专利名称：一种凸焊螺母的焊接装置及其焊接方法
技术领域：
本发明属于汽车制造工艺的技术领域，尤其是涉及的是一种螺母焊接稳定、不会发生窜动的凸焊螺母的焊接装置及其焊接方法。
背景技术：
为适应汽车高水平、高速度生产的情况，汽车工业特别是车身制造中广泛应用凸焊工艺，以提高连接效率和质量，满足汽车大批量装配生产的要求。凸焊工艺是利用零件原有形面、侧角或预制的凸点焊到另一块面积较大的零件上。要推广应用凸焊工艺，必须解决:螺母、焊机及凸焊电极问题。焊接螺母已有国家标准，生产厂家较多，工艺成熟，质量可靠。目前汽车厂家主要采用焊接方螺母。焊机国家也有相关标准，有焊接螺母的专用凸焊机或通用的落地式点焊机，生产厂家也较多，可以直接在市场上直接选购。而焊接电极的设计、制造是影响能否应用好凸焊工艺的关键问题。应用焊接螺母时，一般都是正向运用，即先将金属工件放到下电极上，再将焊接螺母放到金属工件上，然后接通凸焊机(或通用落地式点焊机)开关，在控制箱控制下，电磁气阀通电工作，将压缩空气导入焊机气缸上部，迫使活塞向下运动，使上下电极合紧，然后通电完成焊接。常规凸焊电极就是按这个习惯用法来设计制造的。由于焊接方螺母的特殊性，其焊接电极的设计除了必须满足一般电阻焊电极的所有要求外，还给设计上带来了特殊的工艺技术要求:①电极上必须要有合适的定位销，以确保焊接方螺母在金属件上的正确焊接位置。因为焊接方螺母本身没有定位凸环，必须从电极设计上加以解决。②定位销与下电极基座之间必须绝缘且具有一定的高温强度，并应考虑到焊接过程中产生的热量对螺纹和定位销可能产生的危害。③定位销寿命要长并在必要时能够方便地更换。一般零件凸焊电极的设计方法，即为具有开放结构的零件，在直电极向下运动时可以直接压住螺母的零件。正向运用时，一般零件定位销应设计在下电极上，而上电极设计因其无定位销而变得比较简单，只要满足焊接过程中不压溃下电极的定位装置这一要求即可。与上电极比起来，下电极的设计则相对复杂，但在国内汽车企业设计制造及应用上已比较成熟，如图1所示，由定位销对零件及待焊螺母进行正确定位，然后由上、下电极送电，完成凸焊，但在对复杂型零件进行凸焊螺母时，结构局限性较大，不能进行相应焊接作业。汽车车身其中部分特殊零件需要凸焊内侧螺母，主要集中在车架纵梁、横梁的封闭结构中，特殊零件内侧螺母凸焊电极的设计，除了下电极的设计外，由于形状的限制，还需考虑上电极的设计与制造问题。上电极设计要求包括:①工件的可达性，应充分考虑并满足所有特殊零件凸焊位置的需求；②良好的导电性和力学性能；③足够的强度和刚度
充分的冷却条件电极与工件间的接触电阻足够低，以防止工件表面熔化与工件表面之间的合金化。如图2所示，特殊零件内侧螺母凸焊电极的常规设计方法，汽车厂一般采用L型上电极，解决工件的可达性问题，基本满足了生产的需要。但该设计也存在以下问题:由于凸焊时电极压力大，可达3000N左右；由于偏心距的存在,整个上电极处于一个较大的力矩作用之下，容易变形；在焊接过程中，可以明显看见上电极在力矩作用下，沿逆时针方向偏转一个角度，靠近焊机内端的螺母凸点受力比靠外端的凸点受力大，使凸点的压力、电流密不均匀，对凸焊质量有一定影响；并且难以确保凸焊螺母在工件上的正确位置；在力矩的作用下，方螺母在工件上有窜动现象。如果定位销与工件或与螺母之间的装配间隙过大，容易造成定位不准确。L型上电极的制造加工量较大，且上电极变形磨损后，需整体更换；受电极夹头的限制，该电极设计难以从根本上解决变形问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种对于特殊零件内侧螺母凸焊不发生窜动且受力稳定、焊接质量好、可控性强的凸焊螺母的焊接装置及其焊接方法。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是:一种凸焊螺母的焊接装置，包括上电极装置和下电极装置，下电极装置包括定位销、电极盖、支撑弹簧、绝缘垫片和下电极，所述下电极上螺纹紧固有电极盖，所述绝缘垫片置于下电极内，所述支撑弹簧下端固定于绝缘垫片上，上端支撑定位销，所述定位销上端穿过电极盖，电极盖对定位销进行轴向限位，所述电极盖和定位销之间设有绝缘套，所述上电极装置包括工作台、上电极和横杆，所述横杆的中后部铰接有绝缘支座，绝缘支座固定在工作台上，所述工作台上还设有弹性支撑组件，所述横杆的中前部底面活动搭靠在弹性支撑组件上，所述上电极位于弹性支撑组件的正上方，并搭靠在横杆上，所述横杆的前端内部设有冷却通道，冷却通道前后两端分别设有出水孔和进水孔，横杆的后端设有电缆接口，所述下电极装置位于横杆的前端凸焊部位的正下方。优选的，所述弹性支撑组件包括基座和复位弹簧，所述复位弹簧置于基座内。优选的，所述横杆的前端凸焊部位上设有锥度凹孔，锥度凹孔内连接有锥形短电极块。优选的，所述上电极与绝缘支座的水平位置距离(H)和下电极与绝缘支座的水平位置距离(L)的长度比例为3:4。上述的凸焊螺母的焊接装置的焊接方法，包括如下步骤:
1)、首先将待焊工件套装在电极套上，利用定位销固定待焊螺母；
2)、将第一电缆分别与上电极、横杆的电缆接口连接，将第二电缆与
下电极连接，利用点焊机的上电极施压横杆，使得横杆与定位销上的待焊螺母接触，下电极向电极套送电，从而实现待焊螺母相对待焊工件的凸焊，同时在横杆的冷却通道内，输入流动冷却水，实现对横杆的前端凸焊部位进行实时冷却；
3)、凸焊完成后，上电极松压于横杆，横杆在复位弹簧的作用下，恢复到初始状态，为下一次凸焊作准备。通过采用上述的技术方案，本发明的有益效果是:利用杠杆原理，将上电极施压于横杆上，使横杆作为主要受力件，横杆具有足够的强度与刚性，彻底解决电极变形问题，使待焊螺母只承受垂直方向的受力，消除了偏转力矩，解决了螺母窜动问题，确保了螺母在工件上的准确焊接位置且待焊螺母的凸点受力均匀，从而保证凸焊质量，在横杆后端设有电缆接口与已连接上电极的第一电缆相连，确保焊接电流密度满足凸焊要求，在横杆前端凸焊部位处设有冷却通道，为保证凸焊时在上电极正下方，位于横杆下面的复位弹簧，辅助在实现凸焊完成后，让横杆复位到初始状态，结构简单可靠、调整方便，在凸焊部位设有可替换的锥形短电极块，解决电极凸焊耗损问题，而横杆作为结构件不用更换，节省成本、使用寿命长，整体焊接装置在对内侧螺母凸焊时不会发生窜动现象，受力稳定、焊接质量好、可控性强。
图1为现有技术中平板工件的凸焊螺母的焊接结构示意 图2为现有技术中C型工件的凸焊螺母的焊接结构示意 图3为本发明的凸焊螺母的焊接装置实施例结构示意图。(图中标识:1、上电极；2、螺母；31、平板工件；32、C型工件；4、定位销；5、电极盖；61、绝缘套；62、绝缘垫片；7、支撑弹簧；8、下电极；10、电极夹头；11、连接螺母；12、L型上电极；13、横杆；14、绝缘支座；15、电缆接口 ；16、基座；17、复位弹簧；131、出水孔；132、进水孔；)
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例来进一步说明本发明。如图1所示，为现有技术中平板工件的凸焊螺母的焊接结构，其包括:上电极1、下电极8，下电极8内安装有绝缘垫片62和支撑弹簧7，支撑弹簧7下端固定于绝缘垫片62上，另一端连接定位销4，上电极I的顶部连接有电极夹头10，首先将平板工件31定位在定位销4上的一级定位轴肩，然后将螺母套装在定位销4上的二级定位轴肩上，保证螺母2与平板工件31的焊接位置的准确度，上电极I施压于定位销4顶端，通电实现对螺母2与平板工件31的焊接，定位销4在支撑弹簧7的作用下，每焊完一次就回复原位，从而实现了每个焊接螺母2在平板工件31上的准确定位焊接，但对于复杂型的工件，该结构装置不能完成相应的焊接作业，局限性高。如图2所示，为现有技术中C型工件的凸焊螺母的焊接结构，其包括:L型上电极12、连接螺母11和电极夹头10，连接螺母11将上电极12和电极夹头10连接为一体，其焊接结构的下电极与图1中的下电极结构一样，在对C型工件32进行凸焊螺母的时候，由L型上电极12的下平面对定位销4施压、通电，与螺母2接触，完成螺母2和C型工件32的焊接，因L型上电极12的本身结构，在焊接过程中，出现L型上电极12对螺母2施加压力时，整个结构处于一个较大的力矩作用下，螺母2在C型工件32上定位不准确、出现窜动现象，使得螺母2的受力不均匀，造成焊接时的压力、电流密度不均匀，凸焊的效果较差，且L型上电极12的结构制造加工量较大，出现焊接磨损后，需整体替换L型上电极12，制造使用成本高、通用性差。如图3所示，为本发明的凸焊螺母的焊接装置，包括上电极装置和下电极装置，所述上电极装置包括工作台16、上电极I和横杆13，所述横杆13的中后部铰接有绝缘支座14,绝缘支座14固定在工作台16上,所述工作台16上还设有弹性支撑组件,所述横杆13的中前部底面活动搭靠在弹性支撑组件上，所述上电极I位于弹性支撑组件的正上方，并搭靠在横杆13上，所述弹性支撑组件包括基座17和复位弹簧18，所述复位弹簧18置于基座17内，复位弹簧18辅助支撑横杆13，当横杆13由上电极I松压的时候，实现横杆13的复位作用，所述横杆13的前端内部设有冷却通道132，其位置与横杆13的前端凸焊部位134相对应，冷却通道132前后两端分别设有出水孔131和进水孔133，对应孔位进行输入冷却水，实现冷却通道132内的冷却水流动，从而对前端凸焊部位134的进行循环冷却作用，且不干涉凸焊操作。横杆13的后端设有电缆接口 15，通过与已连接上电极的第一电缆相连，确保焊接电流密度满足凸焊要求。所述横杆13的前端凸焊部位134上设有锥度凹孔135，锥度凹孔135内连接有锥形短电极块136，解决电极凸焊耗损问题，而横杆作为结构件不用更换，节省成本、使用寿命长。所述下电极装置位于横杆13的前端凸焊部位134的正下方，下电极装置包括定位销4、电极盖5、支撑弹簧7、绝缘垫片62和下电极8，所述下电极8上螺纹紧固有电极盖5，所述绝缘垫片62和定位销4置于下电极8内，所述支撑弹簧7下端固定于绝缘垫片62上，上端支撑定位销4，所述定位销4上端穿过电极盖5，电极盖5对定位销4进行轴向限位，所述电极盖5和定位销4之间设有绝缘套61，使得定位销4与下电极8绝缘连接，定位销4经过淬火处理增大了高温强度及硬度，减缓磨损。所述上电极I与绝缘支座14的水平位置距离H和下电极与绝缘支座14的水平位置距离L的长度比例为3:4，也可根据情况相应调整比例，相应增大或减小上电极I的压力，从而确保凸焊螺母的电极压力达到焊接规范规定值要求，从而保证焊接质量。本发明在于突破半封闭结构零件凸焊电极“L”型的设计思维，利用杠杆原理巧妙地将“L”型的设计转化为“I”型设计，消除了偏转力矩，凸焊螺母时只承受垂直方向的受力，彻底解决螺母窜动问题，确保了螺母在工件上的正确位置，达到开放式结构零件的凸焊效果。一种凸焊螺母的焊接装置的焊接方法，包括如下步骤:
1)、首先将待焊工件套装在电极套5上，利用定位销4固定待焊的螺母2；
2)、将第一电缆分别与上电极1、横杆13的电缆接口15连接，将第二电
缆与下电极8连接，利用点焊机的上电极I施压横杆13，使得横杆13与定位销4上的待焊的螺母2接触，下电极8向电极套5送电，从而实现待焊的螺母2相对待焊工件的凸焊，同时在横杆13的冷却通道132内，输入流动冷却水，实现对横杆13的前端凸焊部位进行实时冷却；
3)、凸焊完成后,上电极I松压于横杆13,横杆13在复位弹簧18的作用 下，恢复到初始状态，为下一次凸焊作准备。以上所述的，仅为本发明的一个较佳实施例而已，不能限定本实用实施的范围，凡是依本发明申请专利范围所作的均等变化与装饰，皆应仍属于本发明涵盖的范围内。
权利要求
1.一种凸焊螺母的焊接装置，包括上电极装置和下电极装置，下电极装置包括定位销(4)、电极盖(5)、支撑弹簧(7)、绝缘垫片(62)和下电极(8)，所述下电极(8)上螺纹紧固有电极盖(5)，所述绝缘垫片(62)置于下电极(8)内，所述支撑弹簧(7)下端固定于绝缘垫片(62)上，上端支撑定位销(4)，所述定位销(4)上端穿过电极盖(5)，电极盖(5)对定位销(4)进行轴向限位，所述电极盖(5)和定位销(4)之间设有绝缘套(61)，其特征在于:所述上电极装置包括工作台(16)、上电极(I)和横杆(13)，所述横杆(13)的中后部铰接有绝缘支座(14)，绝缘支座(14)固定在工作台(16)上，所述工作台(16)上还设有弹性支撑组件，所述横杆(13)的中前部底面活动搭靠在弹性支撑组件上，所述上电极(I)位于弹性支撑组件的正上方，并搭靠在横杆(13)上，所述横杆(13)的前端内部设有冷却通道(132)，冷却通道(132)前后两端分别设有出水孔(131)和进水孔(133)，横杆(13)的后端设有电缆接口(15)，所述下电极装置位于横杆(13)的前端凸焊部位(134)的正下方。
2.根据权利要求1所述的一种凸焊螺母的焊接装置，其特征在于:所述弹性支撑组件包括基座(17 )和复位弹簧(18 )，所述复位弹簧(18 )置于基座(17 )内。
3.根据权利要求1或2所述的一种凸焊螺母的焊接装置，其特征在于:所述横杆(13)的前端凸焊部位(134)上设有锥度凹孔(135)，锥度凹孔(135)内连接有锥形短电极块(136)。
4.根据权利要求1所述的一种凸焊螺母的焊接装置，其特征在于:所述上电极(I)与绝缘支座(14)的水平位置距离(H)和下电极与绝缘支座(14)的水平位置距离(L)的长度比例为3:4。
5.根据权利要求1所述的一种凸焊螺母的焊接装置的焊接方法，其特征在于包括如下步骤: 1)、首先将待焊工件套装在电极套上，利用定位销固定待焊螺母； 2)、将第一电缆分别与上电极、横杆的电缆接口连接，将第二电缆与 下电极连接，利用点焊机的上电极施压横杆，使得横杆与定位销上的待焊螺母接触，下电极向电极套送电，从而实现待焊螺母相对待焊工件的凸焊，同时在横杆的冷却通道内，输入流动冷却水，实现对横杆的前端凸焊部位进行实时冷却； 3)、凸焊完成后,上电极松压于横杆,横杆在复位弹簧的作用下,恢 复到初始状态，为下一次凸焊作准备。
全文摘要
本发明涉及一种凸焊螺母的焊接装置及其焊接方法，本发明装置包括上电极装置和下电极装置，上电极装置包括工作台、上电极和横杆，所述横杆的中后部铰接有绝缘支座，绝缘支座固定在工作台上，工作台上还设有弹性支撑组件，横杆的中前部底面活动搭靠在弹性支撑组件上，所述上电极位于弹性支撑组件的正上方，并搭靠在横杆上，横杆的前端内部设有冷却通道，冷却通道前后两端设有出水孔和进水孔，本发明利用杠杆原理，将上电极施压于横杆上，使横杆作为主要受力件，解决电极变形问题，使待焊螺母只承受垂直方向的受力，消除偏转力矩，解决螺母窜动问题，待焊螺母的凸点受力均匀，整体焊接装置节省成本、使用寿命长，受力稳定、焊接质量好、可控性强。
文档编号B23K11/14GK103084723SQ20121055611
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者廖忠传 申请人:厦门金龙汽车车身有限公司