CN109746560A - 电极焊接面设计 - Google Patents

Abstract

公开了一种焊接电极和使用该焊接电极进行电阻点焊的方法。焊接电极包括主体和焊接面。焊接面包括中心圆顶部分和凸肩部分，该凸肩部分包围中心圆顶部分并从焊接面的外圆周向上和径向向内延伸到中心圆顶部分。中心圆顶部分具有一系列径向间隔的环状脊，其从基座圆顶面表面向外突出。中心圆顶部分上的一系列径向间隔的环状脊包括最内部的环状脊和最外部的环状脊。中心圆顶部分上的最外部的环状脊具有径向内侧表面和径向外侧表面。径向外侧表面在基座圆顶面表面下方向下延伸到焊接面的凸肩部分。

Description

电极焊接面设计

引言

电阻点焊依赖于电流通过重叠金属工件的瞬时通过，以在焊接位置加热和连接工件。为了进行这样的焊接过程，两个相对的焊接电极被夹紧在重叠工件的相对侧上的对齐点处，并且电流从一个电极穿过金属工件到达另一个电极。对该电流的流动的电阻在金属工件内和它们的接合界面处产生热量。电阻产生的热量迅速产生并且足够集中以足以熔化一个或多个重叠的金属工件。最后，经冷却后，金属工件的熔化部分凝固以将工件连接在一起。在实践中，可以采用电阻点焊将类似组成的金属工件熔焊在一起，金属工件包括两个或更多个钢工件并且尤其包括两个或更多个铝或铝合金工件，并且它还可以主要通过钎焊接头将不同的金属工件(例如，钢工件)结合到铝或铝合金工件。

许多工业依赖于电阻点焊以在制造更大的组件期间将两个或更多个金属工件连接在一起。例如，汽车工业经常使用电阻点焊来在制造用于车辆白车身(BIW)的结构框架构件(例如，车身侧面和横向构件)以及安装至BIW的车辆闭合构件(例如车门、发动机罩、行李箱盖和升降门)以及其他构件期间将金属工件连接在一起。在这些和其他部件的编程焊接序列期间，可能遇到各种工件堆叠，其中包括：两个或更多个钢工件的堆叠、两个或更多个铝合金工件的堆叠，以及在取决于车辆的设计的情况下包括钢工件和相邻的铝合金工件的堆叠。除汽车工业之外的其他工业也可能希望在制造环境中对一种或多种类型的工件堆叠进行电阻点焊。这些其他行业可能包括航空航天、航海、铁路、建筑施工和工业设备行业，仅举几例。

通过特定工件堆叠以实现金属工件的连接的电流不会不加区别地传递。考虑到堆叠中包含的金属工件的成分和相关特性(例如，熔点、导电率和导热率等)、工件的厚度、任何工件表面涂层的影响，以及在工件之间存在应用的诸如密封剂或结合剂的有机物，必须调整电流的通过以在焊接位置处产生适量的热量，同时寻求最小化焊接电极的热损伤和其他毁坏(例如，污染)。为此，根据为金属工件的特定组合开发的独特焊接程序，电流通常通过工件堆叠。适用的焊接程序通常与一个或两个焊接电极的特定结构一起实施。因此，焊接电极的设计，并且特别是电极的焊接面的几何形状可以基本上有助于金属工件的某些组合的成功连接。

发明内容

根据本发明的一个实施例的焊接电极包括主体和焊接面。主体有前端和相对的后端。焊接面支撑在主体的前端上，并包括中心圆顶部分和凸肩部分，凸肩部分包围中心圆顶部分并从焊接面的外圆周向上和径向向内延伸到中心圆顶部分。中心圆顶部分具有基座圆顶面表面和一系列径向间隔的环状脊。中心圆顶部分上的一系列径向间隔的环状脊中的每一个从基座圆顶面表面向外突出并包围焊接面的中心轴线。中心圆顶部分上的一系列径向间隔的环状脊包括最靠近焊接面的中心轴线的最内部的环状脊和最远离焊接面的中心轴线的最外部的环状脊，使得中心圆顶部分上的所述系列径向间隔的环状脊的平面直径从最内部的环状脊到最外部的环状脊增加。此外，中心圆顶部分上的最外部的环状脊具有径向内侧表面和径向外侧表面。中心圆顶部分上的最外部的环状脊的径向外侧表面在基座圆顶面表面下方向下延伸到焊接面的凸肩部分。

上述实施例的焊接电极可以包括附加的结构或进一步限定。例如，焊接面的中心圆顶部分可以具有3mm至12mm的平面直径，并且基座圆顶面表面可以是球形圆顶并且具有10mm至100mm的曲率半径。在又一个示例中，中心圆顶部分上的一系列径向间隔的环状脊中的每一个可以从基座圆顶面表面向外突出范围为20μm到500μm的脊高度。在又一个示例中，中心圆顶部分上的一系列径向间隔的环状脊可包括两到五个环状脊。并且在又一个示例中，焊接面的凸肩部分具有基座凸肩表面和一个或多个环状表面特征件。一个或多个环状表面特征件中的每一个分别向内伸入到基座凸肩表面中或从基座凸肩表面向外突出，并包围焊接面的中心圆顶部分。

另外，前述实施例的焊接电极的凸肩部分可包括基座凸肩表面，该基座凸肩表面凹陷在中心圆顶部分的基座圆顶面表面下方。凸肩部分的基座凸肩表面可以例如在中心部分的基座圆顶面表面下方凹陷0.05mm至1.0mm的距离。在一种实施方式中，基座凸肩表面可以没有突出的环状脊和伸入的环状槽，并且从焊接面的外圆周延伸到中心圆顶部分的最外部的环状脊的径向外侧表面。该实施方式中的基座凸肩表面可以是球面圆形并且具有10mm至100mm的曲率半径。

在另一种实施方式中，前述实施例的焊接电极的凸肩部分可包括一系列径向间隔的环状脊，环状脊定位在位于焊接面的外圆周附近的基座凸肩表面的径向外侧部分和与中心圆顶部分的最外部的环状脊的径向外侧表面相邻并邻接的基座凸肩表面的径向内侧部分之间。凸肩部分上的一系列径向间隔的环状脊中的每一个从基座凸肩表面向外突出并包围中心圆顶部分。凸肩部分上的一系列径向间隔的环状脊可包括最靠近中心圆顶部分的最内部的环状脊和最远离中心圆顶部分的最外部的环状脊。此外，凸肩部分上的一系列径向间隔的环状脊可以通过基座凸肩表面的介入部分分开，并且一系列径向间隔的环状脊的平面直径可以在凸肩部分上从最内部的环状脊到最外部的环状脊增加。而且，在该实施方式中，凸肩部分上的一系列径向间隔的环状脊中的每一个可以从基座凸肩表面向外突出范围为20μm到500μm的脊高度。凸肩部分上的一系列径向间隔的环状脊可包括两个和六个环状脊。

在另一种实施方式中，前述实施例的焊接电极的凸肩部分可包括一系列径向间隔的环状槽。凸肩部分上的一系列径向间隔的环状槽中的每一个向内伸入到基座凸肩表面中并包围中心圆顶部分。凸肩部分上的一系列径向间隔的环状槽可包括最靠近中心圆顶部分的最内部的环状槽和最远离中心圆顶部分的最外部的环状槽。最内部的环状槽与中心圆顶部分相邻并且部分地由中心圆顶部分的最外部的环状脊的径向外侧表面限定，并且最外部的环状槽可以与基座凸肩表面的径向外侧部分相邻，基座凸肩表面的径向外侧部分从焊接面的外圆周径向向内延伸到凸肩部分上的最外部的环状槽。此外，凸肩部分上的一系列径向间隔的环状槽可以通过基座凸肩表面的介入部分分开，并且一系列径向间隔的环状脊的平面直径可以从最内部的环状槽增加到凸肩部分上的最外部的环状槽。而且，在该实施方式中，凸肩部分上的一系列径向间隔的环状槽中的每一个可以向内伸入到基座凸肩表面至槽深度，该深度范围为20μm至500μm。凸肩部分上的一系列径向间隔的环状槽可包括两个和六个环状槽。

在另一种实施方式中，前述实施例的焊接电极的凸肩部分可包括基座凸肩表面，该基座凸肩表面未在中心圆顶部分的基座圆顶面表面下方凹陷，并且还可包括一系列径向间隔的环状槽。凸肩部分上的一系列径向间隔的环状槽中的每一个向内伸入到基座凸肩表面中并包围中心圆顶部分。凸肩部分上的一系列径向间隔的环状槽可包括最靠近中心圆顶部分的最内部的环状槽和最远离中心圆顶部分的最外部的环状槽。最内部的环状槽可以与中心圆顶部分相邻并且部分地由中心圆顶部分的最外部的环状脊的径向外侧表面限定，并且最外部的环状槽可以与基座凸肩表面的径向外侧部分相邻，基座凸肩表面的径向外侧部分从焊接面的外圆周径向向内延伸到凸肩部分上的最外部的环状槽。此外，凸肩部分上的一系列径向间隔的环状槽可以通过基座凸肩表面的介入部分分开，并且一系列径向间隔的环状脊的平面直径可以在凸肩部分上从最内部的环状槽增加到最外部的环状槽。而且，在该实施方式中，凸肩部分上的一系列径向间隔的环状槽中的每一个可以向内伸入到基座凸肩表面至槽深度，该深度范围为20μm至500μm。凸肩部分上的一系列径向间隔的环状槽可包括两个和六个环状槽。

根据本发明另一实施例的焊接电极包括主体和焊接面。主体有前端和相对的后端。焊接面支撑在主体的前端上，并包括中心圆顶部分和凸肩部分，凸肩部分包围中心圆顶部分并从焊接面的外圆周向上和径向向内延伸到中心圆顶部分。关于中心圆顶部分，它具有基座圆顶面表面和一系列径向间隔的环状脊。中心圆顶部分上的一系列径向间隔的环状脊中的每一个从基座圆顶面表面向外突出并包围焊接面的中心轴线。中心圆顶部分上的一系列径向间隔的环状脊包括最靠近焊接面的中心轴线的最内部的环状脊和最远离焊接面的中心轴线的最外部的环状脊，使得中心圆顶部分上的一系列径向间隔的环状脊的平面直径从最内部的环状脊到最外部的环状脊增加。此外，中心圆顶部分上的最外部的环状脊具有径向内侧表面和径向外侧表面。中心圆顶部分上的最外部的环状脊的径向外侧表面在基座圆顶面表面下方向下延伸到凸肩部分，并且具有大于径向内侧表面的高度的高度。关于凸肩部分，它具有基座凸肩表面并且包括一个或多个环状表面特征件。一个或多个环状表面特征件中的每一个分别向内伸入到基座凸肩表面中或从基座凸肩表面向外突出，并包围中心圆顶部分。

上述实施例的焊接电极可以包括附加的结构或进一步限定。例如，一个或多个环状表面特征件可以包括槽，该槽向内伸入到基座凸肩表面中并且与中心圆顶部分相邻并且部分地由中心圆顶部分的最外部的环状脊的径向外侧表面限定。作为另一个示例，基座凸肩表面可以在中心圆顶部分的基座圆顶面表面下方凹陷，并且可以包括径向内侧部分，该径向内侧部分位于中心圆顶部分的最外部的环状脊的径向外侧表面附近并与之邻接，并且一个或多个环状表面特征件可包括从凸肩部分的基座凸肩表面向外突出的环状脊。

根据本发明的一个实施例的电阻点焊的方法可以包括几个步骤。在一个步骤中，提供工件堆叠，其包括铝工件和与铝工件重叠的钢工件，以在铝和钢工件之间建立接合界面。工件堆叠具有提供堆叠的第一侧的铝工件表面和提供堆叠的相对的第二侧的钢工件表面。在另一步骤中，工件堆叠位于第一焊接电极的焊接面和作为第二焊接电极的焊接面之间。第一焊接电极包括主体和焊接面。主体有前端和相对的后端。焊接面支撑在主体的前端上，并包括中心圆顶部分和凸肩部分，凸肩部分包围中心圆顶部分并从焊接面的外圆周向上和径向向内延伸到中心圆顶部分。中心圆顶部分具有基座圆顶面表面和一系列径向间隔的环状脊。中心圆顶部分上的一系列径向间隔的环状脊中的每一个从基座圆顶面表面向外突出并包围焊接面的中心轴线。中心圆顶部分上的一系列径向间隔的环状脊包括最靠近焊接面的中心轴线的最内部的环状脊和最远离焊接面的中心轴线的最外部的环状脊，使得中心圆顶部分上的一系列径向间隔的环状脊的平面直径从最内部的环状脊到最外部的环状脊增加。此外，中心圆顶部分上的最外部的环状脊具有径向内侧表面和径向外侧表面。中心圆顶部分上的最外部的环状脊的径向外侧表面在基座圆顶面表面下方向下延伸到焊接面的凸肩部分。

在上述实施例的方法的另一步骤中，第一焊接电极的焊接面压靠在工件堆叠的第一侧上，并且在焊接位置处以与第一焊接电极的焊接面进行面对齐的方式，第二焊接电极的焊接面压靠在工件堆的第二侧上。在另一步骤中，电流在第一焊接电极的焊接面和第二焊接电极的焊接面之间瞬间通过，并且通过工件堆叠，从而在铝工件内产生熔融铝焊池，熔融铝焊池润湿钢工件的相邻的接合表面。在电流通过停止后，熔融铝焊池最终凝固成焊接接头。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例可用于电阻点焊操作的焊接电极的透视图；

图2是根据本发明的一个实施例的图1中所示的焊接电极的局部剖视图；

图3是根据本发明的一个实施例的图2所示的焊接电极的焊接面的放大的局部剖视图；

图4是根据本发明的一个实施例的图2所示的焊接电极的焊接面的另一放大的局部剖视图；

图5是根据本发明另一实施例的焊接电极的局部剖视图；

图6是根据本发明又一实施例的焊接电极的局部剖视图；

图7是根据本发明又一实施例的焊接电极的局部剖视图；

图8是根据本发明的一个实施例的图7所示的焊接电极的焊接面的放大的局部剖视图；

图9是根据本发明的一个实施例的图7中所示的焊接电极的焊接面的另一放大的局部剖视图；

图10是根据本发明又一实施例的焊接电极的局部剖视图；

图11是工件堆叠的一个实施例的总体剖视图，该工件堆叠位于一组相对的焊接电极之间以准备电阻点焊，其中工件堆叠包括铝工件和相邻的重叠的钢工件以及可选的中间的设置在两个工件之间的有机材料层，并且其中至少设置用于与堆叠的铝工件表面压力接触的焊接电极根据本发明的教导构造；

图12是图11中所示的工件堆叠和该组相对的焊接电极的部分的分解图；

图13是位于一组相对的焊接电极之间以准备电阻点焊的工件堆叠的另一实施例的总体剖视图，其中至少布置成与堆叠的铝工件表面压力接触的焊接电极根据本发明的教导构造，其中工件堆叠包括铝工件和相邻的重叠的钢工件以及设置在两个工件之间的中间的有机材料层，并且还包括附加的铝工件(即两个铝工件和一个钢工件)；

图14是工件堆叠的另一实施例的总体剖视图，该工件堆叠位于一组相对的焊接电极之间以准备电阻点焊，其中至少设置成与堆叠的铝工件表面压力接触的焊接电极根据本发明的教导构造，并且其中工件堆叠包括铝工件和相邻的重叠的钢工件以及设置在两个工件之间的中间的有机材料层，并且还包括附加的钢工件(即两个钢工件和一个铝工件)；

图15是在焊接电极的第一和第二焊接面之间以及通过堆叠的电流通过期间工件堆叠(横截面)和一组相对的第一和第二焊接电极的总体视图，其发生在堆叠最初被夹在焊接位置处的焊接电极之间之后，并且其中电流的通过导致邻近钢工件的铝工件熔化并且在铝工件内产生熔融铝焊池；

图16是在电极的第一和第二焊接面之间通过电流并且通过堆叠停止之后工件堆叠(横截面)和一组相对的第一和第二焊接电极的总体视图，从而允许熔融铝焊池固化成焊接接头，焊接接头将一对相邻的铝和钢工件焊接在一起；以及

图17是显微照片，其显示了在铝工件和钢工件之间形成的焊接接头的横截面，并且代表性地示出了通过本发明的实践在铝工件内产生的铰链效应。

具体实施方式

目前可获得各种电阻点焊电极结构。这些电极的大部分被设计成适应类似金属工件的焊接，其包括例如两个或更多个钢工件的堆叠或两个或更多个铝工件的堆叠。这些已知的焊接电极不一定具有有效焊接不同金属工件的堆叠的能力，例如包括铝工件和相邻的钢工件的堆叠，同时通过根据特定开发用于堆叠中包含的不同的金属工件的精确组合的焊接程序的电流。已经开发了一种焊接电极结构、特别是电极焊接面设计，其可以成功地参与各种工件堆叠的电阻点焊，无论是否包含相似或不同的金属工件，并且已经对其总体上并且结合以下几个优选实施例进行了说明和描述。在焊接两个或多个重叠的钢工件的堆叠期间，在焊接堆叠或者两个或多个重叠的铝工件期间，或者在焊接包括铝工件和相邻的重叠的钢工件的堆叠期间，焊接电极可以例如被压制成与铝工件或钢工件接触。

所公开的焊接电极的几个实施例示于图1-10中。在所示的每个实施例中，焊接电极包括焊接面，该焊接面包括中心圆顶部分和包围中心圆顶部分的凸肩部分。中心圆顶部分包括一系列径向间隔的环状脊。那些环状脊中的一个-被称为中心圆顶部分上的最外部的环状脊-包括径向内表面和径向外表面。中心圆顶部分上的最外部的环状脊的径向外表面向下延伸到焊接面的凸肩部分，并限定焊接面的中心部分和凸肩部分之间的边界。中心圆顶部分上的最外部的环状脊的径向外表面的高度大于径向内表面的高度。以这种方式，并且如下面将进一步说明的那样，在焊接包括相邻的铝和钢工件的工件堆叠期间，当与铝工件接合时，焊接面便于铝工件中的独特热处理。热处理限制了热影响区(HAZ)的硬化-特别是在随后的烘烤操作中-其包围已建立的焊接接头并产生“铰链效应”，其将引发的裂缝偏转到焊接接头的较软的焊接熔核部分中并且当经焊接的堆叠受到载荷时远离脆性的金属间层。

所公开的焊接电极的使用不仅限于与包括相邻的铝和钢工件的工件堆叠的铝工件接合。可以肯定的是，如果需要，也可以使用相同的焊接电极结构来接合包括相邻的铝和钢工件的工件堆叠的钢工件，从而导致相同的焊接面设计被压靠到彼此面对齐的堆叠的相对侧上。在这种情况下，与铝工件压力接触的焊接面便于如上所述的铝工件中的热处理，同时还对铝工件上的表面氧化层(如果存在的话)施加应力并机械地破坏。同时，与钢工件压力接触的焊接面使得在焊接面之间通过工件堆叠的电流呈现锥形流动路径，其中电流密度从与钢工件接触的焊接面减小到与铝工件接触的焊接面。反过来，钢工件中较大的电流集中有助于驱动和巩固焊接朝向焊接接头的中心的缺陷，在那里它们不太可能不利地影响接头的强度。另外，所公开的焊接电极可以与包括两个或更多个钢工件或两个或更多个铝工件的堆叠一起使用，因为焊接面设计可以容忍两种类型的堆叠的焊接。

现在参照图1-4，示出了所公开的焊接电极的第一实施例。本文示出的焊接电极由附图标记10标识。焊接电极10包括电极主体12和焊接面14。优选为圆柱形的电极主体12具有前端16和后端18，前端16提供并支撑焊接面14，并且后端18便于将电极10安装到焊枪上。电极主体12的前端16具有圆周161，并且后端18具有圆周181。在前端16的圆周161处截取的电极主体12的直径163优选地处于12mm至22mm的范围内，或者更窄地，处于16mm至20mm的范围内，并且在后端18的圆周181处截取的电极主体12的直径183的范围可以与前端16处的直径161相同，特别是如果电极主体12是圆柱形的。而且，通常如图1所示，电极主体12的后端18限定了到内部凹部22的开口20以用于插入和附接电极安装装置，例如柄适配器(未示出)，电极安装装置可以固定点焊电极10到焊枪的枪臂，并且还使冷却流体(例如，水)流过内部凹部22，以便在点焊操作期间管理电极10的温度。

焊接面14是焊接电极10的一部分，其在点焊期间在压力下接触工件堆叠的一侧并且将通过堆叠的电流与在压力下与堆叠的相对侧接触的相对的且面对齐的焊接电极的焊接面连通。焊接面14可以通过过渡鼻部24从电极主体12的前端16向上移位，或者它可以直接从前端16过渡以提供通常被称为“全面电极”的东西。当存在过渡鼻部24时，焊接面14可以从前端16向上移位距离26，该距离26优选地处于2mm至10mm之间。过渡鼻部24可以是截头圆锥形或截头球形，但其他形状当然是可能的。如果是截头圆锥形，则鼻部24的截头角241优选地距电极主体12的前端16的圆周161的垂直延伸部28的角度处于30°和60°之间。如果是截头球形，则过渡鼻部24的曲率半径优选地处于6mm和12mm之间。

现在参照图2，焊接面14包括中心圆顶部分30和凸肩部分32。中心圆顶部分30以焊接面14的中心轴线34为中心，并且凸肩部分32包围中心圆顶部分30并从焊接面14的外圆周141向上和向内延伸到中心圆顶部分30。焊接面外圆周141的直径143优选为6mm至20mm，或者更窄，为8mm至15mm，并且它可以以不同的方式相对于电极主体12的前端16的圆周161定向。例如，如图1-2所示，焊接面14的外圆周141可以平行于电极主体12的前端16的圆周161，在这种情况下，中心焊接面轴线34可以与电极主体12的中心轴线38平行并且与其共线地对齐。然而，在其他实施例中，焊接面14的外圆周141可以在其前端16处相对于电极主体12的圆周161倾斜，在这种情况下，电极主体12的中心焊接面轴线34和中心轴线38相对于彼此成角度。焊接电极10的后一种配置可用于帮助进入工件堆叠的否则难以到达的焊接位置。在其他实施例中，电极主体12可以是单弯曲或双弯曲变体。

中心圆顶部分30具有基座圆顶面表面36和一系列径向间隔的环状脊38。基座圆顶面表面36具有凸形轮廓。例如，在一个特定实施方式中，基座圆顶面表面36可以是球形的(即，它是球的一部分)并且可以具有10mm至100mm范围内的曲率半径，或者更窄，从20mm到50mm。这一系列径向间隔的环状脊38中的每一个从基座圆顶面表面36向外突出并且具有包围焊接面14的中心轴线34的闭合圆周。在这方面，一系列径向间隔的环状脊38优选地以焊接面14的中心轴线34为中心并且同心地包围焊接面14的中心轴线34。与径向间隔的环状脊38结合使用的术语“闭合圆周”意味着当从平面透视图中从上方观察时脊38连续弯曲，使得其圆周不被基座圆顶面表面36中断。

径向间隔的环状脊38的尺寸、形状和间隔可以变化。如图3中最佳所示，中心圆顶部分30上的每个环状脊38具有脊高度381和脊宽度383。每个脊38的脊高度381是脊38在基底圆顶面表面36上方上升的最大距离，并且每个脊38的脊宽度383是沿着基座圆顶面表面36的脊38的径向厚度。每个环状脊38的脊高度381优选地处于20μm至500μm的范围内，或者更窄地，处于50μm至300μm的范围内。每个环状脊38的脊宽度383优选地处于100μm至2000μm的范围内，或者更窄地，处于200μm至1000μm的范围内。至于中心圆顶部分30上的径向间隔的环状脊38的间隔，每个环状脊38优选地与其相邻的脊38中的每一个径向间隔100μm至2500μm的距离，或者，更窄，从400μm到1600μm，如在脊38的中点之间测量的那样。一系列径向间隔的环状脊38中的每一个的横截面轮廓可以没有尖角并且具有圆形(如图所示)或平坦的顶部表面。在某些实施例中，每个径向间隔的环状脊可以是半圆形、截头半圆形、三角形或截头三角形的横截面。

中心圆顶部分30上的一系列径向间隔的环状脊38包括最靠近焊接面14的中心轴线34的最内部的环状脊38'和最远离焊接面14的中心轴线34的最外部的环状脊38'，使得一系列径向间隔的环状脊38的平面直径从最内部的环状脊38'增加到最外部的环状脊38”。最内部的环状脊38'包围基座圆顶面表面36的内部中间部分36'，并且从最内部的环状脊38'到最外部的环状脊38”的每对环状脊38由基座圆顶面表面36的介入部分36”分开。基座圆顶面表面36不径向延伸超过最外部的环状脊38”。如图所示，基座圆顶面表面36的内部中间部分36'可以具有凸形圆顶曲率，或者替代性地，它可以是平坦的，或者它可以包围诸如平台的中心投影或者从基座圆顶面表面36的内部中间部分36'或中心伸入部分(诸如圆柱形、圆锥形或伸入到基座圆顶面表面36的内部中间部分36'中的球形凹陷)向外突出的球形球。在最内部的环状脊38'的中点处测量的最内部的环状脊38'的平面直径优选地处于3mm至12mm的范围内，或者更窄地，处于5mm至10mm的范围内。在许多情况下，在中心圆顶部分30上优选存在两到五个环状脊38，其中三到五个环状脊38特别有用。

另外，如图4中最佳所示，最外部的环状脊38”具有径向内侧表面40和径向外侧表面42。最外部的环状脊38'的径向内侧表面40从基座圆顶面表面36向上升起，特别是基座圆顶面表面36的介入部分36”将最外部的环状脊38”与径向向内相邻的环状脊38分开。另一方面，最外部的环状脊38”的径向外侧表面42在基座圆顶面表面36的下方延伸，并且特别是在将最外部的环状脊38”与其径向向内相邻的环状脊38分开的基座圆顶面表面36的相邻的介入部分36”的下方延伸到焊接面14的凸肩部分32。径向外侧表面42的高度421(垂直于相邻的基座凸肩表面测量)因此可以大于径向内侧表面40的高度401(垂直于相邻的基座圆顶面表面测量)。例如，径向外侧表面42的高度421可以处于120μm至600μm的范围内，或者更窄地，处于150μm至400μm的范围内，而径向内侧表面40的高度401可以处于20μm至400μmμm的范围内，或更窄地，处于50μm至250μm的范围内。径向内侧表面40的高度401可以或可以不等于最外部的环状脊38”的脊高度381，这取决于最外部的环状脊38”的横截面形状。另外，径向外侧表面42可向外展开并形成角度423(图2)，其中焊接面14的中心轴线34的范围为10°至60°。

最外部的环状脊38”的径向外侧表面42形成中心圆顶部分30的外周。中心圆顶部分30具有在其外周测量的平面直径301，其可以处于3mm至12mm的范围内，或者更窄地，处于5mm至10mm的范围内。如下面将进一步详细说明的那样，中心圆顶部分30的结构-尤其是最外部的环状脊38”的径向外侧表面42向下延伸到基座圆顶面表面36下方到凸肩部分32的事实为焊接电极10提供了成功参与包括金属工件的各种组合的工件堆叠的电阻点焊的能力。无论铝工件是否与一个或多个其他铝工件重叠或者它是否重叠并且位于钢工件附近，焊接面14可以在压力下压靠铝工件。焊接面14也可以在压力下压靠在与铝工件重叠并靠近铝工件的钢工件上，同时具有相同或不同结构的焊接面在堆叠的相对侧上压靠铝工件。

仍然参考图1-4，焊接面14的凸肩部分32包括基座凸肩表面44，该基座凸肩表面从焊接面14的外圆周141朝向中心圆顶部分30向上弯曲或成角度并且在中心圆顶部分30的基座圆顶面表面36下方凹陷。基座凸肩表面44通过向下移位而不与基座圆顶面表面36对齐而在基座圆顶面表面36下方凹陷超过中心圆顶部分30的径向外侧的至少一毫米的距离。基座凸肩表面44可以在中心圆顶部分的基座圆顶面表面36下方凹陷距离46(图4)，该距离的范围为0.05mm至1.0mm，或者更窄，0.1mm至0.5mm。凸肩部分32还包括一个或多个环状表面特征件48。一个或多个环状表面特征件48中的每一个分别向内伸入到基座凸肩表面44中或从基座凸肩表面44向外突出，并且具有包围中心圆顶部分30的闭合圆周。与环状表面特征件48结合使用的术语“闭合圆周”意味着当在平面透视图中从上方观察时表面特征件48连续弯曲，使得其圆周不被基座凸肩表面44中断。一个或多个环状表面特征件48优选地同心地包围中心圆顶部分30。

在本文示出的焊接电极10的实施例中，并且如图2中最佳描绘的那样，基座凸肩表面44可以是平面的并且向上成角度。例如，在一个特定实施方式中，基座凸肩表面44可以相对于水平面50向上倾斜，该水平面以3°至20°或者更窄地，从5°到10°的角度延伸穿过焊接面14的外圆周141。在另一种实施方式中，基座凸肩表面44可以是球形圆形，其曲率半径范围为10mm至100mm，或者更窄地，范围为20mm至50mm。一个或多个环状表面特征件48可以是一个或多个环状脊52。凸肩部分32上的一个或多个环状脊52中的每一个从基座凸肩表面44向外突出并且具有包围焊接面14的中心圆顶部分30的闭合圆周。另外，一个或多个环状脊52中的每一个的横截面轮廓可以没有尖角并且具有圆形(如图所示)或平坦的顶部表面。在许多情况下，在凸肩部分32上优选存在一到六个环状脊52，其中两到五个环状脊52特别有用。在另一个实施例中，并且如下面将进一步说明的那样，一个或多个环状表面特征件48可以是一个或多个环状槽。

环状脊52的尺寸、形状和间隔可以类似于中心圆顶部分30上的径向间隔的环状脊38的尺寸、形状和间隔进行变化。实际上，如图3中最佳所示，凸肩部分32上的每个环状脊52具有脊高度521和脊宽度523。每个脊52的脊高度521是脊52在基座凸肩表面44上方上升的最大距离，并且每个脊52的脊宽度523是沿着基座凸肩表面44的脊52的径向厚度。每个环状脊52的脊高度521优选地处于20μm至500μm的范围内，或者更窄地，处于50μm至300μm的范围内。每个环状脊52的脊宽度523优选地处于100μm至2000μm的范围内，或者更窄地，处于200μm至1000μm的范围内。至于凸肩部分32上的一个或多个环状脊52的间距，每个环状脊52优选地与其相邻的脊52中的每一个(如果存在多于一个脊52)径向间隔一距离，该距离在脊52的中点之间测量的情况处于范围100μm至2500μm，或者更窄地，处于400μm至1600μm。

在一个特定实施例中，如图2-3所示，一系列径向间隔的环状脊52优选地以焊接面14的中心圆顶部分30为中心并且同心地包围焊接面14的中心圆顶部分30。可以具有两个到六个脊52的凸肩部分32上的一系列径向间隔的环状脊52包括最靠近中心圆顶部分30的最内部的环状脊52'和最远离中心圆顶部分30的最外部的环状脊52”，使得一系列径向间隔的环状脊52的平面直径从最内部的环状脊52'增加到最外部的环状脊52”。如此处所示，一系列径向间隔的环状脊52可定位在基座凸肩表面44的径向内侧部分44'和径向外侧部分44”之间。径向内侧部分44'位于最内部的环状脊52'的径向内侧并且与中心圆顶部分30(图4)的最外部的环状脊38”的径向外侧表面42相邻并与其邻接，并且径向外侧部分44”位于最外部的环状脊52”的径向外侧并从焊接面14的外圆周141径向向内延伸到最外部的环状脊52”。从最内部的环状脊52'到最外部的环状脊52”的每对环状脊52由基座凸肩表面44的介入部分44”'分开。

至少焊接电极10的焊接面14，并且优选地包括电极主体12、焊接面14和过渡鼻部24(如果存在的话)的整个焊接电极10由导电率为至少45％IACS和导热率至少为180W/mK的材料构成。符合这些标准的一些材料类别包括铜合金、分散强化铜材料和包含至少35wt％、优选至少50wt％的难熔金属的难熔材料。合适的铜合金的具体实例包括C15000铜锆(CuZr)合金、C18200铜铬(CuCr)合金和C18150铜-铬-锆(CuCrZr)合金。分散强化铜材料的具体实例包括具有氧化铝分散的铜。并且难熔材料的具体实例包括钨铜金属复合材料，其含有50wt％至90wt％的分散在铜基质中的钨微粒相，该铜基质构成复合材料的平衡(50wt％至10wt％)。当然也可以使用其他未明确列出的符合适用的导电率和导热率标准的材料。

在图1-4中描绘的实施例中，中心圆顶部分30上的最外部的环状脊38'的径向外侧表面42在基座圆顶面表面36下方向下延伸到基座凸肩表面44的径向内侧部分44'，该径向内侧部分44'在基座圆顶面表面36下方凹陷。针对图1-4中所示的焊接电极10的变化肯定是可能的。例如，在一个替代性实施例中，仅有图1-4中所示的最内部的环状脊52'可以存在于凸肩部分32上。还构想了其他实施例，其包括图5、图6和图7-9中所示的所公开的焊接电极的第二、第三和第四实施例。图5、图6和图7-9中所示的焊接电极分别用附图标记110、210和310标识。这些焊接电极110、210、310在许多方面类似于图1-4中所示的焊接电极10。在图5-9中，对应于先前描述的焊接电极10的附图标记用于表示相应的结构特征。相应的附图标记的使用旨在结合对那些结构特征的早期讨论，如同在本文中完全叙述的那样，通过可以提供的任何附加描述进行修改。因此，当讨论图5-9，与图1-4中所示并且如上所述的焊接电极10相比，将仅讨论焊接电极110、210、310的材料结构差异。

图5中的焊接电极110包括在中心圆顶部分130上的最外部的环状脊138”，其形状与中心圆顶部分130上的其他环状脊138不同。具体地，最外部的环状脊138”在基座圆顶面表面136处较宽。最外部的环状脊138”具有宽度1381”，该宽度优选地处于250μm至2250μm的范围内，或者更窄地，处于500μm至1500μm的范围内。通过在中心圆顶部分130的最外部的环状脊138”上具有较大的宽度尺寸，焊接面114在铝工件中产生较宽的凹陷，该凹陷可以在更宽的径向位置上延伸铰链效应。至于图6中所示的焊接电极210，它具有凸肩部分232，该凸肩部分包括基座凸肩表面244，该基座凸肩表面没有突出的环状脊和伸入的环状槽，并且从焊接面214的外圆周2141延伸到中心圆顶部分230上的最外部的环状脊238”的径向外侧表面242。换句话说，基座凸肩表面244在中心圆顶部分230的基座圆顶面表面236下方凹陷，但是它不包括上面结合图1-4描述的任何环状表面特征件48。基座凸肩表面244可以从焊接面214的外圆周2141到中心圆顶部分230上的最外部的环状脊238”的径向外侧表面242向上弯曲或成角度。凸肩部分232上没有环状表面特征件48提供了将热量传递到焊接电极110的能力降低，从而使得该位置的铝运行得更热并产生更柔软的HAZ，这改善了铰链效应。

在如图7-9所示的焊接电极中，焊接面314的凸肩部分332包括基座凸肩表面344，如前所述，该基座凸肩表面在中心圆顶部分330的基座圆顶面表面336下方凹陷，并且还包括一个或多个环状槽354作为一个或多个环状表面特征件48。基座凸肩表面344可以从焊接面314的外圆周3141朝向中心圆顶部分330向上弯曲或成角度。凸肩部分332上的一个或多个环状槽354中的每一个向内伸入到基座凸肩表面344中并且具有包围焊接面314的中心圆顶部分330的闭合圆周。一个或多个环状槽354可以是一系列径向间隔的环状槽354，其类似于图1-4中所示的一系列径向间隔的环状脊进行布置。另外，一个或多个环状槽354中的每一个的横截面轮廓可以没有尖角并且具有圆形(如图所示)或平坦的底部表面。

一个或多个环状槽354的尺寸、形状和间隔可以类似于图1-4中所示的焊接电极10的凸肩部分32上的一个或多个环状脊52的尺寸、形状和间隔进行变化。实际上，凸肩部分332上的每个环状槽354具有槽深度3541和槽宽度3543，如图8中最佳所示。每个槽354的槽深度3541是槽354在基座凸肩表面344下方下降的最大距离，并且每个槽354的槽宽度3543是沿着基座凸肩表面344的槽354的径向厚度(即，跨过槽354的入口)。每个环状槽354的槽深度3541优选地处于20μm至500μm的范围内，或者更窄地，处于50μm至300μm的范围内。每个环状槽354的槽宽度3543优选地处于100μm至2000μm的范围内，或者更窄地，处于200μm至1000μm的范围内。至于凸肩部分332上的环状槽354的间距，每个环状槽354优选地与其相邻的每个槽354(如果存在多于一个槽354)径向间隔的在槽354的中点之间测量的处于100μm至2500μm范围内的，或更窄地，处于400μm至1600μm范围内的距离。

在一个特定实施例中，如图7-9所示，一系列径向间隔的环状槽354优选地以焊接面14的中心圆顶部分30为中心并且同心地包围焊接面14的中心圆顶部分30。凸肩部分332上的一系列径向间隔的环状槽354包括最靠近中心圆顶部分330的最内部的环状槽354'和最远离中心圆顶部分330的最外部的环状槽354'，使得一系列径向间隔的环状槽354的平面直径从最内部的环状槽354'增加到最外部的环状槽354”。更具体地，最内部的环状槽354'与中心圆顶部分330相邻，并且部分地由中心圆顶部分330的最外部的环状脊338”的径向外侧表面342限定，如图8-9所示。最外部的环状脊354”邻近基座凸肩表面344的径向外侧部分344”，该基座凸肩表面的径向外侧部分从焊接面314的外圆周3141径向向内延伸到凸肩部分332的最外部的环状槽354”。从最内部的环状槽354'到最外部的环状槽354“的每对环状槽354由基座凸肩表面344的介入部分344”'分开。在许多情况下，如前所述，在凸肩部分332上优选存在两到六个环状槽354，其中两到五个环状槽354特别有用。在该实施例的变体中，仅与中心圆顶部分330相邻的最内部的环状槽354'可以存在于凸肩部分332上。

在图7-9中所示的焊接电极310中，并且如图8-9中最佳所示，中心圆顶部分330上的最外部的环状脊338”的径向外侧表面342在基座圆顶面表面336下方向下延伸，并且部分地限定位于中心圆顶部分330附近并包围中心圆顶部分330的最内部的环状槽354'。这样，中心圆顶部分330的最外部的环状脊338”的径向外侧表面342的高度3421可以在最外部的环状脊338”的径向内侧表面340的高度3401上进一步增加，而不必增加中心圆顶部分330的最外部的环状脊338”的脊高度381。这是因为，如图所示，中心圆顶部分330的最外部的环状脊338”的径向外侧表面342在中心圆顶部分30的基座圆顶面表面336下方延伸，并且还在凸肩部分332的基座凸肩表面344下方延伸，在该实施例中也在中心圆顶部分30的基座圆顶面表面336下方凹陷。另外，中心圆顶部分330的最外部的环状脊338”的径向外侧表面342可以与先前的焊接电极10、110、210相比在更大程度上向外展开，此时它部分地限定凸肩部分332中的环状槽354。例如，中心圆顶部分330的最外部的环状脊338”的径向外侧表面342可向外展开并与焊接面314的中心轴线334形成角度4423，其范围为10°至60°。

所公开的焊接电极的另一个实施例在图10中示出。图10中示出的焊接电极由附图标记410标识，并且在许多方面类似于图7-9中所示的焊接电极310。在图10中，对应于先前描述的焊接电极310的附图标记用于表示相应的结构特征。相应的附图标记的使用旨在结合对那些结构特征的早期讨论，如同在本文中完全叙述的那样，通过可以提供的任何附加描述进行修改。因此，当讨论图10，与图7中所示并且如上所述的焊接电极310相比，将仅讨论焊接电极410的材料结构差异。现在转向图10，焊接电极410包括在凸肩部分432上的呈一系列这样的槽454的形式的一个或多个环状槽454，每个环状槽454向内伸入到基座凸肩表面444中并具有闭合圆周，该闭合圆周包围焊接面414的中心圆顶部分430。然而，在该特定实施例中，凸肩部分432的基座凸肩表面444未在中心部分的基座圆顶面表面436下方凹陷；相反，基座凸肩表面444和基座圆顶面表面436对齐并且具有相同的凸形圆顶形状，例如具有处于10mm至100mm范围内的曲率半径的球形，或者更窄地，处于20mm到50mm的范围内。

上述焊接电极10、110、210、310、410可以与包含相似或不同金属工件的堆叠结合用于各种电阻点焊操作。例如，上述任何焊接电极10、110、210、310、410以及未明确示出和描述的其他变体可以与具有相似或不同电极结构的另一种点焊电极结合使用以点焊包括至少一个铝工件和一个重叠的且相邻的钢工件的工件堆叠，如下面将参照图11-17更详细地描述的那样。焊接电极10、110、210、310、410可操作以点焊“2T”工件堆叠(图11-12)，其仅包括相邻的且重叠的一对铝和钢工件。焊接电极10、110、210、310、410也可操作以点焊“3T”工件堆叠(图13-14)，其包括相邻的且重叠的一对铝和钢工件以及附加的铝工件或者附加的钢工件，只要相同的基础金属组合物的两个工件彼此相邻设置(例如，铝-铝-钢或铝-钢-钢)。焊接电极10、110、210、310、410甚至可用于点焊“4T”工件堆叠(例如，铝-铝-钢-钢，铝-铝-铝-钢或铝-钢-钢-钢)。

由于不同工件的材料性质不同，电阻点焊铝工件和钢工件存在一些显著的挑战。具体地，铝工件通常包括难以分解和拆解的难熔氧化物表面层，这导致在电流流动期间在工件的接合界面处存在氧化物膜残留物，其阻碍了在铝工件内产生熔融铝焊池的能力以润湿钢工件并且还可能导致近界面缺陷。此外，钢工件比铝工件更耐热和电阻更高，这意味着钢工件用作热源，并且铝工件用作热导体。在电流停止期间和刚停止之后在工件之间建立的所产生的热不平衡倾向于沿着焊接接头和钢工件的接合界面驱动焊接缺陷、例如孔隙和微裂纹，并且还有助于与钢工件相邻的脆性Fe-Al金属间层的形成和生长。当中间有机材料层设置在重叠的工件的接合表面之间时，在铝和钢工件之间形成焊接接头所伴随的挑战更加复杂。

另外，已经发现，在铝工件内包围焊接接头的HAZ可以在经受例如为在用于固化施加的涂料涂层的烘烤过程中遇到的高温时时效硬化。可以肯定的是，当涂漆车辆时，可以将许多涂层(例如，磷酸锌涂层或氧化锆涂层、E涂层、底漆、基底涂层、透明涂层等)施加到可以包含通过电阻点焊而在铝工件和钢工件之间形成的多个焊接接头的以其他方式组装的车辆主体上。可以通过一个或多个烘烤炉(例如，ELPO烘烤炉和面涂炉)输送车辆，从而在160℃至190℃的温度范围内固化施加的涂层。当经受这样烘烤过程时，焊接接头周围的HAZ将铝工件和钢工件结合在一起可能会受到强烈的硬化响应，这可能会导致HAZ的维氏硬度(HV)超过90HV或甚至超过与用于焊接接头的熔核部分的60HV和70HV之间的硬度相比的100HV。当HAZ硬化到这种程度时，沿着接合界面引发和传播的裂缝不能生长到HAZ的硬化铝中。因此，当接头受到载荷时，裂缝绕过HAZ并生长到焊接接头的金属间层中。这是不希望的，因为焊接接头的金属间层比接头的大得多的铝焊接熔核部分更硬、更脆并且更不坚韧。

本发明的焊接电极10、110、210、310、410被设计成解决刚才提到的各种问题中的每一个。实际上，通过在施加到焊接电极10、110、210、310、410上的相对高的压力下对通常存在于铝工件中的机械坚韧的且电绝缘的难熔氧化物表面层进行应力拉伸和断裂，从而焊接面14、114、214、314、414的中心圆顶部分30、130、230、330、430上的径向间隔的环状脊38、138、238、338、438用于与铝工件初始建立良好的机械和电接触。在焊接面14、114、314、414的凸肩部分32、132、332、432上的径向间隔的环状表面特征件48(52、152、354、454)在这方面也可以提供帮助(如果存在的话)。此外，因为中心圆顶部分30、130、230、330、430的最外部的环状脊38”、138”、238”、338”、438”的径向外表面42、142、242、342、442在基座圆顶面表面36、336、236、336、436下方向下延伸到焊接面14、114、214、314、414的凸肩部分32、132、232、332、432-或者延伸到在基座圆顶面表面36、136、236下方凹陷的基座凸肩表面44、444、244或延伸到与中心圆顶部分330、430相邻的凸肩部分332、432上的槽354、454中，引起铝工件内的热处理，这限制了HAZ的后续的硬化并产生“铰链效应”，“铰链效应”将在切口根部处开始的裂缝偏转到远离接合界面和金属间层的焊接接头的更软的和更坚韧的焊接熔核部分中。均未使焊接电极10、110、210、310、410的上述结构特征件不能被压靠到钢工件上或使电流通过钢工件。

现在参考图11-17，焊接电极610可用于对工件堆叠60进行电阻点焊，该工件堆叠包括至少一个铝工件62和一个钢工件64，它们在焊接位置66处彼此重叠并且彼此相邻。为简单起见，一般性地示出了由附图标记610表示的焊接电极，但是旨在包含和参考上述焊接电极10、110、210、310、410中的每一个以及未描述的变体，并且电极610的各种结构特征同样由相应的600系列附图标记标识。焊接电极610可以与各种工件堆叠配置一起使用，其包括相邻的一对铝和钢工件62、64。只要涉及工件的数量，工件堆叠60例如可以仅包括铝工件62和钢工件64，或者它可以包括附加的铝工件或附加的钢工件，只要相同的基础金属组合物的两个工件在堆叠60中彼此相邻地设置。工件堆叠60甚至可以包括三个以上的金属工件，例如铝-铝-钢-钢堆叠，铝-铝-铝-钢堆叠，或铝-钢-钢-钢堆叠。根据制造的部件和整个制造过程的细节，铝和钢工件62、64可在组装到工件堆叠60之前或之后加工或变形。

工件堆叠60在图11中示出，该工件堆叠与上述焊接电极610(以下称为“第一焊接电极610”)和第二焊接电极68一起在焊枪70上(部分示出)机械地和电气地配置。工件堆叠60具有由铝工件表面72'提供的第一侧72和由钢工件表面74'提供的第二侧74。工件堆叠60的两侧72、74分别在焊接位置66处可接近第一和第二焊接电极组610、68；也就是说，第一焊接电极610布置成与工件堆叠60的第一侧72接触并且压靠工件堆叠60的第一侧72，而第二焊接电极68布置成与工件堆叠60的第二侧74接触并且压靠工件堆叠60的第二侧74。虽然在附图中仅示出了一个焊接位置66，但是本领域技术人员将理解，可以根据所公开的方法在同一堆叠60内的多个不同焊接位置66处实施点焊。

铝工件62包括涂覆或未涂覆的铝基质。铝基质可以由非合金铝或包含至少85wt％铝的铝合金构成。可构成涂覆或未涂覆的铝基质的一些值得注意的铝合金是铝-镁合金、铝-硅合金、铝-镁-硅合金和铝锌合金。如果进行了涂覆，则铝基质可以包括由难熔氧化物材料构成的表面层，例如当铝基质暴露于空气时自然形成的自然氧化物涂层和/或在铝基质暴露于制造过程中的高温期间产生的氧化物层、例如轧屑。难熔氧化物材料通常由氧化铝化合物和可能的其他氧化物化合物组成，例如氧化镁化合物、例如如果铝基质是铝-镁合金。铝基质也可以涂覆有一层锌、锡或金属氧化物转化涂层，该涂层包括钛、锆、铬或硅的氧化物，如美国公开号2014/0360986的专利中所述。根据其组成，表面层可以具有1nm至10μm的厚度，并且可以存在于铝基质的每一侧上。考虑到铝基质和可能存在的任何表面层的厚度，铝工件62至少在焊接位置66处的厚度621的范围为0.3mm至约6.0mm，或者更窄地为0.5mm至3.0mm。

铝工件62的铝基质可以以锻造或铸造形式提供。例如，铝基质可以由4xxx、5xxx、6xxx或7xxx系列锻制铝合金板层、挤压件、锻造件或其他加工制品组成。替代性地，铝基质可以由4xx.x、5xx.x或7xx.x系列铝合金铸件组成。可构成铝基质的一些更具体的铝合金包括但不限于AA5754和AA5182铝镁合金、AA6111和AA6022铝镁硅合金、AA7003和AA7055铝锌合金，以及Al-10Si-Mg铝压铸合金。如果需要，铝基质还可以以各种状态使用，包括退火(O)、应变硬化(H)和固溶热处理(T)。因此，本文所用的术语“铝工件”包括非合金铝和各种铝合金，无论是涂覆的还是未涂覆的，具有不同的可点焊形式，包括锻造板层、挤压件、锻件等，以及铸件。

钢工件64包括涂覆的或未涂覆的各种强度和等级中的任何一种的钢基质。钢基质可以是热轧的或冷轧的，并且可以由钢，如低硬度钢、无间隙(IF)钢、可热硬化钢、高强度低合金(HSLA)钢、双相(DP)钢、复合相(CP)钢、马氏体(MART)钢、相变诱发塑性(TRIP)钢、缠绕诱发塑性(TWIP)钢和硼钢(例如当钢工件64包括压力硬化钢(PHS)时)组成。然而，钢基质的优选组合物包括低硬度钢、双相钢和用于制造压力硬化钢的硼钢。这三种类型的钢具有极限拉伸强度，其分别可以为150MPa至500MPa、500MPa至1100MPa，以及1200MPa至1800MPa。钢工件64可包括在钢基质的一侧或两侧上的表面层。如果经过了涂覆，钢基质优选包括锌表面层(例如，热浸镀锌)、锌-铁合金(例如，镀锌退火或电极沉积)、锌-镍合金(例如电极沉积)、镍、铝、铝-镁合金、铝-锌合金或铝-硅合金，其中任何一种在钢基质的每一侧可具有高达50μm的厚度。考虑到钢基质的厚度和可能存在的任何表面层，钢工件64的厚度641至少在焊接位置66处于0.3mm至6.0mm的范围内，或者更窄底，处于0.6mm至2.5mm的范围内。

当在“2T”堆叠实施例的情况下将两个工件62、64堆叠起来用于点焊，这在图11-12中示出，铝工件62和钢工件64分别具有工件堆叠60的第一和第二侧72、74。特别地，铝工件62包括接合表面76和后表面78，并且同样地，钢工件64包括接合表面80和后表面82。两个工件62、64的接合表面76、80彼此重叠并面对，以建立延伸穿过焊接位置66的接合界面84，并且其可选地包围施加在接合表面76、80之间的中间有机材料层86。另一方面，铝和钢工件62、64的后表面78、82在焊接位置66处沿相反方向彼此背离，并分别构成工件堆叠60的第一和第二侧面72、74的铝工件表面72'和钢工件表面74'。

可存在于铝和钢工件62、64的接合表面76、80之间的中间有机材料层86可以是包括结构热固性结合剂基体的结合剂层。结构热固性结合剂基体可以是任何可固化的结构结合剂，其包括例如可热固化的环氧树脂或可热固化的聚氨酯。可用作热固性结合剂基体的可热固化结构结合剂的一些具体实例包括DOW Betamate 1486、Henkel Terokal 5089和Uniseal 2343，它们都是可商购获得的。另外，结合剂层还可包括分散在整个热固性结合剂基体中的可选的填料颗粒、例如二氧化硅颗粒以改变结合剂层的粘度或其它机械性能，以用于制造操作。除了结合剂层之外，介入的有机材料层86可以包括其他有机材料层，例如隔音层或有机密封剂，仅举几个其他可能性。

因此，术语“接合界面84”广泛地用于本发明中，并且旨在涵盖工件62、64的接合表面76、80之间的任何重叠和面对关系，在其中可以实施电阻点焊。例如，接合表面76、80可以彼此直接接触，使得它们物理地邻接并且不被离散的介入材料层分开(即，不存在介入有机材料层86)。作为另一个示例，接合表面76、80可以彼此间接接触，例如当它们被介入有机材料层86分开时-因此不会经历直接接触中发现的界面物理邻接的类型-但是在足够接近彼此的情况下，仍然可以实施电阻点焊。铝和钢工件62、64的接合表面76、80之间的这种类型的间接接触通常在中间有机材料层86在接合表面76、80之间施加到达到少在焊接位置66内的厚度时产生，所述厚度处于0.1mm到2.0mm的范围内，或者更窄底，处于0.2mm到1.0mm的范围内。

当然，如图13-14所示，工件堆叠60不限于仅包括铝工件62和相邻的钢工件64，只要涉及工件的数量。除了相邻的铝和钢工件62、64之外，工件堆叠60还可以包括至少附加的铝工件或附加的钢工件，只要附加的工件邻近相同的基础金属组合物的工件62、64地布置；也就是说，任何附加的铝工件邻近与接合界面84相对的铝工件62进行设置，并且任何附加的钢工件临近在与接合界面84相对的钢工件64进行设置。关于附加的工件的特性，上面提供的铝工件62和钢工件64的描述适用于可包括在工件堆叠60中的任何附加铝或任何附加的钢工件。然而，应该注意的是，尽管适用相同的一般描述，但是并不要求附加的铝工件和/或附加的钢工件在组成、厚度或形成(例如，锻造或铸造)方面分别与在工件堆叠60内彼此相邻的铝工件62和钢工件64相同。

例如，如图13所示，工件堆叠60可包括上述相邻的铝和钢工件62、64以及附加的铝工件88。在此，如图所示，附加的铝工件88与相邻的铝和钢工件62、64重叠并且位于铝工件62的旁边。当附加的铝工件88如此定位时，钢工件64的后表面82构成钢工件表面74'，该钢工件表面提供工件堆叠60的第二侧74，如前所述，而铝工件62位于现在包括一对相对的接合表面76、90的钢工件64附近。如前所述，铝工件62的面对钢工件64的接合表面80的接合表面76继续在两个工件62、64之间建立接合界面84。铝工件62的另一个接合表面90重叠并面对附加的铝工件88的接合表面92。这样，在搭接工件88、62、64的这种特定布置中，附加的铝工件88的后表面94现在构成供工件堆叠60的第一侧72的铝工件表面72'。

在另一个示例中，如图14所示，工件堆叠60可包括上述相邻的铝和钢工件62、64以及附加的钢工件96。本文，如图所示，附加的钢工件96与相邻的铝和钢工件62、64重叠并且位于钢工件64的旁边。当附加的钢工件96如此定位时，铝工件62的后表面78构成铝工件表面72'，该铝工件表面提供工件堆叠60的第一侧72，如前所述，而钢工件64位于现在包括一对相对的接合表面80、98的铝工件62的附近。如前所述，钢工件64的面对铝工件62的接合表面76的接合表面80继续在两个工件62、64之间建立接合界面84。钢工件64的另一个接合表面98重叠并面对附加的钢工件96的接合表面100。这样，在搭接工件62、64、96的这种特定布置中，附加的钢工件96的后表面102现在构成提供工件堆叠60的第二侧74的钢工件表面74'。

现在回到图11，第一焊接电极610和第二焊接电极68用于使电流通过工件堆叠60并穿过焊接位置66处的相邻的铝和钢工件62、64的接合界面84，而不管是否存在附加的铝和/或钢工件。每个焊接电极610、68由焊枪70承载，该焊枪可以是任何合适的类型，包括C型焊枪或X型焊枪。点焊操作可以要求将焊枪70安装到能够根据需要使焊枪70绕工件堆叠60移动的机器人，或者可以要求将焊枪70配置为固定的基座型，其中工件堆叠60被操纵并相对于焊枪70移动。另外，如本文示意性地示出的那样，焊枪70可以与电源104相关联，该电源根据由焊接控制器106管理的编程焊接程序在焊接电极610、68之间输送电流。焊枪70还可以配备有冷却剂管线和相关的控制设备，以便将冷却剂流体(例如水)输送到每个焊接电极610、68，以帮助在电流流动期间控制焊接电极610、68的温度。

焊枪70包括第一枪臂71和第二枪臂73。第一枪臂71固定并保持第一焊接电极610，并且第二枪臂73固定并保持第二焊接电极68。就它们相对于工件堆叠60的定位而言，第一焊接电极610定位成与堆叠60的第一侧72接触，并且因此，第二焊接电极68定位成与堆叠70的第二侧74接触。第一和第二焊枪臂71、73可操作以使焊接电极610、68朝向彼此会聚或夹紧，并且一旦电极610、68与它们各自的工件堆叠侧72、74接触，则在焊接位置66处对工件堆叠60施加夹紧力。在工件堆叠60的点焊期间输送用于在第一和第二焊接电极610、68之间通过的电流的电源104优选地是与点焊电极610、68电连通的中频直流(MFDC)逆变器电源。尽管未在此明确指出，但是其他类型的电源当然可以用于执行所公开的方法。电源104可以被配置为根据编程焊接程序以高达50kA的电流水平在焊接电极610、68之间传递直流电(DC)。

与第一焊接电极610相对使用的第二焊接电极68可以是各种电极设计中的任何一种。通常，并且返回参考图11-12，第二焊接电极68包括电极主体75、焊接面77和可选的过渡鼻部79，该过渡鼻部用于使焊接面77从电极主体75的前端81向上移位。焊接面77是第二焊接电极68的在点焊期间与第一焊接电极610的焊接面614相对的工件堆叠60的第二侧74接触的部分。至少第二焊接电极68的焊接面77，并且优选地包括电极主体75、焊接面77和过渡鼻部79(如果存在的话)的整个点焊电极68由具有至少70％IACS，或更优选至少90％IACS的导电率和至少300W/mK的导热率的材料构成。满足这些标准的一些材料包括C15000铜锆(CuZr)合金、C18200铜铬(CuCr)合金、C18150铜-铬-锆(CuCrZr)合金，以及分散强化铜材料、如铜和氧化铝分散体。也可以使用其他未明确列出的符合适用的导电率和导热率标准的材料。

在一个优选实施例中，第二焊接电极68的构造类似于第一焊接电极610，并且因此，上面关于第一焊接电极610和图1-10的内容的描述同样适用于此。换句话说，第二焊接电极68的电极主体75、焊接面77和可选的过渡鼻部79的结构具有相同的结构特征，并且与上面关于第一焊接电极10、110、210、310、410的电极主体12、112、212、312、412，焊接面14、114、214、314、414，以及可选的过渡鼻部24、124、224、324、424的结构的讨论一致。并且虽然第二焊接电极68可以具有与第一焊接电极10、110、210、310、410类似的结构，但是第一和第二焊接电极610、68不一定必须是相同的并且在每个方面上都是不可区分的。可以肯定的是，第一和第二焊接电极610、68可以共享相似的结构，同时仍然表现出一些落入本文详述的允许数值方差内的结构性区别。

现在将参考图11和15-17描述电阻点焊方法，其仅示出了铝和钢工件62、64，它们彼此重叠并且彼此相邻以建立接合界面84。在工件堆叠60中存在包括例如上述附加的铝或钢工件62、64的附加的工件不影响点焊方法如何进行或对在相邻的铝和钢工件62、64的接合界面84处进行的连接机构有任何实质性影响。因此，下面提供的更详细的讨论同样适用于工件堆叠60是“3T”堆叠的情况，该堆叠包括附加的铝工件88(图13)或附加的钢工件96(图14)，以及“4T”堆叠，尽管那些附加的工件未在图11和15-17中示出。本领域技术人员将理解如何在需要时调整所描述的方法以适应任何额外的铝和/或钢工件的存在。

所公开的焊接方法包括，如果需要，首先组装工件堆叠60，其包括一对相邻的铝和钢工件62、64以及在更宽的连接区域上延伸穿过焊接位置66的可选的中间有机材料层86。合适的固定设备可用于将铝和钢工件62、64带到一起并将它们保持在适当位置。一旦组装，工件堆叠60就定位在第一焊接电极610和相对的第二焊接电极68之间。第一焊接电极610的焊接面614定位成接触工件堆叠60的第一侧72的铝工件表面72'，并且第二焊接电极68的焊接面77定位成接触工件堆叠60的第二侧74的钢工件表面74'。然后操作焊枪70以使第一和第二焊接电极610、68相对于彼此会聚，使得它们各自的焊接面614、77在焊接位置66处压靠在堆叠60的相对的第一和第二侧72、74处。焊接面614、77通常在施加在工件堆叠60上的夹紧力的作用下在焊接位置66处彼此对齐，所述夹紧力处于400lb(磅力)到2000lb的范围内，或者更窄地，处于600lb到1300lb的范围内。

作为至少第一焊接电极610的焊接面614的几何形状的函数，由第一焊接电极610施加的压力最初被集中并引导通过中心圆顶部分30、130、230、330、430上的径向间隔的环状脊38、138、238、338、438到工件堆叠60的第一侧72的相应的有限区域上。通过有限区域的夹紧压力的聚焦方向在焊接位置66的中间处对铝和钢工件62、64的接合表面76、80施加应力和扭曲，并且沿着接合界面84进一步驱动中间有机材料层86(如果存在)的横向位移。通过最初促进中间有机材料层86(如果存在)的横向位移，基本上所有有机材料从焊接位置66的至少最中心区域清除，该区域的直径可以在2mm和6mm之间，从而留下仅有厚度小于0.1mm的最少有机材料(如果有的话)。因此，当电流开始时，只有非常少量的有机材料(如果有的话)可以保留在接合界面84处，这最小化了热分解产物(例如，碳灰、填料颗粒等)在钢工件64的接合表面80附近产生并最终有助于在焊接接头中形成近界面缺陷的可能性。

在焊接电极610、68压靠工件堆叠60的相应侧面72、74之后，电流在第一和第二焊接电极610、68的面向对齐的焊接面614、77之间通过以形成焊接接头91(图16)。交换的电流在时间上可以是恒定的或脉冲的，或者两者的某种组合，并且通常具有范围从5kA rms(均方根)到50kA rms的电流水平以及持续50ms到5000ms的总持续时间，或更窄地，持续200ms至2000ms的总持续时间。作为一些具体示例，所施加的电流的程序可以是US2015/0053655或US2017/0106466中公开的多步骤焊接程序的性质，这些申请中的每一个的全部内容通过引用或者另一种适用于工件堆叠60的焊接程序并入本文。现在参考图15，在第一和第二焊接电极610、68之间流动的电流非常快速地加热更耐电和热的钢工件64。该热量传递到铝工件62并使铝工件62开始在焊接位置66内熔化。铝工件62的熔化产生熔融铝焊池83。熔融铝焊池83包含在铝工件62内并润湿钢工件64的相邻的接合表面80。

在熔融铝焊池83在铝工件62内生长到最终尺寸的时间段期间，第一焊接电极610的焊接面614进一步压入工件堆叠60的第一侧72，这连续地使更多的焊接面614与第一侧72压力接触。第一焊接电极610的焊接面614的持续印象最终包含焊接面614的外圆周6141内的熔融铝焊池83。熔融铝焊池83可以具有沿着钢工件64的接合表面80的直径，该直径处于3mm到15mm的范围内，或者更窄地，处于6mm到12mm的范围内，并且可以穿透到铝工件62中达到焊接位置66处的铝工件62的厚度621的10％至100％的范围的距离。并且，就其组成而言，熔融铝焊池83主要由源自铝工件62的铝材料构成。

最终终止第一和第二焊接电极610、68的焊接面614、77之间的电流通过，这使得电流流动低于1kA，因为系统中仍然存在一些电感，从而允许熔融铝焊池83凝固成焊接接头91，如图16所示。焊接接头91是将相邻的铝和钢工件62、64焊接在一起的材料。特别地，焊接接头91与钢工件64的接合表面80建立接合界面85，并且包括两个主要部件：(1)铝焊接熔核87和(2)Fe-Al金属间层89。铝焊接熔核87由再凝固的铝构成，并且延伸到铝工件62中的距离为铝工件62在焊接位置66处的厚度621的10％至100％，或者更窄地，20％至80％。Fe-Al金属间层89位于铝焊接熔核87和钢工件64的接合表面80之间，并且与结合界面85邻接。Fe-Al金属间层89由于熔融铝焊池83与在点焊温度下从钢工件64扩散到焊池83中的铁之间的反应而产生，并且通常沿着焊接接头91和钢工件64的结合界面85具有1μm至7μm的平均厚度。金属间化合物如FeAl3化合物、Fe2Al5化合物和可能的其它FeAl金属间化合物可以在金属间层89中找到。并且，如前所述，FeAl金属间层89比铝焊接熔核87更硬、更脆并且更不坚韧。

在点焊方法完成之后，形成焊接接头91以便将铝和钢工件62、64焊接在一起，在焊接位置66处施加在工件堆叠60上的夹紧力得到缓解，并且第一和第二焊接电极610、68从它们各自的工件侧面72、74缩回。现在可以相对于焊枪70移动工件堆叠60，使得第一和第二焊接电极610、68在另一个焊接位置66处面对面定位，在那里重复点焊方法。一旦在工件堆叠60上形成了所需数量的焊接接头91，就可以对堆叠60进行进一步处理，包括涂漆。在这方面，伴随涂漆工艺的油漆烘烤操作不太可能影响并降低焊接接头91的强度和其他机械性能，因为至少在第一焊接电极610上，并且如果需要，在第二焊接电极68上使用了上述特定焊接面几何形状(例如，焊接面14、114、214、314、414)通过热暴露的HAZ软化和焊接接头几何形状的组合在焊接接头91周围的铝工件62内产生铰链效应，其用于使在切口根部处开始的裂缝偏转到焊接接头91的较软的焊接熔核87中并且当焊接的堆叠经受某些类型的载荷时远离较硬的、较不坚韧的和更脆的金属间层89。

通过结合至少第一焊接电极610使用焊接面几何形状产生的铰链效应将结合图17进行描述和解释。在此，示出了工件堆叠760，其中铝工件762和钢工件764通过焊接接头791焊接在一起。具有如上所述的第一焊接电极610的结构的焊接电极已经与另一个焊接电极结合使用以形成焊接接头791。具体地，已压入到铝工件762中的焊接电极具有第一焊接电极610的结构。由于将特定焊接电极与铝工件762接合而产生“铰链效应”，并且特别是由于焊接面几何形状的结果，其中中心圆顶部分30、130、230、330、430上的最外部的环状脊38”、138”、238”、338”、438””位于环状槽354(图7-9)、454(图10)或凹陷的基座凸肩表面44'(图1-4)、144'(图5)、244(图6)的径向向内的位置。铰链效应改善了焊接接头791的机械性能、特别是在施加拉伸或剥离载荷时，并且其特征在于铝工件762内的机械、热和/或冶金变化，该铝工件包围焊接接头791并促进铝工件762内的裂纹萌生并且偏转到焊接接头791的铝焊接熔核787中，而不是传播到金属间层789中并穿过金属间层789。

例如，当铝工件762由可热处理的铝合金构成时，铰链效应的特征在于一系列这样的区域，这些区域对随后的油漆烘烤操作的响应不同。第一区域793包含铝焊接熔核787。铝焊接熔核787具有完全重熔的微观结构，其柔软(～60-70HV)、稳定且对热处理无响应。在第一区域793的圆周之外的是第二区域795，其已经达到接近铝合金熔点的温度。暴露于升高的温度允许溶质元素溶解在铝合金中，其然后在烘焙期间沉淀，以显著增加合金的硬度(80至120Hv)。在第二区域795之外是第三区域797。该区域797也暴露于由于焊接接头791而形成的升高的温度，并被充分加热以沉淀溶质元素并使它们粗化，使得它们在铝合金内稳定。第三区域797内的铝合金对热处理的响应性较小，并且比焊接接头791周围的第二区域795中的合金更软(60至80Hv)。最后，第三区域797之外是第四区域799，其中铝合金相对不受焊接过程的影响，并且可以在热处理期间继续沉淀硬化(80至120Hv)。在焊接接头791周围形成柔软的第三区域797促使铝工件762在载荷下变形，使得优选地在铝工件762中发生裂缝，而不是沿着金属间层789或附近在结合界面785处出现氧化膜缺陷。

虽然热和冶金变化仅限于可热处理的铝合金，但与铰链效应相关的机械变化适用于可加热和不可热处理的铝合金，并且与铝工件762的厚度的突然变化有关-其对应于中心圆顶部分30、130、230、330、430上的最外部的环状脊38”、138”、238”、338”、438”的位置，并且其中这在相对于焊接接头791和切口根几何形状的时候发生这种情况。铰链效应增加铝工件762中的应力并且提供穿过铝工件762的更容易的裂缝路径，其防止沿着结合界面785的裂缝生长。为了使铰链效果最有效，它需要位于不断增长的裂缝路径附近。焊接接头791中的裂缝通常从切口根部801开始，该切口根部包括工件762、764之间的切口根部开口803和邻近焊接接头791的圆周的切口根部狭缝805。裂缝从切口根部狭缝805开始并且如果存在厚的金属间层789，则沿着结合界面785生长或沿着结合界面785的焊接缺陷以便跟随裂缝。一旦裂缝开始沿着结合界面785生长，它就会遇到软的、凝固的铝焊接熔核787，其中，如果允许铝工件762由于存在硬度分布(软区域)和接头几何形状(应力集中)的组合而弯曲或变形，它将偏转到铝焊接熔核787中。一旦裂缝偏转到铝焊接熔核787中，它就会朝向板表面生长并远离结合界面785。

因此，“铰链效应”是铝工件762内的施加条件，无论是位于硬区域之间的软区域还是厚度的突然变化，其允许铝工件762在加载时经历弯曲力矩，特别是在施加拉伸或剥离载荷时。该弯曲力矩类似于铰链运动，并且基本上保护结合界面785免于裂纹生长。铰链效应的适当位置促进了这种裂缝偏转。将铰链效应定位在切口根部开口803内、并且优选在切口根部狭缝805内将提供使得裂缝偏转到铝焊接熔核787中的最佳机会。利用铰链效应获得机械性能的附加的改进，而通过钢工件764的增加的变形增加了与切口根部狭缝805相邻的结合界面785的角度，从而改善了使得裂缝偏转进入并通过铝焊接熔核787的机会。铰链效应的位置和钢工件764的增加的变形可以通过焊接面14、114、214、314、414上的中心圆顶部分30、130、230、330、430的最外部的环状脊38”、138”、238”、338”、438”的定位来控制。

以上对优选示例性实施例和具体示例的描述本质上仅是描述性的；它们并非旨在限制随后的权利要求的范围。除非在说明书中另外明确地和明确地陈述，否则权利要求中使用的每个术语应当给出其常见和惯用的含义。

Claims (10)

1.一种焊接电极，包括：

具有前端和相对的后端的主体；以及

支撑在所述主体的所述前端上的焊接面，所述焊接面包括中心圆顶部分和凸肩部分，所述凸肩部分包围所述中心圆顶部分并从所述焊接面的外圆周向上和径向向内延伸到所述中心圆顶部分，所述中心圆顶部分具有基座圆顶面表面和一系列径向间隔的环状脊，所述中心圆顶部分上的所述系列径向间隔的环状脊中的每一个从所述基座圆顶面表面向外突出并包围所述焊接面的中心轴线，所述中心圆顶部分上的所述系列径向间隔的环状脊包括最靠近所述焊接面的所述中心轴线的最内部的环状脊和最远离所述焊接面的所述中心轴线的最外部的环状脊，使得所述中心圆顶部分上的所述系列径向间隔的环状脊的平面直径从所述最内部的环状脊到所述最外部的环状脊增加，所述中心圆顶部分上的所述最外部的环状脊具有径向内侧表面和径向外侧表面，所述中心圆顶部分上的所述最外部的环状脊的所述径向外侧表面在所述基座圆顶面表面下方向下延伸到所述焊接面的所述凸肩部分。

2.根据权利要求1所述的焊接电极，其中，所述中心圆顶部分的平面直径在3mm至12mm的范围内，其中所述中心圆顶部分上的所述系列径向间隔的环状脊中的每一个从所述基座圆顶面表面向外突出至范围为20μm至500μm的脊高度，并且其中所述中心圆顶部分上的所述系列径向间隔的环状脊包括两个至五个环状脊。

3.根据权利要求1所述的焊接电极，其中所述凸肩部分具有基座凸肩表面和一个或多个环状表面特征件，所述环状表面特征件中的每个分别向内伸入所述基座凸肩表面中或从所述基座凸肩表面向外突出，并包围所述中心圆顶部分。

4.根据权利要求1所述的焊接电极，其中所述凸肩部分具有基座凸肩表面，所述基座凸肩表面在所述中心圆顶部分的所述基座圆顶面表面下方凹陷的距离在0.05mm至1.0mm的范围内。

5.根据权利要求4所述的焊接电极，其中，所述凸肩部分包括一系列径向间隔的环状脊，所述环状脊定位在位于所述焊接面的所述外圆周附近的所述基座凸肩表面的径向外侧部分和与所述中心圆顶部分的所述最外部的环状脊的所述径向外侧表面相邻并邻接的所述基座凸肩表面的径向内侧部分之间，所述凸肩部分上的所述系列径向间隔的环状脊中的每一个从所述基座凸肩表面向外突出并包围所述中心圆顶部分，所述凸肩部分上的所述系列径向间隔的环状脊包括最靠近所述中心圆顶部分的最内部的环状脊和最远离所述中心圆顶部分的最外部的环状脊，所述凸肩部分上的所述系列径向间隔的环状脊由所述基座凸肩表面的介入部分分开，并且所述系列径向间隔的环状槽的平面直径在所述凸肩部分上从所述最内部的环状脊到所述最外部的环状脊增加。

6.根据权利要求4所述的焊接电极，其中，所述凸肩部分包括一系列径向间隔的环状槽，所述凸肩部分上的所述系列径向间隔的环状槽中的每一个都向内伸入到所述基座凸肩表面中并包围所述中心圆顶部分，所述凸肩部分上的所述系列径向间隔的环状槽包括最靠近所述中心圆顶部分的最内部的环状槽和最远离所述中心圆顶部分的最外部的环状槽，所述最内部的环状槽与所述中心圆顶部分相邻并且部分地由所述中心圆顶部分的所述最外部的环状脊的所述径向外侧表面限定，所述最外部的环状槽与所述基座凸肩表面的径向外侧部分相邻，所述基座凸肩表面的径向外侧部分从所述焊接面的所述外圆周径向向内延伸到所述凸肩部分上的所述最外部的环状槽，并且所述凸肩部分上的所述系列径向间隔的环状槽被所述基座凸肩表面的介入部分分开，并且所述系列径向间隔的环状槽的平面直径在所述凸肩部分上从所述最内部的环状槽到所述最外部的环状槽增加。

7.根据权利要求1所述的焊接电极，其中所述凸肩部分包括基座凸肩表面，所述基座凸肩表面未在所述中心圆顶部分的所述基座圆顶面表面下方凹陷，并且还包括一系列径向间隔的环状槽，所述凸肩部分上的所述系列径向间隔的环状槽中的每一个都向内伸入到所述基座凸肩表面中并包围所述中心圆顶部分，所述凸肩部分上的所述系列径向间隔的环状槽包括最靠近所述中心圆顶部分的最内部的环状槽和最远离所述中心圆顶部分的最外部的环状槽，所述最内部的环状槽与所述中心圆顶部分相邻并且部分地由所述中心圆顶部分的所述最外部的环状脊的所述径向外侧表面限定，所述最外部的环状槽与所述基座凸肩表面的径向外侧部分相邻，所述基座凸肩表面的径向外侧部分从所述焊接面的所述外圆周径向向内延伸到所述凸肩部分上的所述最外部的环状槽，并且所述凸肩部分上的所述系列径向间隔的环状槽被所述基座凸肩表面的介入部分分开，并且所述系列径向间隔的环状槽的平面直径在所述凸肩部分上从所述最内部的环状槽到所述最外部的环状槽增加。

8.一种焊接电极，包括：

具有前端和相对的后端的主体；以及

支撑在所述主体的所述前端上的焊接面，所述焊接面包括中心圆顶部分和凸肩部分，所述凸肩部分包围所述中心圆顶部分并从所述焊接面的外圆周向上和径向向内延伸到所述中心圆顶部分；

其中，所述中心圆顶部分具有基座圆顶面表面和一系列径向间隔的环状脊，所述中心圆顶部分上的所述系列径向间隔的环状脊中的每一个从所述基座圆顶面表面向外突出并包围所述焊接面的中心轴线，所述中心圆顶部分上的所述系列径向间隔的环状脊包括最靠近所述焊接面的所述中心轴线的最内部的环状脊和最远离所述焊接面的所述中心轴线的最外部的环状脊，使得所述中心圆顶部分上的所述系列径向间隔的环状脊的平面直径从所述最内部的环状脊到所述最外部的环状脊增加，所述中心圆顶部分上的所述最外部的环状脊具有径向内侧表面和径向外侧表面，所述中心圆顶部分上的所述最外部的环状脊的所述径向外侧表面在所述基座圆顶面表面下方向下延伸到所述凸肩部分并且具有大于所述径向内侧表面的高度的高度；

其中所述凸肩部分具有基座凸肩表面并且包括一个或多个环状表面特征件，所述环状表面特征件中的每个分别向内伸入到所述基座凸肩表面中或从所述基座凸肩表面向外突出，并包围所述中心圆顶部分。

9.根据权利要求8所述的焊接电极，其中所述一个或多个环状表面特征件包括槽，所述槽向内伸入所述基座凸肩表面中并且邻近所述中心圆顶部分并且部分地由所述中心圆顶部分的所述最外部的环状脊的所述径向外侧表面限定。

10.根据权利要求8所述的焊接电极，其中所述基座凸肩表面凹陷在所述中心圆顶部分的所述基座圆顶面表面下方，并且包括径向内侧部分，所述径向内侧部分位于所述中心圆顶部分的所述最外部的环状脊的所述径向外侧表面附近并与其邻接，并且其中所述一个或多个环状表面特征件包括从所述凸肩部分的所述基座凸肩表面向外突出的环状脊。