焊接表面间隔开； 其中，所述本体具有第二面，第二面互连所述第一面和所述焊接表面； 其中，所述本体从所述第一面沿所述第二面向所述焊接表面呈锥形。
2.如权利要求I所述的焊接电极，其中，所述焊接表面包括隆起部和肩部，该隆起部与所述第二面间隔开且具有所述第一曲率半径，肩部邻近所述隆起部。
3.如权利要求I所述的焊接电极，其中，所述第一曲率半径是从大约40mm到大约IOOmm0
4.如权利要求3所述的焊接电极，其中，所述焊接表面包括隆起部，所述隆起部邻近所述第二面且具有所述第二曲率半径。
5.一种在工件中形成电阻点焊接头的方法，该工件包括第一钢基板，第一钢基板布置为与第二钢基板接触，以在它们之间限定贴合界面，本方法包括 将工件布置在第一焊接电极和第二焊接电极之间，其中，第一焊接电极和第二焊接电极每个包括； 电极保持器；和 电极帽，可移除地附连到所述电极保持器且具有中央纵向轴线，所述电极帽包括；本体，具有近端和与所述近端间隔开的焊接表面，其中，所述焊接表面基本平滑且没有限定在其中的任何沟槽，且焊接表面具有大约7mm到大约IOmm的第一直径、第一曲率半径和与所述第一曲率半径不同的第二曲率半径；和 裙状部分，沿所述中央纵向轴线延伸离开所述本体，且被构造为承靠所述电极保持器，以由此将所述电极帽可移除地附连到所述电极保持器； 其中，所述裙状部分具有第一面，第一面基本平行于所述中央纵向轴线且与所述焊接表面间隔开； 其中，所述本体具有第二面，第二面互连所述第一面和所述焊接表面； 其中，所述本体从所述第一面沿所述第二面向所述焊接表面呈锥形； 将工件与第一焊接电极和第二焊接电极每个的焊接表面接触，以便在第一钢基板和第一焊接电极之间限定第一焊接界面，并在第二钢基板和第二焊接电极之间限定第二焊接界面； 在第一焊接界面的第一面积上感应出第一量的电阻热、在第二焊接界面的第二面积上感应出第二量的电阻热、在贴合界面的第三面积上感应出第三量的电阻热、在第一钢基板内感应出第四量的电阻热和在第二钢基板内感应出第五量的电阻热；其中，第三量的电阻热、第四量的电阻热和第五量的电阻热每个小于第一量的电阻热和第二量的电阻热中的任一个；和 使得第一面积对第三面积的第一比和第二面积对第三面积的第二比每个最大化，以由此在工件中形成电阻点焊接头。
6.如权利要求5所述的方法，还包括，在接触步骤之后，将第一力施加到工件，以由此将工件挤压在第一焊接电极和第二焊接电极之间并持续第一持续时间。
7.如权利要求6所述的方法，还包括，在施加第一力之后，将基本恒定的第二力施加到工件并持续第二持续时间。
8.如权利要求7所述的方法，还包括，与施加基本恒定的第二力同时，通过第一焊接电极和第二焊接电极将焊接电流施加到工件并持续第二持续时间，以由此在第一焊接界面的第一面积上感应出第一量的电阻热，在第二焊接界面的第二面积上感应出第二量的电阻热，在贴合界面的第三面积上感应出第三量的电阻热，在第一钢基板内感应出第四量的电阻热和在第二钢基板上感应出第五量的电阻热。
9.如权利要求8所述的方法，还包括，在施加大致恒定的第二力之后，施加第三力到工件并持续第三持续时间。
10.如权利要求9所述的方法，还包括，在施加第三力之后，释放第一焊接电极和第二焊接电极与工件的接触并持续第四持续时间，以由此在工件中形成电阻点焊接头。
全文摘要
一种焊接电极包括电极保持器和电极帽，电极帽可移除地附连到所述电极保持器且具有中央纵向轴线。所述帽还包括本体，具有端部和基本平滑且没有限定在其中的任何沟槽的焊接表面，焊接表面具有大约7mm到大约10mm的第一直径、第一曲率半径和与所述第一曲率半径不同的第二曲率半径。所述帽包括裙状部分，延伸离开所述本体，且被构造为承靠所述保持器。裙状部分具有第一面，其基本平行于所述轴线且与所述表面间隔开。所述本体具有第二面，其互连所述第一面和所述表面，且所述本体从所述第一面向所述焊接表面呈锥形。还披露了一种形成电阻点焊接头的方法。
文档编号B23K11/11GK102672334SQ20121007009
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月16日 优先权日2011年3月17日
发明者D.R.西格勒, S.K.瓦尼米塞蒂 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司