DE102017103558A1

DE102017103558A1 - Punktschweissen

Info

Publication number: DE102017103558A1
Application number: DE102017103558.3A
Authority: DE
Inventors: Pamela L. Mabery; Bruce N. Greve
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2017-09-07
Also published as: US10232462B2; US20170252852A1; CN107138840A

Abstract

Ein System zum Punktschweißen von zwei Blechen beinhaltet eine Vielzahl von leitfähigen Partikeln an einer Schnittstelle zwischen den beiden Blechen, eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind so angeordnet, dass sie die beiden Metallbleche zusammenklemmen, sodass die leitfähigen Partikel an der Schnittstelle zwischen den Blechen in die Bleche eingebettet werden. Eine Leiterbahn wird von der ersten Elektrode zur zweiten Elektrode durch die Bleche und die Vielzahl von metallischen Partikeln hindurch gebildet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Schweißen. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Offenbarung das Widerstandspunktschweißen.
HINTERGRUND
Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die die vorliegende Offenbarung betreffen und dem bisherigen Stand der Technik entsprechen können oder auch nicht.
Bei einem typischen Punktschweißsystem leiten einander gegenüberliegende Elektroden Strom durch ein Paar von Blechen, um diese miteinander zu verschweißen. Die Elektroden werden auch eingesetzt, um die Bleche während des Schweißverfahrens zusammenzuhalten oder zusammenzuklemmen. In diesen Anordnungen gibt es drei Quellen von elektrischem Widerstand: i) den Widerstand aus dem spezifischen Widerstand des Materials; ii) Kontaktwiderstand an jeder Schnittstelle zwischen Elektroden und Blech; und iii) Kontaktwiderstand zwischen den beiden Blechen (bekannt als Passfläche). Zusätzliche Strompfade können durch zuvor hergestellte Schweißstellen (bekannt als Nebenschluss-Schweißstellen) gebildet werden.
Liegt der Kontaktwiderstand an der Passfläche unterhalb einer gewünschten Schwelle, dann kann die erforderliche Aufheizgeschwindigkeit zur Bildung einer Schweißnaht aufgrund der hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit des Metalls nicht hoch genug sein. Wenn jedoch der Kontaktwiderstand an der Passfläche zu hoch ist, kann Überstrom an die Nebenschluss-Schweißstellen abgeleitet werden und die Schweißnaht kann weiterhin Metallbrüche aufweisen.
Dementsprechend besteht Bedarf an einem effizienteren Punktschweißverfahren.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein System zum Punktschweißen von zwei Blechen bereit. Das System beinhaltet eine Vielzahl von leitfähigen Partikeln, die an einer Schnittstelle zwischen den beiden Blechen, einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angebracht werden. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind so angeordnet, dass sie die beiden Metallbleche zusammenklemmen, sodass die leitfähigen Partikel an der Schnittstelle zwischen den Blechen in die Bleche eingebettet werden. Eine Leiterbahn wird von der ersten Elektrode zur zweiten Elektrode durch die Bleche und die Vielzahl von metallischen Partikeln hindurch gebildet.
Das System kann des Weiteren durch eine oder eine beliebige Kombination der hierin beschriebenen Eigenschaften gekennzeichnet sein, wie: die Bleche sind aus Aluminium gebildet; die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind mit einer Energiequelle verbunden, die einen elektrischen Strom erzeugt; die leitfähigen Partikel sind metallisch; die leitfähigen Partikel bestehen aus leitenden Metallen und/oder Legierungen dieser Metalle wie Aluminium, Kupfer, Eisen, Nickel sowie Stahl und Edelstahl; die leitfähigen Partikel sind Mikrokügelchen; die leitfähigen Partikel werden einer Klebstoffschicht beigegeben, die zwischen den beiden Blechen eingebracht wird; die leitfähigen Partikel brechen durch die Klebstoffschicht, wenn die beiden Bleche zusammengeklemmt werden; und die Härte der leitfähigen Partikel ist größer als die Härte des Bleches.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, beinhaltet eine Punktschweißung ein erstes Blech, ein zweites Blech und eine Vielzahl von leitfähigen Partikeln zwischen den Blechen. Die leitfähigen Partikel werden in die Bleche eingebettet, wenn die Bleche zusammengeklemmt werden, sodass eine Leiterbahn zwischen den Blechen durch die leitfähigen Partikel hindurch gebildet wird.
Die Punktschweißung kann des Weiteren durch eine oder eine beliebige Kombination der hierin beschriebenen Eigenschaften gekennzeichnet sein, wie: die Bleche sind aus Aluminium gebildet; die leitfähigen Partikel sind metallisch; die leitfähigen Partikel bestehen aus einer Aluminiumlegierung; die leitfähigen Partikel sind Mikrokügelchen; die leitfähigen Partikel werden einer Klebstoffschicht beigegeben, die zwischen den beiden Blechen eingebracht wird; die leitfähigen Partikel brechen durch die Klebstoffschicht, wenn die beiden Bleche zusammengeklemmt werden; und die Härte der leitfähigen Partikel ist größer als die Härte des Bleches.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist ein Punktschweißverfahren vorgesehen, welches einen oder mehrere der folgenden Schritte beinhaltet: das Einbringen einer Vielzahl von leitfähigen Partikeln zwischen den beiden Blechen; das Zusammenklemmen der Metallbleche mit einem Paar von Elektroden, wobei die leitenden Partikel in die Bleche eingebettet, die Bildung einer elektrischen Leiterbahn zwischen den beiden Blechen und durch die leitfähigen Partikel hindurch; und die Lieferung eines Stroms, der durch die Bleche und die leitfähigen Partikel von einer Elektrode zur anderen Elektrode fließt, um Punktschweißungen zu erzeugen.
Das Punktschweißverfahren kann des Weiteren durch eine oder eine beliebige Kombination der hierin beschriebenen Eigenschaften gekennzeichnet sein, wie: die leitfähigen Partikel werden einer Klebstoffschicht beigegeben, die zwischen den beiden Blechen eingebracht wird; die leitfähigen Partikel brechen durch die Klebstoffschicht, wenn die beiden Bleche zusammengeklemmt werden; und die Härte der leitfähigen Partikel ist größer als die Härte des Bleches.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin dargebotenen Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht dazu beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu begrenzen. Die Komponenten in den Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, die Betonung liegt vielmehr auf der Darstellung der erfindungsgemäßen Prinzipien. Zu den Zeichnungen:
1 zeigt ein System zum Punktschweißen von zwei Blechen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung; und
2 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht der beiden Bleche aus 1.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen.
Unter Bezugnahme auf 1 wird darin ein System zum Punktschweißen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung dargestellt und mit 10 bezeichnet. System 10 beinhaltet einen positiven Leiter 11 und einen negativen Leiter 13, die an eine Energiequelle 17 angeschlossen sind, zum Beispiel mit den Leitungen 16 bzw. 18. Die Energiequelle 17 kann mit Masse 20 verbunden sein.
Jeder Leiter 11 und 13 beinhaltet ein Anschlussende 12 bzw. 14, die angeordnet sind, ein Paar von Blechen 22 und 24 zu kontaktieren. Die Bleche können beispielsweise aus Aluminium oder einem anderen zum Verschweißen geeigneten Metall sein.
Beim Schweißen der beiden Bleche 22 und 24 wird durch jeden Leiter 11 und 13 an ihren Enden 12 und 14 eine Kraft F ausgeübt, um die beiden Bleche zusammenzuklemmen. Deshalb sind in dieser Anordnung der positive Leiter 11 und der negative Leiter 13 als positive und negative Elektroden ausgelegt. Zusammen mit der Energiequelle 17 und den Blechen 22 und 24, bilden die Elektroden 11 und 13 einen kompletten elektrischen Schaltkreis. Die Elektroden 11 und 13 können Kupferelektroden sein. In verschiedenen Anordnungen werden die Elektroden 11 und 13 beim Schweißverfahren wassergekühlt.
Beim Schweißen der Bleche 22 und 24 entsteht ein elektrischer Widerstand durch: den Widerstand der Bleche 22 und 24; den Kontaktwiderstand zwischen dem Anschlussende 12 und dem Blech 22; dem Kontaktwiderstand zwischen dem Anschlussende 14 und dem Blech 24; und dem Kontaktwiderstand an der Schnittstelle (Passfläche) zwischen den Blechen 22 und 24.
Zur Verbesserung des Strompfads durch die Passfläche (das heißt zur Absenkung des Kontaktwiderstandes an der Schnittstelle zwischen den Blechen 22 und 24) wird eine Vielzahl von leitfähigen Metallpartikeln 26 (beispielsweise Mikrokügelchen) zwischen den beiden Blechen 22 und 24 hinzugefügt, wie dargestellt in 2. Die Härte der Metallpartikel 26 wird größer gewählt als die Härte der Bleche, die durch das Punktschweißsystem 10 zusammengefügt werden sollen. Wenn zum Beispiel die Bleche 22 und 24 aus Aluminium bestehen, können die Metallpartikel aus leitfähigen Metallen und/oder Legierungen dieser Metalle sein, wie Aluminium, Kupfer, Eisen, Nickel, sowie Stahl und Edelstahl. In einer besonderen Anordnung bestehen die Metallpartikel aus Aluminium 6061. Deswegen werden die Metallpartikel 26 in jedes Blech 22 und 24 eingebettet, während die Elektroden 11 und 13 die beiden Bleche 22 und 24 zusammenklemmen. Die Größe der Metallpartikel 26 wird so gewählt, dass sichergestellt ist, dass die Metallpartikel 26 eine Leiterbahn vom einen Blech zum anderen bilden. Des Weiteren wird die Konzentration der Metallpartikel 26 so gewählt, dass sichergestellt ist, dass eine ausreichende Anzahl von Leiterbahnen zwischen den Schweißungs-Anschlussenden 12 und 14 verfügbar ist.
In verschiedenen Anordnungen werden die Metallpartikel 26 einem Metallklebstoff 30 beigefügt, der zwischen den Blechen 22 und 24 eingebracht wird. Des Weiteren sollte zur Kenntnis genommen werden, dass sich auf den Blechen 22 und 24 eine Oxidschicht 28 bilden kann und/oder eine Vorbehandlungsschicht 32 auf die Bleche 22 und 24 aufgetragen werden kann. Folglich durchbrechen die Metallpartikel 26 die Klebstoffschicht 30, jegliche Oxidschicht 28 und jegliche Vorbehandlungsschicht 32, die zwischen den Blechen 22 und 24 existieren mögen, um die Leiterbahn für den Schweißstrom durch die Bleche 22 und 24 zu verbessern.
Die Beschreibung der Erfindung ist nur als Beispiel zu verstehen und Variationen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, werden als im Rahmen der Erfindung befindlich vorausgesetzt. Diese Variationen sollen nicht als eine Abweichung vom Sinn und Umfang der Erfindung betrachtet werden.

Claims

System zum Punktschweißen von zwei Blechen, wobei das System Folgendes umfasst: eine Vielzahl von leitfähigen Partikeln, die an einer Schnittstelle zwischen den beiden Blechen angeordnet werden; eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode, wobei die erste Elektrode und die zweiten Elektrode so angeordnet sind, dass sie die beiden Bleche zusammenklemmen, worin die leitenden Partikel in die Bleche an der Schnittstelle zwischen den Blechen eingebettet werden, wenn die Bleche zusammengeklemmt werden, und worin eine Leiterbahn von der ersten Elektrode zur zweiten Elektrode durch die Bleche und die Vielzahl von Metallpartikeln hindurch gebildet wird.
System nach Anspruch 1, worin die Metallbleche aus Aluminium gebildet werden.
System nach Anspruch 1, worin die erste Elektrode und die zweite Elektrode an eine Energiequelle angeschlossen sind, die einen elektrischen Strom erzeugt.
System nach Anspruch 1, worin die leitfähigen Partikel metallisch sind.
System nach Anspruch 1, worin die leitfähigen Partikel aus Aluminium gemacht sind.
System nach Anspruch 1, worin die leitfähigen Partikel Mikrokügelchen sind.
System nach Anspruch 1, worin die leitfähigen Partikel einer Klebstoffschicht beigegeben werden, die zwischen den beiden Blechen eingebracht wird.
System nach Anspruch 7, worin die leitfähigen Partikel die Klebstoffschicht durchbrechen, wenn die zwei Bleche zusammengeklemmt werden.
System nach Anspruch 1, worin die Härte der leitfähigen Partikel größer ist als die Härte der Bleche.