CN106132621B - 钢帘线端部之间的焊接点、用来实施这种焊接点的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种焊接装置被呈现为允许钢帘线端部的受控焊接。焊接装置允许从焊接期间、在焊接后期间上、至完全冷却的受控焊接路径。在焊接装置中，直流源通过可编程控制器随时间被控制。通过感应在焊接装置的夹具上的电压并且使用其作为到可编程控制器的进一步输入，在夹具之间的恒定功率消耗可以在焊接后期间被实现。用于制作该焊接点的关联的方法被描述，其特征在于，在焊接后期间中，在夹具之间消耗的电功率被保持恒定。通过该工序获得的焊接点具有有利的金相结构，这在于热量影响的区域在该区域的整个区域上具有多于50％的珠光体和/或贝氏体。

Description

钢帘线端部之间的焊接点、用来实施这种焊接点的方法及 装置

技术领域

本发明涉及如被用来加强诸如轮胎、软管、传送带、同步带等弹性体应用的焊接钢帘线的领域。

背景技术

当在一点处制造或处理钢帘线时，该线到达端部。因此存在将钢帘线的端部连接到彼此以继续处理的需要。连接应当易于做出并且具有与钢帘线的性质接近或相同的性质，所以该连接在过程中经过而不被留意。

当前的实践是通过焊接来连接钢帘线端部。钢帘线的端部被切平并且在焊接装置的可移动夹具中被安装。当钢帘线的端部被抵靠彼此按压时，交流电的电流通过夹具被施加并且线端部加热到钢变软且熔融的点。端部在设定距离上被推到彼此中，并且一旦达到该距离则切断电流。焊接点在环境空气中快速地冷却。该工序已知为“端压焊接”或“电阻对焊”。

钢帘线由被冷拔到高抗拉强度(高于3000N/mm²)的精细(比0.50mm更薄)碳素钢丝制成。两个或更多纤丝被互捻在一起成为钢帘线。这些纤丝的金相结构是高强度、拉拔的珠光体钢结构。在焊接点中，由于冷成型导致的强度增大被完全损失。由于在做出焊接点之后的高冷却率，金相结构变得马氏体的，其比拉拔的珠光体结构更脆。在当前的焊接工序中，因为焊接点的冷却太快，并且在任何情况下都比在与焊接更厚的丝相比时快得多，不可能防止形成马氏体结构。

为了减轻在焊接点中的马氏体钢的脆度，退火操作(也叫作应力消除热过程)通过在两个退火夹具之间放置焊接点而随后被执行。通过驱动小交流电通过焊接点，该焊接点被退火。退火的马氏体结构具有更高延展性。GB1251928描述了这样的工序。

额外的材料被加入到焊接区中，该焊接点的横向尺寸比钢帘线的横向尺寸更大，并且毛刺必须被抛光或锤击移除，使得钢帘线的直径在焊接点处并不明显增大。通常，允许不大于3％的直径增大。

该工序难以用一致的方式重复，因为：

·AC电流源被使用，其中380至400VAC的高线电压通过变压器被向下转换为低电压、高电流。在线电压中的波动直接影响在焊接点处发出的功率。取决于线材厂中的电网的质量，这些波动可以随着时间是显著的。

·钢帘线具有不规则表面，用其难以做出一致的且可重复的电接触。当焊接开放型帘线类型的构造或具有诸如2×1的少数纤丝的构造时该问题特别严重，其中钢纤丝可以在彼此之上偏移并且难以在夹具中面对面地对准。因此，即使在相同的钢帘线上，电阻可以在每一次用夹具夹紧帘线的状况之间区别很大。当焊接单丝时，该问题不是一个问题，因为丝的光滑表面提供了一致且可重复的接触并且丝的端部表面可以易于被对准。

该工序导致焊接点具有较不理想的特性：退火的焊接点的劣质延展性、焊接点的减小强度以及焊接点毛边的存在使得这样的焊接点为弱点。焊接点因此经受拉伸试验、直径检查并且有时经受延展性验证。如果焊接点失效，其必须被重做，这是时间的损失。

在现有技术中，大多参考了相对厚的量规(多于0.5mm)的单丝或纤丝(诸如用于焊接网的丝)的焊接。

US3818173描述了一种端到端地焊接铅淬火的(即，丝并未被冷拔)、高碳(多于0.45wt％的C)钢丝的方法，其中首先做出退火的马氏体焊接点。在以下单独的步骤中焊接点在高于临界温度(1065℃，即高于奥氏体化温度)经受“均化步骤”若干分钟并随后“在受控的冷却率之下冷却”。建议“引导冷却流体的冲击在联接上以便于快速冷却钢至亚临界温度，在该亚临界温度处钢中的碳在最小时间内直接变换为珠光体”。在该步骤期间，温度通过高温计被测量，其中温度读数被用来控制通过焊接点的电流。该工序包括多个步骤，因此是漫长的(花费数分钟)并且是不实际的，因为高温计必须针对钢丝本身被校准。此外，其涉及单丝而不是钢帘线。

CN102328148描述了用于低碳或中碳钢丝的格栅焊接(即，交叉焊接)，其中在形成焊接点之后，第一自然冷却步骤接着单独的加热步骤。在第二自然冷却步骤之后，应用最终回火处理。该方法仅适用于在网中的单丝的交叉焊接。在该配置中，夹具与丝之间的接触电阻能够被非常好地重复。

CN101596643A描述了对焊不锈钢丝的方法。该方法描述了温度可以如何通过DC电流脉冲串而被控制。仅控制电流的量级以及脉冲的长度。

DE2658332描述了用来闪光焊接纤丝或股的方法，由此焊接夹具被提供有凹槽以接纳焊接球。在闪光焊接中，在纤丝或股的端部之间拉电弧以加热那些端部。闪光焊接并未在钢帘线上被使用，因为端部过于不规则，从而不能确保可重复的电弧形成。

WO2008/116469描述了焊接方法和伴随的焊接装置以用于焊接双相钢不锈钢带，其中焊接的界面段的冷却通过被编程用来在冷却循环的至少一部分期间施加电流的计算机而被控制。

以下现有技术已经被识别为特别着重于钢帘线的焊接：

WO03/100164在图5、第9和10页中描述了焊接和退火多股钢帘线中的一股的已知工序，在焊接之前进一步包括缩短股的捻距的步骤。仅有一个焊接的股在多股线的特定点处被呈现。

WO2007/020148描述了特别适用于连接开放型帘线类型的钢帘线的钢帘线端部的连接。该连接包括接合段，诸如举例而言是焊接点和远离该接合段以用于相对于彼此固定化纤丝的固定段。

虽然后两个工序导致出于它们特定目的而言的可接受的焊接点，它们并不普遍适用或需要额外的材料及工作。

发明人因此致力于以将在以下解释的方式改进现有类型的焊接点、焊接工序以及焊接装置。

发明内容

本发明的主要目的是提供优异的焊接点，其能够一致地被重复而不论所焊接的钢帘线的类型。更具体地，所提供的焊接点和焊接工序适用于具有低于0.50mm的纤丝直径并且包括两个或更多纤丝的钢帘线。所描述的该方法和装置导致在钢帘线制造期间的相继过程中或者在橡胶补强应用的下游处理中不会断裂。而且，该方法和装置克服了在夹具之间不规则电阻、特别是在焊接开放型帘线或具有很少纤丝的帘线时发生的问题。

根据本发明的第一方面，要求保护在钢帘线的两端之间的焊接点。钢帘线包括多个钢纤丝，即两个或更多纤丝。通常，钢纤丝的数目介于2与50以下之间，但更多地是在27以下。其端部被焊接的钢帘线优选是相同类型的，尽管本发明也适用于将不同类型的钢帘线焊接到彼此。钢纤丝以钢帘线制造的领域中已知的方式被加捻在一起。

钢帘线可以是简单的“n×d”类型，其中直径“d”的“n”纤丝被加捻在一起。例如，该帘线可以仅包括两个纤丝(n＝2)。这种简单的帘线也可以在“开放式”版本中制作，其中纤丝被加工使得橡胶可以在进一步的处理期间进入纤丝之间。或者它们可以是“U+T”类型的，其中“T”纤丝的加捻股和“U”纤丝的无捻束围绕彼此被加捻。这些类型特别难以焊接，因为它们的松动(在开放型帘线的情况下)或者它们的不规则表面(针对“U+T”类型)使其难以做出可重复的电接触。

或者，钢帘线可以是分层类型的，诸如“n+m”，其中以第一捻距加捻在一起的“n”纤丝的芯股由围绕该芯股的一层“m”纤丝以不同的第二捻距被加捻覆盖。该工序可以接着添加甚至进一步的“l”纤丝的层：“n+m+l”类型。或者，钢帘线可以是“紧凑帘线”类型，其中相等直径的纤丝的束以相同的捻距被加捻在一起。这些帘线通常被适配为允许橡胶进入，这使得它们的表面不规则或开放，因而使得在帘线与焊接夹具之间的电接触难以可靠地做出。

此外，类型N×M的多股钢帘线可以被考虑例如为7×7，其中每个均包括被加捻在一起的7个纤丝的7股在它们自己的回转上被加捻在一起。这些类型难以焊接，因为对于电接触钢帘线可用的外表面与在焊接夹具之间的必须被焊接的质量相比是小的。局部电流密度因此可以变得非常高，这导致遍及焊接点的不规则的加热。

钢帘线类型的以上列表绝不是限制性的，因为本领域技术人员可以易于添加或特定落入本发明的范围内的其他钢帘线，但在此可不进行枚举。

钢纤丝由碳钢制成，更优选地是高碳素钢。典型的钢帘线成分具有0.65％的最小碳含量，范围从0.40％到0.70％的锰含量，范围从0.15％到0.30％的硅含量，0.03％的最大硫含量，0.30％的最大磷含量，所有的百分比均是重量百分比。存在只有微量的铜、镍和/或铬。针对高抗拉强度的钢帘线的典型的钢轮胎帘线成分具有大约0.80重量％、例如0.78-0.82重量％的最小碳含量。

钢纤丝被拉拔，即已经经受冷形变的过程，其中丝的直径由将它们拉过相继更小的孔或模而被逐渐减小。针对钢帘线产生的面积上的减小百分比是至少86％，并且通常为大约95％至97％，而当前面积上的总减小为98.2％是可能的。拉拔的钢纤丝具有与从其拉拔的铅浴淬火钢丝相比更高的拉伸强度。拉拔的丝的拉伸强度随面积减小的量和/或钢的碳含量而增大。通常，用于钢帘线的纤丝的拉伸强度针对比0.30mm更薄的纤丝具有高于3000N/mm²的拉伸强度，而针对0.12mm的丝当前可实现4000N/mm²的拉伸强度。

铅浴淬火钢丝在拉拔之前具有精细珠光体结构。在拉拔之后，该结构仍然是珠光体的但颗粒伸长。有技术的冶金师可以易于辨识这些类型的金相结构。

通常，丝被涂覆有促进其中钢帘线被使用的在纤丝与橡胶之间的粘合的涂层。通常，黄铜或锌涂层被用于这一目的。最多使用的是具有重量上63.5％铜成分的黄铜，剩余物是锌。

钢帘线纤丝必须相对薄，以在它们于轮胎中使用的期间能够易于弯曲。个体纤丝的横截面面积因此小于0.2mm²，其针对具有圆形横截面的丝而言对应于0.5mm的直径。通常，横截面面积较低，诸如低于0.1mm²(例如，0.30mm)或低于0.05mm²(例如，0.25mm直径)。其中静止的钢帘线可用的纤丝的最低横截面是0.005mm²。

钢纤丝的横截面面积的直径和在钢帘线中的纤丝的数目是特别重要的，因为它们很大地影响当被冷却或被加热时焊接点的冷却行为，如将在焊接方法的描述中被解释的。

根据本发明的焊接点由有利的金相结构表征。当做出根据本发明的焊接点的金相横截面时，焊接点的热影响区域的大约50％的面积具有珠光体和/或贝氏体金相结构。在优选实施例中，珠光体和/或贝氏体金相结构延伸超过60％的、可能超过70％的热影响区域。在进一步优选的实施例中，热影响区域的至少50％的区域示出了珠光体金相结构。

在横截面中，“热影响区域”可以被容易地识别为其是具有拉拔的、各向异性组织的钢纤丝的焊接区域。

在焊接点中的碳钢的“珠光体”金相结构可以在金相抛光及蚀刻的横截面中易于被确定。与钢纤丝中拉拔的珠光体相反，在热影响区域中的珠光体示出了晶界并且是各向同性的。其具有珍珠母(因此得名)形貌，由于交替层的铁素体和渗碳体。在从奥氏体相的冷却的正确条件下，其在大约550℃至700℃被形成。其具有强度又具有韧性，并且对应于钢纤丝从其拉拔的铅浴淬火丝的结构。

“贝氏体”金相结构相同地由钢铁冶金工作者已知。其在比珠光体略低的温度(400℃至550℃)处形成并且其特征在于，存在铁素体片层束，由残留奥氏体、马氏体或渗碳体分离。

珠光体和/或贝氏体相的拉伸强度针对具有至少0.55wt％的碳的钢是高于1000N/mm²的。这些相示出了比回火的马氏体相更好的延展性。

焊接点的另一特征在于，在焊接点到钢帘线端部中的未受影响的纤丝的过渡处，未回火的马氏体可以被观察到。然而，通过恰当地选择冷却条件，该未回火的马氏体可以被做出为比600μm更薄，或者甚至比400μm更薄，或者甚至低于100μm。理想地，未回火的马氏体几乎不能被观察到。

以上定义的焊接点通过随后描述的方法而被获得。

根据本发明的该第二方面，一种用于制作在钢帘线端部之间的焊接点的方法被呈现。该钢帘线包括拉拔的珠光体碳钢的多个(两个或更多)纤丝，其横截面小于0.2mm²。该方法通过提供被切平的两个钢帘线端部开始。其中“切平”意味着任一端的纤丝中没有纤丝比其他纤丝突出得更多：纤丝端部在基本上相同的平面上。

钢帘线端部被安装在焊接装置的轴向可移动焊接夹具中，更优选地是根据本发明的第三方面的焊接装置中。

焊接夹具用受控的焊接力推动钢帘线端部抵靠彼此。随着钢帘线端部随后做出电连接，电流可以馈通接触点。电流是直流电，即并不改变极性。直流电具有钢纤丝熔化(针对本申请感兴趣的碳钢在1400℃以上熔化)的水平(焊接电流水平)。随着钢变软，熔融的钢的球体形成将钢纤丝端部合并为单球体，同时安装夹具向彼此移动。

在达到规定的夹具行程时，直流电针对规定的焊接后时间间隔从焊接电流水平不间断地下降到受控的焊接后直流电。在该规定的时期之后，焊接后电流被关断并且获得的焊接点被允许冷却。

关于该方法的特征现在为焊接后电流被控制以使得在夹具之间消耗的电功率在焊接后时间段期间被导向恒定水平。消耗的电功率是在夹具上的电压与通过夹具的电流的乘积。重要的是，该功率独立于在夹具之间的电阻。在某转换时间之后，恒定水平被达到。在该时间之后，恒定水平被保持。

在夹具之间的电阻是在左夹具与钢帘线之间的接触电阻R_L、焊接点本身的电阻R_W、以及在钢帘线与右夹具之间的电阻R_R之和。焊接点的电阻R_W将取决于纤丝在焊接点中如何准确地匹配。由于在焊接之前面向彼此的纤丝端部的不规则定向，这在不同焊接点之间可能变化。随着纤丝在夹具中重新布置它们自己，取决于个体纤丝如何准确地布置在夹具中，焊接夹具电阻R_L和R_R也在每一次用夹具夹紧帘线的状况之间变化。

现在当焊接后电流“I_pw”在恒定电流模式中被供应时，消耗的功率变为：

P＝I_pw ²·(R_L+R_w+R_R)

该功率取决于夹具接触电阻以及焊接电阻，这可在不同的夹紧事件之间变化，甚至是在相同的帘线上。这在注射的焊接后功率上引入可变性。

现在通过在夹具上感应电压“U”，焊接后电流被操纵为使得电压与电流的乘积保持恒定：

P＝U·I_pw

夹具接触电阻和焊接电阻的可变性已经消失并且每个焊接点现在利用完全相同的焊接后功率而被做出。

焊接后功率被设置为在300℃至700℃之间、优选在400℃至650℃之间、或最优选在500℃至600℃之间的温度处保持焊接点一充分的时间以在焊球中引致金相变换。需要用于在某温度处保持焊接点的功率随着降低直径及降低纤丝的数目而降低，因为这些确定了焊球的质量。取决于构造的类型(更具体地，纤丝的数目)以及钢帘线中纤丝的直径，该功率可以在5瓦(针对少的和/或精细的纤丝)至100瓦(针对多的和/或更厚的纤丝)之间变化。

在接触电阻和/或焊接电阻中微小的绝对变化导致当利用恒定焊接后电流工作时消耗的功率中高的相对差异。本发明的方法完全排除了该可变性。因此，当焊接具有精细纤丝的钢帘线时，功率控制的水平变得非常重要。大多数的热量通过到焊接夹具的热传导而损失，而到环境空气或通过辐射的热量损失并不影响该所需的功率至可感知的水平。

所需的功率可以以下列方式被选择：

·当焊接后功率太低时，焊接点将冷却至过低温度(低于300℃)并且熔融的钢球将在马氏体结构中凝结。

·当焊接后功率太高时，焊接点保持高于700℃并且在焊接后功率被关断之后，再次地，马氏体结构形成，导致脆的焊接点。

再次取决于构造的类型，在5至50秒之间的焊接后时间间隔期间，焊接后电流导向恒定功率水平。当焊接后时间间隔小于5秒时，焊接点是马氏体的，因为到珠光体和/或贝氏体的转换尚未完成。当焊接后时间间隔高于50秒，未回火的马氏体颗粒趋向于也形成在焊接点内。通常，焊接后时间将在5至30秒之间。

该方法的重要方面在于直流电从焊接电流水平到焊接后电流水平的切换或转换进行而没有中断。最轻微的中断将导致形成随后必须被退火的马氏体相。这是重要的，因为在焊球中的质量太小以使得所有的热量在毫秒内就损失到夹具。

在焊接之后，焊接点毛刺通过锤击或通过利用砂纸摩擦而被移除(如需要)，如在本领域中惯用的。

在本方法进一步优选的实施例中，从焊接电流水平到受控的焊接后电流的转换时间可以被设置。在钢的金相中，不仅温度水平是重要的，冷却的速度也是重要的。因为焊球的质量是非常小的(在毫克的量级)，球体的冷却以超过1000K/s的冷却速率发生。

冷却速率随纤丝直径减小而增大。因此，当如在根据本发明的钢帘线中焊接精细钢丝时，重要的是以受控的方式通过在焊接后中调节馈送到焊接点的加热功率因为冷却胜过加热而冷却该焊接点。在该处，受控的转换时间变得重要。针对厚丝的焊接，情况被反转：为了在焊接之后获得足够快的冷却，电流被完全关断并且强制的冷却甚至被应用，因为通过夹具的热量泄漏并不足以足够快地冷却焊接点。

为了不进行得太快至对应于焊接后温度的受控功率水平，从焊接电流水平至焊接后电流水平的转换时间或时间常数优选地能够被控制在10至1000ms之间。短于10ms的时间并不需要，因为冷却时间无论如何比那要更慢。多于1000ms使得焊接过于耗费时间。该转换时间具有对在焊接点中的未回火的马氏体相的宽度上的影响：过快的转换导致在焊接夹具与焊接点本身之间的边界处未回火的马氏体。因为焊接夹具用作热沉，冷却在该处最快。

可能地，如果未回火的马氏体区域仍将存在，可以考虑附加的退火步骤。退火步骤优选地被执行而不须从焊接夹具移除焊接点。

根据本发明的第三方面，保护了一种电阻对焊装置。其包括沿着共用轴线能够相对移动到彼此的焊接夹具、用于馈送电流至夹具的可控制电流源、以及可编程控制器。

与当前已知的用于钢帘线的焊机不同的是，可控制电流源是直流源。出于本申请的目的，“直流”是在短于15ms的时间段内并不逆转方向两次的电流。可替代地，直流不具有在45与65Hz之间的主频率分量。而且，直流输出可以通过可编程控制器而被及时控制。在该方式中，在不同时间间隔和/或上升或下降时间(即，转换时间)中的电流水平可以被设置将用于焊接点的更好的控制，如在本发明的方法方面中描述的。

焊接装置进一步具有电压传感器，其感应在夹具之间的电压并且其中感应到的电压是到可编程控制器的输入。

在进一步优选的实施例中，电压传感器允许来控制被馈送到焊接点的感应到的电压和电流的乘积，即功率。该乘积在可编程时间间隔上可以被操纵至设置水平。操纵通过调节电流同时感应电压而完成。

焊接装置的进一步有利特征是感应模式可以在以下之间的非常短的时间内被切换：

·受控的电流输出模式，其中控制器根据预编程的电流-时间曲线而操纵发出的电流，或；

·受控的电压模式，其中控制器根据预编程的电压-时间曲线而操纵感应到的电压，或；

·受控的输出功率模式，其中控制器根据预编程的功率对时间曲线操纵发出的功率并且其中功率是感应到的电压乘以发出的电流。

焊接装置可以在10ms内从一个操作模式转成任何其它的操作模式。例如，在焊接期间，焊接电流将跟随预编程的迹线，但一旦焊接夹具已经达到它们规定的行程，该装置将切换到在夹具之间的受控输出功率模式。

作为焊接装置的进一步优点，转换时间可以被控制在10ms与1000ms之间，该转换时间诸如举例而言是指数曲线情况下的时间常数或者用来从一个电流、电压或功率水平切换到另一电流、电压或功率水平的线性曲线的情况下的上升或下降时间。

附图说明

图1描述了现有技术的焊接工序。

图2a和图2b描绘了根据该方法的第一实施例的电流(2a)和功率(2b)的时间相关性：其处于受控的电流模式中。

图3a和图3b描绘了根据该方法的第二实施例的功率(3a)和电流(3b)的时间相关性，其中焊接后功率水平被控制。

图4图示了“夹具电阻”问题。

图5a和图5b示出了具有不同金相特征的焊接点的宏观和微观示图。

图6是根据本发明的第三个方面的焊接装置的示意性表示。

具体实施方式

图1描述了根据已知工序的焊接循环。在该工序中，钢帘线端部被切平并安装在可移动焊接夹具之间。焊接夹具轻微地向彼此按压钢帘线端部。在供应AC电流时，接触区域开始熔化并且形成熔融的钢球。钢帘线端部被按压到彼此中并且如果夹具达到闭合位置，电流在焊接时间Δt_w之后被自动切断。球浓缩成未回火的马氏体结构。由于该结构强但非常脆，其必须被回火。因此，新焊接点从焊接夹具移除并且被置于两个退火夹具之间。退火夹具的AC电流被限制，使得球并不加热太多。当利用以上工序在Bekaert的5×0.22开放型钢帘线上做出焊接点时，仅有10个焊接点中的7个通过40％倍的线的最小断裂负载(630N)的拉伸测试。

图6示出了根据本发明的第三个方面的电阻对焊装置600的示意概览。其包括安装在共用轨614上的焊接夹具610、610'，其还包括位置编码器，诸如感应接近度传感器或激光距离传感器或类似的位置传感器以检测沿着轨614的夹具610、610'之间的距离。焊接夹具610、610'由弹簧动力系统606、606'或类似的装置(诸如举例而言，通过气动活塞)通过重量或通过磁力而向彼此推动。

焊接装置600进一步包括可以递送高至300A的可控制DC电流源620。该装置进一步包括可编程逻辑控制器(PLC)618以操纵焊接过程。PLC 618通过操纵可控制电流源620而允许自由设计到夹具的特定电流供应轮廓“I(t)”。例如，其允许在可调时间约束内从一个电流水平到另一电流水平。

PLC用两个输入馈送：存在夹具行程616的输入，其在焊接期间焊接夹具已经充分接近彼此时向PLC发信号，由此通知焊接步骤的结束。同时，通过电压计624，跨夹具610、610'感应到的电压“U(t)”随时间被跟踪并且通过输入626馈送到PLC单元618。随着PLC知道输出电流I(t)和输入电压U(t)，两者相乘导致在夹具之间发出的功率“P”(P＝U·I)。如在PLC中编程的，功率P可以在规定时间间隔上被操纵到特定值。经由可控制电流源620，功率通过电流的变化而被操纵。

因此，焊接装置允许从受控的电流输出模式切换至受控的功率输出模式。重要的是，控制制度的转换快并且切换时间在10ms内。这可以通过选择适当的电流源和PLC时钟周期而被获得。此外，受控电压感应模式是可能的，其中在焊接点上感应到的电压通过在焊接点上操纵电流而被控制到某水平。

在焊接装置的进一步改进的版本中，在受控的电流输出模式内从一个电流水平到另一电流水平所需的转换时间可以被控制在10与1000毫秒(ms)内。可替代地，在受控的功率输出模式内，从一个功率水平切换到另一水平所需的转换时间可以在10至1000ms之间被操纵。较少使用的是受控的电压感应模式，但可以达到相同的转换时间。从电流的一个水平转换到电流的另一水平或者从功率的一个水平转换到功率的另一水平可以沿着线性曲线随时间被编程。更优选的是转换跟着指数式衰减或增长曲线，因为这与装置的自然衰减曲线一致。

焊接后功率P_pw值(以瓦特)取决于钢帘线构造的类型并且更多地取决于纤丝的数目和直径。其必须在一系列预先试验中建立，但一旦知道，PLC可以针对每个钢帘线构造被编程至最优值。

在图2a中，呈现了根据本发明的实际电流轮廓100。该轮廓包括针对焊接时间间隔Δ该轮到焊接电流水平“I_w”的指数式增长曲线，紧接着是到焊接后电流水平“I_pw”的衰减。焊接后电流水平I_pw被保持预编程的时间间隔Δt_pw。从焊接电流水平到焊接后电流水平的转换由焊接装置的位置传感器616被触发。如果夹具足够接近于彼此，这是熔融的钢球已经形成的指示。与建立的实践相反，焊接后在焊接阶段之后立刻发生，并且焊接点并不允许被冷却。仅在焊接后阶段之后，焊接点被冷却到环境温度。随后，焊接点毛刺也通过锤击或用砂纸(如需要)摩擦而被移除。

在焊接后制度中，通过焊接点的电流水平降低到焊接后直流电水平I_pw。在3·τ的转换时间内该转换完成，其中“τ”是电流的指数式衰减常数，即衰减到1/e或到焊接与焊接后电流之间的差异的37％所需的时间。转换时间3·τ可以在10至1000ms之间被调节。

在利用该设置的实验期间，发明人发现了一些焊接点呈现发出暗红色而另一些焊接点并不发红，尽管供应的电流轮廓维持不变并且构造是完全相同的。发出暗红色的焊接点随后比不发红的焊接点显得更脆。发明人将其归结于在焊接间距与钢帘线之间的可变焊接电阻和可变接触电阻，但并不被该理论限制。

事实上，如在图4中所示，夹具410与钢帘线的纤丝402、402'、402″的接触区域取决于不同纤丝的位置。因为纤丝围绕彼此被加捻，在钢丝之间的内电接触点406(填充的椭圆)和从钢丝到夹具404的接触点(空的椭圆)在每一次用夹具夹紧帘线的状况之间不规律地发生。因此，在每一次用夹具夹紧帘线的状况之间夹具电阻R_L和R_R有所不同。接下来，还存在钢帘线的纤丝在焊接期间如何与彼此接触的变化，这导致焊接点电阻的变化，因为该接触以非可重复的方式发生。

其结果是，在夹具之间供应的功率也将如图2b中描绘地变化。供应的功率P＝I2·R被示出用于总电阻R＝R_L+R_w+R_R。电阻上减小到R的90％(良好的电接触)导致较低的曲线108，而电阻上增大到R的110％(不好的电接触)导致在完整的焊接循环上的供应功率的增大(112)。

为了进一步加重：它是在物理学中的经验法则，即良好的电接触也是不错的导热接触，且反之亦然。当高电阻存在时，向焊接点供应的并且转换为热量的增大功率还可以不从焊接点逸出。其结果是，焊接点比预期甚至加热得更多。

虽然因为目的是将钢带到其熔点温度以上并且优选地略高于熔点温度，在焊接时间间隔Δt_w期间这不是太大问题，这对在焊接后制度中焊接点的金相产生深远的影响。过高的接触电阻可因此提升在焊接后制度中的焊接点的温度高于300至700℃之间的理想温度范围。相反，过低的接触电阻可能会导致太低的温度。这两种情况将导致形成未回火的马氏体相或甚至不应在良好焊接点中发生的不受控的、混合阶段。

为了克服该不利情况，根据本发明的焊接装置被适配为一旦焊接点已被建立则切换到恒定功率模式。这在示出了电功率在夹具之间被消耗的图3a中被图示，并且在图3b中电流跟随它。在焊接期间，即在时间间隔Δt_w期间，PLC被编程在恒定电流模式。因此，在焊接期间消耗的功率将随夹具之间的总电阻而变化，如图3a的线302与304所示。线302对应于增大到1.1×R的电阻，而曲线304对应于电阻上减小到0.9×R。曲线300是由电阻R获得的功率迹线。通盘考虑：R是针对5×0.22的开放型帘线的大约25mΩ。图3b图示了在焊接后制度中电流可下降到不同水平以便于获得相同的功率输出。在此，曲线314对应于低水平电阻(0.9×R)，而曲线312对应于高水平电阻(1.1×R)。如在焊接阶段期间，电流被控制，三条曲线合并在那里。

由于在焊接后阶段期间在焊接夹具之间供应的功率在不同焊接点之间(即，在不同的夹紧事件之间)是相同的，温度被更好地控制。其结果是，金相被更好地控制并且在焊接后期间焊接点中形成有利的珠光体和/或贝氏体相。这在10个焊接点由5×0.22的帘线制成的测试期间并且所有的10个均通过该焊接测试而不发生问题也是清楚的。

这在图5a和图5b中进一步图示，其中示出了有利的焊接点的金相。该焊接点在5×0.22的帘线上获得，其中110A的焊接电流保持大约122ms(夹具行程确定的)。焊接后的功率被设置为13W。焊接后电流衰减时间(3·τ)或转换时间被设置到130ms，即在130ms之后功率稳定。焊接后时间间隔被设置到8000ms。

图5a示出了焊接点的整体。未回火的马氏体区域504、504'也存在，但它们小于300μm宽。在中间区域502中，珠光体和贝氏体的混合相存在，其占据总热量影响区域的53％。珠光体和贝氏体的混合相在图5b中被例示。

Claims (11)

1.一种在钢帘线的两个端部之间的焊接点，所述钢帘线包括拉拔的珠光体碳钢的多个纤丝，其中所述钢纤丝的面积上的减小百分比至少是86％，所述纤丝中的每个纤丝具有小于0.2mm²的横截面面积，其特征在于，所述焊接点的热影响区域的金相横截面包括以下数量的珠光体和贝氏体金相结构：由珠光体和贝氏体占据的面积分数大于总热影响区域面积的50％。

2.根据权利要求1所述的焊接点，其中所述焊接点的所述热影响区域的所述金相横截面进一步包括在从所述焊接点至所述纤丝的过渡处的未回火马氏体金相结构，在从所述焊接点至所述纤丝的过渡处的所述未回火马氏体金相结构比600μm更薄。

3.一种用于制作在钢帘线端部之间的焊接点的方法，所述钢帘线包括拉拔的、珠光体碳钢的多个纤丝，所述纤丝中的每个纤丝具有小于0.2mm²的横截面面积，所述方法包括以下步骤：

提供被切平的两个钢帘线端部；

安装所述钢帘线端部以在焊接装置的轴向可移动焊接夹具中被轴向对准；

当以焊接电流水平馈送直流电至所述夹具时，相对于彼此受控挤压所述钢帘线端部，由此形成熔融的钢球；

在达到规定的夹具行程处，将所述直流电降低到针对规定的焊接后时间间隔而被控制的受控焊接后直流电；

在关断所述焊接后直流电之后冷却获得的焊接点；

其特征在于

所述焊接后电流被控制以使得在所述夹具之间消耗的电功率在所述焊接后时间间隔期间被导向恒定功率水平。

4.根据权利要求3所述的方法，其中从所述焊接电流水平至所述受控焊接后电流的所述直流电的转变是没有中断的。

5.根据权利要求4所述的方法，其中从所述焊接电流水平至所述受控焊接后电流的所述直流电的所述转变被控制在10毫秒至1000毫秒之间的转变时间内。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中所述焊接后电流使得消耗的功率针对在5至50秒之间的时间段在5瓦特与100瓦特之间。

7.根据权利要求3所述的方法，进一步接续以下单独步骤：利用针对规定时间段被设置至规定功率水平的受控退火功率来退火所述焊接点。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述退火步骤之前或期间，所述焊接点并未从所述轴向可移动焊接夹具移除。

9.一种电阻对焊装置，包括：

沿着共同轴线相对地可移动到彼此的焊接夹具；

可编程控制器；

用于馈送电流至所述夹具的可控制直流电源，其中作为时间的函数的所述电流通过所述可编程控制器而被控制；以及

用于感应所述焊接夹具之间的电压的电压传感器，其中所述感应到的电压是到所述可编程控制器的输入，

其特征在于

在可编程时间间隔期间，发出的电流和感应到的电压的乘积，即功率输出，通过所述可编程控制器而被控制到设置水平。

10.根据权利要求9所述的电阻对焊装置，其中所述可编程控制器能够在特定的时间间隔上、在受控电流输出模式或受控电压感应模式或受控功率输出模式中的任意两者之间、在10毫秒内被切换。

11.根据权利要求9或10所述的电阻对焊装置，其中用来从电流、电压或功率水平中的任何一者切换至任何其他电流、电压或功率水平的转变时间可以被控制在10毫秒与1000毫秒之间。