CN114378416A - 使用成形电极的紧凑型埋线焊接的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于电线的紧凑型埋线焊接的装置，其具有一组预焊接电极(100)，用于经由压缩将第一线材段(110)的截面预成形为具有预焊接形状，预焊接形状包括用于要焊接的第二线材段(120)的凹进部(115)。此外，该装置还包括一组焊接电极(200)，用于装载预成形的第一段和位于凹进部中的第二线材段，且其允许将第一段的预成形的截面改变为焊接形状，该焊接形状适于施加适用于施加焊接电流以焊接第一段和第二段，并且在第一段和第二段之间的接触表面处实现焊接电流密度的均匀分布。还提供了一种使用预焊接电极(100)和/或焊接电极(200A)的紧凑型埋线焊接的方法。

Description

使用成形电极的紧凑型埋线焊接的装置和方法

技术领域

本发明涉及电缆和/或线材的电阻焊接，更具体地，涉及通过电阻焊接在具有不同截面和/或由不同材料制成的电线之间形成接头的装置和方法，例如在多股电缆和实心芯电线之间。

背景技术

电阻焊接通常在广泛的应用中用于电互连电和/或线材。特别地，由不同材料或尺寸制成的电缆/线材通常通过电阻焊接互连，例如在汽车应用中，其中传感器装置的细布线需要电连接到车载接口的较粗的电缆。

在用于形成焊接接头的常规的电阻焊接技术中，两根电缆和/或线材以重叠方式设置在焊接电极之间，焊接电极将施加足以在重叠区域产生热量的焊接电流(见图7)。产生的热量应至少部分地使接触区域的重叠线材熔化，从而形成焊接接头。焊接电极通常使用焊接电源提供适当的焊接电流脉冲，该焊接电源允许根据若干参数来控制电流脉冲，例如要焊接的金属部件的材料和尺寸，以及预期的焊接质量。为了改善焊接接合部的质量，焊接电极可对要焊接的线材施加轻微的压缩，以降低焊接期间重叠表面处的接触电阻。

然而，尽管焊接参数的精细控制是可能的，但一般来说，在要焊接的线材的截面和/或材料之间存在显著差异的情况下，简单地设置在一根大得多的电缆的顶部的线材之间形成的焊接接头质量仍然很差。这部分是由于在焊接过程期间难以实现细线材在具有大得多的截面的电缆上的良好相对定位和接触，从而对焊接接头的机械强度和质量产生若干不利影响。例如，线材之间相对定位的巨大差异导致其接触表面之间的接触电阻发生显著变化，从而导致接触界面的每一侧的相应金属的熔化不良。这也导致金属间化合物(这是确保良好焊接质量所必需的)仅在(不良)接触表面产生。

常规电阻焊获得的焊接接头的机械强度一般还表现为由于互连的线材的环绕性较差而造成剥离力较低，这意味着焊接较长的段以增加接头机械稳定性。这是用杜美基热敏电阻的杜美合金线热铆接铜绞线获得的焊接接头的情况，其中杜美合金线只有铜电缆周长的30％。此外，杜美合金线的氧化以及它不能压靠铜绞线上的事实为获得高质量的焊接接头带来了额外的困难。

已考虑用于互连电缆和/或线材的其他技术，例如压接，以避免常规电阻焊接的上述缺点。然而，在许多应用(例如汽车应用)中通常可用于互连线材的空间通常是有限的，这使得压接的使用变得困难甚至不可能。此外，电阻焊接是一种简单且具有成本效益的技术。

因此，需要一种焊接技术，其允许形成具有改进质量和机械稳定性的焊接点接合部，特别是用于在相应的截面和/或组成材料方面具有显著的差异的电缆和/或线材必须以简单、经济且可靠的方式互连的应用。

发明内容

本发明是针对现有技术的缺点和不足而提出的，其目的在于提出一种用于紧凑型埋线焊接的装置及其方法，以允许以简单、经济且可靠的方式互连缆和/或线材，即，在其相应的截面和/或组成材料方面具有显著的差异。

上述目的通过独立权利要求的主题来解决。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

根据本发明，提供了一种用于电线的紧凑型埋线焊接的设备，包括：一组预焊接电极，适于将第一线材的第一段的截面的形状改变为预焊接形状，该预焊接形状包括凹进部，用于容纳要焊接到第一线材的第二线材的第二段，其中该组预焊接电极包括成形电极，其具有带有成形结构的接触面，该成形结构适于当将第一段压缩抵靠所述成形结构时，将具有所述凹进部的所述预焊接形状转移到第一段。

根据进一步的改进，成形电极的接触面上的成形结构包括凸出部，其适于在第一段的截面上形成凹进部，以容纳第二线材的第二段。

根据进一步的改进，成形电极的接触面上的成形结构包括凹槽和位于凹槽的中间位置的所述凸出部，从而形成W形腔，其适于在预焊接成形的截面的凹进部的每一侧上形成平行脊。

根据进一步的改进，该组预焊接电极包括基电极，其适于设置在第一段的与成形电极的接触面相对的一侧上，基电极具有平直压缩面，其适于在成形电极的接触面处压缩第一段抵靠成形结构。

根据进一步的改进，设备还包括一组焊接电极，其适于沿着第一段的纵向长度在第一位置(P1)和第二位置(P2)之间施加焊接电位差，以焊接容纳在第一段的预焊接成形的截面的凹进部中的第二段；其中该组焊接电极包括焊接电极的第一子组，其适于在第一位置(P1)处布置在第一段的截面周围，以施加第一焊接电位并经由压缩将第一位置(P1)处的截面的形状改变为预定的焊接形状。

根据进一步的改进，焊接电极的第一子组包括基焊接电极和一个或多个压缩焊接电极，其适于沿着相应的径向方向在第一位置(P1)处布置在截面周围，其中基焊接电极适于将第一段装载在其上，且一个或多个压缩焊接电极可沿着相应的径向方向移动，以在第一段截面上施加向内压力以使其抵靠基焊接电极，并使预焊接形状中的所述凹进部至少部分地围绕第二段闭合。

根据进一步的改进，焊接电极的第一子组包括两个压缩焊接电极，且两个压缩焊接电极和基焊接电极适于以120°的角度间隔布置在第一段的截面周围，以将第一段截面的形状改变为三角形焊接形状。

根据进一步的改进，基焊接电极和/或压缩电极具有用于在第一段截面上施加向内压力的接触面，它们是横向于径向方向的基本上平直的表面。

根据进一步的改进，该组焊接电极还包括焊接电极的第二子组，其适于在第二位置(P2)处布置在第一段的截面周围，以施加第二焊接电位并经由压缩将将第二位置(P2)处的截面的形状改变为预定的焊接形状。

根据进一步的改进，焊接电极的第二子组还包括基焊接电极，其适于将第一段装载到其上，以及一个或多个压缩焊接电极，其可沿着相应的径向方向移动，以在第一段的截面上施加向内压力使其抵靠基焊接电极，并使得预焊接形状中的所述凹进部至少部分地围绕第二段闭合，和/或其中形成第二子组的焊接电极的数量和形状与第一子组的焊接电极相同。

根据进一步的改进，该组焊接电极还包括一组绝缘元件，其适于在焊接电极的第一子组和第二子组之间的中间位置(P3)处布置在第一段的截面周围以进行电绝缘，其中该组绝缘元件适于将中间位置(P3)处的第一段的截面的形状经由压缩改变为预定的焊接形状，和/或其中绝缘元件的数量和形状与第一子组的焊接电极相同。

根据进一步的改进，第一线材是多丝绞合线，和/或第二线材是杜美合金线或单实心芯的电线，和/或第二线材的第二段的截面小于第一线材的第一段的截面；和/或所述凸出部的高度是第二线材的直径的两倍和/或其高度等于或大于第二线材的直径。

根据本发明，还提供了一种电线的紧凑型埋线焊接的方法，包括以下步骤：经由压缩，在第一线材的第一段的截面上形成预焊接形状，其包括凹进部，以容纳要焊接到第一线材的第二线材的第二段；与第一段对准，将所述第二段容纳在预焊接形状的所述凹进部中；在第一段的预成形的截面上施加向内压力，以将第一段的截面的预焊接形状改变为预定的焊接形状；以及沿着第一段的纵向长度在第一位置(P1)和第二位置(P2)之间施加焊接电位差，以将第一段焊接至第二段。

根据进一步的改进，经由压缩在第一段的截面上形成预焊接形状的步骤包括在第一位置和第二位置之间沿着第一段的纵向长度形成所述预焊接形状；和/或，其中在第一段的预成形的截面上施加向内压力以将截面形状改变为焊接形状的步骤至少在第一位置和/或第二位置执行，并且其中使形成在预焊接形状中的凹进部的左右边界至少部分地围绕位于预焊接形状的凹进部中的第二段的截面，以获得焊接形状。

根据进一步的改进，该方法还包括将第一段装载到根据本发明的设备的一组预焊接成形电极中，并且执行使用该组预焊接成形电极形成第一段的截面的预焊接形状的步骤；和/或，将具有预焊接成形的截面的第一段和容纳在预焊接形状的凹进部中的第二段装载到根据本发明的一组焊接电极中，并且执行在第一段的预焊接成形的截面上施加向内压力以将所述截面的形状改变为焊接形状的步骤，以及使用该组焊接电极沿着第一段的纵向长度在第一位置和第二位置之间提供所述焊接电位差。

为了解释本发明的原理，将附图并入到说明书中并形成说明书的一部分。附图不应被解释为将本发明仅限制为可以如何制造和使用本发明的所示和所描述的示例。

附图说明

根据如附图中所示的本发明的以下和更详细的描述，其他特征和优点将变得显而易见，其中：

图1是根据本发明的实施例的一组预焊接成形电极的示意性截面图，其用于将第一线材(例如，要焊接到第二线材(例如，杜美合金线)的多股电缆)的第一段的截面预成形为具有预定的预焊接形状；

图2是当跨第一段的截面施加压缩以获取具有用于容纳第二线材的段的凹进部的预焊接形状时的图1所示的该组预焊接成形电极的另一示意性截面图；

图3是根据实施例的示意性侧视图(沿着多股电缆的纵向方向BB’所见)，绘示了用于执行紧凑焊接过程的一组焊接电极；具有图2所示的预焊接形状的多股电缆的第一段和位于预焊接形状的凹进部中的杜美的第二段都在焊接电极组之间对准；

图4A是图3所示的焊接电极组中的焊接电极的第一子组的示意性截面图(沿着图3中的方向AA’截取)，焊接电极的第一子组围绕插入了第二段的预成形的第一段布置在位置P1；

图4B是在将压力施加到第一段上以封闭第二段并将第一段的截面改变为所需的焊接形状的阶段期间的图4A所示的焊接电极的第一子组的示意性截面图(沿着方向AA’截取)(箭头表示焊接电极的运动方向)；

图5A是绘示了在紧凑焊接过程期间的图4B所示的焊接电极的第一子组的示意性截面图(沿着方向AA’截取)，其中第一段的截面已经完全压缩成焊接形状，并且通过第一子组的每个焊接电极施加焊接电流(施加到第一段的焊接电流的方向由图5A中的箭头表示)；

图5B是绘示了在图5A所示的紧凑焊接过程期间的该组焊接电极和插入了第二段的第一段的示意性侧视图(沿着纵向方向BB’)(提供给第一段的焊接电流的方向由图5B中的箭头表示)；

图6A示意性地示出了用图3所示的焊接电极执行的紧凑焊接过程结束时的第一段和第二段的截面；

图6B示意性地示出了在紧凑焊接过程结束时的图6A所示的第一段和第二段的侧视图(沿着纵向方向BB’)；以及

图7示意性地示出了使用常规电阻焊接技术的、在焊接之前的实心芯、电线和多股电缆之间的相对设置。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。相似的数字始终指代相似的元件。

如上所述，与将多股电缆10电阻焊接到直径小的多的单芯线20的常规技术相关的一个问题是难以在焊接期间维持较薄线材20的位置，如图7所示。此外，由于直径差异较大，与相应的正负焊接电极的接触表面也不相同，如图7中箭头所示。这意味着，当在重叠的多股电缆10和实心芯线材20上施加焊接电流时，每个接触表面处产生的热量会存在显著差异，从而导致接头质量不佳。

本发明的紧凑型埋线焊接的方法的构思在于改善焊接结构，即多股电缆和单芯线之间的质量和稳定性，通过初始是进行预焊接成形过程，其中第一线材(即，直径较大的线材)的第一段的截面被压制成预定的预焊接形状，形成凹进部，用于以精确和稳定的位置放置要焊接到第一线材的第二线材的第二段。在后续步骤中，第二段位于第一段的预成形的截面的凹进部中，以启动焊接过程。在焊接过程期间，形成在第一段的预成形的截面中的凹进部的左右边界首先聚集在一起，例如以环绕完全或至少部分地环绕第二段的截面。直径较小的第二段被较大的电缆环绕，允许实现两个段之间以及较大的电缆与焊接电极之间的良好的接触表面，因此，可以在后续的焊接过程期间实现跨越第一段的焊接电流的均匀分布。这有利于金属间化合物的形成并改善第一段的熔化，从而改善所得接头的质量和机械稳定性。

因此，本发明可以减少或完全消除与大的位置变化和/或待焊接电缆/线材之间的熔化温度差异相关的常规技术的负面影响，通过提供一种焊接技术，包括在要焊接的线材/电缆之一上，优选地在具有较大截面和/或更容易变形的线材/电缆上，在焊接之前，进行预焊接成形过程，例如沿第一线材的段形成凹进部，以准确定位待焊接的第二线材，并在最终焊接过程期间获得相似的接触表面和焊接电流密度。

图1和图2示出了一组预焊接电极100，用于在将第一线材焊接到直径较小的第二线材20之前，在第一线材10的第一段110上执行预成形过程。在预成形过程期间，第一段110的截面成形为具有预定的预焊接形状，其包括凹进部115，用于后续地相对于第一段110以对准的位置容纳第二线材20的第二段120(见图2)。在所示的配置中，第一线材10在预成形过程之前是具有圆形截面的多股电缆，例如图7所示的多股电缆。多股电缆通常由薄电线的线束形成，它们组合在一起以形成较大截面的电缆。这样的多股电缆非常柔性，且可以在焊接之前容易地变形或压制为不同的形状，在后续的电阻焊接过程期间更易于定位和保持较小直径的第二线材20的对准。第二线材20优选是具有实心芯的单个线材，例如杜美合金线。但是，第二线材20也可以是直径小于第一线材10的多股线材。该组预焊接电极100包括成形电极130，其具有接触面132，接触面132设置有成形结构，成形结构适于将所需的预焊接形状转移到第一段110的截面，其大致具有圆形的截面，例如图1所示。该组预焊接电极100还可以包括基电极140，在预成形过程之前，可以在其上装载多股电缆10的第一段110，且其可以用于压缩装载的多股电缆10抵靠成形电极130。

要形成在第一段110中的所需的预焊接形状包括纵向的凹陷或凹进部115，其沿着适当的长度在第一段110的外表面上延伸，用于后续容纳和保持第二线材20的端部段120，第二线材20要在电阻焊接过程期间相对于第一段110以准确和稳定的位置焊接到第一线材10。

为了沿着第一线材段110形成用于定位第二线材段120的凹进部115，成形电极130在成形电极130的接触面132上设置有凸出部134，其将在预焊接、预成形过程期间与第一段110接触。当第一段110压靠成形电极130时，例如，经由位于与成形电极130相对的一侧的基电极140，放置在预焊接电极130、140之间的第一段110的截面被迫相对于凸出部134从左右侧弯曲，从而沿着第一段110的外表面形成纵向的凹进部或通道115，以容纳第二线材段120。成形电极130的接触面132处的成形结构优选地设置有腔或凹槽136，在其上，在凹槽136的底部上的中间位置设置有凸出部134，使得成形结构是W形腔，适于接收第一段110的在基电极140的压缩下从升高部134的左右侧弯曲的部分。结果，第一段110的弯曲部分可以容易地模制为预焊接形状，该预焊接形状由以下方式形成：凸出部134和W形腔的表面138a、138b以及第一段110的线股111彼此压靠以在凹进部115的每一侧上形成平行脊115a和115b。平行脊115a和115b不仅便于在焊接之前将第二线材段120定位在第一段110上，并且还用于形成焊接形状以用于电阻焊接过程，如将在后面描述的。

在图1-2所示的配置中，接触面132具有带有W形截面的腔，其由凸出部134的左右侧处的圆形的表面138a，138b形成。

此外，成形电极130和接触面132上的W形腔优选地具有足够的长度(即，在第一段110的纵向方向BB’上，其横向于图1-2中所示的方向AA’)，用于沿着第一段110形成凹进部115，其长度足以插入第二段120。另一方面，取决于预焊接形状，接触面132中的成形结构可以设计为具有除图1-2所示的W形以外的轮廓，以如上所述通过压缩抵靠成形结构而转移到第一段截面中。

根据要焊接的第一线材10和第二线材20的直径，选择凸出部或长形部134和成形凹槽136的尺寸和相对大小。例如，凸出部134可以具有相对于凹槽136的底表面138a，128b的高度(即，在AA’方向上)，其为第二线材20的直径的两倍。这允许形成平行脊115a，115b，其高度足以在后续焊接过程期间环绕第二线材20，如将在稍后描述的。长形部134沿着方向CC’的宽度可以选择为稍大于第二线材20的直径，使得在预焊接过程期间形成的凹进部115将具有足够的前序以容纳第二线材20。在杜美合金线的情况下，可以使用宽度等于杜美合金线的直径+0.05mm的长形部。成形凹槽136的深度，即表面138a，138b相对于成形电极130的接触面132的边缘的深度优先等于第一线材10的直径的75％。

第一段110可以通过以下方式压缩抵靠成形结构：移动成形电极130抵靠装载到基电极140中的第一段110(或朝向成形电极130可逆地移动基电极140)，并施加压缩力，其足以使第一段截面变形并压制成成形结构，以获取所需的预焊接形状，如图2所示。基电极140然后充当压缩电极。压缩电极140优先地设计为使得，在预焊接、预成形过程期间，与第一段110接触的面，即图1所示的压缩面142，具有在一方向上取向的平直表面，该方向横向于方向AA’，沿着方向AA’对成形电极130施加力。压缩面142的面积设定为允许压缩电极140部分地进入穿过成形凹槽136的上前序而不触碰成形电极130，从而允许第一段截面完全压制抵靠凹槽136的底部138a，138b，并将所需的预焊接形状完整地转移到第一段110中，而不会使压缩电极140与成形电极130电接触。

在图1-2所示的实施例中，压缩电极140具有平直表面142，平直表面142在横向于对成形电极130施加压力的方向上取向。替代地，压缩电极(其具有压缩面，压缩面的轮廓与成形电极130上的凹槽136的形状互补)可以用于使由压缩电极施加的压力更均匀地跨第一段110的直径分布和/或改善多股线材10的压实度。

成形电极130和基电极140(反之亦然)可以由导电材料制成，以附加地分别充当阳极和阴极电极。在这种情况下，在预焊接成形过程期间，可以由成形电极130和基电极140跨越放置在之间的第一段110的截面施加电位差，以便使得合适强度的电流穿过第一段截面以软化第一段股线111，从而在压制期间改善第一段110的柔性，并实现最终预焊接形状(即，脊118a、118b的最终预焊接形状)的更好的定义和稳定性。

在将所需的预焊接形状转移到第一段110中之后，预成形的第一段110可以被装载到一组焊接电极200中，且第二线材段120牢固地设置在预焊接形状的凹进部115中以启动焊接过程，如将在下文描述的。

图3示意性地示出了根据实施例的一组焊接电极200的侧视图(沿着纵向方向BB’)，用于执行嵌入了第二段120的第一段110的成形，并将第一段110电阻焊接到第二段120。

该组焊接电极200配置为沿着第一段110的纵向方向BB’在第一位置P1和第二位置P2之间施加电位差，以将第一段110焊接至布置在预焊接形状的凹进部115中的第二段120，例如，在应用上述预焊接、预成形过程之后。

该组焊接电极200包括焊接电极的第一子组210，211a，211b，其在第一位置P1布置在第一段110的截面周围，以将第一焊接电位施加至第一段110。焊接电极的第二子组210’，211a’，211b’，优选地，其数量和形状与形成第一子组的电极相同，可以在第二位置P2布置在第一段110的截面周围，其处于距第一位置P1适当的距离，以施加不同于第一电位的第二焊接电位，因此沿着第一段110的给定纵向长度建立电位差。位置P1和P2之间的距离可以根据焊接结构所需的长度来选择，可以根据特定应用而变化，例如要焊接的材料的类型，以及第一线材和第二线材的截面。此外，该组焊接电极200还可以包括一组绝缘元件(例如，图3中的元件220，221’)，其在第一位置P1和第二位置P2之间的中间位置P3处布置在第一段110的截面周围，以使焊接电极的第一子组210，211a，211b与第二子组210’，211a’，211b’电隔离。因此，焊接电流分别由位于第一位置P1和第二位置P2的焊接电极的第一子组和第二子组提供给第一段110。

此外，焊接电极的第一子组210，211a，211b和第二子组210’，211a’，211b’中的一者或两者优选地配置为，在将第二段120容纳在凹进部115之后且在施加焊接电位差之前(或同时)，将置于其之间的第一段截面的形状进一步改变为预定的焊接形状。选择这样的焊接形状以改善第一段110、第二段120和相应的焊接电极200之间的接触电阻，因此，实现焊接电流密度的更均匀的分布，如现在将参考图4A和4B所述。图4A示意性地示出了在第一位置P1处布置在第一段110的截面周围的焊接电极的第一子组的截面图(即，更具体地，覆盖围绕第一位置P1的第一段110的区域)。焊接电极的第一子组包括：基焊接电极210，用于将预成形的第一段110到其上；以及两个压缩焊接电极211a，211b，它们在第一段110的与基焊接电极210相对的一侧布置在特定的径向方向上，以在第一段截面的特定位置上施加向内压力。如图4B所示，压缩焊接电极211a，211b可以朝向基电极210移动，例如，沿着由图4B中的箭头所指示的径向方向，以将压力施加在装载于其上的第一段110上。因此，在第二段120已经容纳在凹进部115中，在预焊接成形的第一段110中提供了此效果之后，向内压力可以通过压缩焊接电极211a，211b施加在第一段110的预成形的截面上，使凹进部115的内表面与第二段120更紧密地接触，并围绕第二段120将第一段110的股线压实成焊接形状，为后续施加焊接电流准备了第一段截面。

例如，如图4B所示，压缩焊接电极211a，211b和基焊接电极210可以围绕纵向方向BB’以120°的角度间隔定位，使得预焊接成形的第一段110的基部117支撑在基焊接电极210上，且压缩焊接电极211a，211b分别在平行脊118a，118b上施加径向压力，从而使相应的脊118a，118b朝向置于凹进部115中的第二段120弯曲。此外，压缩焊接电极211a，211b和基焊接电极210与第一段110接触的面优选是平面的，使得第一段截面110的得到的焊接形状近似为三角形，在规则表面之间形成60°角。在该配置中，容纳在凹进部115中的第二段120变得完全被弯曲的脊118a，118b围绕，结果，显著地改善了第一段110和第二段120之间的接触。此外，三角形焊接形状的规则的平面的表面允许在后续焊接过程期间焊接电流密度在与焊接电极的界面上的均匀的分布，这导致更均匀的热量生成，从而改善焊接接头的质量。

为了实现在焊接电流密度的均匀密度和在第一段110的给定纵向长度上的改善的焊接质量方面的由焊接电极的第一子组210，211a和211b提供的相同的益处，在第二位置P2处布置在第一段110的截面周围的焊接电极的第二子组的数量和形状可以与焊接电极的第一子组210，211a和211b相同。即，焊接电极的第二子组也可以包括：基焊接电极210’，用于在围绕第二位置P2的区域处支撑第一段110；以及压缩焊接电极211a’，211b’，类似于第一子组的压缩焊接电极211a，211b，且其沿着平行于压缩焊接电极211a，211b的径向方向的径向方向布置，以在由第二子组保持的预焊接成形的第一段110的平行脊118a，118b上施加向内压力。

在第一段110的截面已经修改为所需的焊接形状并且在第二段120周围压实之后，可以经由区域P1处的第一子组的焊接电极210，211a，211b和区域P2处的第二子组的焊接电极210’，211a’，211b中的每一个施加焊接电流，例如由图5A和5B中的箭头的方向所示。如从图5A可见，第一段110的三角形截面和焊接电极210，211a，211b的平直接触面允许在施加焊接电流期间比常规技术更好的电接触，使得可以在接触表面处实现由焊接电流产生的热量的均匀分布。通过位于区域P2处的焊接电极的第二子组电极210’，211a’，211”实现类似的效果。

绝缘元件220，221a，221b的组的数量和形状也优选地类似于上述电极的第一子组和/或第二子组。例如，绝缘元件组可以包括基部元件220，用于在由焊接电极的第一子组和第二子组保持的第一段110的第一区域和第二区域之间的中间区域P3处保持第一段110，且包括压缩元件221a，221b，其沿着平行于焊接电极的第一子组和/或第二子组的压缩电极的径向方向的径向方向布置，以沿着平行的径向方向在中间区域处在第一段110上施加向内压力。因此，嵌入了第二段120的第一段110的截面，第一段110也可以在中间区域P3处修改为预定的焊接形状，使得嵌入了第二段120的第一段110具有规则的截面，其在第一位置P1和第二位置P2之间沿着第一段110的整个纵向长度保持基本上恒定。此外，由于跨第一段110提供的焊接电流的产生的热量足以在中间区域处在第一段110和第二段120之间实现焊接，可以在第一位置P1和第二位置P2之间沿着整个长度获得稳定耐用的焊接接头。结果，可以沿着区域P1和P2之间的整个长度获得具有改善质量的第一段和第二段的紧凑的焊接接头。

因此，上述焊接电极200的设计消除了图7所示的常规焊接技术存在的缺点，其中第一线材10和第二线材20之间接触表面的差异导致在线材界面处产生焊接电流强度的不同密度，对最终接头的质量产生负面影响。

选择施加的焊接电流的密度，以使得装载在焊接电极200之间的第一段110的多股线熔化。此外，为了促进焊接到第二段120，在施加焊接电流时，焊接电极的第一子组和/或第二子组可以在第一段110上施加受控的压力，其类似于用于将第一段截面的形状改变为焊接形状的向内压力。然而，由于提供的焊接电流产生的热量取决于第一段110两端的电阻，因此为了获得高质量的焊接接头，不希望具有非常低的截面电阻。由于多股电缆的线材之间的距离减小，该电阻在压力的施加下可能显著降低，可以调节由焊接电极的第一子组和/或第二子组施加到第一段110上的压力，以实现多股电缆10的股线两端的给定量的电阻，其足以产生足够的焊接热量，同时促进要焊接的第一段110和第二段120之间的接触。焊接压力的最合适的大小取决于若干参数和特定的应用，例如接触面积、线材的直径、材料等。例如，100N/mm²的数量级的压力可能足以形成传感器线(例如杜美合金线)到当前在标准应用中使用的多股电缆的焊接互连。

上述焊接电极200的配置导致嵌入了第二段120的第一段的焊接接头，其在焊接过程结束时具有三角形的截面，如图6A和6B所示。然而，可以设想焊接电极200和/或预焊接、成形电极100的其他形状，其允许在预成形的第一段110上形成凹进部并用于准确地定位第二段120，且其促进在施加焊接电流之前第二段120被第一段110完全环绕，以实现焊接电流密度的均匀分布。例如，预焊接、成形电极可以设置有成形结构，其适于提供预焊接形状，该预焊接形状具有半六边形形状，其然后通过一组焊接电极最终化为六边形焊接形状，该组焊接电极在相应的角度位置处具有适当数量的压缩电极，以经由压缩完成第一段截面的六边形形状。因此，形成该组焊接电极的压缩电极的数量和角度定位不限于所示的实施例，并且可以根据特定的焊接应用来选择，例如所需的焊接形状，且从而不同于上述配置。

根据本发明的原理的该组预焊接、成形电极100和/或该组焊接电极200可以用于在焊接接头和互连的流水线生产中实现紧凑型埋线焊接的方法，如下文针对多股电缆10到单芯线(例如杜美合金线20)的紧凑埋入焊接接头的情况。

首先，将多股电缆10驱动到第一工位(预焊接压实工位)以进行预焊接成形过程，在此期间，一定长度的多股电缆10(第一段110)被装载到该组预焊接电极100中，以通过压实将所需的预焊接形状转移到第一段110的截面中。

其次，在进行预焊接成形过程之后，多股电缆10的预成形的第一段110可以自动地移动到下一个工位，即，焊接工位，以优化第一段110与杜美合金线的第二段120之间的接触，并进行后续的电阻焊接。在这种情况下，预成形的第一段110被装载到该组焊接电极200的(多个)基焊接电极和位于在预焊接成形过程期间形成的第一段100的凹进部115中的杜美合金线20的第二段120中，如图4A所示。替代地，第一段110可以与已经位于凹进部115中的第二段120一起装载到(多个)基焊接电极上。焊接过程然后可以通过以下方式启动：首先使第一子组的压缩焊接电极211a，211b和/或第二子组的压缩焊接电极211a’，211b’与第一段110接触，以围绕第二段120闭合凹进部115的边界并将第一段110的股线压实成给定的焊接形状，例如图5A所示的三角形截面。然后可以通过将第一段110压实成焊接形状的相同的焊接电极来提供合适的焊接电流。例如，可以从三角形截面的每个面提供焊接电流，以实现焊接热量的均匀分布，该焊接热量将熔化第一段110的线材并与嵌入的第二段120形成焊接接头。可以通过该组焊接电极将受控的压力施加到第一段截面上，同时提供焊接电流以维持第二段120被脊118a，118b的环绕，同时确保第一段线材两端的足够的电阻，以产生所需的焊接热量。

在焊接之前将较薄线材段120完全插入较大直径的电缆110中，这允许避免在必须焊接不同材料时出现的若干问题。这些问题通常与电阻焊接期间的每种线材的各自熔化温度、材料特性和行为之间的差异有关。例如，为了在铜和另一金属材料(例如镍片)之间产生令人满意的焊接，必须将待焊接区域增加到足够高的温度，以将铜和另一金属材料的金属熔融或合金化。铜可以与许多金属和金属(例如，镍合金)形成合金。镍合金(如Ni-Fe)在低应力下的焊接温度通常高于1300℃，而铜的熔化温度通常在1100℃左右。铜合金也可以焊接，尽管每种合金的焊接方式彼此不同。尽管如此，只要待焊接材料能够产生金属间合金，它就可以被铜围绕并与铜焊接。在基于杜美的热敏电阻的情况下，杜美合金线的芯由焊接温度较高的镍铁合金制成。然而，可以使用本发明的方法获得杜美合金线和铜多股电缆之间的良好的焊接接头，因为铜线的股线将在施加焊接电流之前放置在杜美合金线周围。因此，本发明的另一优点在于，不需要附加的材料，例如焊料和/或夹具，以在不同的材料之间产生焊接接合部。

众所周知，杜美合金线的双金属成分，其中镍铁芯被铜包层包围，在各自焊接电极的材料选择中存在若干问题。例如，据称，钼或钨制成的电极通常有助于加热杜美合金线的铜包层。然而，一旦电极末端穿透铜包层，这些电极材料就会出现粘附在电阻性镍铁芯上的负面影响。还据称，在与杜美合金线接触的电极上施加负极性可以最小化电极粘附。然而，对焊接电极的极性的限制会降低整个焊接过程的灵活性，因为必须考虑到杜美合金线相对于焊接电极的定位。如果较高电阻率的线材段20在另一电缆段10达到足以形成焊接接合部的温度之前很好地熔化，则电极粘附也可能发生在图7的重叠配置中。

电极粘附是严重的问题，因为在焊接过程结束移除焊接电极时，它会破坏或弱化焊接接合部。根据本发明的原理，在焊接之前将较薄线材段120完全插入较大直径的电缆束110中，消除了上述电极粘附的问题，因为焊接电极不会与具有较小截面和/或较高电阻率的线材段20(例如杜美合金线)直接接触。此外，由于在完全插入线材段120之后，焊接电位直接施加到压实的Cu束110上(即，具有较低电阻率的材料)，确保了两个段110和120将在大约相同的时间达到所需的焊接温度。

本发明的预焊接成形电极100的组和焊接电极200的组可以用于本领域公知的电阻焊接机，例如流水线生产，其设计为与一个或多个焊接电极一起使用和/或具有焊接头，该焊接头控制施加到(多个)焊接电极的压力。常规用于控制经由焊接电极施加的电流的焊接电源可以与本发明的预焊接成形电极100的组和/或焊接电极200的组一起使用，以在压实和焊接过程期间控制由电极施加的电流和电位。

本发明的原理也可以有利地用于将传感器电连接到外部电路，例如在汽车产业中。通常，来自传感器的导线的规格非常小。例如，直径小于0.3mm的导线在注入杜美热敏电阻的传感器装置中很常见。另一方面，汽车(或其他应用)中的设备接口通常使用更大直径(规格)的线材，大于0.8mm。这种不同尺寸的部件的电阻焊接可能非常成问题。焊接接头在可靠性和使用寿命方面也存在问题，因为其稳定性尤其受到车辆中的振动的挑战。此外，传感器线材的材料可能与用于汽车中的互连的线材非常不同。例如，车辆的互连接口通常采用由铜含量非常高的合金制成的粗线，而传感器中使用的线材可能是完全不同的材料，例如带有杜美合金线的玻璃珠热敏电阻，其为铜包钢线。

综上所述，本发明的原理可以有利地用于(但不限于)需要在不同材料、结构和尺寸的电缆或线材之间形成电互连或接头的许多应用中，其耐用且高度可靠。特别地，本发明可以有利地用于待连接的两根金属合金线之间的厚度相对差异非常大的应用中。本发明的另一技术有点在于，在焊接过程中无需任何额外材料即可实现高度可靠的焊接接头，因为金属间化合物的接头可以由具有强烈不同的熔化温度和特定电阻率的材料产生。这代表了整个焊接过程的成本和时间的显著降低。本发明还适用于在空间有限的电路设计中连接电缆/布线。此外，由于要求保护的本发明的电极组所需的体积相对较小，因此在进一步的组装步骤中可能具有优势，例如用于绝缘材料的施加。

虽然上述示例性实施例的某些特征可能已经使用诸如“底部”之类的术语进行了描述，但使用这些术语只是为了便于描述各个特征及其相对方向，不应被解释为限制所要求保护的发明或其任何部件到特定空间取向。例如，本发明不限于使用以所示取向的如图1-2所示的预焊接成形外壳100和/或如图3所示的焊接电极200的组。例如，成形电极130和基电极140可以反转。此外，虽然上述实施例是在预焊接成形的线材为多股电缆的背景下描述的，但本发明的原理也适用于其他类型的可通过压缩变形的电线/电缆，根据本发明的原理，适用于在施加焊接电流之前进行预焊接成形过程，用于嵌入直径较小的待焊接的第二线材。

Claims (15)

1.一种用于电线的紧凑型埋线焊接的设备，包括：

一组预焊接电极(100)，适于将第一线材(10)的第一段(110)的截面成形为具有预焊接形状，所述预焊接形状包括凹进部(115)，所述凹进部用于容纳要焊接到所述第一线材(10)的第二线材(20)的第二段(120)，

其中该组预焊接电极(100)包括成形电极(130)，所述成形电极具有接触面(132)，所述接触面具有成形结构，所述成形结构适于当将所述第一段(110)压缩抵靠所述接触面时，将具有所述凹进部的所述预焊接形状转移到所述第一段(110)。

2.如权利要求1所述的设备，其中：

所述成形电极(130)的接触面(132)处的所述成形结构包括凸出部(134)，所述凸出部的高度和宽度适于在所述第一段(110)的截面上形成所述凹进部，以容纳所述第二线材(20)的第二段(120)。

3.如权利要求2所述的设备，其中：

所述成形电极(130)的接触面(132)处的所述成形结构包括凹槽(136)，所述凸出部(134)在所述凹槽(136)的中间位置，从而形成W形腔，所述W形腔适于在所述预焊接形状的凹进部(115)的每一侧上形成平行脊。

4.如权利要求1所述的设备，其中：

该组预焊接电极(100)包括基电极(140)，所述基电极适于位于所述第一段(110)的与所述成形电极(130)的接触面相对的一侧上,

所述基电极(140)具有压缩面，所述压缩面适于压缩所述第一段(110)抵靠所述成形电极(130)的接触面(132)处的所述成形结构。

5.如权利要求4所述的设备，其中：

所述基电极(140)的压缩面是横向于压缩方向的平直表面，或者

所述压缩面包括具有平行脊的凹陷，所述平行脊在压缩方向上凸出以使所述第一段的截面朝向所述成形电极相对于所述凸出部(134)从左侧和右侧变形。

6.如权利要求1所述的设备，还包括：

一组焊接电极(200)，适于沿着所述第一段(110)的纵向方向在第一位置(P1)和第二位置(P2)之间施加焊接电位差，以将所述第一段焊接到布置在所述预焊接形状的凹进部(115)中的所述第二段；

其中该组焊接电极(200)包括焊接电极第一子组(210，211a，211b)，其适于在所述第一位置(P1)处布置在所述第一段(110)的截面的周围，以施加第一焊接电位，并在所述第一段(110)的所述截面上施加向内压力，以将所述第一位置(P1)处的截面的形状改变为预定的焊接形状。

7.如权利要求6所述的设备，其中：

所述焊接电极的第一子组(210，211a，211b)包括基焊接电极(210)，其适于将所述第一段(110)装载在其上，以及一个或多个压缩焊接电极(211a，211b)，其适于在所述第一位置(P1)处布置在所述截面周围，且可沿着相应的径向方向移动，以将所述向内压力施加到所述第一段上而抵靠所述基焊接电极(210)

8.如权利要求7所述的设备，其中：

所述焊接电极的第一子组(210，211a，211b)包括两个压缩焊接电极(211a，211b)，并且

所述两个压缩焊接电极和所述基焊接电极适于以120°的角度间隔布置在所述第一段的截面周围，以将所述第一段的截面的预焊接形状改变为三角形焊接形状。

9.如权利要求8所述的设备，其中：

所述基焊接电极(210)和/或所述压缩电极(211a，211b)具有接触面，用于在所述第一段(110)上施加所述向内压力，所述接触面是基本上平直的表面。

10.如权利要求9所述的设备，其中：

该组焊接电极(200)还包括焊接电极的第二子组(210’，211a’，211b’)，其适于在所述第二位置(P2)处布置在所述第一段(110)的截面的周围，并在所述第二位置(P2)处在所述截面上施加向内压力，以将所述第二位置(P2)处的所述截面的形状改变为所述预定的焊接形状。

11.如权利要求10所述的设备，其中：

所述焊接电极的第二子组(210’，211a’，211b’)包括焊接电极，其数量和形状设置为与所述焊接电极的第一子组(210，211a，211b)相同。

12.如权利要求11所述的设备，其中：

该组焊接电极(200)还包括一组绝缘元件(221，220)，其适于在所述焊接电极的第一子组和第二子组之间的中间位置(P3)处布置在所述第一段(110)的截面周围，并且

该组绝缘元件(221，220)的数量和形状设置为与所述电极的第一和/或第二子组相似，并且适于在所述中间位置(P3)处布置在所述第一段(110)的截面周围，以在所述第一段上施加向内压力，以将所述截面的形状改变为所述预定的焊接形状。

13.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中：

所述第一线材(10)是多丝绞合线，和/或

所述第二线材(20)是杜美合金线或单实心芯的电线，和/或

所述第二线材(20)的第二段(120)的截面小于所述第一线材(10)的第一段(110)的截面；和/或

所述凸出部(134)的高度是所述第二线材的直径的两倍和/或其高度等于或大于所述第二线材的直径。

14.一种电线的紧凑型埋线焊接的方法，所述方法包括以下步骤：

经由压缩在第一线材(10)的第一段(110)的截面上形成预焊接形状，所述预焊接形状包括凹进部(115)，所述凹进部用于容纳要焊接到所述第一线材(10)的第二线材(20)的第二段(120)；

与所述第一段(110)对准，将所述第二段(120)容纳在所述预焊接形状的所述凹进部中；

在所述第一段(110)的预成形的截面上施加向内压力，以将所述第一段的截面的预焊接形状改变为焊接形状，在所述焊接形状中，使所述预焊接形状中的凹进部(115)的左右边界至少部分地围绕位于所述预焊接形状的凹进部(115)中的所述第二段(120)的截面；以及

沿着所述第一段(110)的纵向长度在第一位置和第二位置之间提供焊接电位差，以将所述第一段焊接至所述第二段(120)，其中所述第一段(110)的截面已经在所述第一位置和/或第二位置改变为所述焊接形状。

15.如权利要求14所述的方法，还包括：

将所述第一段(110)装载到如权利要求1至13中任一项所述的设备的一组预焊接成形电极(100)中，并且执行使用该组预焊接成形电极(100)形成所述第一段(110)的截面的预焊接形状的步骤；和/或

将具有所述预焊接成形的截面的第一段(110)和容纳在所述预焊接形状的凹进部中的所述第二段装载到如权利要求1至13中任一项所述的设备的一组焊接电极(200)中，执行在所述第一段的预焊接成形的截面上施加向内压力以将所述截面的形状改变为所述焊接形状的步骤，以及

使用该组焊接电极沿着所述第一段(110)的纵向长度在第一位置和第二位置之间施加所述焊接电位差。

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