電阻點焊系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電阻點焊系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接是用于將兩個或更多工件(例如金屬基板)連結(jié)的工藝。通常，焊接可以包括對至少兩個工件加熱且加壓，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]電阻點焊是一類焊接工藝，其中電流經(jīng)過兩個電極和工件，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。有用的是使得完成電阻點焊過程所花費的時間最小化，且使得使用電阻點焊工藝形成的焊接接頭的強度和質(zhì)量最大化。為此，本發(fā)明公開一種已經(jīng)開發(fā)出來的電阻點焊系統(tǒng)和方法。
[0004]本發(fā)明公開的電阻點焊系統(tǒng)可用于連結(jié)兩個或更多聚合物工件。在一實施例中，電阻點焊系統(tǒng)包括配置為供應(yīng)電能的電源。電源具有正端子和負端子。電阻點焊系統(tǒng)進一步包括電連接到電源的焊接電極組件。焊接電極組件包括殼體、第一導(dǎo)電銷，和第二導(dǎo)電銷。第一和第二導(dǎo)電銷兩者從殼體突出。第一導(dǎo)電銷電連接到電源的正端子，且第二導(dǎo)電銷電連接到電源的負端子。第二導(dǎo)電材料與第一導(dǎo)電銷電絕緣且兩個銷與殼體電絕緣。第一和第二導(dǎo)電銷至少部分地用按照Rockwell C度量具有50HRC到70HRC范圍的硬度的材料制造。本發(fā)明還涉及焊接電極組件。此外，本發(fā)明涉及電阻點焊方法。電阻點焊方法至少包括下列的步驟:(a)將導(dǎo)電涂層置于第一聚合物工件和第二聚合物工件之間；(b)用焊接電極組件的第一和第二導(dǎo)電銷穿入第一聚合物工件；和(c)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、涂層和第二導(dǎo)電銷，以便至少部分地熔化第一聚合物工件、第二聚合物工件和涂層，由此在接合界面處形成焊接熔池。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出一種電阻點焊電極組件，包括:
[0006]殼體；
[0007]第一導(dǎo)電銷，從殼體突出，其中第一導(dǎo)電銷配置為電連接到電源的正端子；
[0008]第二導(dǎo)電銷，從殼體突出，其中第二導(dǎo)電銷配置為電連接到電源的負端子且與第一導(dǎo)電銷電絕緣；和
[0009]其中第一和第二導(dǎo)電銷至少部分地用硬度范圍為50HRC到70HRC的材料制造。
[0010]優(yōu)選地，其中第一和第二導(dǎo)電銷每一個具有錐形末端。
[0011]優(yōu)選地，其中殼體限定分別接收第一和第二導(dǎo)電銷的第一和第二開口。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種電阻點焊方法，包括:
[0013]將導(dǎo)電涂層置于第一聚合物工件和第二聚合物工件之間；
[0014]用焊接電極組件的第一和第二導(dǎo)電銷穿入第一聚合物工件；和
[0015]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、涂層和第二導(dǎo)電銷，以便至少部分地熔化第一聚合物工件、第二聚合物工件和涂層，由此形成焊接熔池。
[0016]優(yōu)選地，方法進一步包括將夾持力施加到第一和第二聚合物工件，以便將第一聚合物工件壓抵涂層和第二聚合物工件。
[0017]優(yōu)選地，方法進一步包括讓第一和第二導(dǎo)電銷前進通過第一聚合物工件，直到第一和第二導(dǎo)電銷部分地刺入第二聚合物工件。
[0018]優(yōu)選地，方法進一步包括在形成焊接熔池之后將第一和第二導(dǎo)電銷從第一聚合物工件取出。
[0019]優(yōu)選地，方法進一步包括冷卻焊接熔池直到焊接熔池固化。
[0020]優(yōu)選地，其中第一和第二聚合物工件的每一個具有約270攝氏度的熔點，且將電能施加到第一和第二導(dǎo)電銷包括將足夠的電流供應(yīng)到涂層達到足夠量的時間，以便以大于270攝氏度的溫度加熱第一聚合物工件、第二聚合物工件和涂層。
[0021]優(yōu)選地，其中涂層至少部分地用導(dǎo)電且導(dǎo)熱的材料制造。
[0022]在下文結(jié)合附圖進行的對實施本發(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)點以及其他的特征和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0023]圖1是焊接系統(tǒng)的示意性正視截面圖；
[0024]圖2是在兩個聚合物工件之間的兩個聚合物工件和涂層的示意性正視截面圖；
[0025]圖3是圖2所示的兩個聚合物工件、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工件；
[0026]圖4是圖3所示的兩個聚合物工件、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涂層施加電能；
[0027]圖5是圖4所示的兩個聚合物工件、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工件取出；
[0028]圖6是插入件和焊接熔池的截面圖。
【具體實施方式】
[0029]參見附圖，其中相同的附圖標記指示相同的部件，圖1示意性地示出了用于連結(jié)兩個或更多聚合物工件的電阻點焊系統(tǒng)100。在所示實施例中，焊接系統(tǒng)100可用于連結(jié)第一聚合物工件10和第二聚合物工件20(圖3)。第一和第二聚合物工件10、20 (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)。第一和第二聚合物工件10、20(圖3)還可完全或部分地用碳纖維強化的尼龍化合物制造。形成第一和第二聚合物工件10、20的聚合物復(fù)合材料具有從120攝氏度到600攝氏度范圍的熔點。例如，形成第一和第二聚合物工件10、20的聚合物復(fù)合材料可以具有約270攝氏度的熔點。
[0030]焊接系統(tǒng)100可用在電阻點焊過程中。在電阻點焊中，電流經(jīng)過兩個電極和工件，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將兩個工件連結(jié)在一起的焊核。
[0031]繼續(xù)參考圖1，焊接系統(tǒng)100包括電連接到電源104的電阻點焊電極組件102，電源例如是直流(DC)或交流(AC)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。
[0032]除了電源104，電路106還包括串聯(lián)電連接到電源104的電開關(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)時電流可從電源104流動到焊接電極組件102。相反地，在其處于斷開狀態(tài)時電開關(guān)112中斷從電源104而來的電流流動。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流動到焊接電極組件102。焊接系統(tǒng)100可以進一步包括變壓器，以將主回路中的低電流改變?yōu)榇位芈分械纳须娏鳌?br>[0033]焊接系統(tǒng)100另外包括串聯(lián)電連接到電源104的安培計114。安培計114可測量電路106中的電流。應(yīng)理解，安培計114可以是動圈式安培計、電動式安培計、動鐵式安培計、熱線式安培計、數(shù)字安培計、積算安培計或適于測量電路106中電流的任何其他類型的安培計。
[0034]焊接系統(tǒng)100進一步包括用于測量時間間隔的計時器116。在所示實施例中，計時器116并聯(lián)電連接到電源104。計時器116可用于測量和監(jiān)測電源104將電流供應(yīng)到焊接電極組件102的時間。
[0035]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可以是一個或多個孔或洞，且基本上平行于彼此。殼體118還限定殼體腔室 119。
[0036]焊接電極組件102進一步包括從殼體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，且每一個至少部分地設(shè)置在殼體118中。在所不實施例中，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。
[0037]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度量處于50HRC到70HRC的范圍。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材料制造，從而第一和第二導(dǎo)電銷124、126可穿入第一和第二聚合物工件10、20(圖3)。第一和第二聚合物工件10、20具有按Rockwell C度量的10HRC到50HRC范圍內(nèi)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)穿入第一和第二聚合物工件10、20。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每一個可以完全或部分地用高速鋼Tl、高速鋼M2和H-13工具鋼制造。進一步地，第一和第二導(dǎo)電銷124、126可以完全或部分地用銅合金、碳化鎢、鈷合金鋼、基于鎢或鉬的合金制造。如果第一和第二導(dǎo)電銷124、126用鋼制造，則第一和第二導(dǎo)電銷124、126通過銅合金釬焊，以從第一和第二導(dǎo)電銷124、126消散熱量。
[0038]為了有助于穿入第一聚合物工件10，第一和第二導(dǎo)電銷124、126每一個分別包括錐形或尖的末端125、127。錐形末端125、127也可以限定溝槽，以有助于穿入第一聚合物工件10
[0039]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直接流動到第二