振动点焊的装置和方法
【专利说明】振动点焊的装置和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年I月21日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0007476号的优先权和权益，通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及振动点焊的装置和方法。具体而言，本发明涉及通过使用加热电极和振动电极加热重叠的金属板的焊接部分并将线性且重复的负载施加至焊接部分导致的塑性流动来焊接重叠的金属板的振动点焊的装置和方法。
【背景技术】
[0004]通常，焊接比较薄的两个重叠的金属板的方法包括熔焊和固相焊接。
[0005]作为熔焊的点焊意指将由于电阻和压力导致的热量施加至重叠的金属板的焊接部分以致焊接部分被熔融并焊接的焊接方法。
[0006]作为固相焊接的摩擦搅拌焊(FSW)意指将旋转工具的探头插入重叠的金属板内的焊接方法。在这种情况下，通过旋转探头和金属板之间的摩擦热使该工具周围的金属板软化，并且由于该工具的搅拌而通过在焊接部分处发生的塑性流动使两个金属板的焊接部分被强制混合。因此，金属板被焊接。
[0007]点焊和摩擦搅拌焊中的每一种都具有优点和缺点。
[0008]例如，因为金属板的焊接部分通过由根据点焊金属板的电阻产生的热量来熔融并焊接，所以由于施加高电流而在接触表面产生电弧并且可能产生焊接表面缺陷。
[0009]因为摩擦搅拌焊是固相焊接，所以焊接的金属板的机械强度是优异的并且不产生电弧。因此，摩擦搅拌焊适合于轻的金属板。然而，由于探头的旋转产生的焊接压痕或焊接孔可能在焊接之后保留在焊接表面处。
[0010]为了解决点焊和摩擦搅拌焊的此类问题，已研发出韩国专利第1286673号(2013年7月10日公布NOA)中所公开的振动点焊的装置和方法。韩国专利第1286673号中所公开的是，振动点焊的装置和方法包括相对于重叠的金属板面向彼此的一对振动焊接机，其中该对振动焊接机中的至少一个加热金属板的焊接部分、通过在该对振动焊接机之间往复移动焊接部分而在焊接部分处产生塑性流动和通过将压力施加至产生塑性流动的焊接部分来连接焊接部分。
[0011]虽然根据韩国专利第1286673号将振动电极安置在金属板的两个表面上，但是振动电极的横截面形状是简单的并且因此限制了焊接部分的塑性流动。
[0012]因此，非常需要一种新的振动点焊的装置，其可以补救韩国专利第1286673号的缺点。
[0013]在本背景部分中所公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景的理解并且因此其可以包含未形成对于本领域普通技术人员而言在本国中已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0014]本发明致力于提供振动点焊的装置和方法，其具有在由于大范围的塑性流动产生的焊接部分中搅拌液态金属和通过快速加热重叠的金属板的焊接部分并穿过上振动电极和下振动电极来确保强力的焊接强度的优势。因此，可以根据各种振动模式来焊接金属板。
[0015]另外，本发明致力于提供振动点焊的装置和方法，其具有根据重叠的金属板的塑性流动温度和物理特性(厚度、材料和数量)通过单独地控制输出电流和振动行程来焊接不同类型的金属板的另外的优势。
[0016]根据本发明的示例性实施方式的振动点焊的装置可以包括:振动筒式外壳，所述振动筒式外壳由被分隔壁分隔开的第一活塞室和第二活塞室形成；第一活塞杆，所述第一活塞杆是环形杆，与安置在所述第一活塞室中的第一活塞整体地连接，并且具有穿透所述振动筒式外壳的侧部的一个端部；第二活塞杆，所述第二活塞杆是穿透所述环形杆的圆形杆，被整体地连接至安置在所述第二活塞室中的第二活塞，并且具有穿透所述振动筒式外壳的所述侧部的一个端部；导入式外壳，所述导入式外壳包围所述振动筒式外壳的外部表面并且接收来自电源的电流；电极载体，所述电极载体与所述导入式外壳的一个端部螺纹连接；加热电极，所述加热电极与所述电极载体的一个端部螺纹连接；第一振动电极，所述第一振动电极与所述第一活塞杆的一个端部螺纹连接并且穿透所述电极载体和所述加热电极；和第二振动电极，所述第二振动电极与所述第二活塞杆的所述一个端部螺纹连接并且穿透所述第一振动电极。
[0017]所述振动筒式外壳可以由被所述分隔壁分隔开的所述第一活塞室和所述第二活塞室形成，并且所述第一活塞室和所述第二活塞室可以分别通过第一活塞和第二活塞而被分隔成两个液压室。
[0018]所述第一活塞杆的另一个端部部分可以与所述第一活塞整体地形成，所述第二活塞杆可以被插入所述第一活塞和所述第一活塞杆中以便在其中是可滑动的，并且所述第二活塞杆的另一个端部部分可以与所述第二活塞整体地形成。
[0019]制动器(stopper)可以与所述第一活塞杆的一个端部部分接合，所述第一活塞杆的所述一个端部部分被安置在所述振动筒式外壳的外部处。
[0020]另一个制动器可以与所述第二活塞杆的所述另一个端部部分接合，所述第二活塞杆的所述另一个端部部分被安置在所述振动筒式外壳的外部处。
[0021]所述第一振动电极可以与所述第一活塞杆的所述一个端部部分的外圆周螺纹连接，所述第一活塞杆的所述一个端部部分在所述电极载体中突出到所述振动筒式外壳的外部。
[0022]所述第二振动电极可以与在所述第二活塞杆的所述一个端部处形成的接合孔螺纹连接，所述第二活塞杆的所述一个端部在所述第一振动电极中突出到所述振动筒式外壳的外部。
[0023]所述电极载体可以被螺纹连接至所述导入式外壳的所述一个端部部分的内圆周以便使由所述电源提供的电流通过所述导入式外壳施加至所述加热电极。
[0024]所述第一活塞和所述第二活塞可以通过供应至所述振动筒式外壳的所述第一活塞室和所述第二活塞室的液压被单独地控制。
[0025]根据本发明的另一个示例性实施方式，一种振动点焊的方法可以包括:加压步骤，其中一对振动点焊的装置分别与重叠的上金属板和下金属板的上表面和下表面接触，并且通过所述加热电极以及所述第一振动电极和所述第二振动电极将压力施加至重叠的上金属板和下金属板的所述上表面和所述下表面；加热步骤，其中通过与重叠的上金属板和下金属板的焊接部分垂直接触的所述加热电极来供应电流，以致所述上金属板和下金属板的所述焊接部分通过由于电阻产生的热来加热；和向前挤压步骤，其中振动负载被施加至所述焊接部分，以致一个第二振动电极和相对的第一振动电极相对于经加热的上金属板和下金属板的所述焊接部分反复地交替(cross)并且重复进行因塑性流动而导致的液态金属的向前挤压。
[0026]所述向前挤压步骤可以包括:第一工序，其中一个第二振动电极向前移动且相对的第一振动电极相对于所加热的上金属板和下金属板的所述焊接部分向后移动，以致所述焊接部分中的所述液态金属朝向由所述第一振动电极的向后移动而产生的空间被径向向外地挤压；第二工序，其中所述第一振动电极向前移动且相对的第二振动电极相对于所述上金属板和下金属板的所述焊接部分向后移动，以致所述焊接部分中的所述液态金属朝向由所述第二振动电极的向后移动而产生的空间被径向向内地挤压；和第三工序，其中所述第二振动电极和相对的第一振动电极相对于所述上金属板和下金属板的所述焊接部分返回至其初始位置，以致因塑性流动而导致的所述焊接部分中的搅拌的液态金属被固相焊接并且形成点焊部分。
[0027]所述向前挤压步骤中的振动行程可以根据所述上金属板和下金属板的物理特性被单独地控制。
[0028]根据本发明的另一个示例性实施方式，一种振动点焊的方法可以包括:加压步骤，其中一对振动点焊的装置分别与重叠的上金属板和下金属板的上表面和下表面接触，并且通过所述加热电极以及所述第一振动电极和所述第二振动电极将压力施加至重叠的上金属板和下金属板的所述上表面和所述下表面；加热步骤，其中通过与重叠的上金属板和下金属板的焊接部分垂直接触的所述加热电极来供应电流，以致所述上金属板和下金属板的所述焊接部分通过由于