電阻點(diǎn)焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電阻點(diǎn)焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接是用于將兩個(gè)或更多工件(例如金屬基板)連結(jié)的工藝。通常，焊接可以包括對(duì)至少兩個(gè)工件加熱且加壓，以便將工件聯(lián)合。多年來已經(jīng)開發(fā)了許多焊接工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]電阻點(diǎn)焊是一類焊接工藝，其中電流經(jīng)過兩個(gè)電極和工件，以在工件中產(chǎn)生局部加熱。形成工件的材料熔化且在兩個(gè)工件之間的界面處結(jié)合，由此形成焊接熔池。焊接熔池隨后冷卻以形成焊核。為了提高生產(chǎn)量，有用的是使得完成電阻點(diǎn)焊過程所花費(fèi)的時(shí)間最小化。為了減輕結(jié)構(gòu)重量，有用的是使用電阻點(diǎn)焊將不同材料制造的工件連結(jié)。為此，本發(fā)明公開一種已經(jīng)開發(fā)出來的電阻點(diǎn)焊方法。
[0004]本發(fā)明公開的電阻點(diǎn)焊方法可用于將聚合物工件和金屬工件連結(jié)在一起。在一實(shí)施例中，電阻點(diǎn)焊方法包括下列的步驟:(a)將導(dǎo)電涂層施于聚合物工件和金屬工件之間，其中金屬工件具有面對(duì)聚合物工件的帶紋理表面；(b)用焊接電極組件的第一和第二導(dǎo)電銷穿入(pierce)聚合物工件；(c)將電能施加到第一和第二導(dǎo)電銷，從而電流流過第一導(dǎo)電銷、導(dǎo)電涂層和第二導(dǎo)電銷，以便至少部分地熔化聚合物工件和導(dǎo)電涂層，由此形成焊接熔池(一些加熱源自于對(duì)金屬工件的焦耳加熱)；和(d)將焊接熔池冷卻以便形成固態(tài)焊核，以便建立固態(tài)焊核和帶紋理表面之間的機(jī)械界面鎖合(mechanical interface lock)，其中該機(jī)械界面鎖合將聚合物工件互連到金屬工件。方法另外包括在將導(dǎo)電涂層置于聚合物工件和金屬工件之間之后對(duì)聚合物工件和金屬工件施加夾持力，以便將聚合物工件壓抵金屬工件。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種電阻點(diǎn)焊方法，包括:
[0006]對(duì)聚合物工件和金屬工件施加夾持力，以便將聚合物工件壓抵金屬工件，其中金屬工件包括面對(duì)聚合物工件的帶紋理表面，且導(dǎo)電涂層設(shè)置在帶紋理表面上；
[0007]用焊接電極組件的第一和第二導(dǎo)電銷穿入聚合物工件；
[0008]將電能施加到第一和第二導(dǎo)電銷，使得電流流過第一導(dǎo)電銷、導(dǎo)電涂層和第二導(dǎo)電銷，以便至少部分地熔化聚合物工件和導(dǎo)電涂層，由此形成焊接熔池；和
[0009]將焊接熔池冷卻以便形成固態(tài)焊核，以便建立固態(tài)焊核和帶紋理表面之間的機(jī)械界面鎖合，其中該機(jī)械界面鎖合將聚合物工件互連到金屬工件。
[0010]優(yōu)選地，其中帶紋理表面具有0.001到2000微米范圍內(nèi)的算術(shù)平均粗糙度。
[0011]優(yōu)選地，其中將夾持力施加到聚合物和金屬工件包括讓焊接電極組件朝向金屬工件前進(jìn)。
[0012]優(yōu)選地，方法進(jìn)一步包括讓第一和第二導(dǎo)電銷前進(jìn)通過聚合物工件直到第一和第二導(dǎo)電銷接觸設(shè)置在聚合物和金屬工件之間的導(dǎo)電涂層。
[0013]優(yōu)選地，方法進(jìn)一步包括在形成焊接熔池之后使第一和第二導(dǎo)電銷從聚合物工件退出。
[0014]優(yōu)選地，其中通過自然對(duì)流進(jìn)行冷卻。
[0015]優(yōu)選地，其中導(dǎo)電涂層置于聚合物和金屬工件之間。
[0016]優(yōu)選地，方法進(jìn)一步包括將導(dǎo)電涂層置于帶紋理表面的、限定工件腔室的部分上，使得導(dǎo)電涂層至少部分地設(shè)置在工件腔室中。
[0017]優(yōu)選地，其中聚合物工件具有約270攝氏度的熔點(diǎn)，金屬工件具有大于270攝氏度的熔點(diǎn)，且將電能施加到第一和第二導(dǎo)電銷包括向?qū)щ娡繉庸?yīng)足夠的電流達(dá)足夠量的時(shí)間，以便以大于270攝氏度的溫度加熱聚合物工件和導(dǎo)電涂層，以便形成焊接熔池。
[0018]優(yōu)選地，其中將電能施加到第一和第二導(dǎo)電銷包括供應(yīng)足夠的電流到導(dǎo)電涂層達(dá)足夠量的時(shí)間，以便完全熔化導(dǎo)電涂層。
[0019]在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)實(shí)施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0020]圖1是焊接系統(tǒng)的示意性正視截面圖；
[0021]圖2是在聚合物工件、金屬工件和在聚合物和金屬工件之間的導(dǎo)電涂層的示意性正視截面圖；
[0022]圖3是圖2所示的聚合物工件、金屬工件、導(dǎo)電涂層的示意性正視截面圖，且焊接電極組件將夾持力施加到聚合物和金屬工件；
[0023]圖4是圖3所示的聚合物工件、金屬工件、導(dǎo)電涂層和焊接電極組件的示意性正視截面圖，其中焊接電極組件正對(duì)導(dǎo)電涂層施加電能；
[0024]圖5是圖4所示的聚合物工件、金屬工件、導(dǎo)電涂層和焊接電極組件的示意性正視截面圖，其中焊接電極組件從聚合物工件退出且固態(tài)焊核連結(jié)金屬和聚合物工件；和
[0025]圖6是焊接接頭的示意性正視截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]參見附圖，其中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部件，圖1示意性地示出了用于連結(jié)不同材料制造的兩個(gè)或更多工件的電阻點(diǎn)焊系統(tǒng)100。在所示實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)100可用于連結(jié)聚合物工件10和金屬工件20(圖3)。聚合物工件10(圖3)完全或部分地用合適的聚合物復(fù)合材料制造，例如纖維強(qiáng)化聚合物。作為非限制性的例子，合適的聚合物復(fù)合材料包括熱朔性復(fù)合材料，其具有用聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯并咪唑、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等制造的基質(zhì)。聚合物工件10(圖3)還可完全或部分地用碳纖維強(qiáng)化的尼龍化合物制造。形成聚合物工件10的聚合物復(fù)合材料具有120攝氏度到600攝氏度的熔點(diǎn)。例如，形成聚合物工件10的聚合物復(fù)合材料可以具有約270攝氏度的熔點(diǎn)。作為非限制性的例子，金屬工件20完全或部分地用含鐵的金屬(例如鋼和不銹鋼)或用不含鐵的金屬(例如招、鈦和鎂)制造。
[0027]繼續(xù)參考圖1，焊接系統(tǒng)100包括電連接到電源104的電阻點(diǎn)焊電極組件102，電源例如是直流(DC)電源。焊接電極組件102和電源104是電路106的一部分。電源104包括正端子108和負(fù)端子110，且配置為向焊接電極組件102供應(yīng)電能。換句話說，電源104可供應(yīng)電流到焊接電極組件102。
[0028]除了電源104之外，電路106包括串聯(lián)地電連接到電源104到電開關(guān)112。電開關(guān)112可在接通(ON)狀態(tài)(或位置)和斷開(OFF)狀態(tài)(或位置)之間變換。在接通狀態(tài)下，電開關(guān)112允許電流流過電路106。如此，在電開關(guān)112處于接通狀態(tài)時(shí)，電流可從電源104流動(dòng)到焊接電極組件102。相反地，在電開關(guān)處于斷開狀態(tài)時(shí)，電開關(guān)112中斷從電源104而來的電流流動(dòng)。由此，在斷開狀態(tài)下，電開關(guān)112中斷電路106，且因此電流不能從電源104流動(dòng)到焊接電極組件102。
[0029]焊接系統(tǒng)100另外包括串聯(lián)地電連接到電源104的安培計(jì)114。安培計(jì)114可測(cè)量電路106中的電流。應(yīng)理解，安培計(jì)114可以是動(dòng)圈式安培計(jì)、電動(dòng)式安培計(jì)、動(dòng)鐵式安培計(jì)、熱線式安培計(jì)、數(shù)字安培計(jì)、積算安培計(jì)或適于測(cè)量電路106中電流的任何其他類型的安培計(jì)。
[0030]焊接系統(tǒng)100進(jìn)一步包括用于測(cè)量時(shí)間間隔的計(jì)時(shí)器116。在所示實(shí)施例中，計(jì)時(shí)器116并聯(lián)地電連接到電源104。計(jì)時(shí)器116可用于測(cè)量和監(jiān)測(cè)電源104將電流供應(yīng)到焊接電極組件102的時(shí)間。
[0031]參見圖1和3，焊接電極組件102電連接到電源104且包括殼體118。殼體118限定第一和第二開口 120、122(圖1)，所述開口彼此間隔開。作為非限制性的例子，第一和第二開口 120、122可以是一個(gè)或多個(gè)孔或洞，且基本上平行于彼此。殼體118可以限定殼體腔室119 (圖1)。
[0032]焊接電極組件102進(jìn)一步包括從殼體118突出的第一和第二導(dǎo)電銷124、126。第一和第二導(dǎo)電銷124、126可以分別稱為第一和第二電極，且每一個(gè)至少部分地設(shè)置在殼體118中。在所不實(shí)施例中，第一導(dǎo)電銷124部分地設(shè)置在第一開口 120中，且第二導(dǎo)電銷126部分地設(shè)置在第二開口 122中。換句話說，第一開口 120部分地接收第一導(dǎo)電銷124，且第二開口 122部分地接收第二導(dǎo)電銷126。第一和第二開口 120、122與殼體腔室119連通，且殼體腔室119部分地接收第一和第二導(dǎo)電銷124、126。第一和第二開口 120、122彼此并排且平行布置。因而，第一和第二導(dǎo)電銷124、126也彼此并排且平行布置。
[0033]第一和第二導(dǎo)電銷124、126完全或部分地用導(dǎo)電材料制造，例如金屬，其具有的硬度按Rockwell C度量為50HRC到70HRC。作為非限制性的例子，形成第一和第二導(dǎo)電銷124、126的材料的硬度按Rockwell C度量為約65HRC。有用的是，第一和第二導(dǎo)電銷124、126至少部分地用具有如上所述硬度和硬度范圍的導(dǎo)電材料制造，從而第一和第二導(dǎo)電銷124、126可穿入聚合物工件10 (圖3)。聚合物工件10具有按Rockwell C度量的10HRC到50HRC的硬度，以便允許第一和第二導(dǎo)電銷124、126 (具有如上所述的硬度)穿入聚合物工件10。作為非限制性的例子，第一和第二導(dǎo)電銷124、126可以完全或部分地用鋼制造。例如，第一和第二導(dǎo)電銷124、126每一個(gè)可以完全或部分地用高速鋼Tl/高速鋼M2或H-13工具鋼制造。進(jìn)一步地，第一和第二導(dǎo)電銷124、126可以完全或部分地用碳化鎢、銅合金、鈷合金鋼、基于鎢或鉬的合金制造。
[0034]為了有助于穿入聚合物工件10，第一和第二導(dǎo)電銷124、126每一個(gè)分別包括錐形的或尖的末端125、127。錐形末端125、127也可以限定溝槽，以有助于穿入聚合物工件10。
[0035]第二導(dǎo)電銷126與第一導(dǎo)電銷124電絕緣。如此，電流不能從第一導(dǎo)電銷124直接流動(dòng)到第二導(dǎo)電銷126。為了讓第一和第二導(dǎo)電銷124、126彼此電絕緣，焊接電極組件102包括第一電絕緣覆蓋件128和第二電絕緣覆蓋件130。第一和第二電絕緣覆蓋128、130完全或部分地用電絕緣材料制造，例如聚合物。第一電絕緣覆蓋件128部分地設(shè)置在第一開口 120中且至少部分地圍繞第一導(dǎo)電銷124。因而，第一開口 120部分地接收第一電絕緣覆蓋件128和第一導(dǎo)電銷124。第二電絕緣覆蓋件130部分地設(shè)置在第二開口 122中且至少部分地圍繞第二導(dǎo)電銷126。因此，第二開口 122部分地接收第二電絕緣覆蓋件130和第二導(dǎo)電銷126。替換地或除了第一和第二電絕緣覆蓋128、130以外，焊接電極組件102可以包括電絕緣體129 (圖3)，以便將第一導(dǎo)電銷124與第二導(dǎo)電銷126電分離。
[0036]焊接電極組件102包括將第一導(dǎo)電銷124電連接到電源104的正端子108的第一導(dǎo)電連接件132。電開關(guān)112串聯(lián)地電連接在電源104的正端子108和第一導(dǎo)電銷124之間。進(jìn)一步地，焊接電極組件102包括將第二導(dǎo)電銷126電連接到電源104的負(fù)端子110的第二導(dǎo)電連接件134。安培計(jì)114串聯(lián)地電連接在電源104的負(fù)端子110和第二導(dǎo)電連接件134之間。
[0037]圖2-5示意性地顯示了使用如上所述焊接系統(tǒng)100的電阻點(diǎn)焊方法。首先，在圖2中，通過將導(dǎo)電涂層30施于聚合物工件10和金屬工件20