用于在钢点焊期间控制电阻焊接熔核生长和性能的功率脉冲方法与流程

本公开的技术领域总体上涉及电阻点焊，并且更加具体地，涉及一种对钢工件进行电阻点焊的方法。

背景技术：

电阻点焊是多个行业用于将两个或者更多个金属工件连接在一起的工艺。具体而言，数十年来，汽车、航空、海运、铁路和建筑行业等行业一直使用点焊来在制造承重和非承重结构组件中将钢工件连接在一起。例如，在制造车门、车盖、后车厢盖或者提升式门期间，以及在制造包括在车辆框架中的各种结构主体构件期间，汽车行业通常使用电阻点焊将预制备的钢工件连接在一起。近来，钢技术已经极大地发展了钢的类型和级别，可用于满足任何广阔范围的潜在最终用途，包括(由抗拉强度)分类为高强度钢的那些。

正如在钢对钢点焊的背景中所使用的电阻点焊，其依靠对流过重叠钢工件并且跨过它们的接合界面(多个)的电流的电阻以产生热。为了执行这种焊接工艺，一对相对的点焊电极通常在力的作用下压靠工件层叠的相对侧上的正面对准的点，该工件层叠通常包括在预定的焊接部位布置成搭接配置的两个或者三个钢工件。然后，电流从一个电极至另一个通过钢工件。对电流的流动的电阻在钢工件内并且在它们的接合界面处产生热。在每个接合界面处产生的热启动熔融钢焊接池，该焊接池生长并且渗透到每个相邻的钢工件中。一旦电流停止流动，熔融钢焊接池最终固化成焊接熔核。凝固的焊接熔核自发地在焊接部位将工件熔融在一起。

已经发现了限定在焊接电极之间穿过的电流的特性的焊接排程会影响最终焊接熔核的强度-尤其是剥离强度。在常规的钢点焊操作中，例如，电流通常在150ms至1000ms的持续时间以恒定电流(通常在4kA与14kA之间某处)在电极之间穿过。这种恒定电流焊接排程事实上可以在工件层叠的接合界面处启动并且生长熔融钢焊接池。但是随着点焊工艺进行得接近完成并且电极进一步压入到它们相应的接合工件表面中，流动的电流的电流密度随着由电流传送的功率下降而下降。当这种情况发生时，尤其与具有高碳含量的特定级别的高强度钢结合时，钢合金焊接池可以停止生长，并且典型地是水冷却的电极开始从焊接池提取热，比电流可以在焊接池内产生热更快。

电流密度和与由电极提取热结合传送的功率的过早下降导致熔融钢焊接池随着焊接池的外区域以较低速度开始凝固而回落。由此，最终形成的焊接熔核包括在电流流动期间形成的一系列的柔软、粗糙的合金缺陷型壳区域。典型地，这些壳区域围绕借由在电流流动停止之后快速淬火而形成的内部焊接熔核核区域。已经发现，与较硬的内部焊接熔核核区域相比，较软的壳区域更易于裂缝扩展和撕裂，尤其在位于在焊接熔核周围附近时。特定的高强度钢，诸如举例而言，具有1000MPa或者更大的抗拉强度的钢以及具体地具有0.2wt％或者更大的碳含量的那些钢，由于它们的高碳含量和这种高碳含量可以具有对钢的可焊接性能的重要性，更可能方便形成包括柔软、粗糙的合金缺陷型壳区域的焊接熔核。

技术实现要素：

公开了一种对工件层叠进行电阻点焊的方法，该工件层叠包括两个或者三个重叠钢工件，其中至少一个包括具有1000MPa或者更大的抗拉强度的高强度钢基底。在点焊的制备中，按照叠加的方式来组装钢工件，从而使得相邻的工件的在层叠内的接合表面彼此重叠并且面对面，以根据层叠是否包括两个或者三个钢工件来建立一个或者两个接合界面。另外，如本领域技术人员所理解的，钢工件可以由分开的并且不同的部分提供，或者可替代地，工件中的两个可以由相同的部分提供。例如，在一个部分的边缘区域折叠在另一部分的边缘之上以形成具有三个重叠工件的工件层叠的情况下，两个工件可以由相同的部分提供。

一旦组装工件层叠，携带了一对点焊电极的焊枪操作为在焊接部位将工件点焊在一起，这导致在该位置处的工件之间形成离散的熔融焊接接头。更加具体地，一个焊接电极压靠工件层叠的一侧，并且另一焊接电极压靠工件层叠的另一侧。两个焊接电极正面对准并且压靠在一起以在焊接部位处施加夹持力。电流穿过相对的焊接电极之间并且通过工件层叠，这又对钢工件进行电阻加热，并且导致在每个相邻一对的钢工件的接合界面处形成熔融钢焊接池。穿过电流的特性根据所安排的焊接排程由焊接控制器控制。此处，在所公开的方法中，与采用迅速提升至恒定电平并且然后保持在恒定电平的常规电流相对，脉冲直流电流输入到焊接排程中并且在点焊工艺期间执行。

在所公开的方法中采用的脉冲直流电流设计为随着时间传送功率，随着焊接电极在电流流动期间持续压入到它们相应的钢工件中，足以在连续阶段中以较低速度最小化或者完全防止焊接池固化的同时生长熔融钢焊接池。结果，熔融钢焊接池在电流流动结束时处于其最大直径，并且然后可以快速淬火成更均匀的焊接熔核，该焊接熔核不包括比如典型地当采用常规的恒定电流焊接排程时所观测到的那些柔软、粗糙的合金缺陷型壳区域。实际上，此处，钢焊接熔核具有均匀硬度，其中如维氏硬度计所测量的焊接熔核的任何位置的硬度与焊接熔核的中央的硬度相比变化不会超过10％，并且优选地不变化超过5％。这种均匀硬度向焊接熔核提供可不断实现的符合强度和结构特性。

附图说明

图1是包括至少两个重叠钢工件的工件层叠的示意图，工件层叠设置为进行根据本公开的一个实施例进行电阻点焊；

图2是在图1中示出的工件层叠的局部放大图，其中由焊枪携带的焊接电极与工件层叠的相对侧接合；

图3是工件层叠的放大图，其中由在图1中示出的焊枪携带的焊接电极与工件层叠的相对侧接合，虽然此处工件层叠包括三个重叠钢工件而非两个；

图4总体上示出了压靠工件层叠的相对侧以方便在工件层叠内对钢工件进行点焊的焊接电极；

图5总体上示出了在接合界面处启动并且生长熔融钢焊接池之前压靠工件层叠(在横截面中所示出的)的相对侧的一对焊接电极；

图6总体上示出了压靠工件层叠(示于横截面中)相对侧的一对焊接电极以及在二电极之间的穿过电流，以便在层叠的接合界面处启动并生长熔融钢焊接池(也示于横截面中)；

图7是图6所示的熔融钢焊接池沿线7-7截取的平面图，示出了接合界面原始位置上焊接池的最大直径；

图8总体上示出了电流流动停止和熔融钢焊接池凝固成层叠接合界面处的焊接熔核(也示于横截面中)之后，压靠工件层叠(示于横截面中)相对侧的一对焊接电极；

图9总体上示出了图8的焊接熔核，并示出了相对于焊接熔核外边界的焊接熔核中心；

图10总体上示出了焊接熔核(示于横截面中)已经形成且焊接电极已经从层叠的相应侧移除之后的工件层叠；

图11是脉冲直流电流的一般图示，该电流在焊接电极之间穿过，以进行如图5-10所示的钢工件的点焊。图11中绘制的是脉冲直流电流的电平，连同焊接电极之间建立的电压和由电流传送的功率。此外，图11包括使脉冲直流电流的几个电流脉冲的平均施加功率经受简单的线性回归所产生的回归线；

图12是根据本公开一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；

图13是根据本公开另一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；

图14是根据本公开又一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；

图15是根据本公开再一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；

图16是根据本公开又一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；

图17是根据本公开又一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；

图18是根据本公开再一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；

图19是根据本公开另一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；以及

图20是根据本公开又一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段。

具体实施方式

图1-11中示出且下文描述了一种用于包括两个或三个钢工件的工件层叠10电阻点焊的方法。所公开的方法要求脉冲直流电流通过正面对准的点焊电极之间，该点焊电极压靠在位于工件层叠10相对侧上的重叠钢工件的外部表面上。脉冲直流电流经控制在工件层叠10中的每个接合界面处启动并生长熔融钢焊接池。为了帮助确保从每个熔融钢焊接池获得坚固的焊接熔核，脉冲直流电流安排为包括电流脉冲，确保由脉冲直流电流传送的、穿过工件层叠的焊接部位的功率不随时间而减少(当焊接电极持续按压进层叠时)，直到熔融钢焊接池开始缓慢凝固成柔软、粗糙的合金缺陷壳。这些电流脉冲设计为使得每个接合界面的熔融钢焊接池在电流流动停止时达到其最大直径，从而允许整个焊接池在电流流动停止后迅速凝固成硬度分布更均匀的焊接熔核。脉冲直流电流及其电流脉冲的特定特性可以根据所涉及工件的特定钢组合物进行调控。

现在参见图1-2，工件层叠10与焊枪12一起示出，该焊枪机械地和电气地配置为根据安排以执行所需的脉冲直流电流的焊接排程来进行电阻点焊方法。工件层叠10包括至少第一钢工件14和第二钢工件16，二者在将要进行点焊的焊接部位18处重叠。第一和第二钢工件14、16分别提供工件层叠10的第一和第二侧20、22，二者可以由一组轴向对准的焊接电极触及。虽然为了简单起见，图中只示出了一个焊接部位18，但本领域技术人员将理解，点焊可以在同一层叠10的多个不同焊接部位上进行。

现在参见图2，工件层叠10可仅包括第一和第二钢工件14、16，如图所示。当这两个钢工件14、16经层叠用于点焊时，第一钢工件14包括接合表面24和外部外表面26。同样地，第二钢工件16包括接合表面28和外部外表面30。两个钢工件14、16的接合表面24、28互相重叠和接触，以在焊接部位18建立接合界面32。如本术语在本文所使用的接合界面32包括工件14、16的接合表面24、28之间直接接触的情况，也包括在间接接触的情况中，即接合表面24、28彼此没有接触，但足够接近，例如当存在粘合剂、密封剂或一些其它中间材料的薄层时，仍然可以实施电阻点焊。另一方面，第一和第二钢工件14、16的外部外表面26、30通常在相反方向彼此背离并且在焊接部位18构成工件层叠10的第一和第二侧20、22。

第一和第二钢工件14、16各包括钢基基底。第一或第二钢工件14、16中的至少一个或两者的钢基基底是具有1000MPa或更高抗拉强度的高强度钢基底。这种性质的高强度钢往往最容易形成焊接熔核，焊接熔核包括柔软、粗糙的合金缺陷壳区域，在按常规焊接排程进行点焊时，甚至当加入其它更可焊接钢成分时，这些区域往往位于焊接熔核周边。高强度钢基底也可以有0.2wt％或更高的碳含量，这构成了特定等级的高强度钢，其在点焊时形成相对较硬的钢焊接熔核。此外，第一和第二钢工件14、16的每个包括的钢基基底可以是裸露的(无涂层)或涂有锌、铝薄层，或一些其它表面涂层。考虑到钢基基底的厚度和任何可以存在的可选涂层，第一和第二钢工件14、16各自的厚度140、160至少在焊接部位18处范围为0.3mm至6.0mm，更具体地，0.5mm至3.0mm。

可以存在于第一钢工件14和/或第二钢工件16中的高强度钢基底可以由任何各种高强度钢组合物构成。一些著名的高强度钢包括双相(DP)钢、复相(CP)钢、马氏体(MART)钢、相变诱发塑性(TRIP)钢、孪生诱发塑性(TWIP)钢以及按压硬化钢(PHS)。此外，在第一或第二钢工件14、16中仅一个包括而另一个不包括高强度钢基底的实施例中，不包括高强度钢基底的那个工件可以包括任何其他裸露或涂覆(例如，锌或铝涂层)的、可以进行电阻点焊的钢基底，如那些由软钢、无间隙钢、烘烤硬化钢、高强度低合金(HSLA)钢或较低强度等级的DP、CP、TRIP或TWIP钢等其它可能的钢组合物构成的基底。

第一和第二钢工件14、16的钢基基底——无论是否为高强度钢基底——可以以任意所需方式加工和成形。例如，钢基基底可以是衍生自热轧或冷轧钢板金属或板坯的预制(例如，压制、拉伸、冲压等)板材，或者衍生自热轧或冷轧钢坯或者小钢坯的预制组成部分。钢基基底还可以经过热处理以获得特定的一组机械特性。进行的一些共性热处理过程包括退火、淬火和/或回火，诸如在压制硬化钢生产中。此处所用术语“基底”指广泛地包括多种不同类型的生产、加工、和成形技术，这些技术可用来制备钢基基底在电阻点焊之前用在第一和第二钢工件14、16中。

当然，如图3所示，工件层叠10不限于包括仅仅第一和第二钢工件14、16。实际上，如这里显示，第三钢工件34可以包括在第一和第二钢工件14、16之间的工件层叠10。第三钢工件34在许多方面类似于第一与第二钢工件14、16，在于它包括可以是裸露的或涂覆的钢基基底，并且具有厚度340，所述厚度340位于如上所列举的相同范围内。第三钢工件34也可以任何适当的如前所述的可应用于第一和第二钢工件14、16的方式加工和成形。当工件层叠10包括第一、第二和第三钢工件14、16、34时，所述第一、第二或第三钢工件14、16、34中至少一个的钢基基底是一种具有1000MPa或更大的抗拉强度并且可能具有0.2wt％或更大的碳含量的高强度钢基底。换句话说，三个钢工件14、16、34中的一个，三个钢工件14、16、34中的两个，或者所有三个钢工件14、16、34可以包括高强度钢基底。

为了组装工件层叠10，以重叠方式将所述第一、第二与第三钢工件14、16、34层叠，使得第三钢工件34具有两个接合界面36、38。一个接合界面36与第一钢工件14的接合表面24重叠并且接触，另一接合表面38与第二钢工件16的接合界面28重叠并且接触，由此在工件层叠10之内焊接部位18处形成两个接合界面40、42。两个接合界面40、42包括如上所述的相邻重叠工件之间相同类型的直接或间接接触。因此，侧面的第一和第二钢工件14、16的外部外表面26、30依旧一般在相反方向远离面向彼此并且在焊接部位18构成工件层叠10的第一和第二侧20、22。

现在再回到图1的示意图，焊枪12显示为制造业背景范围内自动化焊接操作的一部分。例如，焊枪12可以安装在机器人上，所述机器人位于传送器或其他输送装置附近，输送装置设置为将工件层叠10(以及其它类似部件)传送到焊枪12。机器人可以构造成沿着工件层叠10移动焊枪12使得快速连续的点焊可以在不同焊接部位18形成。焊枪12也可以是固定基座型焊枪，其中相对于焊枪12操作并移动工件层叠10以使围绕工件层叠10在不同焊接部位18进行点焊。图1中所描绘的焊枪12旨在是各种焊枪的具有代表性的例子，包括c-类型和x-类型焊枪，以及其他焊枪类型，并不具体地如上所述，只要是能够执行电阻点焊的焊枪皆可。

焊枪12包括第一枪架44和第二枪架46，它们机械地并电气地配置成按照指定焊接排程重复地形成点焊。第一枪架44配备有保持第一点焊电极50的第一柄48，并且第二枪架46配备有保持第二点焊电极54的第二柄52。第一和第二点焊电极50、54各自优选地由诸如铜合金等导电材料形成。一个具体实施例是锆铜合金(ZrCu)，它含有0.10wt％到0.20wt％锆以及余量的铜。满足这个构成组分及标示为C15000的铜合金是优选的。具有合适的机械和导电特性的其他铜合金组合物也可以采用。附加地，现有技术中众所周知，用于供给冷却水到第一和第二焊接电极50、54的机构典型地结合进枪架44、46及电极柄48、52以防止焊接电极50、54在点焊期间过热。

第一和第二点焊电极50、54是总体上如附图4中所示的结构。图中，显示焊接电极包括电极主体56和焊接面58。电极主体56在外形上是圆柱形而且限定在后端62处可达到的空心凹部60，用于插入和附接到电极柄(例如，柄48、52)。电极主体56的另一端，或前端64，具有圆周560，所述圆周560的直径562优选为从10mm到22mm的范围或者，更精确为从13mm到20mm。焊接面58设置在电极主体56的前端64上并且具有圆周580，所述圆周580与电极主体56的圆周560一致(称为“整面电极”)，或者通过圆锥形或者截头球形的过渡鼻部66从电极主体56的圆周560向上移位。如果过渡鼻部66存在，两个圆周560、580可以是如此处图5中所示平行的，或它们可偏转以使焊接面58的圆周580相对于电极主体56的前端64的圆周560倾斜。

焊接面58是焊接电极50、54的部分，焊接电极50、54的部分在点焊过程中接触并且部分地或全部地压入工件层叠10。即，实际上，轴向对准的第一和第二焊接电极50、54的焊接面58挤靠并进入相对的工件层叠10的第一和第二侧20、22，所述第一和第二侧20、22在这里为第一和第二钢工件14、16的外部外表面26、30。每个焊接电极50、54的熔接面58可以是扁平的，具有球形圆顶形状，所述球形圆顶形状从焊接面58的圆周580上升的曲率半径是15mm到150mm，具有诸如升起凸台或者球形球头凸起等中央凸起，或具有从如同在美国专利号8,222,560；8,436,269；8,927,894；或在美国专利公开号2013/0200048中公开的焊接面的基础或公称表面向外凸起的脊同心环，上述文献在此全部引入以供参考。在许多应用中，焊接面58具有在其圆周580处测得的直径582，直径582的范围从4mm到12mm，且更精确为从5mm到10mm。

现具体地参照图1-2，焊枪12的第一和第二枪架44、46在点焊期间可操作以分别会聚并将第一和第二焊接电极50、54的焊接面58压靠工件层叠10的相对第一和第二侧20、22，相对面向重叠的第一和第二钢工件14、16的外部表面26、30提供第一和第二侧20、22。在所示实施例中，例如，第一和第二枪架44、46具有大致正交纵向轴线，并且第一枪架44通过诸如伺服电机等致动器68沿着其纵向轴线朝固定第二枪架46移动。如果致动器68是伺服电机，致动器或枪控制器70引起电流/电压传送到致动器68，以将第一枪架44移动，以便用于将焊接面58接合和压靠工件层叠10的相对侧20、22(表面26、30)并应用所需夹紧力。第一和第二焊接电极50、54的焊接面58在焊接部位18处以正面彼此对准的方式压靠它们各自外部外工件表面26、30。

焊枪12还配置为，当两个电极50、54的焊接面58压靠层叠10的相对第一和第二侧20、22时，使电流穿过第一和第二点焊电极50、54之间，并在焊接部位18通过工件层叠10。将可控电源72发出的作为直流电(DC)电流输送到焊枪12中。虽然当然可以使用其它类型的电源，电源72最好是中频直流(MFDC)逆变电源，所述逆变电源与第一和第二焊接电极50、54进行电连同。MFDC逆变电源包括逆变器720和MFDC变压器722。逆变器720接收三相干线交流电流(在美国480V，60Hz)。干线交流电流首先整流，然后逆向，以产生单相输入交流电流，通常为更高电压的方波交流电流，所述电压典型地被以1000Hz馈送到变压器722。然后变压器722“逐步降低”输入交流电压，以产生低电压、高安培交流电流，将所述电流馈送到整流器，在所述整流器中半导体二极管的集合将所提供的交流电流转换为适合于本点焊方法的低纹波直流电流。MFDC逆变电源72可以从多个供应商购买获得，包括罗马制造(公司总部设在大急流城，密歇根州)、ARO焊接技术(美国总部设在切斯特菲尔德镇，密歇根州)以及博世力士乐(美国总部设在夏洛特，北卡罗来纳州)。

焊接控制器74控制电源72，包括直流电流传送到第一和第二焊接电极50、54的方式。具体地讲，焊接控制器74与电源72相连接并允许用户安排焊接排程，在焊接排程中，直流电流的集和动态通过点焊事件传送到焊接电极50、54。焊接排程提供在任何给定时间对电平的定制控制，以及在任何给定的电平的电流流动的持续时间等，除此之外，还提供直流电流的属性以响应非常小、低至几分之毫秒的时间增量进行的变化。以这种方式，焊接控制器74指示电源72传送直流电流至第一和第二焊接电极50、54，并在所述第一和第二焊接电极50、5之间传送电流，并且所述直流电流在焊接部位18通过工件层叠10并跨过接合界面32或界面40、42。本文所公开的方法是采用脉冲直流电流，其随着时间的推移传送足够的功率，以产生具有均匀硬度的焊接熔核，而不是具有软壳区域的焊接熔核，这将在下面进一步说明。

现参照图5-10，以一般示意的方式示出了采用脉冲直流电流实施例的点焊方法。附图中示出的工件层叠10是双工件层叠，该双工件层叠包括第一和第二钢工件14、16和单接合界面32。虽然已采用双工件层叠对点焊法进行实例说明，本领域技术人员应当知道和了解，点焊方法也可以用如在图3中所示的三工件层叠进行实施。并且，如上所述，三工件层叠包括在焊接部位18上、层叠内的两个接合界面40、42，而不是存在于如图2所示出的两个工件层叠内的单接合界面32。三工件层叠的两个接合界面40、42中的每个都将以与如下所述双工件层叠的上下文大致相同的方式，经历熔融钢焊接池的启动、生长和凝固。因此，参照说明三工件层叠的附图的点焊方法的单独讨论是不必要的。

在点焊方法开始时，工件层叠10位于第一和第二焊接电极50、54之间，使得焊接部位18位于两个焊接电极50、54的轴向正面对准焊接面58之间，如图5所示。通常情况下，当枪架44、46是固定基座焊机的一部分，或者枪架44、46可自动地移动使电极50、54相对于焊接部位18定位时，工件层叠10可被带到这样的位置。一旦工件层叠10适当地定位，焊枪12彼此相对地会聚第一和第二焊接电极50、54，使得它们各自的焊接面58在焊接部位18接触和压靠所述层叠10的相对第一和第二侧20、22，所述第一和第二侧20在此为第一和第二钢工件14、16的相对面向外部表面26、30。第一和第二焊接电极50、54的会聚在此特定实施例中通过使致动器68(经由致动器或枪控制70)沿着其纵向轴线向前移动第一枪架44至固定第二枪架46实现。

第一、第二焊接电极50、54的焊接面58在夹紧力作用下、在焊接部位18上彼此对准地压靠其各自的外部外工件表面26、30，该夹紧力范围为例如200磅到2000磅之间，或更精确地为400磅到1400磅之间。此夹紧力足以将第一和第二焊接电极50、54的焊接面58施加到层叠10(表面26、30)的其各自第一和第二侧20、22，以建立第一接触贴片76(在第一侧20)和第二接触贴片78(在第二侧22)。由于第一和第二接触贴片76、78在电流流动前相对较小，此时只有第一和第二焊接电极50、54的焊接面58的部分与第一和第二钢工件14、16的外部表面26、30直接压陷接触。

焊接电极50、54与其各自钢工件14、16的外部表面26、30接合后，脉冲直流电流在第一和第二焊接电极50、54的相对和正面地对准的焊接面58之间传递。脉冲直流电流的穿过在接合界面32启动和生长熔融钢焊接池80，如图6所示。熔融钢焊接池80生长到最大直径802，该直径在原始接合界面32的位置进行测量，在此，焊接池被启动，如图6-7所示。熔融钢焊接池达到的最大直径802的尺寸典型地在4mm和9mm之间。此外，除了在直径方向生长，熔融钢焊接池80从其原始接合表面24、28生长并渗入每个相邻钢工件14、16。在每个钢工件14、16中，熔融钢焊接池80在焊接部位18处渗入钢工件14、16一定距离，该距离典型地为钢工件14、16的厚度140、160的20％至90％，并且精确地为40％到80％。

当脉冲直流电流穿过停止并且容纳在焊接池80中的热量耗散到周围的钢和第一、第二焊接电极50、54中时，熔融钢焊接池80进行迅速淬火，并开始凝固。在熔融钢焊接池80凝固过程中，第一、第二焊接电极50、54继续保持其夹紧力，该压紧力压紧工件层叠10的相对的第一和第二侧20、22。因此，由于焊接面58随着电流流动过程中工件14、16在焊接部位18的软化而持续压陷，电流停止时钢工件14、16的外部表面26、30上的接触贴片76、78要比电流开始时的大。例如，从电流流动开始的时间到电流流动停止的时间，接触贴片76、78可能会增加四到九倍表面积，正如下面将进一步解释的，表面积由脉冲直流电流阻止，使得生长的接触贴片76、78不会导致熔融钢焊接池80过早并缓慢凝固成软壳区域。

熔融钢焊接池80从它的最大直径802向内凝固以形成焊接熔核82，如图7-8中所示。焊接熔核82具有直径822(图9-10)，该直径也可在原始接合界面32处进行测量，在此，熔融钢焊接池80启动，直径822等于熔融钢焊接池80可获得的最大直径802。两个直径802、822是相同的，因为已有的熔融钢焊接池80的尺寸和形状确定了由其衍生的焊接熔核82的尺寸和形状。一旦其完全凝固，焊接熔核82与钢工件14、16一起在焊接部位18处熔合。焊接电极50、54然后与它们对应的接触贴片76、78分离，如图10中所示，并且工件层叠10相对于焊枪12重新定位以在另一个焊接部位18安置第一和第二焊接电极50、54，在此，点焊过程被重复，或移动层叠10远离焊枪12以为另一个层叠10创造空间。

由于脉冲直流电流的穿过产生的焊接熔核82具有均匀硬度。即，参照图9，焊接熔核82的外边界824中任何位置的硬度，即，外边界由焊接熔核82的将凝固熔核材料从周围的热影响区分隔开的熔合线限定，相对于如维氏硬度所测量的焊接熔核82的中心826的硬度的变化不超过10％，并且变化最好不超过5％。可以肯定的是，对于含有至少0.2wt％的碳的高强度钢，在焊接熔核82的中心826的维氏硬度典型地在500HV到600HV范围，或更精确地在520HV到580HV，意味着焊接熔核82外边界824中其他任何位置的维氏硬度不超过小于焊接熔核中心826硬度的50HV(基于500HV)到60HV(基于600HV)的范围。焊接熔核82的维氏硬度值可以由剖切钢焊接熔核82并遵循ASTM E384-11(“材料的努氏和维氏硬度的标准测试方法”)提出的标准程序来测定。当遵循标准程序时，是使用正方形底锥形钻石压头施加500gf的力在剖切焊接熔核上来形成压陷。施加的力然后除以压头形成的永久压陷的表面积以计算维氏硬度值。

脉冲直流电流通过焊接部位18传送足够的功率(通过电流脉冲的方式)以产生带有均匀硬度的焊接熔核82，尽管事实上第一和第二焊接电极50、54的焊接面58在随着钢工件14、16升温并软化的电流流动过程中，更深地压入到它们对应的外部外工件表面26、30中(并从而增加接触贴片76、78的表面积)。获得这种焊接熔核82的最佳方式涉及通过两个连续阶段促进脉冲直流电流：(1)调节阶段以及(2)焊接池定尺寸阶段。调节阶段加热接合界面32以及形成在焊接电极50、54的焊接面58和它们对应的外部外工件表面26、30之间的电极/工件连接处，而不启动在接合界面32处的第一和第二钢工件14、16的熔化。调节阶段之后的定尺寸阶段包括多个在接合界面32生长熔融钢焊接池80的电流脉冲，使得熔融钢焊接池80可快速淬火至均匀硬度的焊接熔核82。

现在参照图11，示出焊接排程，其提出了脉冲直流电流的一般性和代表性的图形描述。此处，脉冲直流电流具有电平84，电平84的幅值、持续时间、占空比等是如所指令的一样的直接由焊接控制器74控制。脉冲直流电流的电平84以千安(kA)为单位进行绘制，作为毫秒(ms)为单位的时间的函数，并可细分为调节阶段86和焊接池定尺寸阶段88。此外，除了通过调节和定尺寸阶段86、88绘制脉冲直流电流的电平84，图11示出的焊接排程还绘制出了第一和第二焊接电极50、54之间的电压90(伏V为单位)以及由脉冲直流电流传送的功率92(千瓦kW为单位)。

一旦第一和第二焊接电极50、54在焊接部位18压靠它们各自的外部外工件表面26、30，调节阶段86则开始。在此阶段86的开始，脉冲直流电流的电平84在一段时间内从0kA急剧增大到高于调节电流阈值限度94，该时间内足以分别在它们与外部外工件表面26、30的界面处加热接合界面32和第一和第二焊接电极50、54，而不启动在接合界面32处的第一和第二钢工件14、16的熔化。随着这些各种界面的加热，可以相信影响焊接电极50、54之间的电流流动的总电气界面电阻分解并减少。最终，为了结束调节阶段86，脉冲直流电流的电平84在一段时间减少到低于调节电流阈值限度94(电平84最好安排为减少到0kA)以冷却各种加热的界面来为紧接着的定尺寸阶段88做准备。

调节电流阈值限度94的值和脉冲直流电流的电平84的时间段保持为高于限度94可根据工件层叠10的构造(双叠或三叠)和其重叠钢工件14、16(并可能为34)的组分和厚度的变化。然而在许多情况下，调节电流阈值限度94是12kA或更优选为15kA，这意味着在调节阶段86期间脉冲直流电流的电平84被提高到大于这种阈值限度，而典型地保持为低于22kA，并保持一段时间到足以达到所需预热。在脉冲直流电流的电平84保持为高于调节电流阈值限度94的时间段也会有一些变化，但是典型地在5ms到25ms的范围，或更精确地在10ms到18ms的范围。

在调节阶段86的末尾，其发生在脉冲直流电流在一段必需的时间内已保持为高于调节电流阈值限度94之后，脉冲直流电流的电平84在一段时间内减少为低于调节电流阈值限度94以冷却各种加热的界面，如上所述。并且，像前面一样，脉冲直流电流的电平84的降低程度以及电平84保持在减小状态的时间的量可根据工件层叠10的结构(双叠或三叠)以及其重叠钢工件14、16(并可能为34)的组分和厚度来变化。例如，其通常已足以将脉冲直流电流的电平84降低到1kA或更低。实际上，在优选实施例中，可以将脉冲直流电流的电平84安排为减少到0kA，但在这些情况下，感应效应将可能保持少量电流在稍大于0kA的电平下流动。在电平84保持在减少状态的时间段会再次有一些变化，但是通常在5ms到20ms的范围，或更精确地在8ms到15ms的范围。

在调节阶段86完成之后进行定尺寸阶段88。在定尺寸阶段88中，脉冲直流电流100以在调节阶段86中建立的低电阻设置来启动并使熔融钢焊接熔核80生长到其最大直径802。脉冲直流电流的部分包括通过降低电平的间歇冷却时期98彼此间隔的多个电流脉冲96，通常在三个到十五个的范围中。每一个电流脉冲96包括低于调节电流阈值限度94的峰值电平100并且可以展现各种电平概图。例如，如图11所示，每一个电流脉冲96可以包括斜升分支102、桥接分支104和衰减分支106。斜升分支102是脉冲96开始时的电平上升，衰减分支106是脉冲96末尾时的电平下降，并且桥接分支104是脉冲96的连接斜升分支102与衰减分支106的部分。间隔所述电流脉冲96的间歇冷却时期98设立在任何一个电流脉冲96的衰减分支106与紧邻后续电流脉冲96的斜升分支102之间。

每一个电流脉冲96的峰值电平100可以存在于桥接分支104上的任何地方，包括斜升分支102过渡到桥接分支104的点或桥接分支104过渡到衰减分支106的点。在一个实施例中，例如，桥接分支104可以具有正向上斜率，所述斜率如本文中图11所示随着时间从斜升分支102到衰减分支106升高并与衰减分支106在脉冲96的峰值电平100处联接。但是，在另一个可选实施例中，桥接分支104可以具有恒定电平(即，斜率为0)，以使得桥接分支104在联接斜升分支102和衰减分支106时在脉冲96的峰值电平100处保持恒定。当然，峰值电平100的其它位置是可能的，举出另一种可能性，例如在桥接分支104中的电平尖峰上。

在定尺寸阶段88的优选应用中，调节阶段86之后的包括在脉冲直流电流中的多个电流脉冲96具有持续30ms至70ms的或更精确地持续40ms至60ms的时间的桥接分支104，并具有在桥接分支104内的处于5kA与15kA之间或更精确地6kA与12kA之间的峰值电平100。此外，在电流脉冲96之间的间歇冷却时期98期间，脉冲直流电流的电平84优选地降低到1kA或更低，持续5ms至25ms的时间，或更精确地持续7ms至15ms的时间。具体地说，可以将脉冲直流电流安排为在间歇冷却时期98期间降低到0kA，虽然在这些情况下，感应效应将可能使少量电流保持在稍大于0kA的电平下流动。

不管其特定电平概图，鉴于电功率(单位为瓦特)是电平(单位为安培)与电压(单位为伏特)的乘积，每一个电流脉冲96传送功率通过焊接部位18。在定尺寸阶段88过程期间随着时间由电流脉冲96传送的功率适于不管电流密度的降低而确保脉冲直流电流能够使熔融钢焊接池80生长达到其最大直径802，所述电流密度的降低是由电极焊接面58到其各自外部外工件表面26、30中的持续按压导致的。实质上，电流脉冲96传送一系列连续电涌，所述电涌避免在使用需要持续一段延长时间以恒定水平来传递电流的常规焊接排程时的这种类型的功率传送的减少。通过一致地使熔融钢焊接池80生长到其最大直径802，并在随后快速地淬火并在所有方向上从其最大直径802向内凝固焊接池80，所得焊接熔核82获得其如上文所描述的均匀硬度，并因此不包括柔软、粗糙的合金缺陷型壳区域，所述缺陷型壳区域可能对焊接熔核82的强度(最显著地，剥离强度)具有负面影响。

当针对定尺寸阶段88中的每一个电流脉冲96计算平均施加功率108，并且对平均施加功率108执行的简单线性回归分析产生具有-1.0kW/100ms或更大(即，更大正值)的斜率的回归线110(此处示为具有正斜率)时，通过脉冲直流电流传送的功率足以获得具有均匀硬度的焊接熔核82。在脉冲96的中点处标记的每一个电流脉冲96的“平均施加功率”108是从斜升分支102开始到衰减分支106结束通过脉冲96传送的功率的算术平均值。“简单线性回归”是统计建模方法，所述统计建模方法基于普通最小二乘法拟合穿过一组数据点(此处为脉冲直流电流的定尺寸阶段88中电流脉冲96的平均施加功率108)的回归线。普通最小二乘法拟合穿过数据点的回归线，以使得残差平方和(即，数据点与回归线之间的垂直距离的和)被最小化。可以使用常规并广泛使用的建模或电子表格软件来确定回归线和其对应方程式。

定尺寸阶段88中的电流脉冲96的平均施加功率108能够以许多方式产生具有-1.0kW/100ms的斜率的回归线110。例如，如本文中图11所示，每一个电流脉冲96的桥接分支104持续大约相同的时间，例如，约50ms，并且每一个电流脉冲96的峰值电平100大于其紧接的先前脉冲96的峰值电平100，以使得具有正斜率(即，大于0kA/100ms的斜率)的回归线110是由于使平均施加功率108经受简单线性回归而产生。即使在任何电流脉冲96期间发生界面驱弧事件，从而暂时减少由所述特定电流脉冲96传送的功率，情况也是如此。在其它实施例中，每一个电流脉冲96的桥接分支104也持续大约相同的时间，例如，约50ms，并且电流脉冲96的峰值电平100大约相同，以使得具有较小正斜率至较小负斜率的回归线110是由于使平均施加功率108经受简单线性回归而产生的。

具有-1.0kW/100ms或更大的斜率的回归线110可以从平均施加功率108获得的事实表明，在定尺寸阶段88的过程中传送了足够的功率来偏置电流的介于第一焊接电极50与第二焊接电极54之间的增大横截面积，所述增大横截面积伴随着生长的接触贴片76、78。事实上，在定尺寸阶段88开始时，形成在第一焊接电极50和第二焊接电极54的焊接面58与第一钢工件14的外部外表面26和第二钢工件16的外部外表面30之间的第一接触贴片76和第二接触贴片78的直径相对较小并且深度较浅。但随着定尺寸阶段88进行(在此期间，钢工件14、16在焊接部位18处加热并且形成熔融钢焊接池80)，电极焊接面58进一步压入到其各自的外部外工件表面26、30中。焊接面58的这种持续压入增加工件层叠10的每一侧20、22上焊接面58与外部工件外工件表面26、30之间的接触面积，这增加穿过焊接部位18的电流的横截面积。脉冲直流电流84在本实施例中的作用是避免电流密度的实质减小和代表要求以恒定电平传递电流的常规焊接排程的功率传送的对应下降。

实例

以下实例提出应用于包括两个或三个重叠钢工件的不同工件层叠的本发明钢点焊方法的若干特定实施例。工件层叠包括具有不同厚度的钢工件的不同组合并因此而根据焊接排程来点焊，所述焊接排程是安排用于执行适合被焊接的特定层叠的脉冲直流电流的一个版本的。使用实验室点焊枪上的所述钢组分的重叠层叠试样来实施每个实例。用于每一个实例的所执行脉冲直流电流包括具有上文所描述类型和特征的调节阶段和定尺寸阶段。在此，在每一个实例中，按照千安培(kA)相对于时间来绘制脉冲直流电流的电平并且用参考数字500来标识所述电平。此外，除了描绘直流电流的流动外，每一个实例还以伏特(V)来描绘电极之间的电压510，并以千瓦(kW)来描绘由脉冲直流电流传送的功率512。更进一步，用参考数字520标识使定尺寸阶段中的每一电流脉冲的平均施加功率经受简单线性回归而产生的回归线。

实例1

在对应于图12的本实例中，对1.5mm厚的高强度未涂覆PHS(1300MPa)工件进行电阻点焊至1.5mm厚的未涂覆双相钢(590MPa)工件。通过DOW Betamate 1486粘合剂将两个工件固定在一起。在脉冲直流电流的调节阶段期间，电平升高到18kA，持续15ms的时间，接着为10ms的冷却时期(电平安排为0kA)。接下来，在定尺寸阶段期间，脉冲直流电流安排为包括通过10ms间歇冷却时期彼此间隔(其中脉冲直流电流的电平安排为0kA)的五个电流脉冲。五个电流脉冲各持续50ms。

在定尺寸阶段中包括的五个电流脉冲中，前四个具有落入约8kA至10kA的范围内的峰值电平，并且每一个所述脉冲的峰值电平大于每一个其先前脉冲的峰值电平。第五电流脉冲保持恒定在10kA并且也持续50ms。当使定尺寸阶段中的每一个电流脉冲的平均施加功率(用“x”符号标识)经受简单线性回归时，所得回归线520具有大于零的斜率并由等式y＝0.0009t+10.287来表示，其中(y)是以kW为单位的功率并且(t)是以毫秒(ms)为单位的时间。回归线520因此具有0.09kW/100ms的斜率。

实例2

在对应于图13的本实例中，以上文关于实例1所述的相同方式对1.5mm厚的高强度未涂覆PHS(1300MPa)工件进行电阻点焊至另一1.5mm厚的未涂覆双相钢(590MPa)工件，所述实例1包括使用DOW Betamate 1486粘合剂来将工件固定在一起。但是，本实例中的一个不同之处在于在脉冲直流电流的定尺寸阶段中的第三电流脉冲期间，在接合界面处发生内部驱弧事件。发生所述驱弧事件的情况是寻常的，并且其对于最终焊接熔核的相关特性的影响不见得是有害的。当使定尺寸阶段中的每一个电流脉冲的平均施加功率(用“x”符号标识)经受简单线性回归时，所得回归线520具有大于零的斜率并由等式y＝0.0041t+9.0391来表示，其中(y)是以kW为单位的功率并且(t)是以毫秒(ms)为单位的时间。回归线520因此具有0.41kW/100ms的斜率。

实例3

在对应于图14的本实例中，将1.5mm厚的高强度未涂覆PHS(1300MPa)工件、1.5mm厚的未涂覆双相钢(590MPa)工件和1.6mm厚的未涂覆HSLA钢(340MPa)工件电阻点焊在一起。通过DOW Betamate 1486粘合剂将两个相邻的1.5mm厚的工件固定在一起。在脉冲直流电流的调节阶段期间，电平升高到18kA，持续15ms的时间，接着为10ms的冷却时期(电平安排为0kA)。接下来，在定尺寸阶段期间，脉冲直流电流安排为包括通过持续10ms的间歇冷却时期彼此间隔(其中脉冲直流电流的电平安排为0kA)的六个电流脉冲。六个电流脉冲各持续50ms。

在定尺寸阶段中包括的六个电流脉冲中，前五个具有落入约7kA至10kA的范围内的峰值电平，并且每一个所述脉冲的峰值电平大于每一个其先前脉冲的峰值电平。第六电流脉冲保持恒定在10kA并且也持续50ms。当使定尺寸阶段中的每一个电流脉冲的平均施加功率(用“x”符号标识)经受简单线性回归时，所得回归线520具有大于零的斜率并由等式y＝0.0186t+8.9261来表示，其中(y)是以kW为单位的功率并且(t)是以毫秒(ms)为单位的时间。回归线520因此具有1.86kW/100ms的斜率。

实例4

在对应于图15的本实例中，以上文关于实例3所述的相同方式对1.5mm厚的高强度未涂覆PHS(1300MPa)工件、1.5mm厚的未涂覆双相钢(590MPa)工件和1.6mm厚的未涂覆HSLA钢(340MPa)工件一起进行电阻点焊，所述实例3包括使用DOW Betamate 1486粘合剂来将两个1.5mm厚的工件固定在一起。但是，本实例中的一个不同之处在于在脉冲直流电流的定尺寸阶段中的第五电流脉冲期间，在接合界面处发生内部驱弧事件。发生所述驱弧事件的情况是寻常的，并且其对于最终焊接熔核的相关特性的影响不见得是有害的。当使定尺寸阶段中的每一个电流脉冲的平均施加功率(用“x”符号标识)经受简单线性回归时，所得回归线520具有大于零的斜率并由等式y＝0.0054t+10.605来表示，其中(y)是以kW为单位的功率并且(t)是以毫秒(ms)为单位的时间。回归线520因此具有0.54kW/100ms的斜率。

实例5

在对应于图16的本实例中，将1.5mm厚的高强度未涂覆PHS(1300MPa)工件、1.5mm厚的未涂覆双相钢(590MPa)工件和1.1mm厚的未涂覆双相(590MPa)工件电阻点焊在一起。通过DOW Betamate 1486粘合剂将两个相邻的1.5mm厚的工件固定在一起。在脉冲直流电流的调节阶段期间，电平升高到18kA，持续15ms的时间，接着为10ms的冷却时期(电平安排为0kA)。接下来，在定尺寸阶段期间，脉冲直流电流安排为包括通过持续10ms的间歇冷却时期彼此间隔(其中脉冲直流电流的电平安排为0kA)的六个电流脉冲。六个电流脉冲各持续50ms。

在定尺寸阶段中包括的六个电流脉冲中，前五个具有落入约7kA至10kA的范围内的峰值电平，并且每一个所述脉冲的峰值电平大于每一个其先前脉冲的峰值电平。第六电流脉冲保持恒定在10kA并且也持续50ms。当使定尺寸阶段中的每一个电流脉冲的平均施加功率(用“x”符号标识)经受简单线性回归时，所得回归线520具有大于零的斜率并由等式y＝0.0019t+10.897来表示，其中(y)是以kW为单位的功率并且(t)是以毫秒(ms)为单位的时间。回归线520因此具有0.19kW/100ms的斜率。

实例6

在对应于图17的本实例中，对1.0mm厚的高强度未涂覆PHS(1300MPa)工件进行电阻点焊至1.1mm厚的未涂覆双相钢(590MPa)工件。通过DOW Betamate 1486粘合剂将两个工件固定在一起。在脉冲直流电流的调节阶段，电平升高到18kA，持续15ms的时间，接着为10ms的冷却时期(电平安排为0kA)。接下来，在定尺寸阶段，脉冲直流电流安排为包括通过10ms的间歇冷却时期彼此间隔(其中脉冲直流电流的电平安排为0kA)的五个电流脉冲。各电流脉冲都持续50ms并保持恒定在8kA。当使定尺寸阶段中的每一个电流脉冲的平均施加功率(用“x”符号标识)经受简单线性回归时，所得回归线520具有大于零的斜率并由等式y＝0.0009t+10.287来表示，其中(y)是以kW为单位的功率并且(t)是以毫秒(ms)为单位的时间。回归线520因此具有0.09kW/100ms的斜率。

实例7

在对应于图18的本实例中，对1.6mm厚的高强度未涂覆PHS(1300MPa)工件进行电阻点焊至1.0mm厚的未涂覆双相钢(590MPa)工件。通过DOW Betamate 1486粘合剂将两个工件固定在一起。在脉冲直流电流的调节阶段，电平升高到18kA，持续15ms的时间，接着为10ms的冷却时期(电平安排为0kA)。接下来，在定尺寸阶段，脉冲直流电流安排为包括通过10ms的间歇冷却时期彼此间隔(其中脉冲直流电流的电平安排为0kA)的四个电流脉冲。各电流脉冲都持续50ms并保持恒定的8kA。当使定尺寸阶段中的每一个电流脉冲的平均施加功率(用“x”符号标识)经受简单线性回归时，所得回归线520具有大于零的斜率并由等式y＝0.0004t+7.793来表示，其中(y)是以kW为单位的功率并且(t)是以毫秒(ms)为单位的时间。回归线520因此具有0.04kW/100ms的斜率。

实例8

在对应于图19的本实例中，1.6mm厚的高强度未涂覆PHS(1300MPa)工件、0.8mm厚的高强度未涂覆HSLA钢(340MPa)工件和1.0mm厚的高强度未涂覆双相钢(590MPa)工件被电阻点焊到一起。通过DOW Betamate 1486粘合剂将两个相邻1.6mm和0.8mm厚的工件固定在一起。在脉冲直流电流的调节阶段，电平升高到18kA，持续15ms的时间，接着为10ms的冷却时期(电平安排为0kA)。接下来，在定尺寸阶段，脉冲直流电流安排为包括通过10ms的间歇冷却时期彼此间隔(其中脉冲直流电流的电平安排为0kA)的四个电流脉冲。四个电流脉冲各持续50ms。

在定尺寸阶段中包括的四个电流脉冲中，前三个具有落入约7kA至10kA的范围内的峰值电平，并且每一个所述脉冲的峰值电平大于每一个其先前脉冲的峰值电平。第四电流脉冲保持恒定在10kA且也持续50ms。当使定尺寸阶段中的每一个电流脉冲的平均施加功率(用“x”符号标识)经受简单线性回归时，所得回归线520具有大于零的斜率并由等式y＝0.0021t+10.816来表示，其中(y)是以kW为单位的功率并且(t)是以毫秒(ms)为单位的时间。回归线520因此具有0.21kW/100ms的斜率。

实例9

在对应于图20的本实例中，1.6mm厚的高强度未涂覆PHS(1300MPa)工件、1.0mm厚的高强度未涂覆PHS(1300MPa)工件和1.1mm厚的高强度未涂覆双相钢(590MPa)工件被电阻点焊到一起。通过DOW Betamate 1486粘合剂将两个相邻1.6mm和1.0mm厚的工件固定在一起。在脉冲直流电流的调节阶段，电平升高到18kA，持续15ms的时间周期，接着为10ms的冷却时期(电平安排为0kA)。接下来，在定尺寸阶段，脉冲直流电流安排为包括通过10ms的间歇冷却时期彼此间隔(其中脉冲直流电流的电平安排为0kA)的五个电流脉冲。五个电流脉冲各持续50ms并保持恒定的8.5kA。当使定尺寸阶段中的每一个电流脉冲的平均施加功率(用“x”符号标识)经受简单线性回归时，所得回归线520具有大于零的斜率并由等式y＝-0.0098t+12.503来表示，其中(y)是以kW为单位的功率并且(t)是以毫秒(ms)为单位的时间。回归线520因此具有-0.98kW/100ms的斜率。

优选的示例性实施例和相关实例的以上描述都仅仅在本质上具有描述性；它们不限制以下权利要求书的范围。用于附加的权利要求书中的每个术语都应赋予其通常的习惯含义，除非在说明书中有具体清晰的另外的陈述。