CN104619451A - 通过焊接电流的可变时间曲线对构件电阻焊接的方法以及由此制成的复合构件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于构件(110,120)的电阻焊接的方法，其中在焊接位置上借助设置在构件(110,120)两侧的电极在构件(110,120)上施加压力，并且构件借助通过电极引导的焊接电流通过构成焊接核心(140)而相互焊接。在此规定，焊接电流具有可变的时间曲线，其特征是交替的高电流阶段和低电流或无电流的冷却和固化阶段，由此焊接核心(140)由多个相互包覆的和/或并排布置的熔化物区域(132,133)构成。本发明还涉及借助这种方法制成的复合构件(110/120)。

Description

通过焊接电流的可变时间曲线对构件电阻焊接的方法以及由此制成的复合构件

本发明涉及一种用于构件的电阻焊接的方法，其中在焊接位置上借助设置在构件两侧的电极在构件上施加压力，并且构件借助通过电极引导的焊接电流通过构成焊接核心而相互焊接。

本发明还涉及一种通过这种方法制成的复合构件。

在电阻焊接中待焊接的构件在连接位置处或焊接位置处被电极或强或弱地挤压并且通过引导过电极的电流或焊接电流加热至熔化。在电流结束之后在连接位置上在包裹所谓的焊接核心(熔化物的扁豆状的凝结物)的情况下形成焊接连接。通过在电流流通时和之后的挤压(这也称为电阻压焊或电阻点焊)可以在构件之间构成特别承载的焊接连接。

在DE102007062375A1中描述了一种用于电阻焊接构件的方法，其中在焊接位置上通过电极引入或引出的焊接电流被检测和调节。由此焊接核心的构成根据不同的参数被影响。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种前述类型的方法，使之不具有或者仅以减小的范围具有现有技术中产生的缺点。

所述技术问题通过具有权利要求1的特征的按照本发明的方法解决。借助并列的独立权利要求9，所述技术问题的解决方案还延展到一种复合构件，其借助按照本发明的方法制成。优选的扩展设计和技术方案对于两个发明主题相似地既由从属权利要求也由以下阐述得出。

按照本发明的用于电阻焊接至少两个构件的方法的特征在于，(借助电极在焊接位置上经过构件引导的)焊接电流具有变化的时间特性曲线，其特征是交替的高电流的多个通电阶段和低电流或无电流的多个冷却和固化阶段，由此焊接核心由多个相互包覆的和/或并列的(硬化的)熔化物区域构成。

高电流的通电阶段特征尤其在于具有相对较高的焊接电流强度的通过电流(在焊接位置上)。焊接电流例如可以在2kA至16kA的范围内，其中然而更高的焊接电流强度也是可行的。低电流的冷却和固化阶段特征尤其在于具有相对较低焊接电流强度的通过电流(在焊接位置上)，也就是例如小于2kA。无电流的冷却和固化阶段尤其理解为：在该阶段中没有流过电流(在焊接位置上)。

按照本发明所推荐的具有交替的高电流阶段和低电流或无电流的冷却和固化阶段的焊接电流的可变的时间曲线导致了：在焊接位置上构成由多个相互包覆的和/或并列的熔化物区域组成的焊接核心。构成焊接核心的不同的熔化物区域相互毗邻限界和/或在它们冶金技术的组织结构方面不同。各单独的熔化物区域的毗邻限界可导致在各组织结构中的树枝状晶体的有利的变小或细化(通过树枝状扩展的中断)。通过这种方式可以构成具有特殊属性的焊接核心。

在高电流通电阶段可以产生具有某个范围的熔化物。在后接的冷却和固化阶段中，在熔化物区域中构成确定的组织结构。在下一次或后续的高电流通电阶段中、在之前形成熔化物区域中再次形成至少一个具有另外的范围的熔化物，其中之前构成的组织结构在构成新的熔化物的情况下至少部分地再次熔化。在后接的冷却和固化阶段、在熔化物区域中再次构成某个组织结构，其具有其它的范围和/或与之前构成的组织结构不同的冶金学的构造。通过这种方式可以构成具有特殊属性的且相对较小的焊接核心。

在高电流通电阶段，热量被引入与焊接核心邻接的材料区域中，其中热量引入基于在高电流通电阶段之间的冷却和固化阶段而定量分配地进行。在邻接焊接核心的材料区域中引入的热量引起有利的属性改变。

优选规定，所述高电流的多个通电阶段在时间的长度和/或焊接电流强度方面不同。这些通电阶段但是也可以具有相同长度和/或相同的焊接电流。

此外优选规定，在各高电流通电阶段内的焊接电流强度则是恒定的。在各个高电流的通电阶段中的焊接电流强度也可以是不同的或递增或递减的。

特别优选规定，由电极作用在构件上的压力在整个焊接过程中予以保持。焊接过程包括电极的安置，后接的第一高电流的通电阶段直至最后的冷却和固化阶段。保持持续施加的压力可以是恒定的或可变的。

高电流的通电阶段的时间长度可以是50ms至1000ms，优选是75ms至800ms并且特别是100ms至750ms。冷却和固化阶段的时间长度可以是10ms至1000ms、优选20ms至750ms并且尤其是25ms至500ms。

优选设置至多8个高电流的通电阶段，它们在时间长度和/或焊接电流强度方面不同。尤其设置三个高电流的通电阶段，亦即具有相对较低的焊接电流强度的前阶段，具有相对较高的焊接电流强度的主要阶段和具有相对较低的焊接电流强度的后阶段。所述前阶段、主要阶段和后阶段还可以在它们的时间长度方面不同，其中特别优选的规定，主要阶段不仅是电流强度最强、而且还是最长的通电阶段。

特别优选的规定，至少一个和优选两个构件由较高强度的或极高强度的钢材料(或钢板材料)构成并且尤其由加压淬火的钢材料(或钢板材料)构成。较高的和极高强度的钢材料具有大于700MPa、尤其大于1000MPa的强度。加压淬火的钢材料具有直至1600MPa的强度或更多。在加压淬火的钢材料中，这些极高强度的材料属性通过硬化过程实现，其中提前加热的钢板材料在冷却的工具中变形(或被保持在其模具中)并且同时被冷却。为此例如22MnB5板材料或类似材料是适用的。首先借助按照本发明的方法的加压淬火的板形件的电阻焊接被证实是有利的，因为产生了具有更高强度和很好的韧性(延展性)的焊接连接。由于交替的高电流的通电阶段和低电流的或无电流的冷却和固化阶段，可以将相对更多的焊接能量施加到构件中的焊接位置上。这一方面导致了焊接连接的非常高的强度，尽管焊接核心由于树枝状晶体扩展的中断相对较小地析出。另一方面在与焊接核心邻接的材料区域中(由于在高电流的通电阶段之间的冷却和固化阶段)可以引入相对较多的热量，由此脆性的马氏体组织转化成细晶格的和更延展的组织。由此焊接的构件的脆性和不可控的断裂性能在焊接位置上被防止。

借助按照本发明的方法产生的复合构件包括至少两个构件，它们在至少一个焊接位置上通过包围焊接核心而相互焊接，使得焊接核心具有多个相互包覆和/或并排布置(硬化的)熔化物区域。所述构件尤其是板形件。复合构件尤其指的是用于汽车车身的复合构件。优选规定，至少一个和优选两个构件由较高强度或极高强度的钢材料(或钢板材料)构成并且尤其由加压淬火的钢材料(或钢板材料)构成，为此引用前述说明。

以下以不受限的方式参照附图进一步阐述本发明。在附图中所示的和/或以下阐述的特征可以(独立于具体的特征组合)是本发明普遍性特征。

图1以截面图示出电阻焊接过程。

图2示出在图1的电阻焊接过程中随时间变化的压力和焊接电流曲线。

图3以三个单独截面视图示出焊接核心随着图2所示焊接电流曲线的的构成。

图4以截面视图示出焊接核心的另外的构成。

图5以四个单独的截面视图示出焊接核心的备选构造。

图1示出两个构件110和120，它们在所示的焊接位置上被两个放置的电极210和220挤压在一起。所施加的压力以P表示。同时通过电极210和220作用在焊接位置的电流I引导经过构件110和120。由此构件110和120在焊接位置上被加热至熔化。在焊接电流I切断之后所述熔化物硬化，由此在焊接位置上通过构成焊接核心形成焊接连接。焊接电流I典型地指的是交流电。电极210和220所示的构造仅是举例。由现有技术还已知其他的电极形式。此外由现有技术已知具有仅一个电极的电阻焊接方法，在该电极上同样允许使用本发明。构件110和120例如是加压淬火的板形零件。

按照本发明规定，焊接电流I具有变化的时间特性曲线，其特征在于交替的高电流通电阶段和低电流或无电流的冷却和固化阶段，由此焊接核心由多个相互包覆的和/或相互并列的熔化物区域构成。这在以下结合图2至5进一步阐述。

图2示出压力P和焊接电流I在焊接过程中的时间曲线。沿水平方向(从左向右)构成时间曲线。在垂直方向上示出压力的强度或焊接电流的强度。焊接过程在时间点0处以电极210和220的放置开始，并且在时间点1处以电极210和220的抬离结束。

压力P的时间曲线以虚线表示。压力P在焊接过程中例如具有恒定的力曲线。压力P可以在1kN至16kN之间。焊接电流I的时间曲线以实线表示。焊接电流I具有变化的时间曲线，其特征是交替的高电流通电阶段B、D和F和无电流的冷却和固化阶段C、E和G。通电阶段B、D和F可以被称为前阶段、主要阶段和后阶段。以G表示的阶段也可以被称为维持阶段。以A表示的阶段可以被称为前置阶段。以上给出用于各个单独阶段的优选的时间。

焊接过程以前置阶段A开始。在该阶段中没有焊接电流I流过。在第一通电阶段B(前阶段)中熔化物以一定的范围产生，由此在后续的冷却和固化阶段C中构成相对较小的焊接核心131，如图3a所示。由此构件110和120材料结合地组合，这由于构件材料的高强度对于后接的第二通电阶段D(主要阶段)是有利的，因为否则构件110和120借助电极210和220不能充分地相互挤压，以保证理想的通过电流(通过减小接触阻力)并且避免焊接飞溅。

在第二通电阶段D(主要阶段)，其中该通电阶段比第一通电阶段B更长，并且焊接电流强度在该通电阶段中比在第一通电阶段B中的更大，熔化物以一定的范围产生，其中，之前构成的焊接核心131完全熔化。在后接的冷却和固化阶段E中形成相对较大的焊接核心132，如图3b所示。焊接核心132是相对构件110和120的边缘应力的载体。

在第三通电阶段F(后阶段)中，其中该通电阶段比第二通电阶段D更短并且在该通电阶段中的焊接电流强度小于在第二通电阶段D中的，在焊接核心132中产生具有一定范围的熔化物。在后接的冷却和固化阶段G(维持阶段)中在焊接核心132中构成一个内置的焊接核心133，如图3c所示。由此可能形成的树枝状晶体(树状或灌木式的组织结构)以有利方式在外部焊接核心132中被切断，这导致了更细的组织和由此引发的更好的韧性、降低的脆性断裂倾向和更高的强度。

整体上标以140的焊接核心由多个固化的熔化物区域132和133组成，其中构成焊接核心140的不同的焊接物区域132和133相互限定边界和/或在其金属冶金方面的组织结构方面相区分。焊接核心140的构造或组成可以类似于洋葱的构造(洋葱式的构造或洋葱式的结构)。焊接核心140也可以称为“核心中的核心”，其中内部焊接核心133的熔化线完全在外部焊接核心132的内部延伸。示范性的试验表明，包含这种焊接核心140的焊接连接既具有高强度也具有很好的韧性。其部分原因还在于，与焊接核心140邻接的材料区域如前所述通过施加的焊接能量经受热处理。

图4示出在构件110和120之间的焊接连接，其中“洋葱式”焊接核心140包括另一个内置的焊接核心134，其按照上述阐述通过第四电流阶段产生。通过最内的焊接核心134产生的可能的树枝状晶体有利地在中间焊接核心133中被切除或切断。

图5与图3相似地以四个单独视图示出焊接核心140的备选构造，其具有相互并列且相互包覆的熔化物区域。在图5a和5b方面引用以上结合图3a和3b的阐述。

由图5b所示的状态出发，通过第三通电阶段引起图5c所示的状态，其中两个另外的焊接核心或焊接区域135a在较大的焊接核心132和构件110和120的外部区域之间构成。在冷却和固化阶段之后或者必要时也可以没有这种冷却和固化阶段，通过另外的通电阶段引起所示的最终状态，即，两个熔化物区域135b穿过焊接核心或熔化物区域132并且它们接触或相互邻接在两个构件110和120之间的分离平面。整体上标以140的焊接核心在这种情况中也可以由多个硬化的熔化物区域132和135b组成，它们既可以并排地放置也可以相互包覆或相互嵌套或镶嵌。

附图标记清单

110  第一、下部构件

120  第二、上部构件

131  焊接核心或熔化物区域

132  焊接核心或熔化物区域

133  焊接核心或熔化物区域

134  焊接核心或熔化物区域

135a/b  焊接核心或熔化物区域

140  焊接核心

210  电极

220  电极

A…G  焊接过程的阶段

I  焊接电流

P  压力、电极力

0  焊接过程的起点

1  焊接过程的终点

Claims (10)

1.一种用于构件(110,120)的电阻焊接的方法，其中在焊接位置上借助设置在构件(110,120)两侧的电极(210,220)在构件(110,120)上施加压力，并且构件借助通过电极(210,220)引导的焊接电流通过构成焊接核心(140)而相互焊接，其特征在于，焊接电流(I)具有变化的时间特性曲线，其特征是交替的高电流的多个通电阶段(B,D,F)和低电流或无电流的多个冷却和固化阶段(C,E,G)，由此焊接核心(140)由多个相互包覆的和/或并排布置的熔化物区域(132-135)构成。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个通电阶段(B,D,F)在时间长度和/或焊接电流强度方面不同。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，各通电阶段(B,D,F)中的焊接电流强度是恒定的。

4.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在整个焊接过程中保持由电极(210,220)在构件(110,120)上作用压力(P)。

5.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，高电流的通电阶段(B,D,F)的时间长度是50ms至1000ms，优选是75ms至800ms并且特别是100ms至750ms和/或冷却和固化阶段(C,E,G)的时间长度可以是10ms至1000ms、优选20ms至750ms并且尤其是25ms至500ms。

6.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，设置至多8个高电流的通电阶段，它们在其时间长度和/或焊接电流强度方面不同。

7.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，设置三个高电流的通电阶段(B,D,F)：具有相对较低的焊接电流强度的前阶段(B)，具有相对较高的焊接电流强度的主要阶段(D)和具有相对较低的焊接电流强度的后阶段(F)。

8.按照前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，至少一个和优选两个构件(110,120)由较高强度的或极高强度的钢材料构成并且尤其由加压淬火的钢材料构成。

9.一种复合构件，其借助按照前述权利要求之一所述的方法制成，具有至少两个构件(110,120)，它们在至少一个焊接位置上通过包裹焊接核心而相互焊接，其特征在于，焊接核心(140)具有多个相互包覆和/或并排布置的熔化物区域(132-135)。

10.按照权利要求9所述的复合构件，其特征在于，至少一个和优选两个构件(110,120)由较高强度的或极高强度的钢材料构成并且尤其由加压淬火的钢材料构成。