CN211135895U - 一种适用于电阻焊的组合电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电阻焊电极技术领域，具体地说是一种适用于电阻焊的组合电极。上电极及下电极的结构形式相同，均设有电极本体、电极头和电极套。电极头与电极本体之间通过电极套连接，并可进行轴向调节，用以补尝损耗；电极头的外侧表面与电极套的内腔表面通过锥面或者柱面固定连接，电极套的外侧表面与电极本体的内腔表面通过锥面连接，并可利用焊机提供的电阻热与压力共同作用进行热压合预处理，提高了三者之间的连接强度、可靠性和稳定性，有效减小了电极本体到电极头之间的电阻和热阻，给电极头提供良好并且稳定的导电、散热作用。电极头及电极套的工作面为平面、锥面、曲面或其组合，适用于多种焊接需要。

Description

一种适用于电阻焊的组合电极

技术领域

本实用新型涉及电阻焊电极技术领域，具体地说是一种适用于电阻焊的组合电极。

背景技术

现有技术中，薄板金属零件在制造过程中往往采用电阻焊进行焊接装配，但由于电极损耗快，尤其是镀层钢板表面的镀层及部分有色金属，在电阻焊接的过程中易粘附电极或形成合金，对电极的寿命及其焊接质量稳定性影响很大。以往焊接上述金属薄板零件的电极通常采用铬锆铜、氧化铝铜等一些铜合金，虽然这些铜合金导电性优良，导热性能较好，但是耐高温软化和抗熔焊、抗粘附性能较差，电极头部易变形镦粗，需频繁修磨，电极损耗大，影响焊接效率。尤其焊接镀层钢板等零件时极易在电极与工件镀层结合面上生成铜与镀层材料的合金，电极损耗比焊接普通钢板更快，不能满足高效率、低消耗生产的需要和质量稳定性要求。

在焊接镀层钢板和部分有色金属薄板时，所形成的铜与有色金属的合金，还使电极头与工件之间的接触电阻增大，进一步增加电极与工件表面的电阻热，产生高温，在压力和温度的共同作用下，电极端部易被镦粗变形，使电极与工件的接触面积增大，焊接区域电流密度降低。因此导致焊接不牢固或是电极与工件粘连，产生焊接质量问题。

为解决上述问题，釆用过盈配合的方法在电极（或电极帽）中心镶嵌钨针的方法，提高电极耐热和耐蚀/耐磨性。但由于电极使用过程中伴随高温和脉动载荷、不断变化的偏心载荷，钨针与电极本体的过盈量发生变化，导致钨极和电极本体之间产生松动，影响导电、导热性能和工作的稳定性可靠性。

也有将钨针作为嵌件，通过铸造的方法将铜合金电极中固定一根钨针，此方式能解决稳定性和可靠问题，但工艺较复杂，且每件电极到达使用极限后，废弃部分较多，铜合金及钨棒的材料利用率较低。

还有将钨极和铜合金基体沿电极轴线方向通过钎焊或扩散焊接等方式进行连接组合，钨极接触工件，铜合金基体远离工件并承担导电和导热冷却的作用，当钨极轴向长度较大时，其导电性能和导热性能均受到不利影响，而且同样存在材料利用率较低的问题。

发明内容

本实用新型为克服现有技术的不足，提供一种适用于电阻焊的组合电极，通过电极套连接电极本体和电极头，并利用焊机可提供的电阻热和压力共同作用进行热压合预处理，提高了三者之间的连接强度、可靠性和稳定性，并且有效减小了电极本体到电极头之间的电阻和热阻，给电极头提供良好并且稳定的导电、散热作用。

为实现上述目的，设计一种适用于电阻焊的组合电极，包括上电极、下电极，其特征在于：所述的组合电极包括上电极及下电极，并且上电极及下电极的结构形式一致；所述的上/下电极包括电极本体、电极套及电极头，电极本体内设有电极头和电极套，电极头与电极本体之间通过电极套连接，并可进行轴向调节；所述的电极头的外侧表面与电极套的内腔表面通过锥面或者柱面固定连接，电极套的外侧表面与电极本体的内腔表面通过锥面连接；所述的电极头的工作面为平面、锥面、曲面或其组合。

所述的电极套的侧壁上位于轴向平面设有伸缩槽一及伸缩槽二，伸缩槽一与伸缩槽二的数量相等并沿周向和轴向交错分布，伸缩槽一及伸缩槽二的宽度为0.05～1mm，当电极套的工作面作为第二焊接面时，伸缩槽一及伸缩槽二的宽度应取上述数值的较小值，并且小于等于0.5mm。

所述的电极套的外侧表面的锥度为1：100～1：10。

所述的电极头的外侧表面与电极套的内腔表面通过锥面或者柱面固定连接，所述的锥面连接的锥度为1：300~1：50。

所述的电极头的外侧表面与电极套的内腔表面可以通过焊机的输出电流和电极压力产生较大电阻热进行热压合连接进行预处理。

所述的电极头的横截面为圆形、椭圆形、多边形、多边形与曲线组合中的一种结构。

所述的电极头的外侧表面的粗糙度为Ra1.6~Ra12.5，其加工纹理应基本环绕并垂直于轴线。

所述的电极头的工作面与电极套的工作面的组合形状为平面、曲面、平面与曲面组合、平面与锥面组合、曲面与锥面组合、平面与曲面及锥面的组合中的一种。

所述的电极头的材料采用金属钨或者钨铜合金或者钨与其它多种金属的合金，钨的质量分数为70～95%，可采用粉末治金、煅造、挤压、切削、放电加工等多种工艺及工艺组合制造。

所述的电极套的材料采用铜合金或钨铜合金，当电极套的端面需接触工件作为第二焊接面时，电极套采用钨铜合金或氧化铝铜，钨铜合金中钨的质量分数为50~80%，电极套可采用粉末冶金、挤压、冷镦、金属注射成形、放电加工及切削加工等工艺或工艺组合制造。

本实用新型同现有技术相比，通过电极套连接电极本体和电极头，并利用焊机可提供的电阻热和压力共同作用进行热压合预处理，提高了三者之间的连接强度、可靠性和稳定性，并且有效减小了电极本体到电极头之间的电阻和热阻，给电极头提供良好并且稳定的导电、散热作用。

结合电极头和电极套采用了抗高温软化的金属钨或钨铜合金，因此保持焊点有稳定的形状和合理的电流密度，又由于上述部位所用材料对钢板镀层及部分有色金属具有良好的抗熔焊、抗粘附性能，不易在第一、第二焊接面产生电极与工件材料的高电阻合金层，减少电极发热量、设备能耗以及电极修磨次数，延长了电极使用寿命，提高了工作效率和产品质量。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为电极套结构示意图。

图3为电极套中的伸缩槽结构示意图。

图4为图2中A-A向局部剖视图。

图5至图8为电极头与电极套的各种形状组合示意图。

图9为实施例一示意图。

图10为实施例二示意图。

具体实施方式

下面根据附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1至图8所示，组合电极包括上电极及下电极，并且上电极及下电极的结构形式一致；所述的上/下电极包括电极本体3、电极套2及电极头1，电极本体3内设有电极头1和电极套2，电极头1与电极本体3之间通过电极套2连接，并可进行轴向调节；所述的电极头的外侧表面101与电极套的内腔表面201通过锥面或者柱面固定连接，电极套的外侧表面203与电极本体的内腔表面303通过锥面连接；所述的电极头的工作面102为平面、锥面、曲面或其组合。

电极套2的侧壁上位于轴向平面设有伸缩槽一204及伸缩槽二205，伸缩槽一204与伸缩槽二205的数量相等，并沿周向和轴向交错分布，伸缩槽一204及伸缩槽二205的宽度为0.05～1mm。

伸缩槽一204与伸缩槽二205的数量相等，各1条以上，伸缩槽一204距接近工件一端保持距离h1，伸缩槽二205距远离工件一端的端面保持距离h2；伸缩槽一204及伸缩槽二205的宽度b是电极套2的底部内腔直径d2的0.025倍～0.1倍，当电极套2接近工件的一端作为第二焊接面时，伸缩槽一204及伸缩槽二205的宽度应取上述数值的较小值，并且小于等于0.5mm。

电极套的外侧表面203的锥度为1：100～1：10。

电极头的外侧表面101与电极套的内腔表面201通过锥面或者柱面固定连接，所述的锥面连接的锥度为1：300~1：50。

电极头的外侧表面101与电极套的内腔表面201可以通过焊机的输出电流和电极压力产生较大电阻热进行热压合连接。

电极头1的横截面为圆形、椭圆形、多边形、多边形与曲线组合中的一种结构。

电极头的外侧表面101的粗糙度为Ra1.6~Ra12.5，其加工纹理应基本环绕并垂直于轴线。

电极头的工作面102与电极套的工作面202的组合形状为平面、曲面、平面与曲面组合、平面与锥面组合、曲面与锥面组合、平面与曲面及锥面的组合中的一种。

电极头1的材料采用金属钨或者钨铜合金或者钨与其它多种金属的合金，钨的质量分数为70～95%，可采用粉末治金、煅造、挤压、切削、放电加工等多种工艺及工艺组合制造。

电极套2的材料采用铜合金或钨铜合金，当电极套2的端面需接触工件作为第二焊接面时，电极套2采用钨铜合金或氧化铝铜，钨铜合金中钨的质量分数为50~80%，电极套2可采用粉末冶金、挤压、冷镦、金属注射成形、放电加工及切削加工等工艺或工艺组合制造。

电极在安装调节后，焊接前，可利用焊机本身的输出电流和电极压力，对电极头的外侧表面101和电极套的内腔表面201的结合面进行热压合预处理，并使电极套与电极本体的结合更加紧密。热压合预处理的过程按时间顺序可分为三个阶段进行：

第一阶段：在上、下电极的电极头（如电极头为柱状，则在电极套）之间施加较小的电极压力，并由焊机电源（输出变压器副边）通过上、下电极的电极本体、电极套、电极头形成单一串联回路并通过较大的短路电流，由于电极套和对应电极头的表面凸点最先接触，实际初始接触面积较小，结合面初始电阻值较大，在较大短路电流作用下，使上述表面凸点最先驱于融化并产生高温使软化温度较低的一侧（一般为电极套的内腔表面201）表层金属发生软化。

第二阶段：加大上述上、下电极（电极头或电极套）之间的压力，减小短路电流（取第一阶段短路电流的0.2～0.5倍），使软化一侧的表面金属通过挤压嵌入另一侧表面的加工纹理的波谷，并使第一阶段已熔化或驱于熔化的凸点处形成胶合粘接，在胶合粘接和嵌合双重作用下使电极套与对应电极头之间有效接触面积大幅增大，并使电极套与电极本体的结合更加紧密。

第三阶段：切断电流，保压（一般保压5～60秒）冷却。

通过上述热压合预处理，电极套与电极头之间以及电极套与电极本体之间的握裹力得到提升，连接的可靠性和导电导热性能均得到大幅提高。

上述热压合预处理的温度、压力、时间的综合效果不使电极套和对应电极头之间发生扩散焊和大面积熔焊的作用，不构成永久性联接。当需要调节电极头相对电极套轴向位置时，只需给电极头相对电极套施加一个指向结合面锥体大端或电极头伸出方向的较大的轴向力，就可使二者分离并进行调节，同时电极套与电极本体也可分离。

调节后焊接前再施行上述热压合预处理。

电极头1的接触工件的一端为工作面，即电极头的工作面102，其形状为平面、曲面、平面与曲面组合、锥面与平面组合、锥面与曲面组合、或平面与曲面及锥面的组合；如图5所示，电极套2的工作面202与电极头1的工作面102都为平面的组合以及电极套2的工作面为平面与电极头1的工作面为球面的组合；如图6所示，电极套2的工作面为锥面+平面与电极头1的工作面为平面+锥面的组合以及电极套2的工作面为球面与电极头1的工作面为球面的组合；如图7所示，电极套2的工作面为平面+锥面与电极头1的工作面为平面+锥面的组合以及电极套2的工作面为平面+锥面与电极头1的工作面为平面+锥面球面的组合，电极头工作面的锥面和电极套的内表面之间形成一个环槽；如图8所示，电极套2的工作面为球面与电极头1的工作面为球面的组合以及电极套2的工作面为锥面与电极头1的工作面为平面的组合。

实施例1

焊接螺母与镀层钢板凸焊：

参见图9，上电极的电极头1和上电极的电极套2的工作面形状都为平面的组合，上电极的电极头1的工作面为平面，凸出于电极套是工作面0.5mm（可磨耗至0.02mm）。电极套的工作面不接触工件，不作为焊接面。

下电极的电极头4与下电极的电极套7的工作面形状为平面与锥面的组合，为保护自动上件时钢板镀层不被划伤或产生压痕，下电极的电极套7的工作面与下电极的电极头4的边缘形成光顺的曲面过渡。下电极的电极套7的工作面不作为焊接面，起到引支承和保护工件的作用。下电极的电极头4中固定有螺母定位销组件5。

本实施例中，上、下电极的电极头轴线同轴，将工件压紧并采用二次放电进行焊接：

第一次放电，上电极的电极头1的焊接面先将凸焊螺母8和镀锌钢板6压紧在下电极的工作面上，施加一定焊接压力并进行第一次小电流放电，目的是为了利用凸焊螺母8的4个凸台在压力和电阻热的作用下，破坏凸焊螺母8的凸台和镀锌钢板6接触面的镀层。

第二次放电，采用较大的焊接电流和较小的焊接压力，在凸焊螺母8的凸台和镀锌钢板6之间产生较大电流密度和电阻热，熔化焊点金属并形成熔核。

由于上、下电极头的焊接面在第一次放电时已经充分与工件表面贴合，又由于电极头与工件的接触面积远大于二工件之间的接触面积，这样就可以降低电极头焊接面与工件表面的接触电阻、电流密度和功率损耗，减少发热量，降低镀层温度，又由于上电极头采用钨棒制造，下电极头采用钨的质量分数为75%的钨铜合金制造，加上该组合电极具有较好的冷却效果，所以不会和工件镀层之间发生熔焊、粘附及合金化现象，既保护了工件的镀层，又保护了电极的焊接面，有效延长电极的使用寿命，提高工作效率和产品质量。

实施例2

镀层钢板零件点焊：

参见图10，上电极的电极头1和电极套2的工作面形状为球面与平面的组合，上电极的电极头1的工作面为球面，凸出于电极套2的端面h4=(0.05-0.3)t1，需根据镀层钢板零件A的壁厚t1和工件表面允许的压痕大小以及电极寿命综合确定，上电极的电极头1的工作面为第一焊接面，先接触工件，上电极的电极套2的工作面为第二焊接面，后接触工件。

上电极的电极头1的工作面的球面半径QR1由上电极的电极头1的直径d11和凸起高度t4确定。

下电极的电极头4与下电极的电极套7的工作面形状都为球面的组合，即工作面由二个球面组合为一个光顺的曲面，曲面的曲率半径可以不变，也可以变化。为保护自动上件时钢板镀层不被划伤或产生压痕，下电极的电极套7的工作面边缘采用圆角形成光滑过渡。

下电极的电极头4的工作面的球面半径QR2由下电极的电极头4的直径d12和凸起高度t5确定，并且QR2≥2QR1。

下电极的电极头4的工作面作为第一焊接面，下电极的电极套7的端面作为第二焊接面，并起到引支承和保护工件的作用。

上、下电极的电极头轴线同轴，焊接时，上、下电极头先对工件施加预压力压紧工件。

焊接时采用两次放电焊接：

第一次放电时，电极对工件施加一定压力并进行一次小电流放电，目的是为了破坏镀层钢板零件一10与镀层钢板零件二11之间的镀层，电极头及电极套焊接面熔点和抗软化温度很高，这样就不会与锌层融合，保证了电极的合理形状，减小电流密度的变化。

第二次放电焊接时，上、下电极头焊接面已分别与镀层钢板零件一10及镀层钢板零件二11的表面充分贴合，这样就可以降低电极与工件的接触电阻和功率损耗，减少发热量。

本实用新型可以保持上电极与下电极的电极头在高温下的硬度和形状，保持焊点形状，保证焊接电流密度稳定，降低焊接时消耗在电极上的无效功耗和热量，从而增加了上电极与下电极的工作寿命，提高了工作效率和产品质量。

Claims (10)

1.一种适用于电阻焊的组合电极，包括上电极、下电极，其特征在于：所述的组合电极包括上电极及下电极，并且上电极及下电极的结构形式一致；所述的上/下电极包括电极本体（3）、电极套（2）及电极头（1），电极本体（3）内设有电极头（1）和电极套（2），电极头（1）与电极本体（3）之间通过电极套（2）连接，并可进行轴向调节；所述的电极头的外侧表面（101）与电极套的内腔表面（201）通过锥面或者柱面固定连接，电极套的外侧表面（203）与电极本体的内腔表面（303）通过锥面连接；所述的电极头的工作面（102）为平面、锥面、曲面或其组合。

2.根据权利要求1所述的一种适用于电阻焊的组合电极，其特征在于：所述的电极套（2）的侧壁上位于轴向平面设有伸缩槽一（204）及伸缩槽二（205），伸缩槽一（204）与伸缩槽二（205）的数量相等并沿周向和轴向交错分布，伸缩槽一（204）及伸缩槽二（205）的宽度为0.05～1mm，当电极套（2）的工作面（202）作为第二焊接面时，伸缩槽一（204）及伸缩槽二（205）的宽度应取上述数值的较小值，并且小于等于0.5mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于电阻焊的组合电极，其特征在于：所述的电极套的外侧表面（203）的锥度为1：100～1：10。

4.根据权利要求1所述的一种适用于电阻焊的组合电极，其特征在于：所述的电极头的外侧表面（101）与电极套的内腔表面（201）通过锥面或者柱面固定连接，所述的锥面连接的锥度为1：300~1：50。

5.根据权利要求1所述的一种适用于电阻焊的组合电极，其特征在于：所述的电极头的外侧表面（101）与电极套的内腔表面（201）可以通过焊机的输出电流和电极压力产生电阻热进行热压合连接进行预处理。

6.根据权利要求1所述的一种适用于电阻焊的组合电极，其特征在于：所述的电极头（1）的横截面为圆形、椭圆形、多边形、多边形与曲线组合中的一种结构。

7.根据权利要求1所述的一种适用于电阻焊的组合电极，其特征在于：所述的电极头的外侧表面（101）的粗糙度为Ra1.6~Ra12.5，其加工纹理应基本环绕并垂直于轴线。

8.根据权利要求1所述的一种适用于电阻焊的组合电极，其特征在于：所述的电极头的工作面（102）与电极套的工作面（202）的组合形状为平面、曲面、平面与曲面组合、平面与锥面组合、曲面与锥面组合、平面与曲面及锥面的组合中的一种。

9.根据权利要求1所述的一种适用于电阻焊的组合电极，其特征在于：所述的电极头（1）的材料采用金属钨或者钨铜合金制造。

10.根据权利要求1所述的一种适用于电阻焊的组合电极，其特征在于：所述的电极套（2）的材料采用铜合金或钨铜合金，当电极套（2）的端面需接触工件作为第二焊接面时，电极套（2）采用钨铜合金或氧化铝铜制造。

Images