夹芯板的多级电阻焊接的制作方法

本发明涉及一种用于将夹芯板与至少一个其他的金属的部件电阻焊接的方法，其中，夹芯板具有两个金属覆盖层和设置在金属覆盖层间的热塑性塑料层,其中，至少这样加热夹芯板的待焊接的区域，即，热塑性塑料层软化并通过将覆盖层挤压到一起而挤出焊接区域，覆盖层和其他的部件通过经过第一和第二焊接电极的电流而相互焊接，其中，第一焊接电极与夹芯板的一个金属覆盖层接触而第二焊接电极与金属的部件接触。

背景技术：

在汽车领域中对于轻质结构理念越来越高的需求推动了在前景中夹芯板的使用，其在两个金属的薄覆盖层之间具有热塑性塑料层，从而在使用夹芯板的的情况下在汽车结构中进一步扩大节省重量的潜力。夹芯板例如通过具有连续的热塑性塑料层的金属带材与另一个金属带材的粘合带状地制成并且分隔成为板材。夹芯板可以提供拓宽了重量减轻潜力的不同的、特殊的特性。因此，夹芯板由于塑料层具有比实心板明显更轻的重量并且同时提供了较高的强度值。此外，夹芯板是隔音的并提供高的刚性。然而夹芯板的缺点在于，夹芯板具有电绝缘的塑料层，塑料层在熔焊过程中会导致关于形成完美的焊接连接的问题。由于夹芯板缺乏焊接的性能，例如与其他金属部件电阻焊接，因此常常将夹芯板粘合或者互相机械地接合。

德国专利文献DE10 2011 109 708 A1中已知一种用于将夹芯板与其他金属部件接合的方法，其中在连接区域中的中间层熔化并且挤压出连接区域，从而随后能够通过部件和夹芯板的覆盖层之间产生电接触而形成焊接点。还提出，通过能够调温的电极或挤压部件加热接合区域。焊接电极或者挤压部件为此例如设有加热部件。该焊接电极的结构因而相对复杂。除此之外，需要进一步提高热塑性塑料层的加热的速度，以便能够实现更短的周期。

此外，美国专利文件US 4,650,951中已知一种用于电阻焊接两个复合板的方法，该方法使用了两个焊接电极，这两个焊接电极是供热的并且在实际的焊接开始之前加热和挤出位于覆盖层之间的塑料层。

另外，在尚未公开的德国专利文献DE 10 2013 108 563中已知一种方法，其中为了使夹芯板与其他的金属部件通过电阻焊接而连接使用了两个电路。在此，该方法分为两个步骤，其中一个为预热步骤，其中，待焊接的区域通过预热电流加热并且热塑性塑料从夹芯板的待焊接的区域中挤出。另一个步骤为，在预热之后通过提供焊接电流使夹芯板与金属的部件焊接。但是已发现，在该操作方法中当覆盖板接触时仍提供预热电流的情况下会导致短路并且由此在夹芯板中产生会导致气泡形成或脱层的涌流。

技术实现要素：

由此出发，本发明的目的在于提供一种用于电阻焊接夹芯板的简单的方法，通过该方法能够在短的周期内将夹芯板与其他的金属的部件接合，而不会导致在夹芯部件中气泡或缺陷的形成。

根据本发明的教导，上述目的通过至少包括以下步骤的电阻焊接得以实现：

-(A)通过预热电流加热夹芯板的待焊接的区域并且通过在第一焊接电极和第二焊接电极上施加焊接力而挤出焊接区域中的夹芯板的金属覆盖层间的塑料，从而将夹芯板的金属覆盖层挤压到一起，

-(B)在使用在第一焊接电极和第二焊接电极之间的预焊电流的条件下，在夹芯板的金属覆盖层之间形成预焊，

-(C)通过焊接电流将已预焊的夹芯板的金属覆盖层与部件焊接。

根据本发明的教导，通过夹芯板的金属覆盖层首先通过预焊而连接并且随后才与金属的部件焊接，可以十分有效地防止会在夹芯板中导致缺陷的涌流的产生。在直接焊接的情况下，在将塑料层挤出的过程中仍剩余的塑料残留在金属覆盖层的内侧上在非常短的时间内熔化或者蒸发。产生的气体导致气泡形成或者脱层。另外，涌流也可能通过金属覆盖层的涂层部分的蒸发而在夹芯板内部中与塑料残留相互作用，从而会在连接区域附近立即导致气泡形成或脱层。相反地，在预焊过程中能量输入保持为很小，从而金属覆盖层不会完全熔化，而是仅使两个金属覆盖层之间的邻接层产生材料配合的连接。由于其余的金属并未达到熔化温度，因此塑料在附近的区域内不会达到蒸发温度，从而在预焊之前和/或预焊过程中金属覆盖层之间的塑料残留进行平缓地移除。随后，在夹芯板的邻近区域内不会导致气泡形成或脱层的条件下，进行夹芯板的金属覆盖层与金属部件焊接的步骤。

根据该方法的第一种设计方案，预热电流流经第一焊接电极和待焊接的金属部件之间的支路，由此可以防止电流直接引导经过覆盖板，从而避免了损坏，例如由于过高的加热而引起的覆盖板和塑料层之间的脱层。

根据该方法的另一种设计方案，在第一焊接电极和第二焊接电极之间进行电阻测量，从而在焊接电极之间的电阻下降的情况下降低或切断预热电流。通过两个焊接电极之间的电阻测量实现了监测热塑性塑料从夹芯板中的待焊接区域中挤出的过程。如果夹芯板的金属覆盖层相互接近，则第一焊接电极和第二焊接电极之间的电阻迅速地下降，其中，在两个焊接电极上、进一步保持恒定的焊接力作用下，该电阻在两个金属层之间金属接触时缓慢地下降至最小。因此，经过电阻测量可以通过取决于塑料从待焊接区域中的挤出的控制来调整或切断预热电流。

根据下一个实施方式，该方法的另一个改进由此得以实现，即，在预热电流降低至预设的第一个数值之后或者在切断预热电流之后，两个焊接电极继续朝向彼此移动，直到待连接区域中的覆盖板完全接触。为了在第一焊接电极和第二焊接电极之间形成预焊，调整在夹芯板的金属覆盖层之间的预焊电流，其中，预焊电流可选地小于焊接电流。已发现，在避免了涌流和由此在夹芯板中产生的气泡或脱层的情况下由此实现了进一步的改进，即，当预热电流已经下降到预设的、例如非常小的数值或完全切断以及待连接区域中的覆盖层基本上完全接触时，才接通第一焊接电极和第二焊接电极之间的预焊电流。由此可以更好地控制夹芯板中的热量传入。预焊电流可选地小于用于使金属覆盖层与金属部件焊接的焊接电流。通过该措施平缓地加热处于接触的金属覆盖层的区域并且实现了金属覆盖层的预焊的更好的可控性。

在预热和焊接电极相互挤压的过程中，优选第一焊接电极和第二焊接电极之间的电阻下降至预设的第一个电阻值，从而在达到预设的第一个电阻值时减小或切断预热电流，从而避免在覆盖板完全接触情况下的短路。因此，例如当金属覆盖板之间几乎不存在塑料时，才可以接通预焊电流。

优选在使用斜坡函数的条件下将预焊电流调整到其最大的数值。由此还可以实现，缓慢地加热金属覆盖层之间仍存在的塑料残留并且通过由焊接电极施加的焊接力可以从金属覆盖层的中间腔中移除。

根据该方法的另一种设计方案，在达到第一焊接电极和第二焊接电极之间的预设的第二个电阻值时在第一电路中调整用于使夹芯板与部件焊接的焊接电流。如上所述地，电阻值与仍位于金属覆盖层之间的塑料的量有关。预设的第二电阻值因此可以用于这样调整金属覆盖层之间剩余的塑料的比例，即，在焊接金属覆盖层与金属部件的过程中显著降低了夹芯板中涌流的危险。

根据该方法的另一种设计方案，在使用斜坡函数的条件下将焊接电流调整到其最大的数值。斜坡函数理解为随时间增加的、直至达到最大值的焊接电流或预焊电流。该最大值例如可以在一定时间内保持恒定。

为了通过将热塑性塑料挤出夹芯板的待焊接区域中的速度来降低夹芯板中缺陷的危险，根据另一种设计方案，第一焊接电极和第二焊接电极之间的焊接力至少一直增加直到第一焊接电极和第二焊接电极之间的电阻下降。因此有意识地利用热塑性塑料变为液体的区域并由此利用金属覆盖层彼此相对的靠近，从而实现了将热塑性塑料尽可能缓慢地挤出待焊接的区域。

另外还发现，根据该方法的另一种设计方案有利的是，一旦第一焊接电极和第二焊接电极之间的电阻下降至预设的第三个电阻值，焊接力保持恒定。预设的第三个电阻值可以小于或者大于其中接通了预焊电流的焊接电极之间的电阻。两个电阻值也可以是相同的。

最后，根据一种特别简单的设计方案也可以在固定的预热持续时间之后切断预热电流。该预热持续时间例如可以根据已调整的预热电流以及各个待焊接的夹芯板结合待焊接的部件凭经验确定，对此凭经验确定了接通预热电流的过程中的时间间隔和存在的焊接力，在该时间间隔内第一焊接电极和第二焊接电极之间的电阻显著下降。于是可以这样调整预热电流，即，在切断预热电流之后才发生电阻下降，因为通过塑料的软化会使电阻下降发生稍微的时间延迟。原则上还可能的是，接通预焊电流和/或焊接电流的时间点取决于预热电流的切断而设置为固定的，其中，优选通过部件与夹芯板之间的经验焊接试验来确定接通时间点。因此电阻焊接例如可以在不进行同时的电阻测量的条件下完成。

附图说明

另外，借助实施例结合附图进一步说明本发明。附图中：

图1a,b以截面示意图示出了在夹芯板中通过涌流而产生的缺陷，

图2a,b,c以截面示意图示出了在不同的时间点上用于实施按照本发明的方法的设备的一种实施例，

图3以图表示出了按照本发明的方法的一种实施例随时间的变化，而且

图4以图表示出了按照本发明的方法的另一种实施例。

具体实施方式

图1a)首先以截面示意图示出了在焊接夹芯板1过程中的初始状态，该夹芯板由两个金属的覆盖层1a,1c以及设置在两个覆盖层1a,1c之间的热塑性的塑料层1b组成。在待焊接的区域3中，金属的覆盖层1a和1c已经相互接触。但是，在使用常规的电阻焊接方法的条件下，特别是在覆盖板接触而且接通预热电流的情况下在夹芯板的内部出现涌流，此处通过箭头示出。该涌流也可能源于塑料的过快的加热，该塑料蒸发并且可能携带液态金属、特别是覆盖层的涂层的液体金属。如图1b)所示，该涌流在与焊接区域3相邻的区域4中导致通过热的涌流的塑料的局部蒸发，从而例如在夹芯板中可以看到类似突起的典型的焊接缺陷。

能够用于将夹芯板与金属部件焊接的设备的一种实施例在图2a至c中示意性地示出。用于将夹芯板1与金属部件2焊接的设备5首先具有第一和第二焊接电极6,7以及在两个焊接电极之间提供的预热电流IV。预热电流IV由电源8产生。该电流由电源8流经第一焊接电极6和待焊接的金属部件2之间的支路9。由此确保了不会进行覆盖板的直接加热，以此防止了过高的热传入并且可以抑制夹芯板的脱层。在接通预热电流IV之后，焊接电极6,7借助焊接力FS彼此相对地挤压，从而将已加热的塑料挤出待焊接区域(图2a)。在待焊接区域中的两个覆盖板即将接触之前降低或优选断开预热电流IV，而焊接电极6,7继续彼此相对地移动或挤压，直到覆盖板完全接触为止。

在两个覆盖板接触之后，由电源8提供预焊电流IH，由此能够受控制地在两个覆盖板之间的边界层中产生材料配合地连接(图2b)。由于相对更低的电阻，预焊电流IH通过金属的覆盖层1a,1c流向第二电极并且仍仅有很小的一部分流经支路9。在通过适度的热量传入而在夹芯板中提供电通路之后随即提供焊接电流IS，该焊接电流使焊接区域中的覆盖板熔化，从而使焊接区域中的覆盖板相互连接并且与金属部件材料配合地连接(图2c)。在图2a至c中设置有用于测量电阻10的装置，该装置测量第一焊接电极6和第二焊接电极7之间的电阻。

图3中借助包括夹芯板和金属部件的对应截面示意图的过程图表示出了按照本发明的方法的第一种实施例。在图表中，x轴为过程时间t而纵坐标定性地示出了预热电流IV、预焊电流IH、焊接电流IS以及第一和第二焊接电极之间的电阻R根据过程时间t的数值。

按照本发明，夹芯板1与金属部件2的焊接分为三个步骤。在步骤A中，夹芯板的待焊接区域通过预热电流加热而且在焊接区域中的夹芯板的金属覆盖板之间的塑料通过在第一焊接电极和第二焊接电极上施加焊接力而挤出，从而将夹芯板的金属覆盖层相互挤压在一起。在接下来的步骤B中，用于在夹芯板的金属覆盖层之间产生预焊的预焊电流IH在焊接电极6,7之间流动。随后在步骤C中，夹芯板已预焊的金属覆盖层通过焊接电流而与部件焊接。

如图3的图表所示，在步骤A中当两个焊接电极6和7之间的电阻R下降时，预热电流IV显著地降低并且提供预焊电流IH。在过程步骤B中，金属的覆盖层相互预焊，从而在金属覆盖层之间存在的残余塑料能够在夹芯板中不产生涌流的条件下而缓慢地从该区域中移除。此外，在金属的覆盖层之间存在预焊之后出现材料配合的连接，从而在提供焊接电流IS时在夹芯板内部不再能够产生涌流。

在金属覆盖层的预焊结束之后接通焊接电流IS。优选以斜坡函数接通焊接电流IS，从而使焊接电流随时间增加并且直到升高到最大值为止。在金属覆盖层与金属部件完成焊接之后，可以将焊接电流IS再次降低至零。

在图3的图表中还额外示出了焊接力F，两个焊接电极6和7通过该焊接力而彼此相对地挤压。可以看出，该焊接力F在预热步骤A期间升高并且在预焊开始时达到最大值。该焊接力F保持在该最大值并且在焊接电极由已接合的夹芯板上抬起之后才减小至零。

在图表的下方以截面示意图示出了在各个时间点上的焊接电极6,7以及夹芯板1和部件2。在根据步骤A的预热之后，夹芯板1的金属覆盖层处于金属的接触，从而使电阻R显著地下降。在该状态下，预焊电流IH在过程步骤B中接通并且在夹芯板的金属覆盖层之间形成预焊。由于夹芯板的金属覆盖层的较小的厚度仅需要较低的预焊电流IH。在金属覆盖层与部件2的焊接过程中，通常如图3所示地，需要较大的焊接电流IS，如方法步骤C所示。但是，预焊电流IH也可以是变化的并且能够与待连接对象的形状相适应。

图4中示出的实施例中同样示出了根据过程时间t的方法步骤A、B、C。图4中示出的实施例中，在固定的持续时间t1内设置预热电流IV，从而实现充分的加热并且确保在第一和第二焊接电极6,7之间的电阻R下降时已经切断了预热电流IV。如果第一和第二焊接电极之间的电阻下降至预设的第一电阻值R1,则接通预焊电流IH并且以斜坡函数将预焊电流提高至其最大值。通过缓慢地提高预焊电流IH可以实现，在夹芯板的金属覆盖层的预焊过程中降低在夹芯板内部中涌流的风险。通过在方法步骤B期间的预焊使电阻R降低，如在图4中可以看出，电阻进一步降低至预设的第二电阻值R2，从而在达到第二电阻值R2的情况下可以接通焊接电流IS。图4中还可以看出，焊接电流IS大于预焊电流IH。

为了将预热持续时间设置到直至时间点t1,例如可以从对经验试验的分析而得出，从而确定过程时间范围t2至t3，在该过程时间范围内由于金属覆盖层的相互接触而以较高的概率发生电阻下降。如果已限定了t2至t3的间隔，可以将持续时间t1设置为固定的，从而一旦接通了预焊电流IH就立即切断预热电流IV。

结果是，能够以较短的过程时间并且几乎在排除通过涌流而在夹芯板1中形成缺陷位置的危险的情况下实施夹芯板与金属部件2的焊接。