CN215658390U - 一种电阻点焊电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电阻点焊领域，公开了一种用于铝到铝，钢到钢以及铝到钢电阻点焊的电极。包括呈圆柱状的主体；位于所述主体上表面的焊接面；所述焊接面包括焊接侧面、外圆周焊接接触面及位于焊接面中心的凹槽，所述外圆周焊接接触面的曲率半径大于15mm，所述凹槽的深度为0.01‑1.5mm。

Description

一种电阻点焊电极

技术领域

本实用新型属于电阻点焊领域，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。

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。

电阻点焊是应用于车身焊接的一种广泛方法，其通常是通过焊枪来实现的，焊接时使金属工件处于焊枪上一对电极帽的中间，通过对一对电极帽上通以焊接电流和压力，进而使金属工件熔化，完成焊接。目前汽车车身材料仍以钢材为主，为了实现轻量化的目标，越来越多的轻合金例如铝材被应用到汽车车身材料中，车身焊接就变为铝材的焊接以及钢材的焊接。钢的表面通常会有防腐蚀的镀锌层，这会导致在焊接过程中加速电极的消耗，往往需通过修磨电极来实现其形状的复原。而作为铝合金的点焊，由于电极材料为铜合金，会与铝材的合金发生反应而更容易是电极表面恶化，焊接质量下降，所以也需要更高频次的修磨。

焊接铝材的电极和焊接钢材的电极一般是有差异的，这将导致无法在同一个焊枪上分别实现铝材和钢材的焊接。因此，需要一种既可以适用于铝材又可适用于钢材焊接的电极，以此来提高生产效率和降低成本。

实用新型内容

为了实现铝到铝，钢到钢的电阻点焊，本实用新型提供了一种电阻点焊电极，包括：

呈圆柱状的主体1；

位于所述主体上表面的焊接面；

所述焊接面包括焊接侧面11、外圆周焊接接触面12及位于焊接面中心的凹槽，所述外圆周焊接接触面的曲率半径大于15mm，所述凹槽14的深度为0.01-1.5mm。

在一优选例中，所述外圆周焊接接触面12为球面。

在另一优选例中，所述外圆周焊接接触面12为平面。

在另一优选例中，所述外圆周焊接接触面12上还包括凸起的环形脊13；

在另一优选例中，所述环形脊13的数量为1-5个。

在另一优选例中，所述相邻环形脊13之间的间距为200-2000μm。

在另一优选例中，所述环形脊13的高度为20-500μm。

本发明的有益效果：本发明焊接电极在进行电阻点焊时，可充分抑制焊接飞溅的出现，增大焊核直径，提升焊接质量，同时环形脊的存在将大大降低焊接过程中的接触电阻，进而提升电极寿命，提高生产效率，降低成本。

应理解，在本实用新型范围内中，本实用新型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。

附图说明

图1表示本实用新型中的一个焊接电极的示意图。

图2表示本实用新型中焊接电极的截面图。

图3表示本实用新型中另一种焊接电极的截面图。

图4表示本实用新型中的金属工件电阻点焊焊接时整体的总体侧视图。

图5表示本实用新型中电极修整时的一个整体侧视图。

图6表示本实用新型修磨装置的一个示意图。

图7表示本实用新型中电极修整时所用修磨刀具为单刀片时的一个截面图。

图8表示本实用新型中电极修整时所用修磨刀具为双刀片时的一个截面图。

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，发现了用于铝到铝，钢到钢电阻点焊的电极及其方法，在此基础上完成了本实用新型。

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外，附图为示意图，因此本实用新型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。

如图1所示为本实用新型的一个焊接电极示意图，该电极1包括主体和焊接面，焊接面位于主体的上表面，主体的上表面指的是电极焊接时朝向工件的一侧，焊接面包括焊接侧面11、外圆周焊接接触面12及位于焊接面中心具有低于外圆周焊接接触面0.01-1.5mm(即凹槽的深度h)且指向电极主体侧的凹槽14，其中外圆周焊接接触面12的曲率半径大于15mm且外圆周焊接接触面12上具有高于或低于接触面的高度为20-500μm的环形脊13。通常来说，该焊接电极是由具有良好导电性、导热性以及具有一定硬度的铜及其合金制成的，例如铬铜合金、锆铜合金、铬锆铜合金、钨铜合金或是添加有氧化铝颗粒的铜合金。

电极1的主体呈圆柱状，其底面直径d1为10-30mm，优选地12-25mm；其下表面中心具有通道，用于与焊枪结构相连接并输送冷却水。

焊接侧面11为以与主体中心轴线相同的中心线为轴线的锥面或球面。外圆周焊接接触面 12当曲率半径为无穷大时就为端平面。而且通常外圆周焊接接触面12为圆心在主体中心轴线外侧直径为d2的圆周，其中d2为5-15mm,优选地为6-12mm。如图2所示为当环形脊13高于外圆周焊接接触面12即远离电极主体指向外侧时的情况；如图3所示为当环形脊13低于外圆周焊接接触面12即靠近电极主体指向本体侧时的情况。另外如图2、图3所示的环形脊截面形状为梯形结构，但实际上环形脊的结构可以是包括有直线或曲线之间任意相互组成的形状结构。环形脊的数量为1-5个，其高度H可以相同也可以不同，H为20-500μm，相邻两环形脊之间的间距为200-2000μm。

凹槽14的外径为d3,其中d3为2-10mm,优选地为3-8mm。值得注意的是，图2、图3所示凹槽 14的截面形状为圆弧形，但实际上可以是包括有多条直线、曲线相搭配构成的形状，例如梯形、三角形等。

图4所示为本实用新型的一个焊接实施例的总体侧视图。其中1为上述提到的本实用新型的两焊接电极，3、4为金属工件，5、6分别为第一焊枪臂和第二焊枪臂。

3、4为铝或钢工件，可以为铝合金或各种种类的钢工件，例如纯铝、2xxx、3xxx、4xxx、 5xxx、6xxx、7xxx的变形铝合金或铸造铝合金，也可以为各种应用于汽车制造中的低碳钢、不锈钢、低合金高强钢、双向钢、马氏体钢、热冲压成型钢等。另外铝或钢工件表面可以包含各种镀层，比如镀锌层、镀铝层、锌-铁合金层、铝镁合金层、锌镍合金层、铝锌合金层、铝硅合金层等，镀层的厚度为10-200μm。工件的状态可以是包括任何的例如固溶强化、形变强化或热处理状态的。工件3、4的厚度一般为0.3-6mm之间，优选地为0.5-4mm，各个工件的厚度可以是相同或不同的。值得注意的是，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。另外图4所示工件堆叠组合为两层，但实际上可以是包括三层以上的堆叠组合，另外在堆叠组合件界面处可以包括中间的有机结合层，例如可热固化的环氧树脂或可热固化的聚氨酯，可包括分散在整个热固性结合剂基体中的可选的填料颗粒、例如二氧化硅颗粒以改变结合剂层的粘度或其它机械性能来用于工业制造，一般的该中间层的厚度为0.1-1mm。

焊枪臂5、6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5和6上安装有所述的两焊接电极1，在点焊时，焊枪臂被操作以使焊接电极1可以精密贴靠工件3和4，通过焊枪臂和电极传导压力和电流，使工件3、4贴合部位7熔化并形成点焊接头。两电极1的结构可以相同也可以不同。

在执行一系列的铝到铝的焊接后，电极表面往往由于电极与铝材的反应导致表面发生反应产生合金化组织堆积于电极表面，造成表面沟槽和中心凹陷堆积，缺失其电极原有的能力，所以必须要靠刀具修整来使其复原原有形状。同样在钢到钢的焊接时，通常钢表面具有镀层，往往由于镀层是低熔点的，在执行一系列的焊接后，表面镀层会与电极反应使电极磨损，电极的表面沟槽和中心凹陷也会发生堆积。对于一把焊枪，如果在执行完一系列的铝到铝的焊接后直接进行钢到钢的焊接，由于电极形状的磨损以及电极表面粘连的铝材料，在焊接钢到钢时将会出现重大问题，使焊接质量不可靠。但如果是先进行一系列的钢到钢的焊接后再进行铝到铝的焊接，由于钢表面的锌铁等材料在电极上的污染，以及电极表面的形状缺失，如果再进行铝到铝的焊接，将带来比之前先焊铝到铝再焊钢到钢更严重的问题。所以在焊接时如果同时需要焊接铝材和钢材，应该首先对铝材进行焊接，再对钢材进行焊接，并且在对铝材完成焊接之后，必须进行电极的修整工作，以使电极复原，从而具备其原有的能力。

另外，如图5-8所示，焊枪臂5、6连同两电极1可移动至具有修整电极功能的修磨装置 18的位置处，修磨装置18中配置有修磨刀具17，其中电极1的中心线与刀具17的中心线是对齐的。修磨装置18一般是由气动或伺服电机控制的，从而能带动修磨刀具17转动，通过第一焊枪臂51和第二焊枪臂52施加压力大约1000-3000N，夹紧修磨刀具17，最终复原出电极形状。如图6所示，刀具17的形状与两电极1的外观形状是相适应的，如图7，图8所示电极修磨刀具的刀片可以为单刀片(图7)也可以为双刀片(图8)。修磨刀具17是由常见的例如高速钢等可用于制造刀具的材料所制成的，还包括其中的热处理工序。

一般的，在点焊系统中是配备有焊点计数系统的，例如通过焊枪压力监测或其他传感监测手段来监控电极是否已达到规定的焊接次数需要修整，例如执行一系列铝材之间的焊接后，电极的磨损情况已达到必须修整，此时执行修整任务，然后再执行钢材之间的焊接。

本实用新型所述的实施方式仅提供一种最佳的实施方式，本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本实用新型所揭示的内容而作各种不背离本发明创作精神的替换及修饰。本实用新型的保护范围不限于实施例所揭示的技术内容，故凡依本实用新型的形状、构造及原理所作的等效变化，均涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电阻点焊电极，其特征在于，包括：

呈圆柱状的主体(1)；

位于所述主体上表面的焊接面；

所述焊接面包括焊接侧面(11)、外圆周焊接接触面(12)及位于焊接面中心的凹槽，所述外圆周焊接接触面的曲率半径大于15mm，所述凹槽(14)的深度为0.01mm；所述凹槽(14)的外径d3为3mm；

采用所述电阻点焊电极对两金属工件进行焊接时，所述两金属工件的厚度均为0.3mm。

2.如权利要求1所述的电阻点焊电极，其特征在于，所述外圆周焊接接触面(12)为球面。

3.如权利要求1所述的电阻点焊电极，其特征在于，所述外圆周焊接接触面(12)为平面。

4.如权利要求1所述的电阻点焊电极，其特征在于，所述外圆周焊接接触面(12)上还包括凸起的环形脊(13)。

5.如权利要求4所述的电阻点焊电极，其特征在于，所述环形脊(13)的数量为1-5个。

6.如权利要求4所述的电阻点焊电极，其特征在于，所述相邻环形脊(13)之间的间距为200μm，所述外圆周焊接接触面(12)的外侧直径d2为6-12mm。

7.如权利要求4所述的电阻点焊电极，其特征在于，所述环形脊(13)的高度为20-500μm。

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