CN107835726A - 用于获取焊接电极的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电极，所述电极的工作表面的金相组织包括非共格铬沉淀，大于90％的非共格铬沉淀具有小于1μm²的投影表面，非共格铬沉淀具有至少在10和50nm之间的尺寸。所公开的电极还具有在表面处理和化学刻蚀之后在电极工作表面的截面中可见的纤维结构，所述纤维结构包括厚度小于1mm的多个径向纤维和直径小于3mm的基本无纤维的中央区域，电极的导电率大于85％IUPAC。本发明也涉及用于在连续铸造过程中获取所述电极的方法以及所述电极在电阻点焊过程中的用途。

Description

用于获取焊接电极的方法

技术领域

本发明涉及焊接电极领域。

背景技术

本发明更具体地涉及铜电阻焊接电极。这种电极例如用于电阻点焊，以将板材组装到一起。

这些板材被焊接和组装后就应用到汽车工业领域中。

通过结合高电流强度和也称为"夹持力"的点压力而实施两个板材的焊接。

更具体地，在第一步骤中，增加待组装的所述两个板材之间的夹持力。而后，在第二阶段期间，且夹持所述两个板材后就引起电流在设置在所述板材的两侧上的两个电极之间传过。

电流在所述两个电极之间穿过引起在所述两个板材之间在涉及板材的区域的级别处温度增加达到熔点。

压力维持电极和板材组件之间的接触。为了焊接，一夹具以铜电极挤压组件，铜电极的材料是出色的导电和导热材料。这种选择允许减小加热区域，所述加热区域受限于在待焊接的两个板材之间的接触区域。

达到熔点后就维持压力且停止电流强度，以在将电极从已组装板材分离而后继续到下一焊接点之前冷却焊接点。

焊接参数因此取决于板材的电阻、板材和电极之间的界面电阻、组件的总厚度和电极的直径。这个过程通常用于组装小厚度的钢板(<6mm)。这种技术受益于非常重要的专业技能和良好的生产力。

概括而言，为了制造传统焊接电极，现有技术的文件教导施行旨在获取这样的产品结构的方法，所述产品结构尽可能均匀且包括具有最小可能尺寸的晶粒。

更特别地，根据以下方法获取具有小尺寸晶粒的金相组织的传统焊接电极：

1)在模型中熔融和铸造、而后固化以获取直径大致在150和350mm之间的条杆；

2)在980和1040℃之间的温度下旋转以获取20至30nm的直径，且在高于850℃的温度下淬火或旋转，接下来在980和1040℃之间的温度下热处理，而后淬火；

3)拉伸以获取直径大致在12和19mm之间的条杆；

4)时效处理或回火处理；

5)剪切条杆以获取件材，而后冲压以给电极提供其最终形状，或通过移除材料而从条杆开始加工以获取电极的最终形状。

以上方法的热加工的步骤2)允许获取这样的电极，所述电极具有极度精细且均匀的再结晶金相组织，即特征在于通常大约10μm的测微晶粒尺寸。

就例如晶粒的尺寸而言，从专利文件FR 2855438例如可知具有从铬、锆、铁、磷和银之中选定的其他金属的铜合金，这些元素以小于或等于1.5％的总重量比存在。这些合金可以允许增加电极的寿命。这篇文件教导将晶粒尺寸减小到小于10μm，以增加所获取的合金的屈服强度。

专利文件FR 2771038继而涉及用于制造铜基合金的电阻点焊电极的方法，其允许获取这样的结构，所述结构具有包括尺寸在0.1和0.4μm之间的铜晶粒的结构。

从文件EP 0256215也可知允许获取尺寸在30和100μm之间的晶粒结构的方法。

文件JP 58177429A涉及具有高强度也即可应用到点焊电极的铜合金，这篇文件也教导通过将钽添加到合金的成分而减小晶粒尺寸。

然而，连续焊接周期导致电极表面的磨损，且更具体地导致电极的与板材接触的工作面的磨损。

传统电极主要有两种磨损现象。

一方面，电极的表面层有可能侧向分离，因为其受到特别高的温度。这种磨损现象称为蠕变(creep)。

另一方面，板材和电极之间的接触产生在板材和电极之间的相互化学材料转移反应。附加地，这种腐蚀现象由于在待组装的板材的涂层级别处存在的锌而增加。实际上，板材涂层的锌扩散到电极表面的铜中，以形成β-相或黄层，来自板材的铁原子可能粘附到β-相或黄层。这种粘附引发在打开焊接夹具期间材料从电极表面撕裂，这将加快所述电极的表面退化。

由于这些蠕变和腐蚀现象，传统电极具有有限的操作持续时间。传统电极在其末端变宽，这即通过减小电流强度而修改参数，因此导致焊点的质量恶化。

因此，制造商必须寻找解决方案以延迟或补偿电极表面的退化。

在常规焊接条件下，制造商采取的一些措施是足够的，例如修改电极形状、表面研磨或电流的增量。

然而，在近期，制造商已经试图一方面增加在自动化金属装配线上的焊接顺序，且另一方面增加在高屈服强度板材上的夹持力。此外，也试图减小板材厚度，或也试图执行非对称或三倍厚度的焊接操作。

这些近期发展是电极上的更大热机械应力的原因。

现在，考虑到这些发展，对焊点质量保持理想控制是重要的。

发明内容

因此，本发明即涉及用于制造焊接电极的方法，所述焊接电极更好地抵抗磨损现象，且因此具有高于传统电极的焊接性能。

为此，本发明即涉及由铜、铬、锆的合金制成的且附加地包括磷和/或镁的焊接电极。

所述电极即可能借助于如下文描述的方法获取且包括重量比在0.4和0.8％之间的铬和重量比在0.02和0.09％之间的锆。

磷和/或镁的总重量比高于0.005％，镁的重量比小于0.1％且磷的重量比小于0.03％。

其余成分包括铜。

电极结构包括非共格铬沉淀(incoherent chromium precipitate)，大于90％的非共格铬沉淀具有小于1μm²的投影表面积，且所述非共格铬沉淀具有至少在10和50nm之间的维度。所述电极附加地具有在表面处理和化学刻蚀之后在所述电极的工作面的截面图中可见的纤维结构，一方面所述结构包括多个径向纤维，所述纤维的厚度小于1mm、优选小于0.5mm，且另一方面所述结构包括基本无纤维的中央区域，所述中央区域的直径小于5mm、优选小于3mm，且所述电极的导电率高于85％IACS(国际软铜标准)。

本发明附加地涉及用于从合金制造连续铸造式焊接电极的方法，所述合金至少包括铜、重量比在0.4和0.8％之间的铬、重量比在0.02和0.09％之间的锆，所述合金也包括总重量比高于0.005％的磷和/或镁，镁的重量比小于0.1％且磷的重量比小于0.03％，其余成分是铜，所述方法包括至少以下步骤：

a)在高于1200℃、优选在1200℃和1300℃之间的温度下熔融合金的各个组分，即至少铜、铬、锆和磷和/或镁；

b)通过具有直径d的柱形模具连续铸造，所述柱形模具允许获取直径与模具的直径d接近的条杆，所述条杆以将铸造用炉中的金属液体维持在1100和1300℃之间、优选在1150和1250℃之间的温度制成；

c)固化所述条杆且冷却到低于100℃的温度，冷却速率自1060℃(固化结束)起至少等于10℃/s，自1040℃起至少等于15℃/s，自1030℃起至少等于20℃/s，自1000℃起至少等于25℃/s，自900℃起至少等于30℃/s且对于低于900℃的温度至少等于20℃/s。

换言之，冷却速率在条杆的温度高于1060℃时至少等于10℃/s，直到条杆的温度达到这个温度，而后当温度在1060和1040℃之间时至少等于15℃/s，而后当温度在1040和1030℃之间时至少等于20℃/s，而后当温度在1030和1000℃之间时至少等于25℃/s，而后在1000和900℃之间至少等于30℃/s。

而后，对于低于900℃的条杆温度，冷却速率可以至少等于20℃/s，直到条杆冷却到不大于100℃的温度。

d)冷变形以获取直径小于20mm的条杆；

e)时效处理或回火处理；

f)剪切所述条杆以获取件材，而后冲压或通过移除材料加工以给所述电极提供其最终形状，

其中，所述电极的工作面的金相组织包括非共格铬沉淀，大于90％的铬沉淀具有小于1μm²的投影表面积，所述非共格铬沉淀具有在至少10和50nm之间的维度，所述电极附加地具有在表面处理和化学刻蚀之后在所述电极的工作面的截面图中可见的纤维结构，一方面所述结构包括多个径向纤维，所述纤维具有小于1mm的厚度，且另一方面所述结构包括基本无纤维的中央区域，所述中央区域具有小于3mm的直径，且所述电极的导电率高于85％IACS(国际软铜标准)。

根据所述方法的其他可选特征：

-在将铸造用炉中的液体金属温度维持在1150和1250℃之间时执行铸造步骤b)；

-步骤c)中的条杆的冷却以对于低于900℃的温度至少等于30℃/s的冷却速率实施；换言之，对于低于900℃、也即在900和700℃之间的条杆温度，冷却速率优选至少等于30℃/s，直到条杆冷却到不大于100℃的温度。

-步骤e)的时效处理在450和550℃之间的温度下执行1和2h之间的时间周期，或在550℃的温度下执行10和30min之间的时间周期，或在500℃的温度下执行30min和2h之间的时间周期，或在450℃的温度下执行2和6h之间的时间周期，或在400℃的温度下执行大于20h的时间周期；

-模具的所述直径d在20和70mm之间，优选在20和40mm之间；

-在冷变形步骤d)期间，实施小于0.5mm厚的外部加工操作，以移除在固化步骤c)期间产生的表面缺陷。

最后，本发明也涉及电极在电阻点焊方法中的用途，用于焊接涂覆有锌或包括锌的合金的至少两个钢板，所述涂层具有小于10μm的厚度且所述板材具有小于或等于1.5mm的厚度。

由本发明产生的主要优点包括明显提高即用于电阻点焊的电极的性能和寿命。

更特别地，借助于所述电极，即通过增加在焊点的级别处对腐蚀的防护而显著提高焊点的质量。制造商也可以考虑增加在自动化线上的焊接速率以及在高屈服强度板材上的夹持力。焊接板材能够具有较小的厚度，且所述电极也允许执行非对称焊接(多于两个板材、最后具有不同厚度或所述两个板材的钢不同)。附加地，直接焊接即就耗材、劳动、和能量而言成本降低。

通过下文对经由示意性且非限制性的示例性实施方式的详细描述，本发明的另外的特征和优点将变得清楚。

附图说明

参考附图有助于理解本说明书。

在附图中：

-图1是优选冷却速率(在纵坐标上以摄氏度每秒表示)依据温度(在横坐标上以摄氏度表示)的图示。虚线式曲线代表传统应用于具有现有技术的通常特性的材料(Path1_C42)的速度(细虚线)和现有技术的临界淬火速度(粗虚线)。其他曲线代表在根据本发明的方法中应用且允许获取根据本发明的电极的冷却速率的演变(Path1C19；Path1C56；Path1C66_SC1和Path1C66_SC2)。

-图2A代表在化学刻蚀之后，以光学显微镜截取的通过施行根据本发明的方法在冲压步骤之后获取的电极结构的纵截面图，而图2B代表这种电极的截面图。

-图3示出从根据现有技术的方法开始获取的电极的纵截面图；

-图4A至4D代表通过施行根据本发明的方法获取的电极的材料所需的纹理；

-图5是示出与现有技术的两个电极(C1(B)-C1(H)和C2(B)-C2(H))相比较地用于根据本发明的电极(I(B)-I(H))的可焊性场域的图表，图表的曲线代表依据时间(ms)的强度(A)；在这个图表中能够看出本发明的电极的可焊性场域以较高的电强度实施。

具体实施方式

本发明即涉及用于由合金制造电阻焊接电极的方法，合金的成分包含铜、铬、锆、以及磷和/或镁。

用于制造所述电极的方法是连续铸造方法且包括至少以下步骤：

(a)合金的各个组分在高于1200℃、优选在1200℃和1300℃之间的温度下熔融；

(b)连续铸造通过柱形模具或柱形模型执行，柱形模具或柱形模型具有允许获取条杆的直径d；

这种铸造能够在1100和1300℃之间、优选1150和1250℃之间的、用于在铸造用炉中将金属保持为液体的温度下实施。

(c)所述条杆优选以限定的冷却速率固化且冷却到低于100℃的温度，冷却速率至少等于10℃/s，直到达到1060℃的条杆温度，而后在1060和1040℃之间至少等于15℃/s，而后在1040和1030°之间至少等于20℃/s，而后在1030和1000℃之间至少等于25℃/s，而后在1000和900℃之间至少是30℃/s，而后对于低于900℃的温度至少是20℃/s，直到条杆冷却到不高于100℃的温度。

冷却速率因此至少是20℃/s，直到达到至少100℃的条杆温度。

优选地，冷却速率对于低于900℃的温度至少是30℃/s，直到条杆冷却到不高于100℃的温度。

有利地，步骤c)的所述条杆的冷却以对于低于700℃的温度一直至少等于30℃/s的冷却速率执行。

这种固化和冷却步骤不包括特殊热处理，由此从在1060℃下固化的结束起可以发生放置在溶体中。

(d)执行所述条杆的冷变形，以获取直径小于20mm、优选在12和19mm之间的条杆；可选择地，可以实施优选小于0.5mm厚的外部加工操作，以便移除由在先步骤最终生成的表面缺陷；

(e)执行时效处理或回火处理，在此期间加热条杆，且最后

(f)执行所述条杆的剪切以获取件材，而后冲压或通过移除材料加工，以给所述电极提供其最终形状。

时效处理是能够以不同的方式执行的热处理。

实际上，时效处理能够在450和500℃之间的温度下执行1至2小时的时间周期、或在550℃下执行10至30分钟、或在500℃下执行30分钟至2小时、或在450℃下执行2h至6h、或在400℃下执行大于20h。

尤其有利地，在根据本发明的方法的步骤b)中，柱形连续铸造模具的直径d小于70mm。

优选地，所述直径d在20和70mm之间，且还更优选地这个直径在20和40mm之间。

此外，在所述方法的步骤c)期间施加且允许条杆固化而后固体冷却的冷却速率是尤其重要的，导致快速固化和极度强有力的外围冷却。

优选地，冷却速率也依据所述条杆的温度变化。

更特别地，所述冷却速率有利地在条杆具有高于1060℃的温度时至少等于10℃/s，而后当温度在1060和1040℃之间时至少等于15℃/s，而后当温度在1040和1030℃之间时至少等于20℃/s，而后当温度在1030和1000℃之间时至少等于25℃/s，而后在900和1000℃之间至少等于30℃/s。对于低于900℃的条杆温度，冷却优选以至少20℃/s的速度执行。

冷却速率也可以对于低于900℃的温度至少等于30℃/s。

本方法的优选冷却速率在图1的图表中与由虚线曲线代表的现有技术的冷却速率相比较地示出。冷却速率依据条杆的温度以℃/s表示，条杆的温度继而以℃表示。

优选地，不像在传统方法中，在根据本发明的方法中，冷却不施加到固体而是液体，且从固相线开始，即在大约1070℃的温度下。具体地，已经识别出1060和900℃之间的温度范围以通过上文在方法的限定中提及的最小冷却速率对放置在溶体中进行改进。

低于900℃放置在溶体中是不可能的，将确保温度低于900℃以继续以最小20℃/s冷却，从而不产生不受控的老化。

更特别地，非常快速的固化且冷却到铬原子扩散受限的温度允许共格和非共格铬沉淀的均匀分布。

这些冷却条件附加地施加到具有在20和70mm之间、优选在20和40mm之间的减小直径的柱形模型，这致使获取具有径向定向的柱状固化纹理的条杆。这种纹理通过制造所述条杆的横向截面且在所述条杆的整个体积上可见。相反地，不能在通过施行传统方法获取的具有大截面的铸造条杆上实现这种均匀性，且所述铸造条杆的纹理将更多变。

具有柱形形状的模具或模型优选被护套环绕，油或制冷气体、或水也在护套中循环，以便允许固化和冷却。

根据本发明的方法的另一优点在于其允许避免由于传统方法中的再加热且同时变形而动态热性再结晶。因此，从施行根据本发明的方法产生的期望的沉淀和纹理被保存。

在用于制造本发明的焊接电极的基础合金内优选可以发现重量含量小于1％、且还更优选地在0.4和0.8％之间的铬。

借助于根据本发明的方法，非共格铬沉淀、即与基底没有结晶关系的颗粒的可溶性过于受限且将以与从上文已经描述的传统方法产生的铬沉淀不同的方式存在。

实际上，在根据本发明的方法中，在大约1070℃的温度下完成的、从合金固化起应用的淬火处理允许铬在铜中的最大化可溶性且维持共晶铜铬处于晶粒边界。

比例在0.4和0.8％之间的铬是尤其最优的。实际上，低于0.4％的比例将不允许生产理想铬沉淀，且高于0.8％的比例将可能产生过大尺寸的铬沉淀，在冷却处理步骤d)期间出现解聚。

通过施行根据本发明的方法获取的非常精细的柱状固化纹理尤其有利地允许将铬成分的非均匀性(固溶体中的铬、共晶铬和铬金属)均匀地分布在由所述方法获取的焊接电极的整个体积中。

这些铬沉淀是电极的焊接性能改进的起源，一方面增加电极对热蠕变的抵抗，且另一方面延迟或阻止造成所述电极的工作面化学腐蚀的铁和锌的扩散。

根据本发明的方法、也即优选从固相线起应用冷却同样促进共格铬沉淀的均匀分布，即沉淀具有与基底的晶体结构的连续性。

通过施行根据本发明的方法，所获取的电极由于存在铜沉淀或晶粒而也具有纤维结构，铜沉淀或晶粒继而具有非常像纤维的形状。

纤维结构即是在示出在冲压之后电极的纵截面图的图2A中可见的，以及在示出所述电极的横截面图的图2B中可见的。

根据图2A的纵截面图，看出纤维形式是左右对称的，纤维从工作面开始、且位于电极的内部冷却面附近以及定向为朝向电极的裙缘变紧。

根据图2B的截面图，纤维类似于轮子的辐条，与电极的没有与众不同的纤维的中央区域对应的轮毂具有小于5mm、优选小于3mm的直径。精细径向纤维继而具有有利地小于1mm、且还更优选小于0.5mm的厚度。

通过施行根据本发明的方法获取的电极的非常特征化的这种纤维纹理是在所述方法的步骤c)之后获取的金相组织的直接结果，且与通过施行现有技术的传统方法获取的电极的精细且均匀的结构非常不同，这种结构在图3中示出。

由本方法获取的电极的纤维形式即由于存在具有较长长度的针状铜晶粒而允许改进对热机械应力场的抵抗，热机械应力场包括在焊接期间所述电极的工作面的变形场和温度场。

更具体地，根据本发明的电极的纤维形式促进在板材焊接期间从温度最高的电极的中央区域向冷却区域径向和纵向排散卡路里，冷却区域即电极的内部面和周边。因此，本发明的电极即对蠕变现象更抵抗。

上文已经描述获取根据本发明的所述电极的基础合金的成分。这个合金包括铜和铬，合金中存在的铬组分的重量比有利地在0.4和0.8％之间。

除了这两种成分之外，根据本发明的合金也包括重量比优选在0.02和0.09％之间的锆。这种比例有利地允许避免生成将可能促进材料的冷裂的沉淀。

基础合金也有利地包括镁和/或磷，这两种元素的结合的重量比优选高于0.005％。

比铬更脱氧且不如锆脱氧的这些元素有助于在考虑大量生产时良好地控制剩余锆含量。

镁可以最终替代锆或减小锆在合金中的比例，同时重量比维持小于0.1％。实际上，较高的镁含量可能导致铜的导电率降低。同样，磷的重量比优选小于0.03％。

本发明也涉及可能由下文描述的方法获取的电极。

如上文已经描述的，根据本发明的所述电极具有与传统电极不同的原始微观特性。

在焊接之前和之后透射显微镜分析根据本发明的电极材料的结构允许展示传统电极相对于微观结构的不同，也即在晶粒的形态上以及在铬沉淀的维度和分布上的不同。

具体地，在微观尺度下观察到根据本发明的电极材料包括大于90％的非共格铬沉淀，非共格铬沉淀具有小于1μm²的投影表面积。

此外，在纳米尺度下，除了维度是大约2至5nm的共格铬沉淀之外，还观察到维度在10和50nm之间、且更特别地在10和20nm之间的一群非共格铬沉淀。

这些非共格铬沉淀是根据本发明的电极的特征且在传统电极的材料级别下是不可见的。

所执行的分析也展示出在借助于本发明的电极焊接板材的步骤期间这些非共格铬沉淀的维度演变。

实际上，在焊接期间，当靠近电极的工作面时观察到沉淀的聚结，且更具体地β-层中的30至50nm和γ-层中的100至150nm的纳米尺度的非共格沉淀。

通常，化学反应层的β-层最远离电极表面。β-层是在40％锌的情况下锌扩散在铜中的黄层。化学反应层在表面处包括通常25％铁的富铁层，在高于850℃的温度下板材粘附到电极表面期间形成富铁层。最后，在β-层和富铁层之间是具有55％锌的γ-层。

对本发明的电极执行的其他分析已经示出存在于γ-层中的非共格铬沉淀变得更富含铁，且因此允许阻止铁的扩散。

最后，也对由本发明的方法获取的电极实施热机械特性测试。这些测试的结果示出相对于传统电极的蠕变温度，本电极的蠕变温度增加了100℃。

更特别地，在温度大约700℃的焊接操作期间，传统电极的工作面的蠕变变得敏感。实际上，随着电极表面的软化，存在表面蠕变和γ-层破裂，这促进铁在γ-层中、而后在β-层中的扩散，形式为FeZn沉淀。β-层变得敏感且加热达到高于850℃，从而导致γ-层的消失。因此，传统电极的材料将随着实施焊点而开始撕裂，从而导致焊点的快速退化。

相反地，对于根据本发明的电极，这种蠕变温度大约是800℃，这允许延迟γ-层的机械应力，因此促进在所述电极的工作面的级别处保护所述γ-层的维持。

因此，由施行本方法获取的电极具有增加寿命和改进的焊接性能。

后文详细说明施行用于获取具有改进特征和性能的电极的本方法的优选示例。然而，这种示例不被认为是限制本发明。

示例1：用于获取改进焊接电极的方法

在第一步骤中实施基础合金的成分的熔融，其中铜和铬的比例在0.4和0.8％之间。

为了维持良好的铜导电率，使用电解铜等级，即电解精炼铜。

合金也可以包括已经在以上说明中限定比例的添加元素(锆，镁，磷)。

而后，连续铸造步骤通过直径d等于28mm的柱形模型以0.3和1m/min之间的提取速度执行。

在模型的出口处的冷却条件如下：

-在模具的出口处的冷却速率在1060℃下是10℃/s，在1040℃下是15℃/s，在1030℃下是20℃/s，在1000℃下是25℃/s，在960℃下是30℃/s且对于低于900℃的温度至少是20℃/s。

简而言之，冷却速率相对于温度遵守对于温度>900℃的反向增加的曲线，以使得这种速度在1060℃下达到至少10℃/s，在1040℃下达到至少15℃/s，在1030℃下达到20℃/s，在1000℃下达到25℃/s，在960℃下达到30℃/s且在900℃下达到30℃/s，对于低于900℃的温度优选地高于20℃/s。

-在模型的外壁上流动且排撒卡路里以固化和冷却电极材料的冷却速率在20和60L/min之间。

条杆纹理而后受控，且这种控制通过以下测量值发生：

-在附图4A中示出的热梯度，热梯度的纵向分量尽可能低，通常小于20°；

-在图4B中可见的柱状晶粒的尺寸，且尤其是优选平均小于1mm且至多等于5mm的宽度；

-在图4C中示出的条杆的固化轴线的波动，所述波动必须有利地小于5mm；

-在图4D中可见的条杆的中央区域的细度，所述细度不包括纤维形式，有利地小于3mm。

也施行本发明的方法的以下步骤，且具体地，冷变形步骤d)和e)允许促进非共格铬沉淀的剪切及其球化，即非共格铬沉淀的球形成形。

从固化产生的非共格铬沉淀的初始细度和冷变形的重要性将允许限定在最终状态下的沉淀的密度和维度，且获取10至50nm的一群非共格沉淀。

在方法结束处，电极的导电率及其硬度在第一焊接操作之前受控。

通常，由亚铜合金制成的电极的导电率被设定为IACS百分比、或IACS％国际软铜标准，100％IACS是对于58.108MS/m的导电率(成比例的)和172.41μΩ/cm的电阻率(不成比例的)。

有利地，为了在焊接中具有期望表现，本发明的电极的导电率必须高于85％IACS，换言之高于48.8MS/m，且维氏硬度必须高于160HV。

本发明也涉及将本发明的电极施行用于焊接至少两个钢板的电阻点焊方法，所述至少两个钢板涂覆有锌或包括锌的合金，所述板材具有小于或等于1.5mm的厚度。

作为焊接参数，所述电极即允许使焊点质量提高、以及使焊接速率和在板材上的夹持力增加。附加地，通过以所述电极施行焊接方法，在焊点处减小腐蚀。

也可以焊接具有减小厚度或不同厚度的板材、多于两个板材、或不同钢的板材，利用现有技术的电极这样做是困难的。

其他焊接参数也实现上文提及的目的，即频率、强度、周期数量、夹持力、夹具和锻造周期、通过水循环(压力、流率、温度)冷却、研磨、钢的成分和厚度、板材的润滑、涂层的成分和厚度。

特别地，在板材与彼此焊接期间，受压的第一区域是工作面的中央。这是由于工作面的曲线形状造成的。现在，在根据本发明的电极的中央中是无纤维区域，无纤维区域由于其构造而效率更低。

如已经提及的，即当期望获取大约6mm的焊点的初始直径时，这种区域优选具有优选小于3mm的直径。

有利地，为了在利用本发明的电极时改进焊接性能，与利用传统电极的焊接方法相比，焊接开始强度增加且增量减少。

以下两个示例允许将本发明的电极的焊接性能和可焊性场域与传统电极相比较。

示例2：板材焊接过程-传统电极和根据本发明的电极之间的比较

我们利用传统电极以50Hz的频率和10个焊接周期焊接涂覆有10μm的XSG0.7mm板材，传统电极在400个点上从9200A至10800A逐步增加(条件1)。

我们利用根据本发明的电极在以下条件下测量焊点：

2.将焊接电流维持在9200A：在500个焊点之后焊点的直径在2.9和5.6mm之间变化；

3.在400个点上从9200A至10000A逐步增加：焊点的直径在4.8和5.6mm之间变化；

4.在400个点上从9200A至9600A逐步增加：焊点的直径在5.7和6.2mm之间变化。

因此，在条件3下，与传统电极相比较，当利用本发明的电极时可以加倍焊点数量。

在条件1下，本发明的电极的焊接性能与传统电极的相同。

示例3：板材焊接方法-利用根据本发明的电极增加焊接电流

由于本发明的电极不同电特性，也即在板材和电极之间的界面处电极的更好的导电率和更低的电阻，本发明的电极的可焊性场域以较高的焊接电流发生。

图5的图表代表与现有技术的两个电极相比较而言根据本发明的电极的可焊性场域。

因此，对于1000Hz的频率，根据本发明的电极以9200A的焊接电流允许2400个焊点。

比较而言，下文称为"C1"CuZr的传统电极之一以8600A的电流仅允许600个焊点。

此外，称为"C2"CuCrZr的另一传统电极以7900A的电流允许焊接1400个点。

应该注意到，对于根据本发明的电极(I(B)和I(H))，可焊性场域依据焊接时间(周期数)明显更宽，这通过更好的限制电流强度下降的抗蠕变性说明。这个更宽的场域证实利用根据本发明的电极可以减小用于相同数量的焊点的电流增量。

Claims (8)

1.一种焊接电极，其由铜、铬、锆的合金制成且附加地包括磷和/或镁，其中，铬的重量比在0.4和0.8％之间，锆的重量比在0.02和0.09％之间，磷和/或镁的总重量比高于0.005％，镁的重量比低于0.1％且磷的重量比低于0.03％，其余成分是铜，所述电极的结构包括非共格铬沉淀，大于90％的非共格铬沉淀具有小于1μm²的投影表面积，所述非共格铬沉淀具有至少在10和50nm之间的维度，所述电极附加地具有在表面处理和化学刻蚀之后在所述电极的工作面的截面图中可见的纤维结构，一方面所述结构包括多个径向纤维，所述纤维具有小于1mm、优选小于0.5mm的厚度，且另一方面所述结构包括基本无纤维的中央区域，所述中央区域具有小于5mm、优选小于3mm的直径，且所述电极的导电率高于85％IACS(国际软铜标准)。

2.一种用于制造根据前述权利要求所述的焊接电极的方法，所述方法通过从合金开始连续铸造，所述合金包括重量比在0.4和0.8％之间的铬、重量比在0.02和0.09％之间的锆，所述合金附加地包括总重量比高于0.005％的磷和/或镁，镁的重量比小于0.1％且磷的重量比小于0.03％，其余成分是铜，所述方法包括至少以下步骤：

a)在高于1200℃、优选在1200℃和1300℃之间的温度下熔融合金的各个组分，即铜、铬、锆和磷和/或镁；

b)通过具有直径d的柱形模具连续铸造，这允许在将铸造用炉中的金属液体维持在1100和1300℃之间的温度的情况下获取直径与模具的直径d接近的条杆；

c)固化所述条杆且冷却到低于100℃的温度，冷却速率至少等于10℃/s，直到达到1060℃的条杆温度，而后在1060和1040℃之间至少等于15℃/s，而后在1040和1030℃之间至少等于20℃/s，而后在1030和1000℃之间至少等于25℃/s，而后在1000和900℃之间至少等于30℃/s，而后对于低于900℃的温度至少等于20℃/s，直到条杆冷却到不大于100℃的温度；

d)冷变形以获取直径小于20mm的条杆；

e)时效处理或回火处理；

f)剪切所述条杆以获取件材，而后冲压或通过移除材料加工以给所述电极提供所述电极的最终形状，

其中，所述电极的工作面的金相组织包括非共格铬沉淀，大于90％的非共格铬沉淀具有小于1μm²的投影表面积，所述非共格铬沉淀具有至少在10和50nm之间的维度，所述电极附加地具有在表面处理和化学刻蚀之后在所述电极的工作面的截面图中可见的纤维结构，一方面所述结构包括多个径向纤维，所述纤维具有小于1mm的厚度，且另一方面所述结构包括基本无纤维的中央区域，所述中央区域具有小于3mm的直径，且所述电极的导电率高于85％IACS(国际软铜标准)。

3.根据前述权利要求所述的用于制造焊接电极的方法，其中，步骤b)的连续铸造在将铸造用炉中的液体金属的温度维持在1150和1250℃之间的情况下执行。

4.根据权利要求2或3任一所述的用于制造焊接电极的方法，其中，步骤c)的所述条杆的冷却以对于低于900℃的温度是至少30℃/s的冷却速率执行，直到条杆冷却到不大于100℃的温度。

5.根据权利要求2至4任一所述的用于制造焊接电极的方法，其中，步骤e)的时效处理在450和500℃之间的温度下执行1至2小时的时间周期，或在550℃的温度下执行10至30分钟，或在500℃的温度下执行30分钟至2小时，或在450℃的温度下执行2小时至6小时，或在400℃的温度下执行大于20小时。

6.根据权利要求2至5任一所述的用于制造焊接电极的方法，其中，模具的所述直径d在20和70mm之间，优选在20和40mm之间。

7.根据权利要求2至6任一所述的用于制造焊接电极的方法，其中，，在冷变形步骤d)期间，实施小于0.5mm厚的外部加工操作以消除在固化步骤c)期间产生的表面缺陷。

8.一种根据权利要求1所述的电极在电阻点焊至少两个钢板的方法中的用途，所述至少两个钢板涂覆有锌涂层或包括锌的合金涂层，所述涂层具有小于10μm的厚度且所述板材具有小于或等于1.5mm的厚度。