设置焊接装置,其模块化组件及可用该装置执行的连续连接方法_4

文档序号:9400366阅读:来源:国知局
力/路径/时间特性线(实线)和电流/路径/时间特性线(虚线)。冲头12的时间或者路径被定性地施加在X轴上。
[0061]在步骤II中,冲头12在连接方向S经由作用在冲头12上的驱动器16和力F移动,(因此会增加)。这可以在图2中连续地上升的力特征线上看出。或者,组合的设置焊接装置10的控制系统基于在力特性线中明确的力增加也能够记录步骤II的开始,而在步骤I中先前仅仅看到的无关紧要力的发展。根据至少一个第一材料层A的强度,进入其中的焊接辅助连接件应该被驱动或独立设置,力Fa以及时间跨度t八优选地通过控制/调整设备20指定,其中,初始力FaS当施加到焊接辅助连接件。初始力优选位于FA>5kN,进一步优选地为>8KN。选择初始力Fa和时间跨度t A,以使设置过程能在材料层A、B的压在一起的封包中发生。胶也可以在材料层A、B之间被取代或分布。无关紧要的力发展因此不会发生,而是相对地较陡的力增加,如由在图2和图3中的力特性线示出。
[0062]此外,初始力Fa是足够大,以使焊接辅助连接件的第一渗透进入材料层A发生。具有力传感器32的冲头力的测量优选地直接执行在冲头12上或者间接地执行在对置支撑件14上。然后力的记录发生在记录设备30中以及力的评估发生在力的评估设备40中。
[0063]步骤III描述了焊接辅助连接件的设置阶段,其中焊接辅助连接件被驱动或者独立地设置到至少一个材料层A中。A在步骤II和步骤III之间流动过渡发生而不中断该连续的连接方法。在设置阶段,冲头力根据图2中力特性线首先甚至设置到其最大值。还优选的是冲头力连续地增加,只要焊接辅助连接件进入材料层A的驱动同时发生。根据进一步优选的可替代方法,设置力增大到最大值FA并且然后再次连续地降低。力特性线可取决于材料层A的材料以及螺柱状焊接辅助连接件的形状来调节,以实现焊接辅助连接件的最优化插入。
[0064]为了支持设置过程,电流I由加热设备70或者焊接设备50在焊接辅助连接件和导电材料层A、B (在图2和图3中见图片b)中经由冲头12和对置支撑件14产生。基于材料层A和焊接辅助连接件的材料部分以及基于相应的初步测试(见上文),电流I为足够大,以使因此在焊接辅助连接件中产生热并且在材料层A中产生材料的软化,优选地在焊接辅助连接件的尖端面积和/或轴面积。然而,焊接辅助连接件和邻近材料层A、B的材料没有通过在焊接辅助连接件中的该热供应足够地加热并且因此在该接头区域用于材料损坏,材料的转换接头或者熔化阻碍设置发生在接头区域中。
[0065]在焊接辅助连接件中产生的热还发散到材料层A、B邻近面积。根据进一步的可替代方法,通过在材料层A中流过的电流产生热,根据另一附加的或者可替换的方法,焊接辅助连接件和材料层A的子面积由独立可选的热源通过附加的间接加热而加热。以这种方式,材料层A的软化也在焊接辅助连接件的设置阶段期间发生。该热负荷促进在材料层A的焊接辅助连接件的设置,以使冲头的力F因此是有利的并且优选地减少,特别是连续地减小。
[0066]由于冲头12的力Fm和热通过电流I m在设置过程中互补,F m优选地以恒定的电流强度Im (备选I)减少。可替代地并且优选地,冲头力Fm和电流强度I m被降低到几乎恒定的值,以使它们一起形成最佳补偿设置负载用于焊接辅助连接件(备选3)。根据进一步优选的可替代方法,在焊接辅助连接件中仅仅产生相对较小的电流,以使焊接辅助连接件在具有进一步几乎恒定的冲力F(未示出)中被驱动。
[0067]此外,优选地以电流I的函数方式调节冲头的力F。在这种方式中,输入到焊接辅助连接件的最佳的能量也是可调节的用于在至少一个材料层A中设置而有利地影响焊接辅助连接件的材料和/或材料层A的材料(备选2)(见在图2和图3中的阶段III)。
[0068]—旦焊接辅助连接件的材料以及优选地材料层A的材料通过提供的热已经充分地软化,则焊接辅助连接件的塑料重塑阶段在设置过程(步骤IV)期间发生。也仅仅为了软化材料层A,如果通过电流提供的热或者产生的热量足够的大,重塑阶段同时发生在焊接辅助连接件上或者在至少一个材料层A中。这也适用于由非导电或者导电材料制成的材料层A时的情况。焊接辅助连接件和材料周围层A的互补形状至少在轴面积中源于上述至少一个材料层A的同时塑料重塑并且还将焊接辅助连接件绕它变形。
[0069]归因于软化的材料在焊接辅助连接件的设置过程期间已经在材料层A中,产生螺柱状焊接辅助连接件的尖端面积的钝化。当焊接辅助连接件在材料层A中的设置过程已经接近完成(见图2中的图片C),重塑阶段甚至继续。同时冲头12继续将力施加到焊接辅助连接件,软化的焊接辅助连接件击中第二材料层B并且在那里压缩几乎无穿透,但是具有相应的紧密接触。焊接辅助连接件的尖端面积的压缩并且优选地轴的压缩导致在焊接辅助连接件和材料层B之间的接触面积的扩大。该接触面积的扩大用来准备后续焊接辅助连接件与由可焊接材料制成的材料层B或者具有由可焊接材料的材料层B的焊接。同时,焊接辅助连接件的软化材料能够在压缩期间在焊接辅助连接件的轴面积中优选地径向地展开,以使焊接辅助连接件能够进一步径向地插入材料层A。用这种方式,可靠的形式且优选地压力配合和/或焊接辅助连接件的底切支撑连接在焊接辅助连接件和至少一个材料层A之间的连接面积上形成。一旦焊接辅助连接件的头部依靠在材料层A上,该过程优选地结束。
[0070]在该连接中,还可以设想不使焊接辅助连接件插入至少一个材料层A内太深,直到焊接辅助连接件的头部依靠在它上面为止。例如,假设焊接辅助连接件的头部满足一定的紧固功能,它这样可以是有利的:头部与至少一个材料层A的顶端具有一定的距离。另一种选择是,螺柱状焊接辅助连接件不具有在轴直径上径向地延伸的头部,以使它不能依靠在材料层A上,而是嵌入地插入。此外,头部突起用来使附加的材料可用于后续焊接过程。通过焊接辅助连接件在焊接期间进一步的设置,该材料体积提供用于在焊点熔核中填充气隙并且置换到潜在的中空空间。归因于移动的材料,这种可选地支撑与附加表面连接件的连接。
[0071]为了使接头区域与焊接辅助连接件以及至少一个材料层A不过热,优选地已经断开电流并且因此在焊接辅助连接件的压缩或者独立地重塑期间将热供给到接头区域。根据一个实施例,存储在材料中的热足以完成焊接辅助连接件的设置过程。通过断开电流或供热,焊接辅助连接件和邻近材料层A的材料可选地冷却,以使在后续焊接期间不会发生过热。例如,因此主要避免了焊接飞溅。
[0072]在可选步骤V中,产生电流峰值Ip以在焊接辅助连接件和第二材料层之间的接触表面处产生临时加热时刻。借助于该加热时刻,在焊接辅助连接件和材料层B之间的接触表面上的潜在的污染被消除了,优选地被烧掉了。
[0073]归因于前面的设置过程,材料层A、B进行互连并且焊接辅助连接件通过冲头12和/或压紧装置NH保持有一定的夹紧力。在连续的连接方法中,焊接辅助连接件与材料层B的焊接基于已知的点焊方法按以下步骤V1-1X发生。根据本发明的优选的实施例中,焊接设备50对在冲头12和对置支撑件14处的这种电流进行调整,其减少并且稳定在冲头12和焊接辅助连接件之间的边界表面处的电阻,焊接辅助连接件和材料层B也在材料层B和对置支撑件14之间达到恒量和低值。在这个系列中的多个单独焊接点的可复制性因此优选地提高。电流因此从约2kA增加到了 5-10kA。从而调整电流强度,其位于稍低于焊接辅助连接件和材料层B的材料的熔化的电流值,该熔化正好发生在焊接辅助连接件和第二材料层B之间的接触表面。该电流通常维持1-1OOms的时段。这确保了设置电阻的低值。激活的高电流强度导致可调节并且因此优选地可控制和/或可调整电流流过的面积,以使冲头12和焊接辅助连接件之间的接触以及对置支撑件14和邻近材料层B之间的接触进一步优选地被提高和稳定。为了减少,如果适用的话,通过电流流过的面积的热负载用于最佳的以下焊接过程,根据进一步优选的可替代的方法并且可选地临时地断开或者减少该电流。然而,这不阻碍针对性的更低电阻值(见上文)。
[0074]在随后的步骤VII中,焊接设备50激活了大约15-50kA (优选地20_40kA)的电流强度,其经由焊接变压器60在临时性短电流增加阶段,比起先前激活的的电流较高。该电流强度特别在5-20ms的间隔来实现。
[0075]通过在步骤VII中的电流步骤到电流强度开始形成焊点熔核SL,其位置于明显高于以下值:在该值处材料的熔化发生在焊接辅助连接件和材料层B之间的接触表面上。电流步骤与初始焊接脉冲是相当的,由此接头熔化和转换被触发在焊接辅助连接件和材料层B之间的接触表面面积中。由于焊接辅助连接件已经几乎没有设置在材料层B中,焊点熔核SL的形成在相对于材料层B的厚度首先发生在表面上或者优选地在上部第三个,在连接方向上可见。焊点熔核SL因此优选地以平面的方式设计并且绕焊接辅助连接件的轴的压缩尖端面积以径向伸展延伸。归因于焊接辅助连接件到材料层B的不明显的低渗透深度,相对于焊接辅助连接件的轴与其径向扩展相比,焊点熔核SL不会导致主要的轴向延伸。
[0076]焊接电流产生焊点熔核SL用于保持5-60ms (优选地10-50ms)的时段,以便在其形状上形成焊点熔核SL。电流强度设置在10-50kA的范围。焊接参数电流和焊接持续时间取决于材料层A、B的材料、焊接辅助连接件的材料以及材料层A、B的厚度和焊接辅助连接件的尺寸来设置。相应的初步试验(见上文)优选递送用于焊接的材料-和尺寸-调整后的力和电流特性线。为了提高在成批生产中多个焊点的再现性,在之前的过程部分中接收到的参数值也可被比较地评估。
[0077]与步骤VII相比,借助于减少的电流强度,焊点熔核SL的尺寸优选地在步骤VIII中设置。电流强度Ivil从步骤VII位于电流强度IVII以下并且从步骤VI开始位于电流强度Ivi以上。取决于以上已经论述的材料组合以及当前材料层厚度和焊接辅助连接件的尺寸,电流强度Ivm作用于整个15-300ms时段(优选地25_250ms)。
[0078]电流在步骤IX中优选地移动到零。这可以连续地或者以关机程序发生。因此没有进一步的热供应发生在接头区域,使得焊接辅助连接件和邻近的材料层A、B冷却下来。在冷却阶段,夹紧力FIX以恒定的值保持或者优选地增加。在冲头12和对置支撑件14之间的夹紧力的增加支撑在焊接区域中的接头形成以便获取可靠的连接(在图2中(见图片e) ο
[0079]最后,冲头12从材料层A、B的堆叠移开,以便除去具有接头的材料层A、B。
[0080]经鉴定,在材料层A、B的堆叠中的分力能够导致冲头力的歪曲,电阻以及附加的处理参数。在材料层A、B中,通过材料层A、B之间的粘合剂的粘弹特性或者通过在材料层A、B之间的杂质,分力根据位置偏差发生。这些分力导致力经由冲头12通过控制/调整设备20激活,比指定的更低。然而,过低的冲头12的连接力影响要建立的连接的质量。过低的冲头力导致例如在焊接期间增加不利的焊接飞溅物的可能。因此,优选地,激活的电流值与在自适应力调整的构件内在评估设备40中确定通过力传感器32和力校正值测量的实际上出现的力值相比较。这个修正值经由控制/调整设备20传送到冲头12的驱动器16,以便实现焊接过程需要的激活力。
[0081]根据图3中示意性地表示方法的流动,设置焊接辅助连接件并且借助于压紧装置NH进行焊接。该压紧装置NH优选用来施加机械夹紧力用于固定
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