CN105473268A - 使用第二电路电阻焊接夹芯板的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将夹芯板(2)与至少一个其他金属部件(3)电阻焊接的方法，其中夹芯板(2)具有两个金属覆盖层(2b,2c)和设置在金属覆盖层(2b,2c)间的热塑性塑料层(2a),其中至少这样加热夹芯板(2)的待焊接的区域(12)，即将热塑性塑料层(2a)软化并通过挤压覆盖层(2b,2c)挤出焊接区域(12)，覆盖层(2b,2c)和其他部件(3)通过第一电路(4a)中流经第一和第二焊接电极(6，7)的电流互相焊接，其中第二焊接电极(7)与金属部件(3)接触。设置有第二电路(8a)，其包含第二焊接电极(7)、待与夹芯板(2)焊接的金属部件(3)和通到部件(3)的电桥(10)，与第一焊接电极(6)相对的第二焊接电极(7)设置在部件(3)的远离轻质板材(2)的一侧上并通过在第二电路(8a)中的电流至少在第二焊接电极(7)的区域中加热夹芯板(2)的待焊接的区域(12)。

Description

使用第二电路电阻焊接夹芯板的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于将夹芯板与至少一个其他金属部件电阻焊接的方法，其中夹芯板具有两个金属覆盖层和设置在金属覆盖层之间的热塑性塑料层,其中至少这样加热夹芯板的待焊接的区域，即将热塑性塑料层软化并通过挤压覆盖层挤出焊接区域，覆盖层和其他部件通过第一电路中流经第一焊接电极和第二焊接电极的电流互相焊接，其中第二焊接电极与金属部件接触。除此之外，本发明还涉及一种用于将夹芯板与至少一个其他金属部件电阻焊接的设备，该设备具有：用于产生焊接连接的至少一个第一焊接电极和至少一个第二焊接电极、用于提供第一电路的装置，该装置将焊接电流至少通到第一和第二焊接电极上，和用于将夹芯板的塑料层挤压出夹芯板的待焊接的区域的装置。
背景技术
为了在使用夹芯板的条件下进一步增大机动车结构中节省重量的潜力，在机动车领域中对轻质结构理念的需求的增长使夹芯板的使用变得越来越重要，该夹芯板在两个金属薄覆盖层之间具有热塑性的塑料层。夹芯板可以提供不同的、独有的性能，该性能开发了新的节省重量的潜力。这样夹芯板由于塑料层比实心板具有明显更小的重量并且同时具有高的强度值。除此之外，夹芯板是隔音的并提供高的刚性。然而夹芯板的缺点是具有电绝缘的塑料层，塑料层在热焊接方法中导致关于形成完美的焊接连接的问题。由于夹芯板缺乏焊接的性能，例如与其他金属部件电阻焊接，因此常常将夹芯板粘合或者互相机械接合。
德国专利文献DE102011109708A1中已知一种用于将夹芯板与其他金属部件接合的方法，其中中间层在连接区域中熔化并且挤压出连接区域，从而之后能够通过产生部件和夹芯板的覆盖层之间的电接触而产生焊接点。建议通过能够调温的电极或压力部件加热接合区域。焊接电极或者压力部件这里例如设有加热部件。焊接电极的结构因而相对复杂。除此之外，还可以进一步提高热塑性塑料层的加热的速度，以便能够得到更短的周期。
除此之外，美国专利文件US4650951中已知一种用于两个复合板的电阻焊接的方法，该方法使用了两个焊接电极，这两个焊接电极在真正的焊接开始前加热和挤出位于覆盖层之间的塑料层。
发明内容
以此为出发点，本发明的目的在于提供一种简单的用于夹芯板的电阻焊接的方法以及一种相应的设备，通过该设备可以以短的周期提供夹芯板与其他部件的接合位置。
上述目的根据本发明的第一教导这样实现，即设置有第二电路，第二电路包含第二焊接电极、待与夹芯板焊接的金属部件和通到部件的电桥，与第一焊接电极相对的第二焊接电极设置在部件的远离轻质板材的一侧上并通过在第二电路中的电流至少在第二焊接电极的区域中加热夹芯板的待焊接区域。
事实表明，在使用将电流通过焊接区域中的第二焊接电极引导到部件上的第二电路时，可以以简单的方式实现焊接区域的加热，此外还可以通过预热电流的电流强度以变化的方式调节焊接区域的加热。通过使用第二电路可以缩短周期，从而可以得到一种总体上经济的方法。除此之外，常规的焊接电极可以例如在电阻焊接设备或者电阻焊接钳中使用。
根据方法的第一设计方案，通过第一和第二焊接电极施加力挤压夹芯板的覆盖层。由此可以实现，根据本发明的方法可以以简单的方式通过具有对应形成用于焊接电极施加力的装置的焊接机器人进行。焊接电极例如可以是焊钳的一部分，例如是点焊钳。
根据方法的另一设计方案，在焊接过程中切断第二电路。由此防止了第一电路和第二电路的电流源之间的二次电流到达部件和夹芯板上的危险。
优选在焊接中根据方法的另一设计方案进行电阻测量，其中测量夹芯板的两个金属覆盖层之间的电阻。通过测量轻质板材的金属覆盖层之间的电阻，例如可以确定何时金属覆盖层具有金属触点和电阻突然下降。
根据方法的另一设计方案，根据电阻测量控制第一电路和/或第二电路中的电流。例如可以这样控制两个电路的电流，在第二电路中的电阻下降到接近零时，即两个金属覆盖层互相接触，切断用于预热的第二电路的电路并接通用于形成电阻焊接位置的第一电路。同样可以根据电阻测量控制焊接电流或预热电流随时间的变化。因此，通过电阻测量可以在尽可能短的周期方面实现方法的优化。
根据本发明的第二教导，上述目的通过一种用于将夹芯板与其他部件电阻焊接的设备这样实现，即设置有用于提供至少一个第二电路的装置，其中该电路至少包括与部件接触的第二焊接电极，至少部分包括部件和通到部件的电桥，其中第二焊接电极与部件的接触区域这样成型，即可以通过第二电路中的电流加热该接触区域。
如之前阐述的，使用第二电路使得焊接区域可以以简单的装置和在非常短的时间内加热，从而使夹芯板的塑料层能够软化并挤压出焊接区域。第二焊接电极与部件的接触区域可以例如具有小的接触面，从而在第二电极与部件的接触区域中局部地产生高电流密度，高电流密度使得接触区域或焊接区域包括在该区域中的夹芯板的塑料层快速地加热。
第一焊接电极优选设置作为用于挤出夹芯板的塑料层的装置，其中第一电极可以用于挤出夹芯板的塑料层的力。
该设备优选成型为焊钳，从而例如可以由用于自动接合夹芯板的焊接机器人使用。
如果设置有用于测量夹芯板的金属覆盖层之间的电阻的装置，可以以简单的方式确定两个金属覆盖层互相之间是否已经具有金属触点。
根据另一设计方案，金属覆盖层之间的接触可以用于焊接方法的流程控制，其中设置有控制器，该控制器至少根据金属覆盖层间的电阻的测量来控制第一电路和/或第二电路中的电流。由此实现了夹芯板的电阻焊接的另外的自动化和最优化。
优选设置控制器，通过该控制器能够至少暂时在第一电路和/或第二电路中产生恒定的电流。可以通过调节恒定的、最大的电流，以特别简单地控制和以能够重复的方式进行预热过程以及真正的电阻焊接。
根据该设备的另一设计方案，如果电桥成型为与金属部件接触的接触电极，电桥可以以简单的方式，例如通过相对于金属部件的挤压而与金属部件接触并得到预热电流的电路。
为了电桥的定位，优选设置有用于定位的操作系统、门户系统或机器人，从而可以使用在金属部件上电桥的任意位置，特别是关于给定的焊接位置，以便于实现预热电流尽可能短的电流路径。
根据该设备的另一设计方案，以特别简单的方式在与金属部件接触的焊接电极附近这样进行定位，即成型为接触电极的电桥相对于第二焊接电极以固定的距离设置并且优选与第二电极机械地固定相连。例如之后在焊接电极在部件上定位过程中，接触电极自动地在部件上定位。
附图说明
下面结合附图借助实施例详细阐明本发明。附图中示出了：
附图1以截面示意图示出了用于将夹芯板与金属部件电阻焊接的设备的第一实施例，
附图2a到2c以截面示意图示出了在根据本发明的方法的三个不同的时间点上设备的另一实施例，
附图3以示意图表示出了根据方法的另一实施例电流随时间的变化，
附图4和5以截面示意图示出了用于将夹芯板与金属部件电阻焊接的设备的两个其他实施例。
具体实施方式
附图1首先示出了根据本发明的、用于将夹芯板2与另一金属部件3电阻焊接的设备1的实施例，上述金属部件由实心材料制成。此外，设备1具有用于提供第一电路的装置4，5，第一电路将焊接电流引导经过电极6和7。这些装置由例如电压源或电流源4、附属的电导体4a以及用于切断第一电路的开关5组成。此外，设置有以焊接电极6形式的装置，该装置用于将轻质板材的塑料层挤压出轻质板材的待焊接区域。附图1中未示出用于向焊接电极6施加连接对象3方向上的力(在附图1中用箭头表示)的装置，从而在两个焊接电极6，7之间的塑料层软化时，能够将塑料层挤压出两个焊接电极6，7之间的焊接区域。此外还有用于提供至少一个第二电路的装置，即电压源或电流源8和附属的电导体8a以及开关9，通过该开关能够接通经过第二焊接电极7和以在部件3上的电桥10形式的电气触点的第二电路。
附图1中两个电路用Iv表示预热电路，用Is表示焊接电路。通过使用预热电路Iv，焊接区域12通过在焊接电极的接触区域中的电流与部件3剧烈加热，使得设置在夹芯板2的金属覆盖层2b之间的塑料层2a加热和软化。通过由焊接电极6，7在焊接区域12上施加力将塑料挤压出焊接区域12。产生了金属覆盖层2b和2c之间基本上纯金属的触点。
一旦产生金属触点，可以接通焊接电流Is的电路，从而通过电流源或电压源4提供焊接电流。通过焊接电流将金属覆盖层2b，2c与部件3电阻焊接。优选可以在接通焊接电流时，再次切断预热电流。额外地设置用于在金属覆盖层2b，2c间测量电阻的装置13，通过该装置可以优选控制焊接电流Is或者预热电流Iv。例如在电阻故障时可以断开预热电流Iv并接通焊接电流Is。由此可以确保十分短的周期和焊接电路的接通的最优时间点。
附图2a,2b和2c以示意图示出了在实施根据本发明的方法时的三个不同时间点上根据本发明的设备的成型为焊钳14的实施例。附图2a示出了焊钳14，其中焊钳14的电极6，7以及电桥15朝夹芯板2分别相对于部件3压紧。如在附图2a中所表示的，首先只接通在电桥15和焊接电极7之间流通的预热电流Iv。这导致焊接区域的加热，从而能够通过为焊接电极6施加力将塑料挤压出焊接区域。附图2b示出了该过程。下面的过程中，接通用于开始焊接过程的第一电路以及中断用于预热的第二电路。如在附图2b中所表示的，焊接电流Is流通。接下来，在轻质板材2与金属部件3进行焊接后，打开焊钳14并且例如通过未示出的机器人传送到下一个焊接位置。
附图3中根据实施例以时间-电流-图表示出了预热电流Iv以及焊接电流Is随时间的变化。此外，定性地示出了电阻的测量值，测量值通过用于夹芯板的金属覆盖层之间的电阻测量13的装置测得。在焊接方法开始的时间点t0时，测得金属覆盖层之间的高电阻W并且调节预热电流Iv。此外，在时间点t0到t1期间在焊接电极6，7上施加力，使得焊接电极6在焊接区域12中的塑料软化时沿相对的金属覆盖层方向挤压夹芯板的金属覆盖层，从而将塑料挤压出焊接区域。在金属覆盖层2b与金属覆盖层2c接触的时刻，电阻W迅速下降。
电阻的迅速下降可以用作接通焊接电流Is的开关信号。同时可以切断预热电流Iv。接着焊接电流在从t1到t2的足够的时间中保持在恒定的值，从而以可以控制的方式进行焊接。因此，通过根据本发明的方法可以以简单的方式将夹芯板与其他金属部件焊接。部件可以理解为板材，优选由实心板也可以是其他夹芯板组成的板材，这些板材可以是平的或已经成型的部件。除此之外，该方法也可以通过成型为焊钳的、根据本发明的设备进行，从而操作系统和机器人也可以自动进行夹芯板的电阻焊接。
附图4以截面示意图示出了用于电阻焊接夹芯板2的设备1’的另一实施例，其中将可以例如成型为焊钳的一部分的电极6，7通过第一操作系统、门户系统或机器人16移动到各个焊接位置上并且通过第二操作系统、门户系统或第二机器人17对此处同样成型为接触电极的电桥15进行跟踪。第二电桥15通过电导体19与电压源或电流源4相连并且确保预热电流只流通经过金属部件3的空间上限定的区域。由此可以防止金属部件3不用于接合的区域的不必要的加热。附图5同样以截面示意图示出了另一简化的实施例。电桥15成型为并联电极并且通过固定的、电绝缘的支架18相对于焊接电极7以固定的距离设置，从而并联电极15和焊接电极7之间存在更短的距离并且相应的预热电流在金属部件3中流通。并联电极15还通过电导体19与电压源或电流源4相连。两个焊接电极6，7以及并联电极15可以例如通过操作系统、门户系统或机器人16引导到焊接位置。为了保证预热电流更短的电流路径，通过固定的距离不再需要另外的操作系统或者机器人。附图4和附图5中示出的实施例可以通过与金属部件3或与夹芯板2接触的电极测量电阻。但是在两个附图中未示出用于测量电阻的装置。

Claims (15)

1.一种将夹芯板与至少一个其他金属部件电阻焊接的方法，其中所述夹芯板具有两个金属覆盖层和设置在金属覆盖层之间的热塑性塑料层,其中至少这样加热所述夹芯板的待焊接的区域，即将所述热塑性塑料层软化并通过挤压所述覆盖层挤出焊接区域，所述覆盖层和其他部件通过第一电路中流经第一焊接电极和第二焊接电极的电流互相焊接，其中所述第二焊接电极与所述金属部件接触，
其特征在于，
设置有第二电路，所述第二电路包含第二焊接电极、待与轻质板材焊接的所述金属部件和通到所述部件的电桥，与所述第一焊接电极相对的所述第二焊接电极设置在所述部件的远离所述夹芯板的一侧上并且通过在所述第二电路中的电流至少加热所述第二焊接电极与所述部件的接触区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述第一焊接电极和所述第二焊接的施加力而挤压所述夹芯板的所述覆盖层。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在焊接过程中切断所述第二电路。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，在焊接中进行电阻测量，其中测量所述夹芯板的两个金属覆盖层之间的电阻。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，至少根据所述电阻测量控制所述第一电路和/或所述第二电路中的电流。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一电路和/或所述第二电路中的电流至少暂时保持恒定。
7.一种将夹芯板(2)与至少一个其他金属部件(3)电阻焊接的设备(1，14)，所述设备具有：用于产生焊接连接的至少一个第一焊接电极和至少一个第二焊接电极(6，7)；用于提供第一电路的装置(4，4a)，所述装置将焊接电流至少通到所述第一焊接电极和第二焊接电极(6，7)上；和用于将所述夹芯板的塑料层挤压出轻质板材的待焊接区域的装置(6)，
其特征在于，
设置有用于提供至少一个第二电路的装置(8,8a),其中所述第二电路至少包括与所述部件(3)接触的第二焊接电极(7)，至少部分地包括金属部件(3)和通到部件的电桥(10，15)，其中所述第二焊接电极(7)与部件(3)的接触区域这样成型，即所述接触区域可以通过所述第二电路中的电流加热。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第一焊接电极(6)设置为用于挤出所述夹芯板的塑料层的装置并且可以向所述第一焊接电极(6)施加用于挤出所述夹芯板(2)的塑料层(2a)的力。
9.根据权利要求7或8所述的设备，所述设备成型为焊钳(14)。
10.根据权利要求7到9中任一项所述的设备，其特征在于，设置有用于测量所述夹芯板(2)的所述金属覆盖层(2b,2c)之间的电阻的装置(13)。
11.根据权利要求7到10中任一项所述的设备，其特征在于，设置有控制器，所述控制器至少根据电阻的测量控制所述第一电路中的电流。
12.根据权利要求7到11中任一项所述的设备，其特征在于，设置有控制器，通过所述控制器能够至少暂时在第一电路和/或第二电路中产生恒定的电流。
13.根据权利要求7到12中任一项所述的设备，其特征在于，所述电桥成型为与所述金属部件接触的接触电极(15)。
14.根据权利要求7到13中任一项所述的设备，其特征在于，设置有用于定位所述电桥(10，15)的操作系统、门户系统或机器人。
15.根据权利要求7到13中任一项所述的设备，其特征在于，成型为接触电极的所述电桥(15)相对于所述第二焊接电极以固定的距离设置。
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