一种小直径焊点点焊电极冷却装置及点焊方法与流程

1.本发明涉及点焊技术领域，具体涉及一种小直径焊点点焊电极冷却装置及点焊方法。


背景技术：

2.点焊是通过上下电极压紧两层金属板材，瞬态电流通过电极流过板材压紧部分，板材间接触电阻发热出现熔池并快速冷却，形成熔核，实现两层板材的焊接。在这个过程中，电极本身的电阻会产生很大的热量，电极接触点温度急剧升高，电极前端强度下降。
3.在点焊高温合金小直径焊点时，由于合金强度大、熔点高、弹性好，需要很大的瞬间电流和很大的压力，才能保证高温合金板材点焊质量。由于焊点直径小，电极截面积受限，导致电极端部承受很大应力，焊接时电极产生大量的热量，如果不能及时散发,便会使电极头变软变形，电流密度急剧变小，导致出现虚焊，影响点焊质量。控制电极温度、延长电极高温蠕变变形时间，是控制电极寿命的关键。因此，必须对高温合金点焊电极接触点进行快速冷却，提升电极寿命，提高产品的生产效率。
4.现有的高温合金点焊电极接触点冷却方法主要是空气冷却和冷却液流道冷却。空气冷却是空气与发热本体表面接触，它们之间存在着温差，依据传热学原理，空气带走散发的热量，以实现冷却。该方法冷却速度慢，以致小直径焊点点焊电极快速发热升温、蠕变变形，电流密度急剧下降，形成虚焊，焊接强度差；冷却液流道冷却是在电极内部设置水冷流道，冷却水从中心进水口进入，流经电极冷却型腔内壁，从出水口排除，以便冷却液带走点焊时电极本身发热产生的热量。该方法受限于冷却流道面积、小直径电极头散热截面面积，冷却效果不明显，以致电极使用寿命短。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种小直径焊点点焊电极冷却装置及点焊方法，以解决现有技术中高温合金点焊电极冷却速度慢、电极发热变软变形的问题。
6.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
7.一方面，本发明提供一种小直径焊点点焊电极冷却装置，包括：
8.冷却水箱，其用于盛放低电导率的冷却液；
9.点焊机构，其包括上电极和下电极，上述上电极和上述下电极的电极头可靠近或远离，用于夹持或松开焊接零件，且使焊接零件的点焊位浸没于上述冷却液内，以通过上述冷却液对点焊位冷却。
10.在一些可选的实施例中，上述下电极的电极头穿过上述冷却水箱的侧壁并浸没于上述冷却液内，上述上电极通过驱动件向上述下电极的电极头靠近或远离。
11.在一些可选的实施例中，上述冷却水箱的侧壁上设有供上述下电极穿过的通孔，上述通孔上设有环形橡胶垫圈，用于防止上述下电极穿过时上述冷却液从上述通孔渗漏。
12.在一些可选的实施例中，上述冷却水箱采用透明材料制件，并标有刻度线。
13.在一些可选的实施例中，上述刻度线至上述冷却水箱的底部距离大于上述冷却水箱高度的二分之一。
14.在一些可选的实施例中，上述点焊位位于上述刻度线下方至少mm处。
15.在一些可选的实施例中，还包括过滤循环装置，用于将从冷却水箱内排出的上述冷却液过滤后回输至上述冷却水箱内。
16.另一方面，还提供一种点焊方法，该点焊方法利用上述的小直径焊点点焊电极冷却装置实施，包括以下步骤：
17.将焊接零件夹持在点焊机构的上电极和下电极之间，并使冷却水箱内的冷却液淹没焊接零件的点焊位；
18.对上电极及下电极通电并对焊接零件进行焊接。
19.在一些可选的实施例中，焊接零件焊接完成后，排出上述冷却液并通过过滤循环装置回输至冷却水箱内。
20.在一些可选的实施例中，上述冷却液浸没并高于上述点焊位至少mm。
21.与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将点焊机构的点焊位浸没在冷却液内，通过冷却液低导电率、高热容、导热快的特点，使点焊过程中点焊位因自身电阻产生的热量被电极周围的冷却液带走，保证了电极的最大散热面积，避免了电极由于高温而变软变形，电流密度急剧变小，导致出现虚焊，影响点焊质量的问题，且低导电率的冷却液也避免了导电分流，不仅提高冷却效率，同时延长电极的使用寿命。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.附图1为本发明一种小直径焊点点焊电极冷却装置的结构示意图。
24.图中：1、冷却水箱；11、刻度线；12、入水口；13、出水口；2、点焊机构；21、上电极；22、下电极；23、驱动件；3、焊接零件。
具体实施方式
25.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
27.如图1所示，一方面，本技术实施例提供一种小直径焊点点焊电极冷却装置，包括冷却水箱1和点焊机构2，冷却水箱1用于盛放低电导率的冷却液；点焊机构2包括上电极21和下电极22，上述上电极21和上述下电极22的电极头可靠近或远离，用于夹持或松开焊接零件3，且使焊接零件3的点焊位浸没于上述冷却液内，以通过上述冷却液对点焊位冷却。
28.点焊是通过上下电极压紧两个金属焊接零件，瞬态电流通过电极流过焊接零件的压紧部分，两个焊接零件间接触电阻发热出现熔池并快速冷却，形成熔核，实现两个焊接零件的焊接。目前普遍认为，由于在焊接过程中瞬态电流通过电极和金属的焊接件，因此在水下焊接时会在上下电极之间形成短路，具有较大的危险性。
29.在本例中，冷却液采用低电导率的纯水，纯水是一种初步去除了水中的电离子和矿物质及其他微量元素的一种高纯度的水。一般是经过电渗析法和反渗透法及离子交换树脂技术法加工的一种水，或是经过真空蒸馏得到，因此纯水的电导率极低，从而保证了水下焊接无漏电危险。冷却水箱1具有足够大的容量，从而提高对电极和点焊位的冷却效果。
30.但需要注意的是，在焊接时应该确保纯水不被污染，纯水中金属元素和微生物过高，都会导致电导率偏高。因此焊接前需要对冷却水箱1进行处理以防止污染。
31.在其他实施例中，还可以采用其他低电导率的冷却液，例如乙二醇等。
32.可以理解，点焊位即为焊接零件3与上电极21和下电极22接触的位置，将焊接时的点焊位浸没在冷却液内，通电时焊接零件3及两个电极自身电阻的发热被冷却水箱中浸没在电极周围的冷却水带走，从而使电极无明显升温。
33.在一些可选的实施例中，上述下电极22的电极头穿过上述冷却水箱1的侧壁并浸没于上述冷却液内，上述上电极21通过驱动件23向上述下电极22的电极头靠近或远离。
34.可以理解，下电极22固定在冷却水箱1的侧壁上，并浸没在冷却液中，上电极21可以移动，从而便于在两个电极之间固定焊接零件3。在本例中，上电极21通过与压紧气缸的输出端连接，从而向下电极22靠近或远离，且使待焊接零件3被稳定地紧密夹持在两个电极之间。
35.进一步地，上述冷却水箱1的侧壁上设有供上述下电极22穿过的通孔，上述通孔上设有环形橡胶垫圈，用于防止上述下电极22穿过时上述冷却液从上述通孔渗漏。
36.橡胶垫圈将通孔与下电极22之间的缝隙完全封闭，且橡胶具有绝缘性，不会对焊接过程产生影响。
37.在一些可选的实施例中，上述冷却水箱1采用透明材料制件，并标有刻度线11。
38.设置透明的冷却水箱1可以便于观察焊接过程，便于调整工艺参数，且设置刻度线可以定量加注冷却液，确保冷却效果。在这里，刻度线为冷却液的最佳加注高度。
39.进一步地，上述刻度线11至上述冷却水箱1的底部距离大于上述冷却水箱1高度的二分之一。
40.由于需要使用冷却液对点焊位进行冷却，因此为保证冷却效果，应该使冷却液的体积足够大并完全淹没点焊位。可以理解的是，下电极22靠近冷却水箱1的底部，刻度线11高于下电极22，以保证加入冷却液后将点焊位被完全淹没。
41.优选的，上述点焊位位于上述刻度线11下方至少30mm处。
42.可以理解，冷却液需完全淹没点焊位并淹没点焊位一定高度，从而确保焊接时，点焊位产生的热量可以快速且高效地被冷却液带走。
43.在一些可选的实施例中，上述点焊电极冷却装置还包括过滤循环装置(图中未视)，用于将从冷却水箱1内排出的上述冷却液过滤后回输至上述冷却水箱1内。
44.在本例中，冷却水箱1上设有入水口12和出水口13。当一批次的焊接零件3点焊结束后，将冷却水从出水口13排出，经过过滤后重新从入水口12回输至冷却水箱1内，从而可
以循环利用冷却液，降低生产成本。
45.以纯水为例，可以通过超过滤和双级反渗透，来去除水中的离子，如果对纯水的净度要求更高，还可以采用edi电渗析或混床树脂去除大部分剩余的离子，从而达到3级超纯水的级别，进一步确保点焊时的安全性。
46.对于其他冷却液来说，过滤的原理相同，即将冷却液中的离子和杂质过滤。
47.当然，如需使冷却效果更佳，还可以采用边焊接边循环的方式，使冷却水保持相对恒定的冷却温度。在本例中，可采用低进高出的冷却水循环方式：即将靠近冷却水箱1底部的出水口13作为进水口，将靠近冷却水箱1顶部且高于刻度线11的入水口12作为溢流口，使冷却水从出水口13流入，从入水口12自然溢出，从而确保点焊位始终位于冷却液内，且冷却液经出水口13缓慢流入至冷却水箱1内。通过入水口12对水位高度控制，保证冷却液的液面至少位于入水口12且高于刻度线11，并完全浸没点焊位，从而在保证对点焊位循环冷却的同时，尽量减少纯水对空气和二氧化碳的吸收，减少纯水的污染。
48.另一方面，还提供一种点焊方法，该点焊方法利用上述的小直径焊点点焊电极冷却装置实施，包括以下步骤：
49.将焊接零件3夹持在点焊机构2的上电极21和下电极22之间，并使冷却液淹没待焊接零件3的点焊位。
50.可以理解，将焊接零件3固定夹持在上电极21和下电极22之间，并使冷却液缓慢注入冷却水箱1内，直至完全淹没待焊接零件的点焊位，从而确保焊接时利用冷却液对点焊位进行降温。
51.优选的，上述冷却液浸没并高于上述点焊位至少30mm。
52.对上电极21及下电极22通电并对焊接零件3进行焊接。
53.可以理解，上下电极在大电流作用下，由于材质差异，两层待焊接零件3的板材间接触电阻在整个电流回路中电阻最大，因此发热量最大，从而快速熔化并凝固形成熔核。上电极21及下电极22因自身电阻的发热被冷却水箱1中浸没在电极周围的冷却水带走，从而无明显升温。
54.在一些可选的实施例中，焊接零件3焊接完成后，排出上述冷却液并通过过滤循环装置(图中未视)回输至上述冷却水箱1内。
55.本技术的一种小直径焊点点焊电极冷却装置及点焊方法，通过将电极和点焊位浸没在冷却液中进行焊接，从而可以快速高效地通过点焊位周围的冷却液带走电极由于电流作用产生的热量，解决了小直径焊点点焊电极在点焊过程中冷却速度慢、电极升温高，而造成电极由于高温而变软变形的问题；与冷却液流道冷却相比，电极上无需布置用于使冷却液流过的流道结构，从而可以使电极强度更高，承载能力更强，电极可以承受更大的压紧荷载；冷却液采用过滤循环的方式可以反复使用并保持冷却液温度恒定，不仅提高了点焊过程的稳定性，确保产品质量，同时节约了成本。
56.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连
接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
57.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
58.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。