CN115533286A - 电流分布可调式电阻点焊电极装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电流分布可调式电阻点焊电极装置及焊接方法，属于焊接过程控制领域。一、二、三级芯电极同轴安装于电极本体的同心腔内，在液压控制下独立或组合作用于焊接工件表面，不同的点芯电极组合所构成的导电通路不同，从而导致焊接工件内部的电流分布存在差异，在电阻产热、散热的平衡条件下，所形成的点焊熔核具有不同的横截面轮廓形态。本发明以特殊结构的套筒式组合电极装置为核心，通过控制各级芯电极的压紧状态，改变工件内部的电流分布，从而使得点焊接头可以获得具有不同几何形态熔核，实现了不更换电极的前提下实现点焊电流分布的灵活调节，显著提升了电阻点焊质量和生产效率。

Description

电流分布可调式电阻点焊电极装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接过程控制领域，特别涉及电阻点焊过程中电流密度分布调节与控制技术，尤指一种电流分布可调式电阻点焊电极装置及焊接方法。

背景技术

在汽车、轨道客车等装备制造领域，电阻点焊作为一种焊接效率高、成本低、焊接质量稳定的焊接工艺，广泛应用于薄板的搭接拼焊结构。点焊过程中，焊件装配成搭接结构并置于上下电极之间；上下电极对工件施加一定的压紧力，并通过短时间的大电流。工件压紧区域在电阻热的作用下，内部形成一定的熔化金属，冷却后构成连接板层的孤立圆点形焊缝（熔核）。

点焊熔核的几何尺寸决定了焊接接头的力学性能。而点焊熔核的几何尺寸（直径、厚度等）又取决于焊接过程中工件内部的电流分布状态。目前在工业生产中，电阻点焊设备的电极一般是固定尺寸的。当其它焊接条件（工件厚度组合、电极间压力、焊接电流等）确定时，焊接过程中工件内部的电流分布也是固定的。当焊接对象改变时，熔核尺寸调节及焊接质量控制的灵活性较差。因此，如何在不更换电极的前提下实现点焊电流分布的灵活调节，则是提升电阻点焊质量和生产效率的重要手段，也是目前亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电流分布可调式电阻点焊电极装置及焊接方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明以套筒式组合电极装置为核心，在焊接生产中根据需要快速调整电极端面与工件的接触状态，从而改变焊接电流由电极流向焊接工件的通路，进而有效调节工件内部的电流分布状态，达到改变并控制工件内部熔核的几何形态的目的。实现了不更换电极的前提下实现点焊电流分布的灵活调节，显著提升了电阻点焊质量和生产效率。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

电流分布可调式电阻点焊电极装置，包括电极本体1、一级芯电极2、二级芯电极3、三级芯电极4、锁紧螺母5，在焊接过程中，电极装置的一级芯电极2、二级芯电极3、三级芯电极4同轴安装于电极本体1的同心腔内，在液压控制下可独立或组合作用于焊接工件表面，不同的点芯电极组合所构成的导电通路不同，从而导致焊接工件内部的电流分布存在差异，在电阻产热、散热的平衡条件下，所形成的点焊熔核具有不同的横截面轮廓形态。

所述的电极本体1为圆柱形，末端设置有带锥度的安装孔11，与点焊设备的电极杆相连，传递焊接电流、电极下压力及冷却水；安装孔11的直径及锥度与点焊设备的电极导杆端部尺寸相配合；电极本体1侧面设置有一级进油孔12、二级进油孔13、三级进油孔14，通过液压管路与点焊设备的液压工作站相连接；电极本体1内部设置有一级同心腔15、二级同心腔16、三级同心腔17，分别装配一级芯电极2、二级芯电极3、三级芯电极4；液压油通过一级进油孔12、二级进油孔13、三级进油孔14及电极本体1内部的油路通道输送至电极本体1内部的一级同心腔15、二级同心腔16、三级同心腔17内；电极本体1前端设置密封螺纹18，与锁紧螺母5相配合，对各级芯电极进行安装紧固。

所述的一级芯电极2前端为圆柱形，二级芯电极3、三级芯电极4前端为圆筒形，一级芯电极2、二级芯电极3、三级芯电极4的后端都带有圆形法兰，工作时与电极本体的一级同心腔15、二级同心腔16、三级同心腔17侧壁构成活塞配合结构，一级进油孔12、二级进油孔13、三级进油孔14输送进来的液压油作用在对应的芯电极的法兰端面上，推动芯电极进行轴向运动。

本发明的另一目的在于提供一种电流分布可调式电阻点焊电极焊接方法，在电阻点焊过程中，各级芯电极在液压油的作用下向工件压紧；每级芯电极均可独立压紧，也可自由组合进行压紧；当只有一级芯电极2压紧进行焊接时，焊接电流只能通过一级芯电极的端面进入焊接工件，工件内部电流分布集中，此时焊接所形成的熔核横截面为椭圆形，直径较小，厚度较大；当一级芯电极2、二级芯电极3共同压紧进行焊接时，焊接电流可通过一级芯电极2、二级芯电极3的端面进入焊接工件，相对于一级芯电极2单独压紧，工件内部电流分布较为分散，此时焊接所形成的熔核直径变大，厚度减小；当一级芯电极2、二级芯电极3、三级芯电极4共同压紧进行焊接时，焊接电流可通过所有芯电极的端面进入焊接工件，工件内部电流分布最为分散，此时焊接所形成的熔核直径最大，厚度最小；当只有二级芯电极3或三级芯电极4独立压紧或二者组合压紧焊接时，电极与工件的接触面为环形，工件内部的电流通路也为环形，此时所形成的熔核形状为哑铃型。

本发明的有益效果在于：针对电阻点焊工艺中工件内部电流分布及熔核形态的控制要求，本发明以特殊结构的套筒式组合电极装置为核心，通过控制各级芯电极的压紧状态，改变工件内部的电流分布，从而使得点焊接头可以获得具有不同几何形态熔核，以满足电阻点焊接头不同连接状态的调节及控制。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的电流分布可调节式的电阻点焊电极装置结构示意图；

图2为本发明的电流分布可调节式的电阻点焊电极装置各部件装配示意图；

图3为本发明的电极本体结构示意图；

图4为本发明的电流分布可调节式的电阻点焊电极装置工作示意图；

图5为本发明的不同芯电极组合焊接熔核形态示意图；

图6为本发明的椭圆型熔核横截面焊接实施例示意图；

图7为本发明的哑铃型熔核横截面焊接实施例示意图。

图中：1、电极本体；2、一级芯电极；3、二级芯电极；4、三级芯电极；5、锁紧螺母；11、安装孔；12、一级进油孔；13、二级进油孔；14、三级进油孔；15、一级同心腔；16、二级同心腔；17、三级同心腔；18、密封螺纹。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图7所示，本发明的电流分布可调式电阻点焊电极装置及焊接方法，点焊熔核的几何尺寸决定了焊接接头的力学性能。而点焊熔核的几何尺寸（直径、厚度等）又取决于焊接过程中工件内部的电流分布状态。本发明以套筒式组合电极装置为核心，在焊接生产中根据需要快速调整电极端面与工件的接触状态，从而改变焊接电流由电极流向焊接工件的通路，进而有效调节工件内部的电流分布状态，达到改变并控制工件内部熔核的几何形态的目的。

参见图1至图3所示，本发明的电流分布可调式电阻点焊电极装置，是由电极本体1、一级芯电极2、二级芯电极3、芯三级电极4、锁紧螺母5组成。电极本体1为圆柱形，末端设置有带锥度的安装孔11，在工作时与点焊设备的电极杆相连，传递焊接电流、电极下压力及冷却水。安装孔11可加工成不同的直径及锥度，以适配不同点焊设备的电极导杆端部尺寸。

电极本体1侧面设置有一级进油孔12、二级进油孔13、三级进油孔14，通过液压管路与点焊设备的液压工作站相连接。电极本体1内部设置有三级同心腔（一级同心腔15、二级同心腔16、三级同心腔17），用以装配一级芯电极2、二级芯电极3、三级芯电极4。液压油通过一级进油孔12、二级进油孔13、三级进油孔14及电极本体1内部的油路通道输送至电极本体1内部的各级同心腔内；电极本体1前端设置密封螺纹18，用以安装锁紧螺母5，对各级芯电极（一级芯电极2、二级芯电极3、芯三级电极4）进行安装。

一级芯电极2前端为圆柱形，二级芯电极3、芯三级电极4前端为圆筒形，一级芯电极2、二级芯电极3、芯三级电极4同轴安装于电极本体1的同心腔内；一、二、三芯电极后端都带有圆形法兰，工作时与电极本体1的各级同心腔侧壁构成活塞配合结构，各级进油孔输送进来的液压油作用在对应芯电极的法兰端面上，可推动芯电极进行轴向运动。各级芯电极在液压油的作用下沿电极轴线伸缩，对工件实施压紧力并进行焊接。

参见图4所示，本发明的电流分布可调式电阻点焊电极焊接方法，在电阻点焊过程中，各级芯电极在液压油的作用下向工件压紧；每级芯电极均可独立压紧，也可自由组合进行压紧。在焊接条件（工件厚度组合、电极间压力、焊接电流等）固定时，不同的点芯电极组合所构成的导电通路不同，从而导致焊接工件内部的电流分布存在差异，在电阻产热、散热的平衡条件下，所形成的点焊熔核具有不同的横截面轮廓形态。

参见图5所示，当只有一级芯电极2压紧进行焊接时，焊接电流只能通过该级芯电极的端面进入焊接工件，工件内部电流分布集中，此时焊接所形成的熔核横截面为椭圆形，直径较小，厚度较大；当一级芯电极2、二级芯电极3共同压紧进行焊接时，焊接电流可通过一级芯电极2、二级芯电极3的端面进入焊接工件，相对于一级芯电极2单独压紧，工件内部电流分布较为分散，此时焊接所形成的熔核直径变大，厚度减小；当一级芯电极2、二级芯电极3、三级芯电极4共同压紧进行焊接时，焊接电流可通过所有芯电极的端面进入焊接工件，工件内部电流分布最为分散，此时焊接所形成的熔核直径最大，厚度最小。

当只有二级芯电极3、三级芯电极4独立压紧或二者组合压紧焊接时，电极与工件的接触面为环形，工件内部的电流通路也为环形，此时所形成的熔核形状为哑铃型。

当点焊接头具有不同的熔核形态时，其熔透率、熔核直径、表面压痕等成型质量差异明显，且具有不同的承载能力。本发明通过合理匹配焊接参数与电极的压紧方式，在不改变焊接设备的条件下可以制备具有不同成型特点的电阻点焊接头，工艺性适应性及灵活性特点突出。

实施例1：

下面以轨道客车车体部件用电阻点焊工艺为例进行说明：

（1）、焊接材料为SUS301L不锈钢，板厚组合1mm+1mm。一级芯电极直径Φ3mm，二级芯电极3内径Φ3mm、外径Φ5mm，三级芯电极4内径Φ5mm、外径Φ8mm，焊接电流12kA，焊接时间400ms。

（2）、焊接前，首先将本发明之套筒式电极装置安装与点焊设备的电极导杆端部，各级进油孔采用管路与点焊设备液压系统相连接。通过油压控制，分别控制一级芯电极2和二级芯电极3进行组合压紧、二级芯电极3和三级芯电极4组合压紧，并实施焊接，分别获得椭圆型横截面熔核（直径5.8mm）、哑铃型横截面熔核（直径8.0mm），如图6及图7所示。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电流分布可调式电阻点焊电极装置，其特征在于：包括电极本体（1）、一级芯电极（2）、二级芯电极（3）、三级芯电极（4）、锁紧螺母（5），所述一级芯电极（2）、二级芯电极（3）、三级芯电极（4）同轴安装于电极本体（1）的同心腔内，在液压控制下独立或组合作用于焊接工件表面，不同的点芯电极组合所构成的导电通路不同，从而导致焊接工件内部的电流分布存在差异，在电阻产热、散热的平衡条件下，所形成的点焊熔核具有不同的横截面轮廓形态。

2.根据权利要求1所述的电流分布可调式电阻点焊电极装置，其特征在于：所述的电极本体（1）为圆柱形，末端设置有带锥度的安装孔（11），与点焊设备的电极杆相连，传递焊接电流、电极下压力及冷却水；安装孔（11）的直径及锥度与点焊设备的电极导杆端部尺寸相配合；电极本体（1）侧面设置有一级进油孔（12）、二级进油孔（13）、三级进油孔（14），通过液压管路与点焊设备的液压工作站相连接；电极本体（1）内部设置有一级同心腔（15）、二级同心腔（16）、三级同心腔（17），分别装配一级芯电极（2）、二级芯电极（3）、三级芯电极（4）；液压油通过一级进油孔（12）、二级进油孔（13）、三级进油孔（14）及电极本体（1）内部的油路通道输送至电极本体（1）内部的一级同心腔（15）、二级同心腔（16）、三级同心腔（17）内；电极本体（1）前端设置密封螺纹（18），与锁紧螺母（5）相配合，对各级芯电极进行安装紧固。

3.根据权利要求1所述的电流分布可调式电阻点焊电极装置，其特征在于：所述的一级芯电极（2）前端为圆柱形，二级芯电极（3）、三级芯电极（4）前端为圆筒形，一级芯电极（2）、二级芯电极（3）、三级芯电极（4）的后端都带有圆形法兰，与电极本体的一级同心腔（15）、二级同心腔（16）、三级同心腔（17）侧壁构成活塞配合结构，一级进油孔（12）、二级进油孔（13）、三级进油孔（14）输送进来的液压油作用在对应的芯电极的法兰端面上，推动芯电极进行轴向运动。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述的电流分布可调式电阻点焊电极装置实现的焊接方法，其特征在于：在电阻点焊过程中，各级芯电极在液压油的作用下向工件压紧；每级芯电极均可独立压紧，也可自由组合进行压紧；当只有一级芯电极（2）压紧进行焊接时，焊接电流只能通过一级芯电极的端面进入焊接工件，工件内部电流分布集中，此时焊接所形成的熔核横截面为椭圆形，直径较小，厚度较大；当一级芯电极（2）、二级芯电极（3）共同压紧进行焊接时，焊接电流可通过一级芯电极（2）、二级芯电极（3）的端面进入焊接工件，相对于一级芯电极（2）单独压紧，工件内部电流分布较为分散，此时焊接所形成的熔核直径变大，厚度减小；当一级芯电极（2）、二级芯电极（3）、三级芯电极（4）共同压紧进行焊接时，焊接电流可通过所有芯电极的端面进入焊接工件，工件内部电流分布最为分散，此时焊接所形成的熔核直径最大，厚度最小；当只有二级芯电极（3）或三级芯电极（4）独立压紧或二者组合压紧焊接时，电极与工件的接触面为环形，工件内部的电流通路也为环形，此时所形成的熔核形状为哑铃型。

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