CN110369848B - 一种电阻点焊电极帽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电阻点焊电极帽，此电极帽的焊接接触面中心上具有凹槽，焊接时，由于凹槽的存在发明中的电极帽与待焊金属工件的接触面积减小，初期整体产热集中于焊点外圈、散热变慢，有助于熔核由外向内形成，并且由于凹陷的存在，金属工件向电极中心凹陷处扩展，从而增大焊点熔核，减小飞溅和变形。所以与传统电极帽相比，使用发明中的电极帽形成相同大小的焊点所需要的焊接电流更低，节省电力成本；并且使用相同的电流时所得焊点强度和稳定性更高，且焊接缺陷更少。
Description
技术领域
本发明涉及电阻点焊领域，更具体地涉及两层或多层金属工件之间进行电阻点焊时使用的焊接电极帽。
背景技术
随着全球变暖、能源枯竭问题的逐渐加剧，汽车的尾气排放及能源消耗越来越严重，实验证明汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。由于铝合金材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀性能优良、适合多种成型方法等优点，采用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减轻50％以上，被广泛应用于汽车车身中。
目前汽车制造中车身铝合金的连接方法主要以铆接的机械连接方法为主。而铆接是一种成本较高，工序复杂，表面质量差，增加车身重量的方法，一辆全铝车身或混合车身，通常需要1500个以上的钉子。电阻点焊利用工件本身及相互之间的电阻产热来熔化材料实现连接，由于其在连接过程中不需要填充材料，生产效率高且容易实现自动化，所以该方法被广泛应用在汽车车身制造中，例如发动机盖、车门等部位，随着铝合金在汽车中的应用，汽车制造商期望能继续采用电阻点焊对铝合金进行连接。
但是由于铝合金其本身的物理性质，采用普通的点焊工艺进行焊接时存在诸多问题。由于铝合金的高导电性、高导热性导致其在点焊过程中需要特别大的电流和压力，而伴随着大电流和高电极压力的使用，导致其在焊接时就需要更高的制造成本。而且由于铝合金的塑型温度区间较窄而导致焊接时飞溅及内部缺陷严重，焊接变形较大。表面高电阻氧化膜的存在又会导致在点焊过程中焊接电极磨损较快、电极寿命短进而导致焊点强度下降，表面质量差。
因此，需要一种能够获得更高焊接强度、电极寿命更长、低成本，更容易推广的电阻点焊铝合金的方法。
发明内容
本发明为了解决铝合金电阻点焊需要较大焊接电流，焊接飞溅、缺陷严重而焊接强度相对较低，焊接质量不稳定，电极寿命低等问题，提出了一种焊接接触面中心具有凹槽的电极帽。
为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电阻点焊电极帽，包括：
呈圆柱状的电极帽本体1；具有焊面31、圆周32、凹槽33的接触面3，凹槽33位于接触面3的中心，其上部边缘与焊面31相连接，凹槽33的形状为弧面或底部为平面、与焊面31连接部分以弧面或锥面过渡或中间为弧形凸台，与焊面31连接部分以弧面或锥面过渡。
在另一优选例中，凹槽的形状为球面，其外径d3为2-15mm；优选地，2-10mm。
在另一优选例中，电阻点焊电极帽还包括侧面2，侧面2为电极帽本体1到接触面3的过渡区域，侧面2的形状为弧面或锥面。
在另一优选例中，侧面2与焊面31以及与电极帽本体1之间以圆弧过渡、倒角连接。
在另一优选例中，当侧面2为弧面时，弧面的曲率半径大于等于电极帽本体1的圆周半径。
在另一优选例中，当侧面2为锥面时，锥面的倾角为0-90°，优选地，10-80°。
在另一优选例中，凹槽33的深度h为0.1-2mm；或更优选地，0.1-1.2mm。
在另一优选例中，凹槽33弧面的曲率半径为1-50mm，当凹槽底部为平面时，平面是半径为0.1-10mm的圆。
在另一优选例中，焊面31为环形平面或为球心与电极帽本体同侧的环形球面或为球心与电极帽本体异侧的环形球面或为向上凸起的环形弧面。
在另一优选例中，当焊面31为环形平面时，其外径范围为2-30mm；优选地，6-20mm。
在另一优选例中，当焊面31为环形球面时，焊面31所在的球的半径为10-100mm。
在另一优选例中，当焊面31为向上凸起的环形弧面时，弧的曲率半径为1-10mm，弧面最高点与最低点所在平面的垂直距离为0.1-5mm。
在另一优选例中，电阻点焊电极帽还包括位于焊面31或凹槽33上凸起的环形脊4，环形脊的截面形状为直线或曲线或直线与曲线的组合。
在另一优选例中，环形脊4包括内侧环形脊41、外侧环形脊42和不同环形脊之间间隔所形成的沟槽43。
在另一优选例中，环形脊4凸起高度H为20-500um。
在另一优选例中，环形脊4的数量为0-5个。
在另一优选例中，相邻两个环形脊4之间的间距即沟槽4的宽度为50-2000um。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
本发明的机理为：以焊接两层金属工件为例，焊接时，通过在具有中心凹陷的焊面的压力与电流的作用下，两层金属工件外侧首先接触，相接触部分受到环形电极作用的区域会产生电阻热、形成环形熔池，随着焊接时间的延长，并中心区域的逐渐接触，环形熔池在热传导作用下向中心生长，由于与凹槽相对应的两金属工件中心区域面积(焊点内侧)较小并且未与电极帽接触，热量集中于外侧，随着接触区域金属材料的熔化和塑性变形，其会向电极中心凹陷处挤压扩展，进而中心新的接触面又产生，电阻热在新的接触面产生，导致环形熔池向环形中心生长，进而使与凹槽相对应的两金属材料接触部分形成熔核，完成焊接。
技术效果：由于凹槽的存在本发明的电极帽初期与金属工件的接触面积减小，整体产热集中、散热变慢，并随着焊接的进行，接触面积变大散热变快，所以与普通电极帽相比形成相同大小的焊点所需要的焊接电流会降低，节省电力成本，并提高电极寿命；另外，因为环形熔池首先形成，中心凹槽的存在，会使环形熔池由外向内生长，与普通电极帽熔池从内向外生长相反，塑性金属材料会在压力及电流作用下被挤向电极中心凹槽区域，有利于避免在焊点边缘产生气孔、飞溅及焊接变形，从而能够增大熔核直径、提高焊点强度。
存在环形脊的情况下，在接触时，环形脊可以刺破铝合金表面的氧化膜，进而降低接触电阻，并且可以增大接触面积，增强散热，以此来减小电极焊接面与铝合金板接触面的热量，从而提高电极的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的可替代的实施方式。
图1表示接触面中心具有凹槽的一个电极帽的示意图。
图2表示图1中A-A截面的剖视图的一个实施例。
图3表示焊面为环形平面，凹槽为球面的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。
图4表示焊面为环形平面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。
图5表示焊面为环形平面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。
图6表示焊面为球心与电极帽本体同侧的环形球面，凹槽为球面的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。
图7表示焊面为球心与电极帽本体同侧的环形球面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。
图8表示焊面为球心与电极帽本体同侧的环形球面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。
图9表示焊面为球心与电极帽本体异侧的环形球面，凹槽为球面的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。
图10表示焊面为球心与电极帽本体异侧的环形球面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。
图11表示焊面为球心与电极帽本体异侧的环形球面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。
图12表示焊面为向上凸起的环形弧面，凹槽为球面的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。
图13表示焊面为向上凸起的环形弧面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。
图14表示焊面为向上凸起的环形弧面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。
图15表示接触面中心具有凹槽，焊面上具有环形脊的一个电极帽的示意图。
图16表示图15中电极帽的焊面的区域放大图。
图17表示图15中B-B截面的剖视图局部的一个实施例。
图18表示图15中B-B截面的剖视图的另一个实施例。
图19表示两侧为直线、顶部为与两侧直线相切的圆弧的环形脊的横截面形状的一个实施例。
图20表示两侧为对称的曲线、顶部为与两侧曲线相切的圆弧的环形脊的横截面形状的一个实施例。
图21表示顶部和两侧都为直线的环形脊的横截面形状的一个实施例。
图22表示两侧为直线、顶部为与两侧直线相交的圆弧的环形脊的横截面形状的一个实施例。
图23表示两侧为不同的曲线、顶部为与两侧曲线相连接的曲线的环形脊的横截面形状的一个实施例。
图24表示两侧为对称的曲线、顶部为直线的环形脊的横截面形状的一个实施例。
图25表示一侧为直线、另一侧为曲线、顶部为曲线或直线的环形脊的横截面形状的一个实施例。
图26表示整个横截面为弧形的环形脊的横截面形状的一个实施例。
图27表示焊面31为环形平面，凹槽33为球面时环形脊位于焊面上的图15中B-B截面的剖视图的一个实施例。
图28表示焊面为环形平面，凹槽为球面时环形脊既位于焊面上又位于凹槽上的图15中B-B截面的剖视图的一个实施例。
图29表示焊面为环形平面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡时环形脊位于焊面上图15中B-B截面的剖视图的一个实施例。
图30表示焊面为环形平面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡时环形脊位于焊面上的图15中B-B截面的剖视图的一个实施例。
图31表示焊面为球心与电极帽本体同侧的环形球面，凹槽为球面时环形脊位于焊面上的图15中B-B截面的剖视图的一个实施例。
图32表示焊面为球心与电极帽本体同侧的环形球面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡时环形脊位于焊面上图15中B-B截面的剖视图的一个实施例。
图33表示焊面为球心与电极帽本体同侧的环形球面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡时环形脊位于焊面上的图15中B-B截面的剖视图的一个实施例。
图34表示焊面为向上凸起的环形弧面，凹槽为球面时环形脊既位于焊面上又位于凹槽上的图15中B-B截面的剖视图的一个实施例。
图35表示焊面为向上凸起的环形弧面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡时环形脊位于焊面上又位于凹槽上的图15中B-B截面的剖视图的一个实施例。
图36表示金属工件电阻点焊焊接时整体的总体侧视图。
图37表示本发明电极帽的焊面上未设置环形脊时使用本发明进行焊接时焊接初期的一个横截面示意图。
图38表示本发明电极帽的焊面上设置环形脊时使用本发明进行焊接时焊接初期的一个横截面示意图。
图39表示使用普通电极帽对2块2mm的5182-O铝合金进行电阻点焊后焊点处的截面形状。
图40表示在使用本发明实施例1中电极帽对2块2mm的5182-O铝合金进行电阻点焊后焊点处的截面形状。
附图标记，1-电极帽本体、11-电极安装通道、12-电极帽本体圆周、2-侧面、3-接触面、31-焊面、32-圆周、4-环形脊、41-内侧环形脊、42-外侧环形脊、43-沟槽、44-环形脊横截面、45-位于内侧环形脊侧面上且与焊面31接触的点、46-位于外侧环形脊侧面上且与焊面31接触的点、5-焊枪、51-第一焊枪臂、52-第二焊枪臂、53-第一焊接电极帽、54-第二焊接电极帽、6，7-焊接工件、8-焊接工件6和7焊接熔核区、9-熔核、d1-圆周12的直径、d2-圆周32的直径、d3-凹槽为球面时，其外径尺寸、d4-相邻两个环形脊之间的间距、d5-环形脊的宽度、h-凹槽的深度、H-环形脊凸起的高度。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过大量试验，发现了一种接触面上中心具有凹槽的电极帽可以解决铝合金电阻点焊需要较大焊接电流，焊接飞溅严重而焊接强度相对较低，电极寿命低等问题，在此基础上完成了本发明。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，附图为示意图，因此本发明装置和设备的并不受所述示意图的尺寸或比例限制。
需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例1
如图1-2所示，本实施例的电阻点焊电极帽包括大致呈圆柱状的电极帽本体1、电极与焊接金属材料的接触面3。本体1的一端处具有电极安装通道11，另一端具有圆周12。接触面3包括焊面31、圆周32、凹槽33。所述凹槽33位于接触面3的中心区域。
所述本体1的一端指的是电阻点焊时与电阻点焊机相连的一端，另一端指的是靠近焊接工件接触面的一端。
在另一优选例中，电极安装通道11的形状为圆台或圆柱形，电极安装通道11的形状也可以为其他一些适当的形状。
所述圆周32与圆周12是平行的，圆周32可以理解为是圆周12沿着垂直于本体1的轴线向上平移后直径大小改变了的圆周，圆周32的圆心与圆周12的圆心的连线与本体1的轴线重合，圆周32的直径d2小于等于圆周12的直径d1。
凹槽33可以理解为在接触面3的中间位置挖了一个一定形状孔且此孔向下延伸一定的距离，所述凹槽33的形状为弧面或中间为平面、与环形焊面31接触部分为弧面或或中间为弧形凸台，与焊面31接触部分为弧面。凹槽33的深度为0.1-2mm；优选地，0.1-1.2mm。此处所指的凹槽33的深度是，凹槽33上部与焊面31相接触的边缘所在的平面到凹槽33最底部所在平面的垂直距离。
在另一优选例中，凹槽33的形状为球面，当凹槽33的形状为球面时，其外径d3为2-15mm；优选地，4-12mm。
所述焊面31为环形平面或为球心与电极帽本体同侧的环形球面或为球心与电极帽本体异侧的环形球面或向上凸起的环形弧面。
所述球心与电极帽本体同侧及球心与电极帽本体不同侧指的是以焊面31为临界面，球心向电极帽本体1靠近的方向为与电极帽本体同侧的方向，球心远离电极帽本体1的方向为与电极帽本体异侧的方向。
当焊面31为环形平面时，其外径范围即圆周32的直径为2-30mm，优选地，5-20mm；当焊面31为环形球面时，焊面31所在的球的半径为10-100mm；当焊面31为向上凸起的环形弧面时，弧的曲率半径为1-10mm，弧面最高点与最低点所在平面的垂直距离为0.1-5mm。
图3-14显示了焊面31和凹槽33的形状相组合时，图1中A-A截面剖视图的各个实施例。图1中A-A截面剖视图的可以为焊面为环形平面，凹槽为球面(图3)或焊面为环形平面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡(图4)或焊面为环形平面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡(图5)或焊面为球心与电极帽本体同侧的环形球面，凹槽为球面(图6)或焊面为球心与电极帽本体同侧的环形球面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡(图7)或焊面为球心与电极帽本体同侧的环形球面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡(图8)或焊面为球心与电极帽本体异侧的环形球面，凹槽为球面(图9)或焊面为球心与电极帽本体异侧的环形球面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡(图10)或焊面为球心与电极帽本体异侧的环形球面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡(图11)或焊面为向上凸起的环形弧面，凹槽为球面(图12)或焊面为向上凸起的环形弧面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡(图13)或焊面为向上凸起的环形弧面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡(图14)的形状。
所述电极帽还包括侧面2，侧面2为本体1的圆周12过渡到接触面3的圆周32的过渡区域，侧面2的形状为弧面或圆锥。当圆周12的直径与圆周32的直径相同时，侧面2就成为电极帽本体1的一部分。此处需要说明的是圆周12的直径即为电极帽本体1的直径，圆周12的半径为电极帽本体1的半径。侧面2也可以为其他一些适当的形状。
值得注意的是，本发明中的电极帽可以由任何导电和导热材料制成，例如可由铜合金制成，包括铜铬(CuCr)合金、铜铬锆(CuCrZr)合金，添加氧化铝颗粒的铜合金或其他各种的可用作电极材料的铜合金；上述所说铝合金可包含变形铝合金或铸造铝合金，包括表面具有涂层或未涂层的铝合金基板，例如铝镁合金、铝硅合金、铝镁硅合金、铝锌合金、铝铜合金等铝合金。而且其材料状态可以包括各种回火，包括退火、应变强化、固溶强化等状态。铝基板的厚度一般为0.3毫米至6.0毫米之间，优选地为从0.5毫米至3.0毫米之间。
实施例2
本实施例的电阻点焊电极帽与实施例1类似，与之不同的是本实施例焊面31或凹槽33上具有凸起的环形脊4，如图15-16所示，环形脊4包括内侧环形脊41、外侧环形脊42和不同环形脊之间间隔所形成的沟槽43。所述环形脊4可以理解为横截面44为一定结构的平面围绕电极帽的中心轴旋转一周所形成的环状结构，其中横截面44的下部与焊面31相接触，且整个横截面44与焊面31相垂直。所述电极帽的中心轴为经过圆周12的圆心并垂直于圆周12的直线。需要注意的是所述环形脊的数量不限于2个，根据需要可以为1个或多个。
如图17-18，所述凸起的环形脊4在焊面31上有如图17和18两种凸起方式，所述环形脊4相对于焊面31凸起的高度H可以为20-500um。此处所说的凸起的高度指的是环形脊4在垂直于焊面31或凹槽表面的方向上，环形脊下部到顶部的垂直距离H。两个相邻的环形脊之间间隔所形成的沟槽43的宽度d4即两个环形脊之间的距离为50-2000um。此处所说的相邻两个环形脊之间的沟槽43的宽度d4，指的是位于内侧环形脊侧面上且与焊面31接触的点45与位于外侧环形脊上且与焊面接触的点46之间的距离，点45与点46位于环形脊的同一横截面上。环形脊的宽度d5可以为200-3000μm，或更优选地为500-2000μm。此处所说的环形脊的宽度d5指的是位于环形脊两个侧面上且与焊面31相接触的两个点之间的距离，位于环形脊的同一横截面上。需要说明的是当环形脊的数量为3个以上时，相邻两个环形脊之间的沟槽宽度d4可以相同也可以不同，各个环形脊的宽度d5可以相同也可以不同。
如图19-26所示，显示了环形脊横截面44可能的形状结构(a表示横截面的下部，b表示横截面的顶部，c表示横截面的两侧)，横截面44的形状可以为两侧为直线、顶部为与两侧直线相切的圆弧(图19)或两侧为对称的曲线、顶部为与两侧曲线相切的圆弧(图20)或顶部和两侧都为直线(图21)或两侧为直线、顶部为与两侧直线相交的圆弧(图22)或两侧为不同的曲线、顶部为与两侧曲线相连接的曲线(图23)或两侧为对称的曲线、顶部为直线(图24)或一侧为直线、另一侧为曲线、顶部为曲线或直线(图25)或整个横截面为半圆形(图26)的结构。需要注意的是上述所阐述的环形脊的横截面结构只是优选的一些结构，也可以为其他一些适合环形脊截面形状的结构。
如图27-35，显示了焊面31和凹槽33的形状不同时，环形脊位于焊面31和凹槽33的位置情况，需要说明的是图中只是列举了一些环形脊在焊面和凹槽上的一些优选位置，环形脊可以单独位于焊面31上或可以单独位于凹槽33上或同时位于焊面31和凹槽33上，并且位于焊面31和凹槽33上的环形脊的数量可以根据使用情况随机选择。
实施例3
本实施例揭示了采用本发明电极帽焊接铝合金工件的装置及过程，如图36所示，5为可用于电阻点焊连接第一铝合金工件6和第二铝合金工件7的焊接位置8处的焊枪，焊枪5包括第一焊枪臂51、第二焊枪臂52、第一焊接电极帽53和第二焊接电极帽54。第一和第二铝合金工件6、7由比如铝镁合金、铝硅合金、铝镁硅合金或铝铜合金等铝合金构成，铝合金工件的厚度为0.5-3mm。更佳地，铝合金工件可以为2.0mm厚的5182-O铝合金。焊接时铝合金工件可以为2个(比如只有6和7)也可以为2个以上的组合，且各个铝合金工件的厚度可以相同也可以不同。需要说明的是，本文中所使用的术语“工件”是指广泛地包含金属片层、突起部、铸件和可电阻点焊的其他铝合金件或钢材、镁合金工件。焊枪臂51、52通常是具有较大自动化焊接操作中的一部分，一般包括C型、X型和其他种类的结构形状，通常是由机器人或自动化部件来实现的，在本领域中是很好理解的。
第一和第二焊枪臂51和52上具有安装的如实施例1和2所述的第一和第二焊接电极帽53和54，在点焊时，焊枪臂被操作以使电极帽53和54可以精密贴靠工件6和7，通过焊枪臂和电极帽传导压力和电流，使工件6、7贴合部位8熔化并形成点焊接头。两电极帽53和54可以为实施例1和2所述的各种结构，53和54的结构可以相同也可以不同。
图37表示在使用本发明实施例1中电极帽进行焊接时焊接初期的一个横截面示意图。电极53和54具有相同的结构尺寸，焊接时焊枪通过焊面31传递压力和电流，两层金属材料6和7相接触部分受到环形电极作用的区域会产生电阻热，从而形成熔核9，进而形成环形熔池。两层金属工件外侧首先接触，相接触部分受到环形电极作用的区域会产生电阻热、形成环形熔池，随着焊接时间的延长，并中心区域的逐渐接触，环形熔池在热传导作用下向中心生长，由于与凹槽相对应的两金属工件中心区域面积(焊点内侧)较小并且未与电极帽接触，热量集中于外侧，随着接触区域金属材料的熔化和塑性变形，其会向电极中心凹陷处挤压扩展，进而中心新的接触面又产生，电阻热在新的接触面产生，导致环形熔池向环形中心生长，进而使与凹槽相对应的两金属材料接触部分形成熔核，完成焊接。由于凹槽的存在本发明的电极帽初期与金属工件的接触面积减小，整体产热集中、散热变慢，并随着焊接的进行，接触面积变大散热变快，所以与普通电极帽相比形成相同大小的焊点所需要的焊接电流会降低，节省电力成本，并提高电极寿命；另外，因为环形熔池首先形成，中心凹槽的存在，会使环形熔池由外向内生长，与普通电极帽熔池从内向外生长相反，塑性金属材料会在压力及电流作用下被挤向电极中心凹槽区域，有利于避免在焊点边缘产生气孔及飞溅，从而能够增大熔核直径、提高焊点强度。
环形脊存在的情况下，在接触时，环形脊可以刺破铝合金表面的氧化膜，进而降低接触电阻，并且可以增大接触面积，增强散热，从而减小电极焊接面与铝合金板接触面的热量，从而提高电极的使用寿命。
图38表示在使用本发明实施例2中电极帽进行焊接时焊接初期的一个横截面示意图。焊接原理与图37的焊接原理类似。
实施例4
如图39所示为使用普通的电极帽对两块厚度为2mm的5182-O铝合金进行电阻点焊后，焊点处截面形状；由图中可看出其熔核直径较小只有6.08mm，且内部存在明显的缩孔缺陷，飞溅严重，边缘焊接变形较大，这就造成了其焊点强度较低。
实施例5
如图40所示为使用本发明实施例1中的电极帽并采用实施例3的焊接装置及焊接原理，对两块厚度为2mm的5182-O铝合金进行电阻点焊后，两块铝合金焊点处的截面形状；由图中可看出其熔核直径达到了8.23mm，且内部无明显的焊接缺陷，没有飞溅产生，焊点边缘无明显的变形，这就大大提高了其焊点强度。
尽管本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，做出的种种的等效的变化或替换，均属于本发明保护的范围。因此，本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求所界定的范围为准。
Claims (5)
1.一种电阻点焊电极帽，用于避免在焊点边缘产生气孔、飞溅及焊接变形，从而能够增大熔核直径、提高焊点强度，所述电极帽包括：
第一电阻点焊电极帽和第二电阻点焊电极帽，焊接时，所述第一电阻点焊电极帽的接触面和第二电阻点焊电极帽的接触面分别与独立的两层或多层金属工件接触；其中，所述两层或多层金属工件为铝合金工件；
所述第一电阻点焊电极帽和所述第二电阻点焊电极帽均包括：
呈圆柱状的电极帽本体（ 1） ；
具有焊面（ 31） 、圆周（ 32） 、凹槽（ 33） 的接触面（ 3） ，凹槽（ 33） 位于接触面（3） 的中心，其上部边缘通过光滑圆角与焊面（ 31） 过渡连接，圆周（ 32） 为焊面（ 31） 的外径；其中，所述凹槽（ 33） 的深度h为0.1-2mm；所述凹槽整体为一弧面，所述凹槽的弧面的曲率半径为1-50mm，且所述凹槽的形状为球面，当上述凹槽的形状为球面时，其外径d3为2-15mm；以及
位于焊面(31)和凹槽(33)上的环形脊(4)，环形脊(4)的截面形状为直线或曲线或直线与曲线的组合，环形脊(4)的凸起高度H为20-500um，环形脊(4)的宽度为500-2000μm，环形脊(4)的数量为2-5个；相邻两个环形脊(4)之间形成沟槽(43)，所述沟槽(43)的宽度为50-2000um；
其中在焊接两层金属工件时，通过在所述焊面(31)的压力与电流的作用下，两层金属工件外侧首先接触，形成环形熔池，随着接触区域的金属材料的熔化和塑性变形，所述环形熔池会向所述电阻点焊电极帽的凹槽(33)扩展，从而使得所述环形熔池由外向内生长。
2.如权利要求1所述的电阻点焊电极帽，其特征在于：还包括侧面（ 2） ，侧面（ 2） 为电极帽本体（ 1） 到接触面（ 3） 的过渡区域，侧面（ 2） 的形状为弧面或锥面；其中所述侧面(2)的上下表面分别与接触面(3)及电极帽本体(1)的另一端以弧面或倒角的形式相连接。
3.如权利要求1所述的电阻点焊电极帽，其特征在于：凹槽（ 33） 的形状为整体为一弧面或底部为平面、与焊面（ 31） 连接部分以弧面或锥面过渡或中间为弧形凸台，与焊面（31） 连接部分以弧面或锥面过渡。
4.如权利要求1所述的电阻点焊电极帽，其特征在于：焊面（ 31） 为环形平面或为球心与电极帽本体同侧的环形球面或为球心与电极帽本体异侧的环形球面或为向上凸起的环形弧面。
5.如权利要求1所述的电阻点焊电极帽，其特征在于：环形脊（ 4） 包括内侧环形脊（41） 、外侧环形脊（ 42） 和不同环形脊之间间隔所形成的沟槽（ 43） 。
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