CN100408245C - 用于焊接电极的保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在工件，尤其是金属板材的电阻焊过程中保护电极的装置。该装置包括一种置于电极(2)上面的带(1)，带(1)可相对于电极(2)更换，其中带(1)的载体材料(14)设置有一导电涂层(15)。为改善焊接质量，涂层(15)设置在所述带的远离电极(2)的一侧，并且由硬度比带(1)的载体材料(14)的硬度更低的材料制成。这种软的导电涂层改善了电极到工件的电流传导，从而避免焊接飞溅而提高焊接质量。

Description

用于焊接电极的保护装置

技术领域

本发明涉及一种用于在工件，尤其是金属板材的电阻焊过程中保护电极的装置，包括一种最好相对于电极以可替换的方式置于电极上面的带，其中带的载体材料设置有一个导电涂层。

背景技术

目前，由铝合金和镁以及镀锌或镀层钢板(部分为高强度性能)制成的金属板材或其它工件应用范围越来越广泛，例如，用于制胎(body-making)。除了节省重量和耐腐蚀性优良的优点之外，这些材料或它们的涂层在通过电阻点焊连接的过程中会带来一些问题。首先，所使用的点焊电极的工具寿命值具有负面效果，它相对于非合金钢板会大大降低。电极的高度磨损使得成本很高，需要对电极接触表面经常进行重新加工，并且由此需要经常更换电极，并且降低焊接质量，特别是在对电极重新加工处理或更换电极之前。

为了保护点焊电极不受污染或者被待焊材料接触，已知的方法是在电极和工件之间插入一个带形金属薄膜。为了确保带的安全进给，就需要防止带粘接到电极接触表面上。

关于这一点，从EP0830915B1中可以知道一种用于在点焊过程中保护电极的装置，其中借助于待保护电极上面的一展开机构来拉动一个带。该带基本上由铜镍合金、或纯镍制成，并且具有0.02至0.05mm的厚度。为了确保延长工具寿命值，电极，具体地说是电极帽被涂有银，或者银金属氧化物，或者设置有一种合适的嵌入件。

此外，从US5552573A中可以知道一种用于在电阻焊过程中保护电极的带，该带包括一种涂覆在任一侧的基材。这些层可包括相同或不同的材料。基材具有0.02至1mm的厚度并且包括铁、钢、铜或铜合金。所应用的层具有从1至100um的厚度，并且可包括镍、钛、铌、钼、钨、铬、钴或其合金制成。这种带的缺点是因为制作涂层或炼制合金而具有很高生产要求、并且生产成本很高。另一个很重要的缺陷在于可能要面对不同材料的大量组合，以至对于不同应用这种组合带的存储要求很高并且昂贵，因为使用者不能自己完成不同的组合。

从DE19754546C1、JP10-029071A、JP08-118037A、JP04-322886A或JP05-192774A中还可以知道在点焊方法中用于保护电极的一些带的应用。这里，通过包绕机构供应并拆卸的带位于点焊工具的电极上面。因此，在点焊过程中，带将会靠在工件上面，并且因此保护电极免于接触工件。

在根据DE19754546C1和JP04-322886A的方法中，不利的是，在传输过程中保护带在电极上拉动，因此由于在电极和带之间产生的摩擦而导致电极高度磨损。

根据JP10-029071A和JP08-118037A的方法包括下面缺陷，即需要高度复杂的结构用于带的传输，特别是其供应和拆卸，因此这种点焊工具实际上几乎不可用。事实上，通过这种装置仅仅可以将简单的金属板材焊接在一起。它们不可能用于机器人，特别是汽车工业的点焊钳中，因为它们需要小而紧凑的点焊工具。JP07-051865A中描述了一种用于工件电阻焊中电极的保护带，该带包括一种在任一侧设置有导电涂层的载体材料。该载体材料由铜制成，而导电涂层由石墨颗粒制成。带有石墨颗粒的铜箔涂层用于使工件和电极以及工件和电极保护层之间的合金反应更困难。但是，这种带的制造相对要求很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种电极保护装置，其能显著改善焊接质量。

因为所述涂层设置于带远离电极的一侧上并且由一种具有比带的载体材料更低硬度的材料制成而实现本发明的目标。这提供了如下优点，因为涂层材料很软，在焊接过程之前由于电极和焊钳施加的压力而被压入到待焊工件裂开的氧化层中，由此确保提高的电流传递和降低的电阻。在点焊开始时带的接触表面上对工件的热作用将大大降低，因此避免焊接飞溅。首先，保护带的软涂层对于铝材料具有有利影响，这些也与其它材料相似。另一个优点在于因为大大提高了电流传递而极大地增加了焊接过程的安全性，并大大减小了焊接缺陷。因此，可以避免或减少高成本的重新加工操作。

例如，带的涂层或载体材料可以由锡或锌或锡或锌的合金制成。

在优选方式中，带由所谓马口铁制成，而载体材料由钢制成，并且涂层由锡制成。

可以提供至少两个层叠带，其中与工件(具体地说为金属板材)接触的带在其面对工件(具体地说为金属板材)的一侧具有涂层，该涂层具有比所述带的载体材料更小的厚度。除了两个层叠带之外，也可以使用多个层叠带。

根据本发明的另一个典型特征，规定带面对电极的所述载体材料的材料选自黑色金属、或者其主要成分来自黑色金属族的合金、或铜、或铜合金。因为相对较低的熔化温度，在焊接过程中会导致该材料完全蒸发，由此对工件表面不产生影响。

根据本发明的另一个典型特征，规定面对工件(具体地说为金属板材)的带涂层由熔化温度低于1000℃的材料制成。

附图说明

下面将通过代表性的实施例更详细地说明本发明。

图1是点焊工具一个实施例的示意性侧视图；

图2通过简化的示意性图解显示了通过电极保护带的一个截面；

图3显示了通过包括两个层叠带的电极保护装置另一个实施例的一个截面。

具体实施方式

图1和2显示了在电阻焊过程中用于保护电极2的带1。

这种用于保护电极2的带1最好由铜或铜合金制成，它实际上如图1中所示相对于电极2以可替换的方式设置于电极2(具体地说是电极帽3)和待焊工件(具体地说为金属板材4、5)表面之间。图1显示了一种用于金属板材4、5或结构部件电阻焊的点焊工具6。在一优选方式中，点焊工具6与一包绕机构(未示出)结合使用，该包绕机构包绕和展开横向接触电极2的带1。但是，为了保护电极2，也可以使用一种可选地包括合金层的两组分或多组分的带1。

此外，一个压力元件7可以围绕电极2活动设置于电极帽3、或者电极2与金属板材4或5接触表面的区域中。这种压力元件7将在工件(具体地说为金属板材4、5)之间施加另外的压力。当使用具有带1的点焊工具6时，压力元件7最好包括一个用于带1的导向器，尤其是在其端面上。压力元件7可以制成为以某种方式使带1升起离开电极2，使得带1可以在打开焊钳8或某一功能类似的装置的过程中或之后被抬起离开电极2或电极帽3的表面。设置在压力元件7中的导向器设计为使得带1终止于与压力元件7的一个端面同高。当然，在压力元件7中为带1设置的导向器也可以设计为使得带1伸出超过压力元件7的端面。在松开状态下，即焊钳8打开时，压力元件7伸出超过电极2并因此保持带1与电极2有一定距离。

此外，可以在电极2上设置一个包括用以容纳带1的导槽10的支撑元件9。可以在支撑元件9和压力元件7之间设置一种装置11，具体地说为一种弹簧元件，用于在压力元件7上施加力，从而使得可以在压力元件7上施加合适的压力以使压力元件7沿电极2移动。

在所示实例中，压力元件7、或者带的导向器被弹性体弹簧(elastomer spring)12向前压。当然，压力元件7也可以以其它任何方式驱动，例如气动、液动或电动。因此，如果在启动焊钳8时将压力元件7压向工件(具体地说为金属板材4、5)，那么压力元件7将在工件(具体地说为金属板材4、5)上施加高压或很大的作用力。当焊钳8关闭时，压力元件7在接触到工件(具体地说为金属板材4、5)之后向后压，直到电极2或电极帽3通过带1接触金属板材4、5的金属板材表面13。当焊钳8打开时，压力元件7被用于施加力的装置11，具体地说为弹性体弹簧12或其它任何驱动装置向前压。因为带1故意产生的张应力和不可避免的刚性，带1与电极2，具体地说电极帽3的表面强制性地处于间隔关系。

因此，在焊接过程中，压力元件7部分压在紧靠焊接区域的金属板材表面13上，并由此通过对电极2另外施加压力而防止两工件(具体地说为金属板材4、5)分开，而这在点焊过程中经常会发生。

带1或带1的载体材料14在远离电极2的一侧涂覆一层导电性很好的软材料，其中涂层15的材料具有比带1的载体材料更低的硬度。带1的涂层15可以由锡或锌或锡或锌的合金制成，最好具有低于1000℃的熔化温度。在一最佳方式中，带1由马口铁制成，即由带有锡镀层的钢制成。

不用说，涂层15同样可以用于包括至少两部分或两层的带1，即双层叠带1。如果为两部分组成的带1，那么与工件或金属板材4、5接触的带1或层设置有导电性很好的软材料，即涂层15，并且涂层15与工件或金属板材4、5接触。所述带面对电极2的层的材料可以选自黑色金属或者其主要成分来自黑色金属族的合金、或选自铜、或铜合金、或钢、或钢合金。

在例如铝元件或铝板4、5电阻焊的过程中，会因为该元件或金属板材4、5的隔离氧化层而产生问题。实际上，氧化层非常脆，并且具有电绝缘效果。但是，通过使带1的软涂层15具有良好的导电性，可以确保，由于焊钳8所施加的压力而使金属板材4、5的氧化层断裂或者裂开，并且软层15或层15的材料将被压入氧化层的间隙中，于是提供良好的电流传递，即更小的电阻和更大的电流输入表面。

因为改善了与金属板材4、5基材的接触，所以在焊接开始，即在接通电源的过程中，由于减小的电阻和增大的电流输入表面，而在带1与金属板材4、5的接触表面上产生的热输入大大降低，由此将避免表面飞溅。

因此，原则上可以说通过对带1的涂层15使用导电性很好的软材料，可以确保在压力作用下将涂层15的材料与金属板材4、5的材料混合，从而通过防止焊接飞溅获得大大改善的焊接质量。这种带1与各涂层15的使用不仅仅只在由铝制成的金属板材4、5的焊接中有利。

图3显示了通过一种电极保护装置实施例的截面，其中两个带1、1′层叠设置，其中与工件(具体地说为金属板材4、5)接触的带1在面对工件(具体地说为金属板材4、5)的一侧具有涂层15，该涂层的硬度低于带1的载体材料14。此外，涂层15的高度小于带1的载体材料14的高度。第二带1′只包括载体材料14′，而不包括涂层。当然，也可以层叠设置几个甚至具有不同厚度的带。

Claims (6)

1. 一种用于在金属板材(4、5)的电阻焊过程中保护电极(2)的装置，包括一种相对于电极(2)以可更换方式置于电极(2)上面的带(1)，其中带(1)的载体材料(14)设置有一导电涂层(15)，其特征在于，所述涂层(15)设置在所述带的远离电极(2)的一侧，并且由一种硬度比所述带(1)的所述载体材料(14)的硬度更低且熔化温度低于1000℃的材料制成。

2. 根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述涂层(15)由锡或锌或者锡或锌的合金制成。

3. 根据权利要求1或2所述的保护装置，其特征在于，所述带(1)的所述载体材料由钢制成并且所述涂层(15)由锡制成。

4. 根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，设置有至少两个层叠带(1、1′)，其中与金属板材(4、5)相接触的所述带(1)在其面对金属板材(4、5)的一侧具有涂层(15)，该涂层具有比所述带的载体材料(14)更小的高度。

5. 根据权利要求4所述的保护装置，其特征在于，所述带(1)面对电极(2)的所述载体材料(14)的材料选自：黑色金属或主要成分来自黑色金属族的合金。

6. 根据权利要求4所述的保护装置，其特征在于，所述带(1)面对电极(2)的所述载体材料(14)的材料选自：铜或铜合金。

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