CN105234544B - 一种电阻点焊电极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电阻点焊电极及其制备方法，属于电阻点焊技术领域。该电阻点焊电极包括第一导体和第二导体，所述第一导体的下端面设有与第二导体外形匹配的凹槽，所述第二导体镶嵌在所述凹槽内，第二导体下端面与第一导体的下端面齐平，第二导体的电阻率大于第一导体的电阻率，所述第一导体的上端面设有冷却槽。本发明的电阻点焊电极用于焊接时，能够提高金属板间的连接强度，制备方法简单方便，制得的电阻点焊电极结合牢固、性能好、强度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种电阻点焊电极及其制备方法，属于电阻点焊技术领域。
背景技术
在汽车轻量化过程中，由于铝合金的密度远小于钢材而受到青睐，然而钢材的总体力学性能仍然要优于铝合金材料，因此，常采用钢板与铝合金板的复合焊接在一起，这就涉及到铝合金板与钢板之间的异种材料焊接。
电阻点焊是通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及临近区域产生的电阻热实现连接的方法，是现代汽车车身焊装的主要焊接方法。但是采用一般电阻点焊方法焊接铝合金板与钢板时，在接合界面容易生产硬脆的金属间化合物，电阻点焊界面金属间化合物层厚度呈“山”状分布，即在焊点中央区域的金属间化合物层较厚，属于脆性区，在焊点外缘部位较薄且呈不连续状，因此影响铝合金板/钢板的连接强度。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高金属板间连接强度的电阻点焊电极。
本发明的另一目的是提供一种电阻点焊电极的制备方法，该制备方法简单方便。
为实现以上目的，本发明的电阻点焊电极的技术方案是：
一种电阻点焊电极，包括第一导体和第二导体，所述第一导体的下端面设有与第二导体形状相匹配的凹槽，所述第二导体镶嵌在所述凹槽内，第二导体与第一导体的下端面齐平，第二导体的电阻率大于第一导体的电阻率，所述第一导体的上端面设有冷却槽。
本发明的电阻点焊电极，在焊接两层金属板时，特别是在焊接两种异种材料的金属板时，由于第二导体的电阻大于第一导体的电阻，第二导体通过的电流较小，从而使焊接电流绕过第二导体，环形通过并加热被焊金属板，能够解决电阻点焊界面金属化合物层厚度呈“山”状分布，中央区域金属间化合物较厚，焊点外缘部位金属间化合物层薄且不连续的问题，提高了被焊接金属板间的连接强度。异种金属接合界面金属间化合物层厚度是影响接头连接强度的重要因素之一，金属间化合物层较厚，接头强度显著降低。采用本发明的电极，由于处于电极中心处的电阻较大，使焊接电流绕过第二导体，而从第一导体通过，致使焊接区中心区域(第二导体对应处)产生很少的电阻热、其温度也较低，从而实现对该处金属间化合物生长的抑制，进而提高接头连接强度。设置冷却槽是用来接收点焊设备的冷却水，以冷却点焊电极。
所述的第一导体的上部为圆柱体，下部为直径逐渐缩小的圆台体。第一导体上部圆柱体用来连接点焊设备并传导电流。
所述的第一导体下端面的直径为6mm～8mm。
所述的第二导体具有截面为圆形、椭圆形、三角形、多边形的柱状结构。优选的，第二导体为圆柱体。第二导体优选为圆柱体能够使第二导体与点焊电极坯体更牢固地结合，同时满足焊接及通过电流的要求。第二导体的直径优选为2mm～3mm。
所述第二导体上端面的面积大于下端面的面积，即第二导体为上大下小的截头锥，或者第二导体由上柱体和下柱体同轴固定连接而成，上柱体的截面积大于下柱体的截面积。上述结构能够使第二导体被第一导体包裹，从而提高第二导体与第一导体结合的牢固程度，
所述的第二导体上端面的面积也可以小于下端面的面积，即第二导体为上小下大的截头锥，或者第二导体由上柱体和下柱体同轴固定连接而成，上柱体的截面积小于下柱体的截面积。上述结构可以节省第二导体的材料使用。
所述的第一导体的材料为紫铜、铬青铜、铬锆铜中的任意一种或混合物。
所述的第二导体的材料为金属钨或钼。
一种电阻点焊电极的制备方法，包括如下步骤：
1)将第二导体放入凹模的凹腔中央，所述第二导体的下端面与所述凹腔的底面相平，将用于制作第一导体的材料的熔融液倒入凹腔中；
2)将外形与所述凹腔匹配的凸模放入凹腔中，在凸模上施加压力并保压；
3)脱模，得电阻点焊电极胚体；
4)在所述电阻点焊电极胚体的上端面上加工出冷却槽，即得。
本发明的电阻点焊电极的制备方法简单方便，制得的电阻点焊电极结合牢固、性能好、强度高。
步骤2)中，所述施加压力为15吨～20吨，保压10min～20min。使第一导体充分凝固并与第二导体牢固结合。
步骤1)中，所述用于制作第一导体的材料熔融液的温度为1100℃～1150℃。
步骤2)中，所述凸模的直径略小于凹腔直径，并与凹腔成间隙配合。
附图说明
图1为实施例1的电阻点焊电极的结构示意图；
图2为实施例1的电阻点焊电极的制备过程示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案进行具体的说明，但不限定本发明的技术方案。
实施例1
本实施例的电阻点焊电极，如图1所示，包括第一导体和第二导体205，第一导体的材料为紫铜，第二导体205的材料为钼，电阻点焊电极的总高度为20mm，第一导体上部101为圆柱体，直径20mm，高15mm，第一导体下部102为从上往下直径逐渐缩小的圆台体，高5mm，第一导体的下端面103的直径为6mm，第一导体的上端面设有冷却槽104，所述冷却槽槽体为圆柱形，直径10mm，高10mm，用来接收点焊设备的冷却水，以冷却点焊电极；所述第一导体的下端面103设有与第二导体205形状相匹配的凹槽，所述第二导体205镶嵌在凹槽内，第二导体205为圆柱体，直径2mm，高度5mm，所述第二导体205与第一导体的下端面103齐平。
本实施例的电阻点焊电极的制备方法，如图2所示，包括下列步骤：
1)将第二导体205竖直放入凹模202的凹腔208底部中央位置，并与凹腔208同轴，将温度为1100℃的紫铜熔融液体置入凹腔208中，形成熔融体206；
2)将直径略小于凹腔208内径并与凹腔间隙配合的凸模201压向熔融体206上表面，施加15吨的压力，同时保压20min，熔融体206充分凝固并与第二导体205牢固结合；
3)脱模得到电阻点焊电极胚体；
4)在电阻点焊电极胚体上端面上采用机加工方式加工出所述冷却槽，并将电阻点焊电极胚体下部加工成圆台体，即得。
实施例2
本实施例的电阻点焊电极，包括第一导体和第二导体，第一导体的材料为铬青铜，第二导体的材料为钨，电阻点焊电极的总高度为25mm，第一导体上部为圆柱体，直径25mm，高18mm，第一导体下部为从上往下直径逐渐缩小的圆台体，高7mm，第一导体下端面的直径为8mm；第一导体上端面设有冷却槽，所述冷却槽槽体为圆柱形，直径15mm，高15mm，用来接收点焊设备的冷却水，以电阻冷却点焊电极；所述第一导体的下端面设有与第二导体形状相匹配的凹槽，所述第二导体镶嵌在所述凹槽内，第二导体为圆柱体，直径3mm，高度6mm，所述第二导体与第一导体的下端面齐平。
本实施例的电阻点焊电极的制备方法，包括下列步骤：
1)将第二导体竖直放入凹模的凹腔底部中央位置，并与凹腔同轴，将温度为1125℃的铬青铜熔融液体置入凹腔中，形成熔融体；
2)将直径略小于凹腔并与之成间隙配合的凸模压向熔融体上表面，施加20吨的压力，同时保压10min，使熔融体充分凝固并与第二导体牢固结合；
3)脱模得到电阻点焊电极胚体；
4)在电阻点焊电极胚体上端面上采用机加工方式加工出所述冷却槽，并将电阻点焊电极胚体下部加工成圆台体，即得。
实施例3
本实施例的电阻点焊电极，包括第一导体和第二导体，第一导体的材料是质量比为紫铜：铬锆铜＝1：1的紫铜和铬锆铜混合物，第二导体的材料为钨，电阻点焊电极的总高度为22mm，第一导体上部为圆柱体，直径22mm，高17mm，第一导体下部为直径逐渐缩小的圆台体，高5mm，第一导体的下端面的直径为7mm；第一导体上端面设有冷却槽，所述冷却槽槽体为圆柱形，直径13mm，高13mm，用来接收点焊设备的冷却水，以冷却点焊电极；所述第一导体的下端面设有与第二导体形状相匹配的凹槽，所述第二导体镶嵌在所述凹槽内，第二导体为长方体，长2mm，宽1mm，高5mm，所述第二导体与第一导体的下端面齐平。
本实施例的电阻点焊电极的制备方法，包括下列步骤：
1)将第二导体竖直放入凹模的凹腔底部中央位置，并与凹腔同轴，将质量比为紫铜：铬锆铜＝1：1的紫铜和铬锆铜的1150℃熔融液体置入凹腔中，得熔融体；
2)迅速将直径略小于凹腔并与之成间隙配合的凸模压向熔融体，施加15吨的压力，同时保压18min，使熔融体充分凝固并与第二导体牢固结合；
3)脱模得到电阻点焊电极胚体；
4)在电阻点焊电极胚体上端面上采用机加工方式加工出所述冷却槽，并将电阻点焊电极胚体下部加工成圆台体，即得。
在其他实施例中，所述第二导体为上大下小的截头圆锥，或者第二导体由上柱体和下柱体同轴固定连接而成，上柱体的截面积大于下柱体的截面积。上述结构能够使第二导体被第一导体包裹，从而提高第二导体与第一导体结合的牢固程度。
在其他实施例中，所述的第二导体为上小下大的截头三角锥，或者第二导体由上柱体和下柱体同轴固定连接而成，上柱体的截面积小于下柱体的截面积。上述结构可以节省第二导体的材料使用。
在使用本发明所制备的点焊电极焊接两层金属板时，特别是在焊接两种异种材料的金属板，例如铝合金和钢板时，由于第二导体的电阻较大，因此，通过其的电流较小，从而，使焊接电流绕过第二导体，环形通过并加热被焊金属板。因此，降低了电阻点焊界面金属间化合物层厚度呈“山”状分布的峰值，即克服了焊点中央区域金属间化合物层较厚的问题，提高了两层金属板的连接强度。
本发明的电阻点焊电极的制备方法简单、方便，所制备电阻点焊电极结合牢固、性能好、强度高。在其它焊接参数相同的条件下，采用本发明的电极焊接1mm厚的铝合金5A052板与1mm厚的低碳钢Q235板，与采用普通电极焊接同样材料组合的接头相比，接头抗剪载荷提高了约30％。
Claims (7)
1.一种电阻点焊电极，其特征是：包括第一导体和第二导体，所述第一导体的下端面设有与第二导体外形匹配的凹槽，所述第二导体镶嵌在所述凹槽内，第二导体下端面与第一导体的下端面齐平，第二导体的电阻率大于第一导体的电阻率，所述第一导体的上端面设有冷却槽；所述的第一导体的材料为紫铜、铬青铜、铬锆铜中的任意一种或任意几种的混合物；所述的第二导体的材料为金属钨或钼；
所述电阻点焊电极由包括如下步骤的方法制得：
1）将第二导体放入凹模的凹腔中央，所述第二导体的下端面与所述凹腔的底面相平，将用于制作第一导体的材料的熔融液倒入凹腔中；
2）将外形与所述凹腔匹配的凸模放入凹腔中，在凸模上施加压力并保压；
3）脱模，得电阻点焊电极胚体；
4）在所述电阻点焊电极胚体的上端面上加工出冷却槽，即得；步骤2）中，所述施加压力为15吨～20吨，保压10min～20min。
2.根据权利要求1所述的电阻点焊电极，其特征是：所述的第一导体的上部为圆柱体，下部为从上往下直径逐渐缩小的圆台体。
3.根据权利要求2所述的电阻点焊电极，其特征是：所述第一导体的下端面的直径为6mm～8mm。
4.根据权利要求1所述的电阻点焊电极，其特征是：所述的第二导体具有截面为圆形、椭圆形、三角形、多边形的柱状结构。
5.根据权利要求4所述的电阻点焊电极，其特征是：所述第二导体为圆柱体，直径为2mm～3mm。
6.根据权利要求1所述的电阻点焊电极，其特征是：所述的第二导体上端面的面积大于或者小于下端面的面积。
7.一种如权利要求1所述的电阻点焊电极的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
1）将第二导体放入凹模的凹腔中央，所述第二导体的下端面与所述凹腔的底面相平，将用于制作第一导体的材料的熔融液倒入凹腔中；
2）将外形与所述凹腔匹配的凸模放入凹腔中，在凸模上施加压力并保压；
3）脱模，得电阻点焊电极胚体；
4）在所述电阻点焊电极胚体的上端面上加工出冷却槽，即得。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20160113 Assignee: Luoyang Hancheng Welding Technology Co.,Ltd. Assignor: Henan University of Science and Technology Contract record no.: X2019980000388 Denomination of invention: Resistance spot welding electrode and manufacturing method thereof Granted publication date: 20180504 License type: Common License Record date: 20191101 |
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Application publication date: 20160113 Assignee: Luoyang Hancheng Welding Technology Co.,Ltd. Assignor: HENAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2021980013199 Denomination of invention: Resistance spot welding electrode and preparation method thereof Granted publication date: 20180504 License type: Common License Record date: 20211125 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20160113 Assignee: Luoyang Hancheng Welding Technology Co.,Ltd. Assignor: HENAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980050753 Denomination of invention: A resistance spot welding electrode and its preparation method Granted publication date: 20180504 License type: Common License Record date: 20231213 |