CN109983161B - 电阻焊电极涂覆方法及电阻焊电极 - Google Patents

电阻焊电极涂覆方法及电阻焊电极 Download PDF

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Abstract

本发明提供电阻焊电极涂覆方法及电阻焊电极。根据本发明的电阻焊电极涂覆方法包含：碳化钨准备步骤，作为用于涂覆电极表面的涂覆材料准备碳化钨(WC)；碳化钨粉末形成步骤，将所述碳化钨(WC)形成为具有预定平均粒度的粉末；以及碳化钨粉末涂覆步骤，将所述碳化钨(WC)粉末通过可在常温下涂覆不会发生粉末熔化的低温喷涂工艺高速喷射到所述电极表面涂覆成预定涂覆厚度。

Description

电阻焊电极涂覆方法及电阻焊电极
技术领域
本发明涉及一种电阻焊电极涂覆方法及电阻焊电极。更详细地，本发明涉及一种电阻焊电极涂覆方法及电阻焊电极，对电极进行涂覆，以延长电阻焊(点焊、凸焊等)时电极的使用寿命。
背景技术
电阻焊是广泛使用的焊接方法，夹持待焊工件使其彼此接触，使用铜基合金制成的电极并使电流流过两个电极，由于电流流过工件产生的电阻热，接触面的温度升高，此时施加压力进行焊接。
通常，为了优异的导电率以及提高强度，电阻焊电极使用铜基合金(Cu-Cr、Cu-Be、Cu-Cr-Ni基合金等)制成的电极，但是如果实施多次焊接，则焊接时产生的电弧热必会导致铜基合金制成的电极磨损和劣化，因此焊接质量急剧下降，需要更换电极或者修磨电极表面后再使用。
因此，电极寿命缩短(包含更换电极、修磨电极表面以及重装的时间)导致生产率下降。特别是，当焊接含低熔点合金的锌基镀层钢板或铝基镀层钢板时，低熔点镀层材料与产热部位的电极发生反应，由于出现镀层粘附在电极的现象，电极寿命会缩短。尤其，对广泛用作汽车钢板的利用锌基合金的镀层钢板进行焊接时，与使用普通钢板的情形相比，电极寿命会急剧下降到10％以下。因此，需要频繁中断焊接以修磨电极，从而导致生产率下降，电极使用成本也会增加。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种电阻焊电极涂覆方法及电阻焊电极，将碳化钨(WC)粉末利用低温喷涂工艺涂覆在电极表面上，使得在对薄板特别是镀层薄板进行电阻焊时，防止电极劣化并抑制与镀层的反应，以提高电极寿命和焊接质量。
技术方案
根据本发明的一个示例性实施方案，可以提供一种电阻焊电极涂覆方法，所述涂覆方法包含：
碳化钨准备步骤，作为用于涂覆电极表面的涂覆材料准备没有混入金属粉末仅由100％碳化钨(WC)组成的碳化钨；
碳化钨粉末形成步骤，将所述碳化钨(WC)形成为具有预定平均粒度的粉末；以及
碳化钨粉末涂覆步骤，将所述碳化钨(WC)粉末通过可在常温下涂覆不会发生粉末熔化的低温喷涂工艺高速喷射到所述电极表面涂覆成预定涂覆厚度，
所述碳化钨粉末形成步骤中形成的碳化钨(WC)粉末包含大于等于95重量％且小于100重量％的碳化钨(WC)和余量的选自包含Co、Ni、Cu及Cr的组中的任何至少一种物质或它们的合金及不可避免的杂质。
在所述碳化钨粉末形成步骤中，碳化钨粉末的平均粒度大小可为1μm～50μm。
所述涂覆厚度大小可为10μm至100μm。
利用根据所述电阻焊电极涂覆方法得到的电阻焊电极进行点焊时，在400个或更多个焊点，焊接强度可大于等于6kN。
所述电阻焊电极涂覆方法可包含涂覆表面修磨步骤，所述碳化钨粉末涂覆步骤中对电极表面实施涂覆后，再修磨所述涂覆表面。
所述低温喷涂工艺可以是在预定加热温度和压力条件下对喷射气体进行加速，以使碳化钨粉末撞到电极表面而层积。
所述喷射气体可由氮气和氦气中的任何一种气体或它们的混合气体组成。
所述喷射气体的加热温度可为200℃至1100℃。
所述喷射气体的预定压力可为15bar至75bar。
在所述碳化钨粉末涂覆步骤中，碳化钨(WC)粉末颗粒可沿深度方向嵌入电极表面而形成涂层。
在所述涂层中，所述碳化钨(WC)粉末颗粒嵌入所述电极表面的深度可大于等于5μm且小于等于50μm。
另外，根据本发明的一个示例性实施方案，可以提供一种电阻焊电极，所述电极包含：电极表面，所述电极表面形成电极的外表面；以及涂层，通过可在常温下涂覆不会发生粉末熔化的低温喷涂工艺将碳化钨(WC)粉末作为用于涂覆所述电极表面的涂覆材料与喷射气体一起在预定加热温度和压力条件下高速喷射到所述电极表面而形成所述涂层，所述涂层具有预定涂覆厚度，
所述碳化钨(WC)粉末包含大于等于95重量％且小于100重量％的碳化钨(WC)和余量的选自包含Co、Ni、Cu及Cr的组中的任何至少一种物质或它们的合金及不可避免的杂质，
所述涂层是所述碳化钨(WC)粉末颗粒沿深度方向嵌入所述电极表面层积而形成。
所述碳化钨粉末的平均粒度大小可为1μm～50μm。
所述涂覆厚度大小可为10μm至100μm。
在所述涂层中，所述碳化钨(WC)粉末颗粒嵌入所述电极表面的深度可大于等于5μm且小于等于50μm。
所述喷射气体可由氮气和氦气中的任何一种气体或它们的混合气体组成。
所述喷射气体的加热温度可为200℃至1100℃。
所述喷射气体的预定压力可为15bar至75bar。
发明效果
根据本发明的示例性实施方案，通过增加电极寿命、提高焊接质量以及延长电极修磨周期，可以提高焊接生产率，而且通过增加电极寿命，还可以减少电极消耗成本。
附图说明
图1是根据本发明的一个示例性实施方案的电阻焊电极涂覆方法的流程示意图。
图2是对比例1的涂覆后的电极表面的修磨前的截面照片。
图3是对比例2的涂覆后的电极表面的修磨前的截面照片。
图4是根据本发明的一个示例性实施方案的发明例1的涂覆后的电极表面的修磨前的截面照片。
图5是根据本发明的一个示例性实施方案的电阻焊电极涂覆设备的布局示意图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的示例性实施方案，以使本发明所属领域的普通技术人员容易实施本发明。本发明所属领域的普通技术人员容易理解，在不脱离本发明的概念及范围的基础上，本文所述的示例性实施方案能够以各种不同方式变形实施。在附图中尽量采用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。
本文所使用的术语只是出于描述特定实施方案，并不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包含复数形式。还应该理解的是，术语“包含”可以具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，但并不排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。
虽然没有另作定义，但本文使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)的含义与所属领域的技术人员通常理解的意思相同。对于辞典里面有定义的术语，应该被解释为具有与相关技术文献和本文中公开的内容一致的意思，而不应该以理想化或过于正式的含义来解释它们的意思。
图1是根据本发明的一个示例性实施方案的电阻焊电极涂覆方法的流程示意图。
参见图1，根据本发明的一个示例性实施方案的电阻焊电极涂覆方法作为薄板特别是镀锌、镀铝钢板电阻焊时用以增加电极寿命的电极表面涂覆方法可包含：
碳化钨准备步骤S10，作为用于涂覆电极表面的涂覆材料准备碳化钨(WC)；
碳化钨粉末形成步骤S20，将所述碳化钨(WC)形成为具有预定平均粒度的碳化钨(WC)粉末；以及
碳化钨粉末涂覆步骤S30，将所述碳化钨(WC)粉末高速喷射到所述电极表面涂覆成预定涂覆厚度。
所述碳化钨粉末形成步骤S20中形成的碳化钨(WC)粉末可包含大于等于95重量％且小于100重量％的碳化钨(WC)和余量的选自包含Co、Ni、Cu及Cr的组中的任何至少一种物质或它们的合金及不可避免的杂质。
此外，所述电阻焊电极涂覆方法可包含涂覆表面修磨步骤S40，所述碳化钨粉末涂覆步骤S30中对电极表面实施涂覆后，再修磨所述涂覆表面。
另外，在所述涂覆表面修磨步骤S40中，用修磨砂纸或修磨机等对涂覆表面进行修磨使其具有预定的表面粗糙度。
在所述碳化钨准备步骤S10中，作为所述涂覆材料使用尽量减少与锌(Zn)、铝(AI)等低熔点镀层材料发生反应以及导电性和耐磨性优异的碳化钨(WC)。
在所述碳化钨粉末形成步骤S20中，可以将所述碳化钨通过粉碎机等进行粉碎，以形成具有预定平均粒度的碳化钨粉末。
为了提高层积效率，可以将金属粉末(Cu、Ni等)混入碳化钨(WC)粉末中。但是，从下述对比例1、对比例2的结果可知，金属与锌(Zn)等低熔点镀层的反应会增加，镀层粘附到电极上，由于焊接不良，不能获得电极寿命增加的效果。因此，使用碳化钨(WC)含量大于等于95重量％且小于100重量％的碳化钨(WC)粉末。
在所述碳化钨粉末形成步骤S20中，所述碳化钨粉末的平均粒度大小可为1μm～50μm。
如此限制碳化钨粉末的平均粒度是因为，通常对于低温喷射的涂覆材料，如果平均粒度小于1μm，则由于粉末太轻，无法形成涂层，如果平均粒度大于50μm，则在相同的工艺条件下，由于无法加速到充分的速度，层积效率会下降。
因此，基于形成涂层以及层积效率的观点，通常用于低温喷射的碳化钨粉末(材料)的平均粒度大小最好为1～50μm。
所述碳化钨粉末涂覆步骤S30可以采用可在常温下涂覆不会发生粉末熔化的低温喷涂工艺，以便容易调节涂覆厚度并防止碳化钨(WC)的脱碳。
所述电极的涂覆厚度大小可为10μm至100μm。
如此设置涂覆厚度的理由在于，如果涂覆厚度小于10μm，则难以获得涂覆效果，如果涂覆厚度大于100μm，则电阻增加导致的焊接不良和涂层剥离的可能性会增加。
因此，基于涂覆效果以及防止电阻增加导致的焊接不良和涂层剥离的观点，所述电极的涂覆厚度大小最好为10μm至100μm。
电极可以使用由铜基合金(选自包含Cu-Cr、Cu-Be及Cu-Cr-Ni的组中的任何一种合金)等制成的电极。
如上所述，与现有的热喷涂工艺相比，本发明中仅采用低温喷涂工艺不会发生粉末熔化，因此碳化钨(WC)粉末颗粒沿深度方向嵌入基底(电极)表面，从而可以形成涂层。
基底(电极表面)的深度方向是指从基底的表面垂直向内的方向。
在涂层中，碳化钨(WC)粉末颗粒嵌入基底(电极)表面的深度可大于等于5μm且小于等于50μm。
也就是说，不同于现有热喷涂工艺，本发明的低温喷涂工艺是在常温下对涂覆材料进行超高速加速，让加速后的涂覆材料撞到基底材料(电极表面)，使得在基底(电极)表面和粉末颗粒、粉末颗粒和粉末颗粒之间界面发生物理接合，从而在固体状态下形成涂层，并不是将涂覆材料(粉末)暴露于高温火焰下使其熔化。
因此，相对于现有热喷涂工艺，本发明的低温喷射工艺具有如下的特征和优点。
(1)相对硬(Hard)的碳化钨(WC)粉末颗粒撞到较软(Soft)的基底(Cu基电极)时会发生嵌入基底(电极)表面的现象。
根据工艺条件和颗粒大小，碳化钨(WC)粉末颗粒沿深度方向嵌入基底(电极)表面的深度可大于等于5μm且小于等于50μm。
然而，在现有的热喷涂工艺中，熔化的颗粒撞到基底(电极)后凝固，因此不会发生如本发明的颗粒嵌入现象。
(2)由于是通过高速碰撞进行涂覆的工艺，结合力非常好，因此在涂覆之前，不需要另进行使基底(电极)表面粗糙化的操作(喷砂处理，grit blasting)。
然而，在现有的热喷涂工艺中，熔化的颗粒需要碰撞、凝固而机械结合。因此，在涂覆之前，需要通过使基底(电极)表面粗糙化，最大限度加大接触面积以提高结合力，所以使用具有5至20微米的表面粗糙度(Ra)的电阻焊电极。
另外，所述低温喷涂工艺是在预定加热温度和压力条件下对作为工艺气体的喷射气体进行超高速加速，以输送常温涂覆材料碳化钨粉末，使其撞到基底(电极)而层积。
提高工艺气体的温度和压力的目的只在于加速，而不在于使涂覆材料熔化。
喷射气体可由氮气和氦气中任何一种气体或它们的混合气体组成。
此外，喷射气体的加热温度可为200℃至1100℃。
如此设置喷射气体的加热温度范围的理由在于，在喷射气体的加热温度小于200℃的条件下颗粒速度低，因此不会发生层积，而且在喷射气体的加热温度大于1100℃的条件下颗粒速度太快，可能会造成基底产生龟裂。
另外，喷射气体的预定压力可为15bar至75bar。
如此设置喷射气体的预定压力的理由在于，在喷射气体的预定压力小于15bar的条件下颗粒速度低，因此不会发生层积，而且在喷射气体的预定压力大于75bar的条件下颗粒速度太快，可能会造成基底产生龟裂。
下面参照图1对根据本发明的一个示例性实施方案的电阻焊电极涂覆方法的流程进行描述。
作为用于涂覆电极表面的涂覆材料准备没有混入金属粉末仅由100％碳化钨(WC)组成的碳化钨(WC)(S10)，将所述碳化钨形成为具有预定平均粒度(例如，粒度大小为1μm～50μm)的粉末(S20)。
作为所述涂覆材料使用尽量减少与锌(Zn)、铝(AI)等低熔点镀层材料发生反应以及导电性和耐磨性优异的碳化钨(WC)。
另外，将所述碳化钨(WC)粉末高速喷射到所述电极表面涂覆成预定涂覆厚度(例如，厚度大小为10μm至100μm)(S30)，所述碳化钨粉末涂覆步骤S30采用可在常温下涂覆不会发生粉末熔化的低温喷涂工艺，以便容易调节涂覆厚度并防止碳化钨(WC)的脱碳。
接下来，所述碳化钨粉末涂覆步骤S30中对电极表面实施涂覆后，再通过修磨砂纸或修磨机等将所述涂覆表面修磨成具有预定表面粗糙度(S40)。
(实施例)
[表1]中示出用于点焊的电极种类。现有实例作为无涂层电极直接使用了铜(Cu)基合金电极。各涂层所使用的材料是粉末形式，金属粉末使用了大小为5～50μm的粉末，碳化钨(WC)粉末使用了大小为5～10μm的粉末。对电极实施涂覆后，再用修磨砂纸对涂覆表面进行600次表面修磨，然后实施焊接试验。焊接所使用的钢板是厚度为1.2mm的锌(Zn)合金镀层钢板。
[表2]中示出所采用的点焊条件。
[表3]中示出在相同焊接条件下焊接时以100个焊点间隔焊接拉伸试样后测定出拉伸强度的结果。
对于现有实例的电极，焊接强度不仅在100个焊点后逐渐减小，而且400个焊点后太多的镀层钢板粘附在电极上，因此产生太多的飞溅，所以中断了焊接试验。
对比例1与现有实例相比，在焊接强度上显示出几乎类似的强度，也同样在300个焊点或400个焊点后产生太多的飞溅，所以中断了焊接试验。
对比例2与现有实例相比，焊接强度明显降低，由于与镀层的反应，焊接电极与镀层钢板粘在一起，所以中断了焊接。相比之下，发明例1的电极与现有实例相比，500个焊点为止还保持高强度，与镀层的反应也几乎没有发生。
图2至图4中作为对比例1、对比例2及发明例1示出了对铜(Cu)基底实施涂覆的涂覆截面照片。
由于低温喷涂工艺的特性，碳化钨(WC)粉末中混入铜(Cu)、镍(Ni)金属粉末的涂层在金属基体内均匀地分布有碳化钨(WC)粉末，当使用碳化钨(WC)粉末时，比铜(Cu)基底相对硬(Hard)的碳化钨(WC)颗粒嵌入基底而形成涂层。
【表1】
Figure GDA0002062641710000111
【表2】
Figure GDA0002062641710000112
【表3】
Figure GDA0002062641710000113
图5是根据本发明的一个示例性实施方案的电阻焊电极涂覆设备的布局示意图。
除了下面具体描述的之外，根据本发明的一个实施例的电阻焊电极涂覆设备的相关描述与根据本发明的一个实施例的电阻焊电极涂覆方法中描述的相同，因此不再赘述。
参见图5，根据本发明的一个实施例的电阻焊电极涂覆设备可包含：
粉碎机100，用于将碳化钨(WC)粉碎成具有预定平均粒度的粉末，以作为用于涂覆电极10表面11的涂覆材料；
加速器200，用于将所述粉碎机100中粉碎的碳化钨(WC)粉末在常温下与喷射气体一起在预定加热温度和压力条件下进行加速；
低温喷涂机300，其设置在电极10表面11的上方，用于将加速器200中加速的喷射气体与碳化钨(WC)粉末一起高速喷射到电极表面11，以形成预定涂覆厚度的涂层20。
通过上述的电阻焊电极涂覆方法或电阻焊电极涂覆设备，可以制造出电阻焊电极。
这种电阻焊电极可包含：电极表面11，所述电极表面11形成电极10的外表面；以及涂层20，通过可在常温下涂覆不会发生粉末熔化的低温喷涂工艺将碳化钨(WC)粉末作为用于涂覆所述电极表面11的涂覆材料与喷射气体一起在预定加热温度和压力条件下高速喷射到所述电极表面11而形成所述涂层20，所述涂层20具有预定涂覆厚度。
所述碳化钨(WC)粉末可包含大于等于95重量％且小于100重量％的碳化钨(WC)和余量的选自包含Co、Ni、Cu及Cr的组中的任何至少一种物质或它们的合金及不可避免的杂质。
此外，所述涂层20可以是所述碳化钨(WC)粉末颗粒沿深度方向嵌入所述电极表面11层积而形成。
所述碳化钨粉末的平均粒度大小可为1μm～50μm。
所述涂覆厚度大小可为10μm至100μm。
另外，在所述涂层20中，所述碳化钨(WC)粉末颗粒嵌入所述电极表面11的深度可大于等于5μm且小于等于50μm。
如图5所示，电极表面11的深度方向是指电极10的上下方向，即从电极表面11朝向电极10内部的方向。
所述电极表面11的涂层20可通过修磨机(未图示)修磨成具有预定的表面粗糙度。
所述喷射气体可由氮气和氦气中的任何一种气体或它们的混合气体组成。
所述喷射气体的加热温度可为200℃至1100℃。
所述喷射气体的预定压力可为15bar至75bar。

Claims (13)

1.一种电阻焊电极涂覆方法，其包含：
碳化钨准备步骤，作为用于涂覆电极表面的涂覆材料准备碳化钨；
碳化钨粉末形成步骤，将所述碳化钨形成为具有预定平均粒度的粉末；以及
碳化钨粉末涂覆步骤，将所述碳化钨粉末通过可在常温下涂覆不会发生粉末熔化的低温喷涂工艺高速喷射到所述电极表面涂覆成预定涂覆厚度，
所述碳化钨粉末形成步骤中形成的碳化钨粉末包含大于等于95重量％且小于100重量％的碳化钨和余量的选自包含Co、Ni、Cu及Cr的组中的任何至少一种物质或它们的合金及不可避免的杂质；
其中，在所述碳化钨粉末形成步骤中，碳化钨粉末的平均粒度大小为5μm～10μm；
其中，在所述碳化钨粉末涂覆步骤中，碳化钨粉末颗粒沿深度方向嵌入所述电极表面而形成涂层，
其中，在所述涂层中，所述碳化钨粉末颗粒嵌入所述电极表面的深度大于等于5μm且小于等于50μm。
2.根据权利要求1所述的电阻焊电极涂覆方法，其中，
所述涂覆厚度大小为10μm至100μm。
3.根据权利要求1所述的电阻焊电极涂覆方法，其中，
利用根据所述电阻焊电极涂覆方法得到的电阻焊电极进行点焊时，在400个或更多个焊点，焊接强度大于等于6kN。
4.根据权利要求1所述的电阻焊电极涂覆方法，其包含涂覆表面修磨步骤，所述碳化钨粉末涂覆步骤中对电极表面实施涂覆后，再修磨所述涂覆表面。
5.根据权利要求1所述的电阻焊电极涂覆方法，其中，
所述低温喷涂工艺是在预定加热温度和压力条件下对喷射气体进行加速，以使碳化钨粉末撞到电极表面而层积。
6.根据权利要求5所述的电阻焊电极涂覆方法，其中，
所述喷射气体由氮气和氦气中的任何一种气体或它们的混合气体组成。
7.根据权利要求5所述的电阻焊电极涂覆方法，其中，
所述喷射气体的加热温度为200℃至1100℃。
8.根据权利要求5所述的电阻焊电极涂覆方法，其中，
所述喷射气体的预定压力为15bar至75bar。
9.一种电阻焊电极，其包含：
电极表面，所述电极表面形成电极的外表面；以及
涂层，通过可在常温下涂覆不会发生粉末熔化的低温喷涂工艺将碳化钨粉末作为用于涂覆所述电极表面的涂覆材料与喷射气体一起在预定加热温度和压力条件下高速喷射到所述电极表面而形成所述涂层，所述涂层具有预定涂覆厚度，
所述碳化钨粉末包含大于等于95重量％且小于100重量％的碳化钨和余量的选自包含Co、Ni、Cu及Cr的组中的任何至少一种物质或它们的合金及不可避免的杂质，
所述涂层是所述碳化钨粉末颗粒沿深度方向嵌入所述电极表面层积而形成；
其中，所述碳化钨粉末的平均粒度大小为5μm～10μm；
其中，在所述涂层中，所述碳化钨粉末颗粒嵌入所述电极表面的深度大于等于5μm且小于等于50μm。
10.根据权利要求9所述的电阻焊电极，其中，
所述涂层的涂覆厚度大小为10μm至100μm。
11.根据权利要求9所述的电阻焊电极，其中，
所述喷射气体由氮气和氦气中的任何一种气体或它们的混合气体组成。
12.根据权利要求11所述的电阻焊电极，其中，
所述喷射气体的加热温度为200℃至1100℃。
13.根据权利要求11所述的电阻焊电极，其中，
所述喷射气体的预定压力为15bar至75bar。
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