CN101474715A - 具有自对准特征的焊接电极组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有自对准特征的焊接电极组件。具体提供了一种焊接电极组件，其包括焊嘴构件和连接构件并且具有在操作期间促使正确对准的一定的自对准特征。在一个实施例中，该连接构件充当自对准接头或连接器并且主要包括壳体、可动柱塞和偏置构件例如弹簧。在操作过程中，焊嘴构件与工件表面之间的接触导致柱塞抵抗偏置构件的作用力从壳体中的开口向上升起从而使焊嘴构件变得与工件正确对准。

Description

具有自对准特征的焊接电极组件

技术领域

[0001]本发明总体上涉及焊接设备，更具体地涉及具有一定自对准特征的焊接电极组件。

背景技术

[0002]典型地，电阻焊是通过施加电流和压力来连接或接合金属的。通过金属工件对电流的阻抗产生热，该电流是通过包括金属工件和焊接电极的电路传导的。应当意识到，有许多不同类型的焊接工艺可以描述成电阻焊。这些电阻焊例子中的一些包括但不限于凸焊、点焊、缝焊、闪光焊和电阻对焊。

[0003]焊缝或焊件可能受到在电阻焊过程中引起的缺陷的损害。造成这种缺陷的可能原因之一是在焊接电极接触金属工件表面时出现以非垂直或未对准的方式定向。如果焊接电极端面不是齐平的或者没有以其他适当的方式与金属工件表面对准，那么得到的焊缝就会存在一些不良特性。例如，由未对准焊接电极生成的焊缝会呈现出一定程度的金属变形、弱化焊缝整体性、喷溅以及美观问题。而且，焊接电极的未对准会以焊接电极退降和焊缸(weld cylinder)损坏的形式加速电阻焊设备上的耗损，还有很多其他可能，这里不再一一列举。

发明内容

[0004]根据一个实施例，提供了一种焊接电极组件，其包括焊嘴(tip)构件和连接构件。该连接构件具有壳体，所述壳体固定地附接到驱动构件并且包括用于容纳柱塞的开口，该柱塞固定地附接到焊嘴构件并且落座于开口内，偏置构件布置在连接构件内处于壳体与柱塞之间。由驱动构件施加的力会引起：i)焊嘴构件接触工件表面，ii)柱塞抵抗偏置构件的作用从开口向上升起，以及iii)焊嘴构件与工件表面正确对准。

[0005]根据另一实施例，还提供了一种焊接电极组件，其包括焊嘴构件和连接构件。在该实施例中，由驱动构件施加的力引起：i)焊嘴构件接触工件表面，ii)柱塞与壳体分离从而在壳体和柱塞的中心轴线之间形成一个角度θ，以及iii)焊嘴构件与工件表面正确对准。

附图说明

[0006]下面将结合附图描述本发明的优选示例性实施例，其中相同的附图标记代表相同的元件，附图中：

[0007]图1是未对准金属工件的一对电阻焊接电极的示例性说明；

[0008]图2示出了安装在金属工件上方的焊接电极组件的示例性实施例；

[0009]图3示出了图2所示焊接电极组件的更详细的立体图；

[0010]图4示出了图3所示焊接电极组件的截面图，其中，焊接电极组件没有接触金属工件的上表面；以及

[0011]图5示出了图3所示焊接电极组件的截面图，其中，焊接电极组件接触着金属工件的上表面。

具体实施方式

[0012]本文所述的焊接电极组件包括具有一定自对准特征的连接构件，其在操作期间促进焊接电极组件与工件表面之间正确对准。为了将其在具体上下文中表述，图1示出了一个例子，其中，一对电阻焊接电极10和12未与金属工件14和16的表面对准；这些电阻焊接电极没有配备本文所述的自对准特征。这种未对准会导致电阻焊接电极与金属工作间的不均匀接触或界面。电阻焊接电极10具有未对准或偏离线B的中心轴线A，该线B垂直于金属工件14的上表面。这种未对准或偏离由角度α表示并会形成不均匀界面，在该界面处，电阻焊接电极10的一些部分比焊接电极其它部分更深地焊入金属中。这又会影响电阻焊过程中流过金属工件的电流的大小、分布、路径和/或其它属性，并且会引起对焊缝和焊件的多种缺陷并会加速电阻焊设备的耗损，如上所述。下文所述的焊接电极组件设法消除与未对准相关的一些问题，包括上述问题中的一些。

[0013]应当意识到，尽管下文是在电阻焊设备情况下描述了焊接电极组件，但它也能用于要求了焊接电极与工件之间的正确对准的其它类型的非电阻焊操作中。术语“电阻焊”宽泛地包括凸焊、点焊、缝焊、闪光焊、电阻对焊以及其它的包含了通过施加电流和压力进行材料连接或接合的焊接形式。参照图2-5，示出了焊接电极组件30的一种示例性实施例，其安装在金属工件32的上方并且被连接到气动缸36的驱动构件34向上和向下驱动。根据这一特定实施例，焊接电极组件30是电阻焊系统的一部分且一般包括连接构件42和焊嘴构件44。

[0014]驱动构件34连接到施力装置，例如气动、液压、电动或其它驱动装置，并且使焊接电极组件30上、下运动，这样，在焊接操作过程中焊嘴构件44就会被压在金属工件32的表面上。根据本特定实施例，驱动构件34是细长钢棒，其充当气动缸36的类似活塞的输出部件并且具有轴向端部50。应当意识到，驱动构件34可以是施力装置的一部分，如本例中它是气动缸36的输出部件，或者是连到施力装置的独立部件。轴向端部50延伸到连接构件42中并且充当对连接构件的某些内部部件的止动件，这将在随后解释。本文示出的本特定轴向端部实施例具有稍圆的端面，然而其它的端面构形也能用，只要它们是供焊嘴构件44的自对准所用，如下文所述。

[0015]连接构件42具有自对准特征，这些特征使它能够将驱动构件34连接到焊嘴构件44，其连接方式是使焊嘴构件在焊接操作过程中与金属工件32的表面对准。应当意识到，连接构件42可以将驱动构件34直接连到焊嘴构件44(如本实施例所示)，它可以用附加中间部件将驱动构件间接连到焊嘴构件，或者它可以根据应用了连接构件42的其它装置将驱动构件连到焊嘴构件。根据此处所示实施例，连接构件42用作自对准接头或连接器且一般包括壳体60、可动柱塞62和偏置构件64例如弹簧。应当认识到，尽管此处示出的壳体60是具有上、下段的由多部分组成的壳体组件，但壳体60可以根据很多不同实施例中的一个来提供，这些实施例包括具有整体式或一体式壳体结构的实施例。

[0016]壳体60主要携载连接构件42的部件并将这些部件保持就位，并且根据本实施例，其包括上壳体件70、下壳体件72和一个或多个支柱74。上壳体件70示作大致盘状物，具有容纳驱动构件34的孔80和容纳偏置构件64的凹进部82。孔80延伸贯穿上壳体件70，并且大小和形状制造成牢固地容纳驱动构件34的一段，这样，驱动构件就可以将其驱动力直接传给柱塞62。在本实施例中，驱动构件34和上壳体件70通过一个或多个螺钉或销钉84相互牢固连接，从而使得在这两个部件之间不会发生相对运动。替代性地，当驱动构件的轴向端部50不必彻底穿过上壳体件70时，孔80可以替换为盲孔或其它牢固地附连到驱动构件34的特征。因为轴向端部50充当了柱塞62的止动装置(这将在下文进行解释)，所以前述替代性实施例可能需要对壳体60进行改造，从而使其它部件充当止动装置并且限制柱塞的运动范围。而且，需要注意确保驱动构件施加的驱动力被充分传给柱塞，其有时高达1,600lbs(磅)。凹进部82设计成容纳并保持偏置构件64的上轴向端，在此处凹进部82被示作设在上壳体件70的下侧的环形槽，并且以与孔80大致同轴的方式布置。当然，还可以使用其它的代替凹进部82的特征来将偏置构件64保持就位。

[0017]下壳体件72是大致盘状物，其牢固地固定到上壳体件70并且具有用于容纳可动柱塞62的开口或凹座90。在本实施例中，上、下壳体件70、72以彼此大致平行的方向相互对准，并且被布置在它们的外周附近的数个细长纺轴形支柱64固定住。如前所述，这种由多部分组成的壳体件可以替换为一体式结构或本领域技术人员公知的其它合适的壳体结构。开口90具有设计成与柱塞62的外座面互补或配合的内座面，这样，在偏置构件64的作用下，柱塞能嵌入或落入开口中。在本实施例中，内座面为斜面并且对应于柱塞62的锥形外座面，然而，也可以使用其它具有无斜面设计的开口。

[0018]柱塞62是活动部件，其牢固地附接到焊嘴构件44，并且抵抗偏置构件64的弹簧压力在开口90内上、下运动。根据此处所示实施例，柱塞62包括直径扩大的肩部100以及从肩部向下延伸的颈部106，肩部100具有凹进部102和锥形外座面104。凹进部102形成在肩部100的上表面中，并且设计成容纳和保持偏置构件64的下轴向端。这样，凹进部82和102相互协作以保持偏置构件就位，从而在柱塞62上施加向下的作用力。朝着凹进部102中心的是接触面108，其以限制柱塞62运动范围的方式接触驱动构件的轴向端部50。接触面108可以简单地是对着圆形轴向端50的平面或是平坦面，或者它可以是缩进的或者仿形的从而更好地容纳驱动构件34的轴向端部。应当认识到，接触面108以及柱塞62或下壳体件72的充当接触面的任何其它表面可以用工艺如镀铬、渗氮、渗碳、激光淬火或其它用于提高使用寿命或耐久性的工艺进行表面硬化。

[0019]颈部106与肩部100相比是直径缩小的，并且设计成延伸穿过开口90并且被牢固地附接到焊嘴构件44的上端。在本实施例中，颈部106具有凹进部或盲孔110用于容纳从焊嘴构件44的顶端伸出的直径缩小的杆部134，然而，可以替换使用其它合适的连接特征。颈部106和焊嘴构件44通过螺钉或销钉112相互固定住。应当注意，刚才描述的凹进部/杆部/螺钉组合只是柱塞62与焊嘴构件44之间的合适连接的一个例子，因为还可以使用本领域技术人员公知的其它连接来将这些部件固定在一起。

[0020]偏置构件64大致布置在壳体60与柱塞62之间，并且主要对这两个部件施加分开力，这样，柱塞就相反于开口90被推动。在一个优选实施例中，偏置构件64是弹簧，其带有装在凹进部82内的上轴向端120和处于凹进部102内的下轴向端122。偏置构件64可以布置成与附图所示的方向有所不同，只要它能对柱塞62施加适当的力。尽管弹簧可能是合适偏置构件的最常用类型，但也可以使用其它的能够在柱塞62上施力的元件。在一个例子中，偏置构件64是施加约20-150lbs弹簧压力的弹簧；但可以根据具体应用改变弹簧。

[0021]焊嘴构件44被设计成传导电流，这样，在驱动构件34的动力作用下它能压在金属工件32的表面上并且执行电阻焊操作。在本实施例中，焊嘴构件44是多件式焊接电极并且具有电极夹130和可更换的电极132。如前所解释的，通过使用突出杆134和紧固件112，电极夹130被牢固地紧固到颈部106，并且包括用于接收给焊嘴构件提供合适焊接电流的电源126的电连接124。在一个例子中，电源126提供5kA-25kA的电流流过焊嘴构件44和金属工件，从而是恶的它们会被熔合或者以其他方式接合在一起。电极夹130的合适材料包括铜(Cu)和Cu合金，但是也可以使用其它材料。可更换电极132被电极夹130携载并且设计成接触金属工件32的表面，这样，在焊接操作过程中，向工件提供压力和电流。根据本实施例，可更换电极132通过螺钉或销钉136非枢转地附接到电极夹130，并且设有大致平的或平坦的接触面138。本领域技术人员将意识到，也可使用其它类型的接触面，包括曲面、凹槽面、压花表面等。可更换电极132的合适材料的一些例子包括但不局限于Cu和Cu合金，例如那些还含有铬(Cr)、镍(Ni)和锆(Zr)的可更换电极。

[0022]使用中，焊接电极组件30通过与设在工件下方且属于整个电阻焊系统一部分的相对的焊接电极组件(未示出)一起作用来执行电阻焊操作，这是本领域技术人员公知和理解的。下列描述针对上方的焊接电极组件，然而，也可以很容易地应用于下方的焊接电极组件。而且，焊接电极组件布置在本文描述的示例性上方/下方装置中并不是必须的，因为它们可以安装和操作在许多不同方向中的一个上。从图4开始，焊接电极组件30示在非焊接位置；也就是说，接触面138与工件32的上表面分开。在这个位置处，柱塞62落入或嵌入开口90中，这样，焊接电极组件30的所有部件都基本上沿单个中心轴线C对齐。如果焊接电极组件30与工件32不对准，那么就在中心轴线C与垂直于工件表面的线D之间形成一个角度β。

[0023]转至图5，由驱动构件34施加一个向下的力引起多个事件发生。首先，整个焊接电极组件30下降直到焊嘴构件44并且更具体地是可更换电极132的接触面38接触到工件表面。焊接电极组件30的进一步向下运动促使柱塞62抵抗偏置构件64的作用从开口90向上提起；在一个实施例中，柱塞与开口分离并且形成约1mm-5mm的间隙。一旦柱塞62没有落在开口90上，它就自由地重新定位自身，这样，焊嘴构件44就能变得正确地对准工件表面。不同的是，一旦柱塞62与下壳体件72分离，焊接电极组件30的各个部件就不再沿着单个中心轴线C保持成共同对准。驱动构件34和壳体60沿着中心轴线C’保持成与工件表面非对准，而柱塞62和焊嘴构件44沿着中心轴线C”变得与工件正确对准。在中心轴线C’与C”之间形成一个角度θ，并且根据一个实施例，该角度从0.1°到5°，0.1°和5°也包括在内。

[0024]应当理解，焊嘴构件与工件表面之间的“正确对准”不限于图5所示的示例性实施例，其中，中心轴线C”是垂直于工件表面。例如，如果接触面138是斜面——也就是说不垂直于焊嘴构件的轴线——那么焊嘴构件与工件表面之间的正确对准会是焊嘴构件沿着不同于C”的中心轴线定向。当然这只是一种可能的替代性方式，因为还存在很多其它的替代性方式。

[0025]应当理解，前述描述不是对本发明的限定，而是对本发明的一个或多个优选示例性实施例的说明。本发明并不限于本文所描述的特定实施例，而只是由所附权利要求限定。例如，代替上述实施例，驱动构件可以被固定地附接到柱塞，壳体可以被固定地附接到焊嘴构件。在这种实施例的操作过程中，焊嘴构件与工件表面之间的接触会引起焊嘴构件和壳体抵抗偏置构件的作用力进行工作，与周围的其它方式相反。而且，前文的描述中所包含的陈述针对的是特定实施例，并不构成对本发明范围或权利要求所用术语范围的限定，除非上文中明确地对术语或短语进行了定义。很多其它实施例和对所公开实施例的很多变化和改造对本领域技术人员而言是明显的。所有这些其它实施例、变化和改造都应落入所附权利要求的范围内。

[0026]本说明书和权利要求书中所用的术语“举例而言”、“比如”、“例如”和“类似的”以及动词“包含”、“具有”、“包括”以及它们的其它动词形式，当与一个或多个部件或其它项目的列表一起使用时，都应被解释成开放式的，意味着不把这个列表看作排除了其它附加部件或项目。其它用语应被解释成使用它们最宽的合理含意，除非它们被用在需要不同解释的上下文中。

Claims (21)

1、一种焊接电极组件，包括：

接触工件表面的焊嘴构件；和

将该焊嘴构件连接到驱动构件的连接构件，该连接构件包括壳体、柱塞和偏置构件；

该壳体固定地附接到该驱动构件并且包括用于容纳该柱塞的开口；

该柱塞固定地附接到该焊嘴构件并且落座于该开口内；以及

该偏置构件布置在该连接构件内处于该壳体与该柱塞之间；

其中，由该驱动构件施加的力导致：i)该焊嘴构件接触工件表面，ii)该柱塞抵抗该偏置构件的作用从该开口向上升起，以及iii)该焊嘴构件与工件表面正确对准。

2、如权利要求1所述的焊接电极组件，其中，该驱动构件延伸穿过该壳体中的孔并且对抗着该柱塞从而限制其在操作过程中的运动范围。

3、如权利要求1所述的焊接电极组件，其中，该偏置构件是弹簧并且包括装在该壳体的凹进部内的第一端和装在该柱塞的凹进部内的第二端，并且施加一个相反于该壳体内的开口促动该柱塞的力。

4、如权利要求1所述的焊接电极组件，其中，该壳体中的该开口具有内座面，该柱塞具有外座面，并且该内座面和外座面彼此互补从而使该柱塞能够嵌入该开口中。

5、如权利要求4所述的焊接电极组件，其中，该开口的该内座面为斜面，并且该柱塞的该外座面是锥形的。

6、如权利要求1所述的焊接电极组件，其中，该柱塞包括与该壳体内的该开口协作的肩部，以及延伸穿过该壳体中的该开口并且被固定地附接到该焊嘴构件的颈部。

7、如权利要求1所述的焊接电极组件，其中，该焊嘴构件包括电连接到电源的电极夹，以及用于接触工件表面的可更换电极。

8、如权利要求1所述的焊接电极组件，其中，由该驱动构件施加的力还使得该柱塞与该壳体分开从而在该壳体和该柱塞的中心轴线之间形成角度θ。

9、如权利要求8所述的焊接电极组件，其中，该角度θ从0.1°到5°，0.1°和5°也包括在内。

10、一种电阻焊系统，包括电源、第一驱动构件、权利要求1所述的第一焊接电极组件、第二驱动构件和第二焊接电极组件，其中，第一和第二焊接电极组件彼此相对从而能够焊接它们之间的多个工件。

11、一种焊接电极组件，包括：

用于接触工件表面的焊嘴构件；和

用于将该焊嘴构件连接到驱动构件的连接构件，该连接构件包括壳体、柱塞和偏置构件；

该壳体固定地附接到该驱动构件或该焊嘴构件中的一个，并且具有中心轴线；

该柱塞固定地附接到该驱动构件或该焊嘴构件中的另一个，并且具有中心轴线；以及

该偏置构件布置在该连接构件内处于该壳体与该柱塞之间；

其中，由该驱动构件施加的力导致：i)该焊嘴构件接触工件表面，ii)该柱塞与该壳体分开从而在该壳体和该柱塞的中心轴线之间形成角度θ，以及iii)该焊嘴构件变得与工件表面正确对准。

12、如权利要求11所述的焊接电极组件，其中，该壳体固定地附接到该驱动构件，并且该柱塞固定地附接到该焊嘴构件。

13、如权利要求12所述的焊接电极组件，其中，该驱动构件延伸穿过该壳体中的孔并且对抗着该柱塞从而限制其在操作过程中的运动范围。

14、如权利要求12所述的焊接电极组件，其中，该偏置构件是弹簧并且包括装在该壳体的凹进部内的第一端和装在该柱塞的凹进部内的第二端，并且施加一个相反于该壳体的开口促动该柱塞的力。

15、如权利要求1所述的焊接电极组件，其中，该壳体中的开口具有内座面，该柱塞具有外座面，并且该内座面和外座面彼此互补从而使该柱塞能够嵌入该开口中。

16、如权利要求15所述的焊接电极组件，其中，该开口的该内座面是斜面的，并且该柱塞的该外座面是锥形的。

17、如权利要求12所述的焊接电极组件，其中，该柱塞包括与该壳体的开口协作的肩部，以及延伸穿过该壳体中的该开口并且被固定地附接到该焊嘴构件的颈部。

18、如权利要求12所述的焊接电极组件，其中，该焊嘴构件包括电连接到电源的电极夹，以及用于接触工件表面的可更换电极。

19、如权利要求12所述的焊接电极组件，其中，由该驱动构件施加的力还导致该柱塞抵抗该偏置构件的作用从该壳体中的该开口向上升起。

20、如权利要求11所述的焊接电极组件，其中该角度θ从0.1°到5°，0.1°和5°也包括在内。

21、一种电阻焊系统，包括电源、第一驱动构件、权利要求11所述的第一焊接电极组件、第二驱动构件和第二焊接电极组件，其中，第一和第二焊接电极组件彼此相对从而能够焊接它们之间的多个工件。

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