在焊接过程中控制电极进入金属基板的压痕深度的方法

摘要

一种在焊接部(10)形成期间控制电极(18)进入金属基板(12)的压痕深度(22)的方法，包括选择焊接力(28)、电流(30)、持续时间(32)、最小压痕深度(34)、和最大压痕深度(36)，让基板(12)与电极(18)接触以对基板(12)施加力(28)，供应电流(30)到电极(18)，以根据第的一条件、第二条件和第三条件开始形成焊接部(10)，所述第一条件中深度(22)小于最小(34)，在所述第二条件中深度(22)大于或等于最小(34)且小于或等于最大(36)，在所述第三条件中深度(22)大于最大(36)，和比较深度(22)、最小(34)和最大(36)。对于第一条件，持续时间(32)被改变。对于第二条件，力(28)、电流(30)和持续时间(32)每一个被保持直到基本上形成焊接部(10)。对于第三条件，电流(30)停止供应。该方法形成具有期望外观和拉伸强度的焊接部。

说明书

技术领域

本发明通常涉及在焊接成形期间电极进入金属基板的进入深度。

背景技术

焊接可以用于将两个或更多金属基板连结。通常，焊接可以包括在两个 电极之间通过力夹紧工件(例如要被连结的两个或更多金属基板），且从一个 电极穿过工件向第二个电极通电流并持续一段时间，以由此完成电路。由于 电阻电流造成足够的热量，以在金属基板之间的界面处（即在每一个金属基 板的接合面处）建立，以便至少部分地且暂时地熔化界面。因此，力、电流 和焊接持续时间的组合形成焊核，即焊接部，以将金属基板连结。

虽然金属基板接合面之间在工件内部形成焊接部，但是焊接部可以是在 工件的外表面上可察觉的压痕。即每一个电极可以形成在金属基板的接触点 处的具有深度的凹痕。

发明内容

一种在第一金属基板和第二金属基板之间形成焊接部期间控制电极进 入第一金属基板的压痕深度的方法，包括选择焊接力、焊接电流、焊接持续 时间、电极进入第一金属基板的最小压痕深度和电极进入第一金属基板的最 大压痕深度每一个。选择之后，方法包括让第一金属基板与电极接触，以由 此对第一金属基板施加焊接力。电极具有远端，所述远端具有通过大于或等 于大约20mm的半径限定的形状。接触之后，方法包括将焊接电流供应到 电极的远端，由此根据第一条件、第二条件和第三条件中的至少一个开始形 成焊接部，在所述第一条件中压痕深度小于最小压痕深度，在所述第二条件 中压痕深度大于或等于最小压痕深度且小于或等于最大压痕深度，在所述第 三条件中压痕深度大于最大压痕深度。该方法进一步包括将压痕深度与最小 压痕深度和最大压痕深度每一个比较，以确定根据第一条件、第二条件和第 三条件中的一个继续焊接部10的形成。如果确定第一条件存在，则方法包 括改变焊接持续时间直到压痕深度大于或等于最小压痕深度。如果确定第二 条件存在，则保持焊接力、焊接电流和焊接持续时间每一个直到基本上形成 焊接部。进一步，如果确定第三条件存在，则该方法包括停止焊接电流向电 极远端的供应直到基本上形成焊接部。

该方法形成具有期望外观和拉伸强度的焊接部。即该方法提供用于焊接 的最小压痕深度，而没有损害到焊接部的尺寸和/或拉伸强度。进一步地，最 小压痕深度对工件的最终使用者看得见的金属基板的良好外观有贡献。该方 法还使得具有由于过多的压痕深度造成的不可接受外观和/或拉伸强度的焊 接部的昂贵且耗费时间的修理最小化。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能 容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1焊接部形成期间设置两个电极之间接触两个电极两个金属基板的示 意性截面图；

图2是焊接部形成之后图1的两个金属基板的示意性截面图；和

图3是焊接力、焊接电流、和焊接持续时间之间关系的示意图。

具体实施方式

参见附图，其中相同的附图标记表示相同的元件，通常在图2的10处 示出焊接部。图2的焊接部10可以经由焊接形成在第一金属基板12和第二 金属基板14之间，例如经由电阻点焊或焊接连结，如在下文详述的。这种 焊接可以用于将第一金属基板12和第二金属基板14连接，用于在第一金属 基板12和第二金属基板14之间的接合接口16(图1)处需要强焊接部10的应 用。按照一般的解释，焊接可以经由焊接装置（未示出)执行，所述焊接装 置可以包括电流源和两个电极18、20(图1)，所述电极配置为用于将第一金 属基板12和第二金属基板14每一个夹紧在一起。

参见图1和2，本文公开了一种方法，其控制在第一金属基板12和第二 金属基板14之间形成焊接部10(图2)期间第一金属基板12中的电极18(图 1)的压痕22(图2)深度。具体说，该方法可以用于例如但不限于需要有良好 外观的强焊接部10的汽车应用。

参见图1，第一金属基板12和第二金属基板14每一个可以是任何合适 的金属。例如，第一金属基板12和第二金属基板14中之一或两者可以从钢 和铝中选择，包括它们的合金。进一步地，第一金属基板12可以用与第二 金属基板14相同或不同的金属形成。即方法可以用于将相同或不同的冶金 相容的金属连结。此外，第一金属基板12和第二金属基板14每一个可以具 有任何合适的厚度24。虽然如图1所示具有相似的厚度24，但是第一金属 基板12和第二金属基板14可以具有相同或不同的厚度24。通过非限制性的 例子，第一金属基板12和第二金属基板14每一个的厚度24可以是大约0.2 mm到大约6mm。

如图1所示，在执行该方法的准备阶段，第一金属基板12和第二金属 基板14可以被夹在一起，即设置为彼此邻近和接触，以形成工件26。第一 金属基板12和第二金属基板14可以在接合接口16处彼此接触。如在本文 使用的，工件26的第一金属基板12可以被工件26的最终用户看得见。例 如，对于汽车应用，第一金属基板12可以是车辆（未示出)的车门表面，其 可以在进入和离开车辆期间被看见。

如参考图1-3所述的，该方法包括选择焊接力(通过图1中的箭头28表 示)、焊接电流(通过图1中的符号30表示)、焊接持续时间32(图3)、电极 18进入第一金属基板12的最小压痕深度34(图2)和电极18(图1)进入第一金 属基板12的最大压痕深度36(图2)。最小压痕深度34和最大压痕深度36每 一个可以根据焊接部10的期望外观选择。即最小压痕深度34和最大压痕深 度36可以根据期望应用的消费者偏好选择。例如，对于汽车应用，最小压 痕深度34可以大于或等于大约0.11mm且最大压痕深度36可以小于或等于 大约0.25mm。

相反，焊接力28、焊接电流30和焊接持续时间32每一个可以根据焊接 部10的期望尺寸和/或拉伸强度选择，拉伸强度例如为从大约5kN到大约 10kN。另外或替换地，每一个选择可以根据第一和第二金属基板12、14每 一个的金属类型和厚度和/或焊接部10的期望尺寸（例如形状和直径）确定。 而且，选择的焊接力28、焊接电流30和焊接持续时间32可以限定压痕深度 22，如在下文详述的。

更具体地，如本文使用和参考图1所述的，术语"焊接力28"是指在焊接 装置（未示出)的两个电极18、20每一个之间将第一金属基板12和第二金 属基板14夹持在一起必要的力。通常随着焊接力28增加，第一金属基板12 和第二金属基板14之间电阻会减少。对于给定的焊接持续时间32(图3)，电 阻的会减少需要相对更大的焊接电流30，才能在接合接口16处建立相同量 的热量。通过非限制性的例子，取决于第一和第二金属基板12、14的金属 类型和厚度和焊接部10的期望拉伸强度，焊接力28可以是大约2kN到大 约5kN。

再次参见图1，如本文使用，术语"焊接电流30"是指用电从阻生产充分 的热量以在接合接口16处形成焊接部10(图2)所必要的电流的电压。焊接电 流30可以通过一个电极18、通过工件26且通过另一电极20，以完成电路， 如在下文详述的。通常，对于给定焊接力28和焊接持续时间32(图3)，与较 低的焊接电流30相比，更高的焊接电流30实现相对更大焊接部10(图2)和 相对更大压痕深度22(图2)的形成。对于该方法，取决于第一和第二金属基 板12、14的金属类型和/或厚度以及焊接部10(图2)的期望拉伸强度，焊接 电流30可以是大约7kA到大约11kA。

现在参见图3，如本文使用的，术语"焊接持续时间32"是指工件26(图 1)经历焊接的时间量。通常，对于给定的焊接力28和焊接电流30，与较短 的焊接持续时间32相比，比较久的焊接持续时间实现相对更大焊接部10(图 2)和相对更大压痕深度22(图2）的形成。焊接持续时间32可以根据第一和 第二金属基板12、14(图1)的金属类型和/或厚度以及焊接部10(图2)的期望 拉伸强度选择。取决于所需应用，对于该方法，焊接持续时间32可以是大 约8个循环到大约12个循环的范围，其中循环被限定为1/60秒。

参考图1所述，该方法还包括在选择之后通过电极18接触第一金属基 板12，以由此向第一金属基板12施加焊接力28。即电极18可以相对于第 一金属基板12运动且可以连接到配置为用于将电极18定位为邻近和接触第 一金属基板12的臂（未示出)或其他元件。例如，电极18可以是伺服马达 驱动的可动电极18。

如图1所示，电极18具有远端38，所述远端具有通过大于或等于大约 20mm的半径40限定的形状。即远端38可以配置为用于接触第一金属基板 12，且可以具有例如通过大约20mm到大约80mm的半径40限定的形状。 更具体地，远端38可以具有通过大约35mm到大约50mm的半径40限定 的形状。在用于连接钢金属基板12、14的一个具体变化例中，远端38可以 具有通过大约50mm的半径40限定的形状。即电极18可以分类为R-50电 极18和/或长半径的电极18。不期望被理论限制，电极18的远端38的半径 40可以对通过该方法形成焊接部10(图2)的拉伸强度和良好压痕深度22(图 2)有贡献。即远端38的曲率可以使得不可接受的压痕深度和/或焊接部10必 要的修理最小化。

再次参见图1，第一金属基板12和第二金属基板14可以夹在一起，从 而工件26被夹紧且接触设置在电极18和第二电极20每一个之间。因此， 该方法还可以包括让第二金属基板14与第二电极20接触，以由此对第二金 属基板14施加焊接力28。第二电极20也可以被固定到第二金属基板14或 相对于第二金属基板可动，且可以连接到配置为用于将第二电极20定位为 邻近和接触第二金属基板14的臂（未示出)或其他元件。

第二电极20也可以具有远端42，所述远端具有通过小于约20mm的半 径44限定的形状。即第二电极20的远端42可以接触第二金属基板14，且 可以具有例如通过大约10mm的半径44限定的形状。因此，与第一电极18 的远端38相比，第二电极20的远端42可以相对较圆。第二电极20可以被 分类为B形凸头的电极20和/或短半径的电极20。而且，第二电极20可以 与第一电极18相同或不同。即第二电极20可以具有类似于或不同于长半径 电极18的形状。然而，对于仅需要进入第一金属基板12的良好压痕深度 22(图2)的应用，第二电极20可以通过短的半径限定。

自从电极18和第二电极20每一个可以传导焊接电流30(图1)，如在下 文详述的，每一个电极18、20可以用任何合适的导电金属形成。例如，每 一个电极18和第二电极20可以用铜形成。

现在参见图1和2，方法进一步包括，在接触之后，将焊接电流30供应 到电极18的远端38，以由此根据第一条件、第二条件和第三条件中的至少 一个开始焊接部10的形成，在所述第一条件中压痕深度22小于最小压痕深 度34，在所述第二条件中压痕深度22大于或等于最小压痕深度34且小于或 等于最大压痕深度36，在所述第三条件中压痕深度22大于最大压痕深度36。 如上所述且参考图1所述的，焊接电流30可以从电能源（未示出)供应到电 极18、通过工件26（即第一金属基板12和第二金属基板14）且通过第二电 极20，以完成电路。在供应焊接电流30时，电极18可以开始以形成压痕深 度22，所述压痕深度小于最小压痕深度34（即第一条件）、或大于或等于最 小压痕深度34且小于或等于最大压痕深度36（即第二条件）或大于最大压 痕深度36（即第三条件）。

该方法进一步包括将压痕深度22与最小压痕深度34和最大压痕深度36 每一个比较，以确定根据第一条件、第二条件和第三条件焊接部10中的一 个继续焊接部10的形成。例如，比较可以包括测量压痕深度22和计算经测 量压痕深度22和经选择的最小压痕深度34和/或经选择的最大压痕深度36 之间的差异。替换地或另外地，压痕深度22可以根据电极18朝向第一金属 基板12相对于开始位置的位移而计算。即对于包括伺服马达驱动的可动电 极18的应用，电极18的位移可以被测量和/或计算，以确定压痕深度22、 最小压痕深度34和/或最大压痕深度36之间的差异。

参见图1-3，如果确定第一条件存在，则该方法包括改变焊接持续时间 32(图3)直到压痕深度22大于或等于最小压痕深度34。例如，参见图2，在 压痕深度22与最小压痕深度34（例如大约为0.11mm）和最大压痕深度36 （例如大约0.25mm）相比且被发现小于最小压痕深度34之后，焊接持续 时间32可以被延长，即加长，从而焊接部10的形成可以继续且压痕深度22 可以增加到大于最小压痕深度34。

继续参考图1-3，如果确定第二条件存在，则该方法还包括保持焊接力 28(图1)、焊接电流30(图1)和焊接持续时间32(图3)每一个直到基本上形成 焊接部10(如大致在图2中所示的)。即参见图2，在压痕深度22与最小压痕 深度34和最大压痕深度36每一个相比且被发现大于或等于最小压痕深度34 且小于或等于最大压痕深度36之后，焊接力28(图1)、焊接电流30(图1)和 焊接持续时间(图3)每一个被保持，即不改变，直到根据期望拉伸强度和/或 尺寸基本上形成焊接部10。

再次参见图1-3，如果确定第三存在，则该方法还包括停止焊接电流 30(图1)向电极18的远端38的供应，直到基本上形成焊接部(图2)。即参见 图2，在压痕深度22与最小压痕深度34和最大压痕深度36每一个相比且被 发现大于最大压痕深度36之后，焊接电流30(图l)可以切断，即不施加到电 极18，直到基本上形成焊接部10(图2)。在焊接电流30(图1)停止向电极18 供应，即切断时，焊接部10可以冷却直到根据期望拉伸强度和/或尺寸基本 上形成焊接部10。进一步地，方法也可以包括减少用于形成下一个随后的焊 接部10的经选择焊接电流30(图1)。且，在根据调整的经选择焊接电流30(图 1)形成下一个随后的焊接部10之后，压痕深度22可以与最小压痕深度34 和最大压痕深度36每一个比较，如上所述。

应理解，该方法可以进一步包括重复将压痕深度22与最小压痕深度34 和/或最大压痕深度36比较，以确定根据第一条件、第二条件和第三条件中 的一个继续形成焊接部10。即如参考图2所述的，该方法可以包括在形成期 间将压痕深度22与最小压痕深度34和/或最大压痕深度36重复比较，以确 定是否根据第一条件（即压痕深度是否小于最小压痕深度34）、第二条件（即 压痕深度22是否仍大于或等于最小压痕深度34且小于或等于最大压痕深度 36）或第三条件（即压痕深度22是否大于最大压痕深度36）继续焊接部10 的形成，直到根据期望拉伸强度和/或尺寸基本上形成焊接部。且，如果根据 第一条件（即如果压痕深度22小于最小压痕深度34）或第三条件（即如果 压痕深度22超过最大压痕深度36）继续形成焊接部10，则焊接力28(图1)、 焊接电流30(图1)和/或焊接持续时间32(图3)中的至少一个可以响应于第一 条件或第三条件改变，直到基本上形成焊接部10且压痕深度22大于或等于 最小压痕深度34且小于或等于最大压痕深度36。因此，该方法可以包括反 馈回路，以重复测量压痕深度22且将压痕深度22与最小压痕深度34和最 大压痕深度36每一个比较。

进一步地，焊接力28、焊接电流30和焊接持续时间32的任何组合可以 响应于第一条件和第三条件中的一个改变。例如，焊接持续时间32可以递 增地变长，以便确保压痕深度22大于或等于最小压痕深度34。另外，焊接 电流30可以切断向电极18的供应，以确保压痕深度22小于或等于最大压 痕深度36。替换地，焊接力28和焊接电流30两者可以减小，以确保发生第 二条件。

例如，如参考图3所述，该方法可以进一步包括选择第二焊接力46（其 小于焊接力28）、第二焊接电流48（其小于焊接电流30）和第二焊接持续时 间50（其小于焊接持续时间32）每一个。

因此，现在参见图1-3，在该例子中，接触可以进一步被限定为将第一 金属基板12设置为邻近和接触电极18，以由此向第一金属基板12施加第二 焊接力46(图3)。此外，在该例子中，方法可以进一步包括，在设置为由此 施加第二焊接力46(图3)之后向电极18的远端38供应第二焊接电流48(图 3)并持续第二焊接持续时间50(图3)，以由此基本上形成焊接部10(图2)，从 而压痕深度22大于或等于最小压痕深度34和小于或等于最大压痕深度36。

换句话说，如通过图3的示例性焊接一览表所总结的，该方法可以包括 阶段地将焊接力28和焊接电流30每一个分别降低为第二焊接力46和第二 焊接电流48。即该方法可以包括向电极18以双脉冲方式施加第一数量的循 环（即焊接持续时间32）的焊接电流30和第二数量的循环（即第二焊接持 续时间50）的第二焊接电流48每一个。

在另一例子中，继续参考图3描述，该方法可以进一步包括选择第三焊 接力52，其小于第二焊接力46。因此，在该例子中，接触可以进一步限定 为将第一金属基板12设置为邻近和接触电极18，以由此对第一金属基板12 施加第三焊接力52，而不向电极18供应焊接电流30和第二焊接电流48每 一个。即第三焊接力52可以在冷却阶段中施加，即没有焊接电流30、48的 阶段，以允许基本形成焊接部10。

通过非限制性的例子，对于用钢形成的且具有大约0.7mm厚度的第一 金属基板10和用钢形成的且具有大约1mm厚度的第二金属基板10，在通 过R-50电极18和B凸头第二电极20以大约6.5kA的焊接电流30、大约3 kN的焊接力28和大约8.5个循环的焊接持续时间32执行该方法时，上述的 方法可以生产具有大约9kN拉伸强度的焊接部10。在该例子中，压痕深度 22为大约0.15mm，且形成的焊接部10具有大约2.75mm的直径。

该方法形成具有期望外观和拉伸强度的焊接部10。即该方法提供用于焊 接部10的最小化的压痕深度22，而没有损害到焊接部10的尺寸和/或拉伸 强度。进一步地，最小化的压痕深度22对工件26的最终使用者看得见的金 属基板12的良好外观有贡献。该方法还使得具有由于过度压痕深度造成的 不可接受外观和/或拉伸强度的焊接部造成的昂贵且耗费时间的修理最小化。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术 人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计 和实施例。