CN101513691A

CN101513691A - 焊接三个金属片的方法和具有三个堆叠金属片的设备

Info

Publication number: CN101513691A
Application number: CNA2009100071862A
Authority: CN
Inventors: A·D·哈克哈列夫
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2009-08-26
Also published as: US20090208772A1; DE102009009151A1

Abstract

本发明涉及焊接三个金属片的方法和具有三个堆叠金属片的设备。具体地，提供了一种制造焊接金属片的方法，该方法在焊接后留下基本上没有任何焊接痕迹的片暴露表面(即可见表面)，而在焊接后在焊接区域不需执行任何额外步骤。因此，制造效率可提高，而成本可降低。在此还提供了一种具有三个堆叠金属片的设备，可用所述制造方法焊接这三个金属片。

Description

焊接三个金属片的方法和具有三个堆叠金属片的设备

技术领域

[0001]本发明涉及焊接三金属片(或称金属板片)的方法和使用该方法形成的设备。

背景技术

[0002]焊接操作常常被用作连接金属部件的方式。存在多种类型的焊接工艺，例如，点焊，激光焊，搅拌摩擦焊。典型地，由于进行焊接的材料中的高温和物理变化，因而在焊接区域的焊接痕迹明显。因此，常常必要的是，在焊接之后执行“清理”处理以使焊接痕迹尽可能地少，特别是在着重焊接部件美学外观的应用中。这样的额外处理增加了制造时间和成本。

发明内容

[0003]提供一种制造焊接金属片的方法，其在焊接之后得到基本上没有任何焊接痕迹的片暴露(即，可见)表面，而不需在焊接区域执行任何额外步骤。这样，制造效率可提高，成本可降低。还公开一种具有三个堆叠金属片的设备，这三个堆叠金属片可根据所述制造方法被焊接。

[0004]所述的制造方法包括：形成从第一金属片的一侧延伸的第一突出部分和从同一第一金属片的相反(或相对)侧延伸的第二突出部分。突出部分可以使用冲头和冲模形成所希望的形状。在形成突出部之前，金属片可被涂覆，例如被涂覆以锌涂层，用于防腐蚀。在所述方法中，形成有突出部的第一金属片被置于第二金属片与第三金属片之间(即，所述片被堆叠)，使得：第一突出部分朝向所述第二金属片的内表面延伸，第二突出部分朝向第三金属片的内表面延伸。此后，焊接电极被置于金属片邻近处以与突出部分对准。然后，第一金属片在突出部分处被焊接到第二金属片和第三金属片。第二金属片和第三金属片的暴露外表面基本没有焊接痕迹，这是因为突出部分焊接到第二金属片和第三金属片的内表面。基本上不存在焊接痕迹也是由于在所述方法中采用的焊接参数所致，例如：采用具有大致平坦焊接接触区域的焊接电极，大致平坦焊接接触区域横越具有突出部分的内片的区域的整个宽度，从而使热量和力更均匀地分布，使电极通电不超过(即不大于)大约4毫秒和使用不超过大约200磅的焊接力也有助于不产生焊接痕迹。所述方法在第二金属片和第三金属片的外表面上所形成的表面凹陷至多不超过0.1mm，比典型地由焊接过程所导致的0.1至1.0mm的凹陷小得多。而且，由于相对较短的焊接时间，因而在焊接电极可重新用于焊接(例如在生产线上的)堆叠片的另一区域或另一组堆叠金属片之前不需要冷却阶段或冷却处理。对于汽车车身板、家用器具和其他对表面外观具有高要求的产品而言，所述方法特别适用。

[0005]根据所述方法，可生产一种设备，其包括：三个堆叠金属片，其包括在内金属片两侧上并置的两个外金属片。内金属片具有朝向外金属片中的一个的内表面延伸的第一突出部分和朝向另一外金属片的另一内表面延伸的第二突出部分。外金属片的内表面在相应的突出部分被焊接到内金属片，使得外片的外表面的特征在于基本上没有焊接痕迹。突出部分可以具有不同形状，这些形状被设置为有助于实现以下目标：在基本上不影响外片的可见外观的情况下实现牢固焊接。例如，可使用三角形或圆形延伸部。而且，两个突出部分可以在朝向一个外金属片延伸的另一突出部分的任一侧上朝向另一外片延伸。这种平衡设计可有助于减轻内金属片的扭曲，所述扭曲可能在形成突出部分的过程中发生。

[0006]通过以下的结合附图对用于实施本发明的最佳模式进行的详细描述，本发明的上述特征和优点和其他特征和优点将变得明显。

附图说明

[0007]图1以侧视图方式示意性例示出包括三个堆叠金属片的凸焊系统，其中，内片具有第一实施例的大致三角形的相反突出部分；

[0008]图2以侧剖视图方式示意性例示出图1所示三个堆叠金属片；

[0009]图3以侧剖视图方式示意性例示出用于形成图1和2所示内片中的突出部分的成套冲模模具；

[0010]图4以侧剖视图方式示意性例示出三个堆叠金属片的第二实施例，其中，内片具有大致圆形的相反突出部分；

[0011]图5以剖视图方式示意性例示出三个堆叠金属片的第三实施例，其中，内片具有大致三角形的相反突出部分，其中，一个突出部分朝向上片延伸，两个突出部分朝向下片延伸；

[0012]图6以平面图方式示意性例示出图1和2所示内金属片，其中，显示出相反突出部。

[0013]图7以剖视图方式示意性例示出图1、2和6所示三个堆叠金属片在焊接之后的情况；

[0014]图8以平面图方式示意性例示出图7所示焊接后的金属片，其中，例示出在上片的暴露外表面上不存在焊接痕迹；和

[0015]图9是例示出焊接金属片的方法的流程图。

具体实施方式

[0016]参见附图，其中，相似的附图标记表示相似的部件，图1显示出凸焊系统10，其能够将三个堆叠金属片焊接到一起，而在外片的暴露外表面上没有留下焊接痕迹，如下所述。堆叠金属片包括内片12，内片12被套置在两个外片14、16之间。堆叠金属片12、14、16被牢固保持在静止构件18与可调夹20之间。焊接电极22、24被设置为与外片14、16接触。由于内片12和电极22、24的特定结构，焊接过程以高效可靠的方式将片12、14、16相互紧固，而在相连金属片12、14、16的暴露表面上几乎看不到焊接迹象。

[0017]参见图2，堆叠片12、14、16在焊接前的剖视图显示出内金属片12中形成的第一和第二突出部分26、28。第一突出部分26大致为三角形，并从内片12的表面29朝向金属片14的内表面30向外延伸。第二突出部分28也大致为三角形，并从内片12的表面31朝向金属片16的内表面32向外延伸。参见图3，用于在内片12上形成突出部分26、28的模具34包括冲头36，冲头36能够通过上模38朝向下模40的动作而移动，使得当前述的图1和2所示平坦内片12被置于上、下模38、40之间时，大致三角形的凹部42和凸部44在内片12中形成突出部分26、28。参见图6，内片12为俯视显示并相对于图2旋转90度。第一突出部分26显示为突起，而第二突出部分28显示为凹陷。优选地但并非必须地，片12、14、16中的每一个均在其任一侧上被涂覆以锌涂层52，如图2中所示，以改进抗蚀性并提高突出部分26、28的起模能力。

[0018]再次参见图1，电极22、24被特别地设计为分别具有大致平坦的接触部分54、56，接触部分54、56从突出部分26、28的始部至其终部横跨内片12的宽度W(见图2)。平坦接触部分54、56允许流动通过电极22、24(当其被通电时)的电流在突出部分26、28的整个宽度W上分布，更好地分配电极22、24发热和力载荷，从而实现牢固焊接，如图7中所示，其中，第一突出部分26熔化进入金属片14的内表面30中，第二突出部分28熔化进入金属片16的内表面32中。所发现的是，当电流施加4毫秒时，200磅的力载荷实现的焊接所具有的整体性足以用于诸如汽车车身板之类的应用中。如图7中所示，0至0.1mm的表面凹陷D形成在外片14的外表面48处。这种表面影响在图8中所示片14的示意性平面图中并不明显。类似地，外片16的外表面50的变形在焊接区域中的凹陷不超过0.1mm。通过在此描述的凸焊方法所实现的最小表面凹陷与以下因素相关：通过电极22、24而施加于片12、14、16的堆叠的力，所施加电流的相对较短的时间间距，和电极状况。所施加电流的时间长度或在突出部分26、28的进行焊接的区域处的金属片12、14、16的温度，均不是影响表面凹陷D的因素。与其他焊接技术相比，焊接的时间最短，且温度最低。这些影响本方法和系统的表面凹陷的因素与影响典型电阻焊接的表面凹陷的更多的因素形成对比，在电阻焊接中，表面凹陷通常在0.3至大于1mm之间。对于这样的典型焊接过程，除了焊接力、所施加电流和电极状况以外，所述影响因素还包括：被焊接金属的性能，所施加电流的时间长度，焊接的角度(即，电极相对于金属片的角度)，电极尺寸，和电极敷料的质量，这都是本领域技术人员应理解的。

[0019]各种形状的突出部分可如三角形突出部分26、28那样同等使用。例如，图4显示出另一实施例的堆叠金属片112、114、116在焊接前的情况。内金属片112形成有大致圆形的突出部分126、128。这样的突出部分126、128可使用类似于图3所示的具有不同形状凹部和凸部的模对而形成，如本领域技术人员熟知的那样。图5显示出在本发明范围内的又一实施例的堆叠片212、214、216。在此实施例中，第一突出部分226朝向金属片214的内表面延伸，第二突出部分228朝向金属片216的内表面延伸，第三突出部分230朝向金属片216的内表面延伸，其中，第一突出部分226处于突出部分228和230之间。与仅具有两个突出部分的实施例相比，加入突出部分230可减轻内金属片212在突出部分226、228、230的区域中关于由内金属片212形成的平面而扭曲。图4和5所示实施例均可用于图1所示凸焊系统10，以替代堆叠金属片12、14、16而实现焊接，而在外片114、116和214、216的暴露外表面上均几乎没有明显的痕迹。

[0020]参见图9，描述焊接金属片的方法300，用以参照图1所示凸焊系统10和堆叠金属片12、14、16进行论述。不过，应理解的是，方法300并不仅限于与这些具体装置和部件一起使用。方法300包括步骤302，即，提供第一金属片(内金属片12)，内金属片12具有分别从相反表面29、31向外延伸的突出部分26、28。步骤302可选地可包括步骤304，即，将金属片12、14、16涂覆以涂层，例如，锌涂层。步骤302还可包括步骤306，即，在步骤304之后通过冲头和冲模形成突出部分。步骤304和306可以可替代地通过与进行步骤302的实体所不同的一个或多个实体而执行。

[0021]在步骤302之后，方法300包括步骤308，即，将第二和第三外金属片14、16置于第一(内)金属片12的相应的相反表面29、31的邻近处，以形成一组堆叠片。此后，方法300包括步骤309，即，将焊接电极22、24放置成邻近金属片12、14、16且对准突出部分26、28。步骤308和309是为步骤310做准备，即，将突出部分26、28焊接到外金属片14、16的相应的内表面30、32。完成步骤310，使得在焊接之后，所得的外片14、16的外表面48、50基本上没有焊接痕迹(即，具有的表面凹陷D(图7)不超过0-0.1mm的范围内)。特别地，步骤310可通过焊接电极22、24执行，焊接电极22、24具有横越了突出部分26、28的大致平坦接触部分54、56，焊接力为大约200磅，电极22、24通电大约4毫秒。由于步骤310可以通过相对较低的焊接力和相对较短的持续时间进行，因此，电极可在步骤312中重新用于另一焊接操作，例如，焊接随后一组堆叠金属片，或在相同的堆叠金属片上的随后一组突出部，而不需要在重新使用之前所必要的特别的冷却处理或冷却时间。

[0022]虽然已经详细描述了用于执行本发明的最佳模式，不过，熟悉本发明相关技术的本领域技术人员应认识到的是，在所附权利要求的范围内，各种可替代设计和实施例可用于实施本发明。

Claims

1、一种制造焊接金属片的方法，包括：

形成从第一金属片的一侧延伸的第一突出部分和从所述第一金属片的相反侧延伸的第二突出部分；

将所述第一金属片置于第二金属片与第三金属片之间，使得：所述第一突出部分朝向所述第二金属片的面向所述第一金属片的内表面延伸，和所述第二突出部分朝向所述第三金属片的面向所述第一金属片的内表面延伸；

将焊接电极置于所述金属片的邻近处以与所述突出部分对准；和

将所述第一金属片在所述突出部分处焊接到所述第二金属片和第三金属片，使得所述第二金属片和第三金属片的暴露外表面基本没有焊接痕迹。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接的特征在于，所述电极通电不超过大约4毫秒。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述焊接过程中，所述焊接电极接触所述金属片的力不超过大约200磅。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二金属片和第三金属片的特征在于，焊接所致的表面凹陷不超过0.1mm。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

在所述变形之前对每一所述金属片进行涂覆。

6、一种方法，包括：

提供第一金属片，第一金属片具有从其相反表面向外延伸的突出部分；

将第二和第三外金属片置于邻近所述第一金属片的相应的相反表面，使得所述金属片与所述第一金属片堆叠，其中，所述第一金属片作为内金属片置于所述第二和第三外金属片之间，所述突出部分朝向所述第二和第三外金属片的相应的内表面延伸；和

将所述突出部分焊接到所述第二和第三外金属片的相应的内表面，使得所述金属片牢固地相互相连，且所述第二和第三外金属片的外表面的特征在于基本上不存在由于焊接所致的痕迹。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述提供包括：

通过冲头和冲模而形成所述突出部分，所述冲头和冲模被配置以提供具有所希望形状的所述突出部。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述焊接通过电极进行，每一个电极具有横跨所述突出部的大致平坦的接触部分。

9、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述提供包括：

在形成所述突出部分之前涂覆所述片。

10、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述焊接包括以大约200磅的力使所述金属片与电极接触。

11、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述焊接通过电极进行，每一个电极具有相对平坦的接触部分；其中所述焊接的特征在于使电极通电大约4毫秒；并进一步包括：

再次使用所述电极将其他突出部分焊接到相同的或不同的金属片上，而没有用于冷却所述电极的任何冷却处理或所需等待时间。

12、一种设备，包括：

三个堆叠金属片，其包括在内金属片两侧并置的两个外金属片；其中，所述内金属片的特征在于，朝向所述外金属片中的一个的内表面延伸的第一突出部分和朝向另一外金属片的另一内表面延伸的第二突出部分；其中所述外金属片的内表面在相应的突出部分被焊接到所述内金属片，使得所述外片的外表面的特征在于基本上没有焊接痕迹。

13、根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述突出部分的横截面大致为三角形。

14、根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述突出部分的横截面大致为圆形。

15、根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述内金属片的进一步的特征在于，第三突出部分沿与所述第一突出部分相同的方向延伸，其中所述第二突出部分处于所述第一和第三突出部分之间。

16、根据权利要求12所述的设备，其特征在于，其进一步包括：

在每一所述金属片上的涂层。

17、根据权利要求12所述的设备，其与电极组合，所述电极具有大致平坦的接触部分，接触部分被配置为横跨宽度包围所述突出部分。