焊接电极和用于形成电阻点焊接头的方法
【专利说明】焊接电极和用于形成电阻点焊接头的方法
[0001]本申请是申请日为2012年3月16日、申请号为201210070093.6、发明名称为“焊接电极和用于形成电阻点焊接头的方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]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】
[0003]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】
[0004]—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。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。
[0005]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。
[0006]—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10_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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
【附图说明】
[0010]图1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；
[0011]图2A是图1的电极帽的另一变体的示意局部横截面视图；
[0012]图2B是图1的电极帽的又一变体的示意局部横截面视图；
[0013]图3是图1的电极帽的再一变体的示意局部横截面视图；
[0014]图4是图1的电极帽的额外变体的示意局部横截面视图；
[0015]图5是形成在图1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；
[0016]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
[0017]图7是图5的工件的一部分的示意放大显微组织视图。
【具体实施方式】
[0018]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1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。
[0019]在工件18中形成电阻点焊接头16的方法参考图1描述。如图1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。
[0020]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6_。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1mm到大约3mm。
[0021]再次如图1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。
[0022]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。
[0023]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1_到大约3_。因此，如图1所示，电阻点焊接头16可被形成以便连结具有大约1.6mm的第一厚度22的第一基板12和具有大约3mm的第二厚度24的第二基板14。
[0024]如图1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1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 configurat1n)(即，以交叠构造)在贴合界面20处彼此面对和接触，如图1和5所示。
[0025]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。
[0026]如图1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