CN114669851A - 电阻点焊电极及包括该电阻点焊电极的电阻点焊装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电阻点焊电极及包括该电阻点焊电极的电阻点焊装置。一种电阻点焊电极和一种电阻点焊装置，能够利用磁性防止发生表面飞溅。电极可以包括柄部和安装至柄部的端部的焊嘴。磁性单元安装在柄部的外周表面上，以形成磁场并且通过磁场和流过柄部的电流在沿着柄部的周向方向旋转的方向上形成洛伦兹力。

Description

电阻点焊电极及包括该电阻点焊电极的电阻点焊装置

技术领域

本发明涉及一种电阻点焊电极，更具体地，涉及一种能够通过利用磁性来防止发生表面飞溅的电阻点焊电极，以及涉及一种包括该电阻点焊电极的电阻点焊装置。

背景技术

电阻点焊是一种利用电阻性加热、电阻加热或欧姆加热(即焦耳加热)来接合一对焊接材料的方法，该方法通过使电极与彼此接触的焊接材料的一侧和另一侧的每一侧接触，然后向电极施加电流，从而在焊接材料的界面处产生由电阻产生的热量。

图1为示出根据现有技术的电阻点焊装置的结构图。

从图1中可以看出，在第一焊接材料S1和第二焊接材料S2彼此接触的状态下示出根据现有技术的电阻点焊装置。上电极1与设置在上方的第一焊接材料S1的上部接触，下电极2与设置在下方的第二焊接材料S2的下部接触。

另外，当电流施加至上电极1和下电极2时，第一焊接材料S1和第二焊接材料S2之间的界面由于在界面处由电阻产生的热量而熔化，熔核N形成为熔化状态然后再次凝固，从而形成焊接部分并彼此接合。

同时，最近，车辆设计已扩展到使用超高强度钢板以减轻重量并改善碰撞性能。在这样的高强度钢板中，由于屈服强度高而产生回弹现象。存在的问题在于，由于回弹现象，焊接部分的匹配性变差，并且由于较高的材料电阻，在焊接期间在形成熔核N的区域中产生的热量增加。

当熔核N中产生的热量增加时，熔化的熔核N穿透焊接材料S1和S2的表面并飞溅到外部。从而，形成棘状缺陷，即飞溅物。

当焊接材料S1和S2分别与倾斜状态的电极1和2接触时，进一步产生这种飞溅物。

图2A和图2B为示出当发生飞溅现象时点焊部分中的电流密度分布和温度分布的分析结果图。

从图2A和图2B中可以看出，当彼此接触的焊接材料S1和S2与电极1和2彼此倾斜10度以上地接触时，随着电流密度集中在上电极1与第一焊接材料S1的接触部分中，焊接材料的熔化扩展到相应的区域。随着焊接材料熔化的熔核N飞溅到相应的区域，存在形成表面飞溅的问题。

同时，尽管在第一焊接材料S1和第二焊接材料S2之间的界面处也产生飞溅，如图2B所示，但是由于这样的界面飞溅不暴露于外部并且有助于接合第一焊接材料S1和第二焊接材料S2，所以没有问题。

所提供的如现有技术所描述的内容仅用于帮助对本发明的背景的理解，而不应被认为是对应于本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明的目的为提供一种能够通过使用磁性来防止发生表面飞溅的电阻点焊电极以及一种包括该电阻点焊电极的电阻点焊装置。

根据本发明的实施方案，提供了一种用于电阻点焊的电阻点焊电极。电极可以包括柄部和安装至柄部的端部的焊嘴。磁性单元安装在柄部的外周表面上，以形成磁场并且通过磁场和流过柄部的电流在沿着柄部的周向方向旋转的方向上形成洛伦兹力。

磁性单元可以包括：内支架、磁体和外支架，所述内支架为围绕柄部的外周表面的管状；所述磁体安装在内支架的外周表面上以形成磁场；所述外支架安装在柄部的外周表面上，同时覆盖内支架和磁体。

在柄部的外周表面上可以形成环形的止动突起。在止动突起中形成用于紧固螺栓的多个紧固槽，在外支架中可以形成与紧固槽连通的多个通孔，并且螺栓可以穿过通孔并紧固至紧固槽以将磁性单元固定至柄部。

磁体可以形成为围绕内支架的外周表面的环形的永磁体，并且可以具有沿柄部的纵向方向布置的N极和S极。

磁性单元可以包括支架，其形成为围绕柄部的外周表面并拧至柄部的外周表面的管状，并且磁性单元可以包括磁体，其安装在支架的外周表面上以形成磁场。

在柄部的外周表面上可以形成环形的止动突起。从止动突起至柄部的端部可以形成外螺纹，并且在支架的内周表面上可以形成拧至外螺纹的内螺纹。

磁体可以形成为围绕支架的外周表面的环形的永磁体，并且可以具有沿柄部的纵向方向布置的N极和S极。

根据本发明的另一个实施方案，提供了一种装置，用于电阻点焊，其将电流施加至彼此接触的一对焊接材料并焊接所述焊接材料。所述装置包括：第一电极和第二电极以及磁性单元，所述第一电极和第二电极彼此相对设置，从而相对于焊接材料彼此间隔开；所述磁性单元安装在第一电极和第二电极的至少一个上。磁性单元与选定的电极的端部间隔预定距离并安装在电极的外周表面上，以形成磁场并且通过磁场和流过电极的电流在焊接材料中在沿着电极的周向方向旋转的方向上形成洛伦兹力。

磁性单元可以包括磁体，所述磁体形成为围绕电极的外周表面的环形的永磁体，并且磁体可以具有沿电极的纵向方向布置的N极和S极。

第一电极和第二电极可以在竖直方向上彼此间隔开并布置成直线。磁性单元可以安装在第一电极和第二电极中的上部的电极上。

第一电极和第二电极可以在竖直方向上彼此间隔开并布置成直线。磁性单元可以安装在第一电极和第二电极上，使得安装在第一电极上的磁体的N极和S极以及安装在第二电极上的磁体的N极和S极布置成彼此对称。

磁性单元可以安装成与选定的电极的端部间隔30mm至50mm。

附图说明

图1为示出根据现有技术的电阻点焊装置的结构图。

图2A和图2B为示出根据现有技术的当发生飞溅现象时点焊部分中的电流密度分布和温度分布的分析结果图。

图3为示出根据本发明实施方案的电阻点焊装置的结构图。

图4为示出根据本发明实施方案的电阻点焊装置中洛伦兹力作用方向的示意图。

图5为示出根据本发明另一实施方案的电阻点焊装置的结构图。

图6为示出根据本发明实施方案的电阻点焊电极的示意图。

图7为示出根据本发明实施方案的电阻点焊电极的分解立体图。

图8为示出根据本发明实施方案的电阻点焊电极的截面图。

图9为示出根据本发明另一实施方案的电阻点焊电极的示意图。

图10为示出根据本发明另一实施方案的电阻点焊电极的分解立体图。

图11A和图11B为示出根据对比实施例和本发明实施方案的电阻点焊期间熔核的生长模式的分析结果。

图12A和图12B为示出根据对比实施例和本发明实施方案的电阻点焊期间洛伦兹力和磁场方向的分析结果。

图13A和图13B为根据对比实施例和本发明实施方案的电阻点焊之后焊接部分的放大图像和表面图像。

具体实施方式

在下文中，将参考附图更详细地描述本发明的实施方案。然而，本发明并不限于以下所公开的实施方案，而是可以以各种不同的形式实施。提供这些实施方案是为了使本发明的公开完整并向本领域普通技术人员传达本发明的范围。在附图中，相同的附图标记表示相同或等同的元件。

图3为示出根据本发明实施方案的电阻点焊装置的结构图。图4为示出根据本发明实施方案的电阻点焊装置中洛伦兹力作用方向的示意图。图5为示出根据本发明另一实施方案的电阻点焊装置的结构图。

如图3和图4所示，根据本发明实施方案的电阻点焊装置是通过将电流施加至一对焊接材料S1和S2来焊接彼此接触的一对焊接材料S1和S2的电阻点焊装置。该装置包括第一电极10和第二电极20，所述第一电极10和第二电极20彼此相对设置以相对于焊接材料S1和S2彼此间隔开。该装置还包括磁性单元300，所述磁性单元300安装在第一电极10和第二电极20的至少一个上。

第一电极10和第二电极20在竖直方向上彼此间隔开并布置成直线。

因此，在设置于上方的第一焊接材料S1和设置于下方的第二焊接材料S2彼此接触的状态下，第一电极10与第一焊接材料S1的上部接触并且第二电极20与第二焊接材料S2的下部接触。

此外，在一个实施例中，第一电极10和第二电极20安装在沿竖直方向上下移动的圆柱体(未示出)中。圆柱体上下移动，使得第一电极10和第二电极20分别与第一焊接材料S1和第二焊接材料S2间隔开或接触。尽管第一电极10和第二电极20的每一个都可以移动和下降，但是一个电极可以固定安装而另一个电极可以安装为上下移动。

在一个实施例中，磁性单元300安装在第一电极10上，第一电极10是设置在焊接材料S1和S2上方的电极，如图3和图4所示。原因是为了进一步将磁性单元300产生的磁场的影响给予发生飞溅现象的部分。这是由于，如图2B所示，通常，飞溅现象容易发生在彼此上方设置的第一电极10和焊接材料S1之间的接触部分处。

磁性单元300是与第一电极10的端部间隔预定距离并安装在第一电极10的外周表面上的单元，磁性单元300形成磁场并通过磁场和流过第一电极10的电流在焊接材料S1和S2中在沿着第一电极10的周向方向旋转的方向上形成洛伦兹力。

因此，磁性单元300包括形成为永磁体的磁体320。

在一个实施例中，磁体320形成为环形以围绕第一电极10的外周表面。具体地，在一个实施例中，磁体320具有沿第一电极10的纵向方向设置的N极和S极。

此外，如图4所示，当电流从第一电极10流向第二电极20时，同时从围绕第一电极10设置的磁体320的N极到S极产生磁场，根据弗莱明左手定则，磁场方向从与第一电极10接触的第一焊接材料S1的中心向外侧方向形成。在焊接材料S1和S2中在沿着电极10和20的周向方向旋转的方向上形成洛伦兹力。

在通过如上所述形成的洛伦兹力进行焊接时，在第一焊接材料S1和第二焊接材料S2之间的界面处形成熔化状态的熔核N。洛伦兹力作用在熔核N上，使得熔核N沿横向方向生长。随着熔核N沿横向方向生长，抑制了熔化状态的熔核N飞溅到第一焊接材料S1和第二焊接材料S2的表面。

同时，在本发明中，磁性单元300并不限于安装在第一电极10上。如图5所示，磁性单元300可以安装在第一电极10和第二电极20两者上。

在一个实施例中，将安装在第一电极10上的磁体320的N极和S极与安装在第二电极20上的磁体320的N极和S极布置成彼此对称。

因此，在安装在第一电极10上的磁体320和安装在第二电极20上的磁体320的N极和S极处产生的磁场的方向在焊接材料中不会彼此抵消，而是可以重叠以增加磁场强度。

接下来，更详细地描述用作第一电极10或第二电极20的电极。在下文中，为了避免重复描述，描述了第一电极10。

图6为示出根据本发明实施方案的电阻点焊电极的示意图。图7为示出根据本发明实施方案的电阻点焊电极的分解立体图。图8为示出根据本发明实施方案的电阻点焊电极的截面图。

如图6至图8所示，根据本发明实施方案的电阻点焊电极10A包括：柄部100；安装在柄部100的端部上的焊嘴500；和安装在柄部100的外周表面上的磁性单元300。

柄部100是冷却水在其中流动的管状组件。

焊嘴500安装在柄部100的端部上并且由导电材料形成，从而可以施加从外部供应的电流。

柄部100和焊嘴500可以通过各种改变应用于电阻点焊通用装置的电极来使用。

同时，在柄部100中，在外周表面上形成环形止动突起110以安装磁性单元300。

此外，可以紧固螺栓301的多个紧固槽111在周向方向上彼此间隔开并且形成在止动突起110中。

同时，磁性单元300是这样的单元，其安装在柄部100的外周表面上，以形成磁场并通过磁场和流过柄部100的电流在沿着柄部100的周向方向旋转的方向上形成洛伦兹力。

因此，磁性单元300包括磁体320，该磁体320形成为围绕柄部100的外周表面的环形永磁体。磁性单元300还包括用于将磁体320固定至柄部100的装置。

此外，磁性单元300包括：内支架310、磁体320和外支架330，所述内支架310为围绕柄部100的外周表面的管状；所述磁体320安装在内支架310的外周表面上以形成磁场；所述外支架330安装在柄部100的外周表面上，同时覆盖内支架310和磁体320。

内支架310是用于将磁体320与柄部100分离的装置并且由具有预定厚度的绝缘材料形成。

为了方便地将磁体320安装在内支架310的外周表面上，内支架310被分成管状的主体部分311以及从主体部分311的上端以磁体320的厚度突出为环形的止动部分312。

从而，磁体320从主体部分311的下部沿向上方向插入，使得磁体320的上端与止动部分312接触并且其位置被固定。

在一个实施例中，磁体320形成为环形以便如上所述围绕内支架310的外周表面并且具有沿第一电极10的纵向方向设置的N极和S极。

外支架330形成为管状以便安装在柄部100的外周表面上同时覆盖内支架310和磁体320。

此时，与形成在柄部100中的紧固槽111连通的多个通孔332形成在外支架330的上端中。从而，螺栓301穿过通孔332并被紧固至紧固槽111，使得磁性单元300被固定至柄部100。

此外，在外支架330的内周向表面上形成阶梯部分331，内支架310和磁体320安置在阶梯部分331上。当内支架310的下端和磁体320的下端相同时，阶梯部分331可以形成为单个阶梯。当内支架310的下端和磁体的下端不相同时，阶梯部分331可以形成为两个阶梯，从而可以分别安置内支架310的下端和磁体320的下端。

同时，可以改变柄部的结构和磁性单元的结构以改变将磁性材料固定至柄部的方法。

图9为示出根据本发明另一实施方案的电阻点焊电极的示意图。图10为示出根据本发明另一实施方案的电阻点焊电极的分解立体图。

如图9和图10所示，根据本发明另一实施方案的电阻点焊电极10B包括：柄部100；安装在柄部100的端部上的焊嘴500；和如上述实施方案中安装在柄部100的外周表面上的磁性单元400。

在柄部100的外周表面上形成环形的止动突起110以安装磁性单元400。

此外，在柄部100的外周表面上从止动突起110至柄部100的端部形成外螺纹120。

此外，磁性单元400包括形成为围绕柄部100的外周表面的环形永磁体的磁体320，并且包括用于将磁体320固定至柄部100的装置。

此外，磁性单元400包括：支架410和磁体320，所述支架410为围绕柄部100的外周表面的管状并拧至柄部100的外周表面；所述磁体320安装在支架410的外周表面上以形成磁场。

支架410是用于固定磁体320同时将磁体320与柄部100分离的装置。支架410由具有预定厚度的绝缘材料形成。

支架410包括管状的主体部分411以及从主体部分411的上端以磁体320的厚度突出为环形的止动部分412，以便容易地将磁体320安装在支架410的外周表面上。

在支架410的内周表面中形成内螺纹413，所述内螺纹413拧至在柄部100中形成的外螺纹120。

从而，支架410通过拧至柄部100而安装。

此外，磁体320固定至支架410的外周表面。磁体320可以通过单独的粘合装置粘附并固定至支架410的外周表面，或者可以被按压并固定至支架410的外周表面。

同时，在一个实施例中，根据上述和其他实施方案的磁性单元300和400安装为与第一电极10的端部间隔预定距离。例如，磁性单元300和400安装为与第一电极10的端部间隔30mm至50mm。原因是磁性单元300和400产生的磁场的方向是从焊接材料S1和S2的中心向外侧方向形成的。

接下来，比较使用根据现有技术的电阻点焊装置的焊接以及使用根据本发明的电阻点焊装置的焊接。

作为对比实施例的根据现有技术的电阻点焊装置以及作为实施方案的根据本发明的电阻点焊装置均包括柄部100和焊嘴500。然而，不同之处在于，在对比实施例中，没有安装磁性单元300，而在所公开的实施方案中，安装了磁性单元300。

首先，图11A和图11B分别为示出根据对比实施例和根据本发明实施例的电阻点焊期间熔核的生长模式的分析结果。

在使用如图11A和图11B所示的对比实施例和实施方案对第一焊接材料S1和第二焊接材料S2进行电阻点焊的情况下，在对比实施例和所公开的实施方案中，在第一焊接材料S1和第二焊接材料S2之间的界面处形成熔融状态的熔核N。

然而，在对比实施例的情况下，证实了熔核N在径向均匀地生长，如图11A所示。

同时，在所公开的实施方案的情况下，证实了熔核N主要沿横向方向生长，如图11B所示。

因此，在所公开的实施方案的情况下，可以预期防止发生表面飞溅的效果和抑制渗透深度的效果。

接下来分析产生上述结果的原因。

图12A和图12B分别为示出根据对比实施例和本发明实施方案的电阻点焊期间洛伦兹力和磁场方向的分析结果。

从图12A中可以看出，在对比实施例的情况下，不通过磁性单元300形成磁场。因此，仅通过焊接期间施加的电流形成磁场。关于电流与磁场之间的关系，根据顺时针螺旋定律，磁场是在沿着电极1和2的周向方向旋转的方向上形成，周向方向是垂直于电流方向的方向。

因此，对比实施例中产生的力根据电流和磁场的方向相互抵消，使得基本上不存在洛伦兹力的影响。如上所述，由于几乎不存在洛伦兹力的影响，熔核N径向且均匀地生长，如图11A所示。

同时，从图12B中可以看出，在所公开的实施方案的情况下，磁场由磁性单元300形成。因此，作为在焊接期间施加的电流和磁性单元300的磁场方向的结果，在所公开的实施方案中，在沿着电极10和20的周向方向旋转的方向上形成洛伦兹力。由于洛伦兹力的影响，熔化的熔核N主要沿横向方向生长，类似于受到离心力。

接下来，观察使用根据现有技术的电阻点焊装置和根据本发明的电阻点焊装置的所得焊接的截面和表面。

图13A和图13B分别为根据对比实施例和根据所公开的实施方案的电阻点焊之后焊接部分的放大图像和表面图像。

从图13A中可以看出，在对比实施例的情况下，证实了熔核尺寸为5.12mm，并且产生了表面飞溅。

同时，从图13B中可以看出，在所公开的实施方案的情况下，证实了熔核尺寸为6.75mm，并且没有产生表面飞溅。

因此，根据所公开的实施方案，证实了熔核尺寸可以增加并且可以抑制表面飞溅的发生。

根据本发明的实施方案，永磁体设置在电极的外周表面上，并且在焊接过程中形成的熔融状态的熔核利用洛伦兹力(其由施加至电极的电流和永磁体形成的磁场形成)沿横向方向生长。从而防止熔融状态的熔核飞溅到焊接材料的外部。因此，可以抑制焊接过程中飞溅现象的发生。

此外，可以通过设置永磁体的位置、强度和极性方向来调整熔核的生长方向和尺寸，从而控制焊接部分的形状。

本发明所获得的效果不限于上述效果，本领域普通技术人员通过以下描述可以清楚地理解未提及的其他效果。

尽管已经针对特定实施方案示出和描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和改变。

Claims (12)

1.一种用于电阻点焊的电阻点焊电极，所述电极包括：

柄部；和

焊嘴，其安装至所述柄部的端部；

其中，磁性单元安装在所述柄部的外周表面上，以形成磁场并且通过磁场和流过柄部的电流在沿着柄部的周向方向旋转的方向上形成洛伦兹力。

2.根据权利要求1所述的用于电阻点焊的电阻点焊电极，其中，所述磁性单元包括：

内支架，其为围绕所述柄部的外周表面的管状；

磁体，其安装在所述内支架的外周表面上以形成磁场；和

外支架，其安装在所述柄部的外周表面上，同时覆盖所述内支架和磁体。

3.根据权利要求2所述的用于电阻点焊的电阻点焊电极，其中，

在柄部的外周表面上形成环形的止动突起，并且在止动突起中形成用于紧固螺栓的多个紧固槽；

在外支架中形成与紧固槽连通的多个通孔；

螺栓穿过通孔并紧固至紧固槽，以将磁性单元固定至柄部。

4.根据权利要求2所述的用于电阻点焊的电阻点焊电极，其中，所述磁体形成为围绕内支架的外周表面的环形的永磁体，并且具有沿柄部的纵向方向布置的N极和S极。

5.根据权利要求1所述的用于电阻点焊的电阻点焊电极，其中，所述磁性单元包括：

支架，其形成为围绕所述柄部的外周表面并拧至所述柄部的外周表面的管状；和

磁体，其安装在所述支架的外周表面上以形成磁场。

6.根据权利要求5所述的用于电阻点焊的电阻点焊电极，其中，在柄部的外周表面上形成环形的止动突起，其中从止动突起至柄部的端部形成外螺纹；

其中在支架的内周表面上形成拧至所述外螺纹的内螺纹。

7.根据权利要求5所述的用于电阻点焊的电阻点焊电极，其中，所述磁体形成为围绕支架的外周表面的环形的永磁体，并且具有沿柄部的纵向方向布置的N极和S极。

8.一种电阻点焊装置，其将电流施加至彼此接触的一对焊接材料并焊接所述焊接材料，所述装置包括：

第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极彼此相对设置，从而相对于焊接材料彼此间隔开；和

磁性单元，其安装在所述第一电极和第二电极的至少一个上；

其中，所述磁性单元与选定的电极的端部间隔预定距离并安装在所述电极的外周表面上，以形成磁场，并且通过磁场和流过电极的电流在焊接材料中在沿着电极的周向方向旋转的方向上形成洛伦兹力。

9.根据权利要求8所述的电阻点焊装置，其中，

所述磁性单元包括磁体，所述磁体形成为围绕电极的外周表面的环形的永磁体；

所述磁体具有沿电极的纵向方向布置的N极和S极。

10.根据权利要求9所述的电阻点焊装置，其中，

所述第一电极和第二电极在竖直方向上彼此间隔开并布置成直线；

所述磁性单元安装在第一电极和第二电极中的上部的电极上。

11.根据权利要求9所述的电阻点焊装置，其中，

所述第一电极和第二电极在竖直方向上彼此间隔开并布置成直线；

所述磁性单元安装在第一电极和第二电极上，使得安装在第一电极上的磁体的N极和S极以及安装在第二电极上的磁体的N极和S极布置成彼此对称。

12.根据权利要求8所述的电阻点焊装置，其中，

所述磁性单元安装成与选定的电极的端部间隔30mm至50mm。

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