DE112018007461T5

DE112018007461T5 - Punktschweisselektrodenkappe

Info

Publication number: DE112018007461T5
Application number: DE112018007461.7T
Authority: DE
Inventors: Shanglu Yang; Yanjun Wang; Wu Tao
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-12-24
Also published as: CN110369848B; US11890701B2; JP7256863B2; WO2019196494A1; US20210146484A1; JP2021521017A; CN110369848A

Abstract

Die Erfindung stellt eine Punktschweißelektrodenkappe bereit, die eine Nut (33) aufweist, die in der Mitte einer Schweißkontaktfläche (3) vorgesehen ist. Während des Schweißens wird aufgrund des Vorhandenseins der Nut (33) eine Kontaktfläche zwischen der Elektrodenkappe und einem zu schweißenden Metallwerkstück reduziert; in einer Anfangsphase wird die Gesamtwärmeerzeugung auf einen Außenring eines Schweißpunkts konzentriert, und die Wärmeableitung verlangsamt sich, was die Bildung eines Schweißkerns von außen nach innen ermöglicht. Aufgrund des Vorhandenseins der Nut (33) dehnt sich das Metallwerkstück zur Nut (33) in der Mitte einer Elektrode hin aus, wodurch der Schweißkern des Schweißpunkts vergrößert wird und Spritzen und Verformung reduziert werden. Im Vergleich zu einer üblichen Elektrodenkappe kann die Punktschweißelektrodenkappe den gleichen Schweißpunkt mit einem schwächeren Schweißstrom bilden, was die Elektrizitätskosten reduzieren kann, und es kann ein Schweißpunkt erlangt werden, der mit dem gleichen Strom eine höhere Festigkeit und Stabilität und weniger Schweißmängel aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das Gebiet des Widerstandspunktschweißens und betrifft insbesondere eine Schweißelektrodenkappe, die verwendet wird, wenn Widerstandspunktschweißen zwischen zwei oder mehreren Schichten von Metallwerkstücken durchgeführt wird.
Stand der Technik
Probleme wie die Erderwärmung und der Abbau von Energieträgern verstärken sich, und Abgase von Fahrzeugen und der Energieverbrauch haben dramatisch zugenommen. Versuche haben gezeigt, dass bei einer Halbierung des Fahrzeuggewichts der Kraftstoffverbrauch ebenfalls halbiert werden kann. Leichte Fahrzeuge sind ein Trend in der Fahrzeugentwicklung weltweit. Aufgrund von Vorteilen wie hoher Festigkeit, geringem Gewicht, ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und den vielfältigen Formungsverfahren von Aluminiumlegierungsmaterialien werden diese als Ersatz für Stahlblech zum Schweißen verwendet, wodurch das strukturelle Gewicht um über 50 % reduziert werden kann. Daher finden Aluminiumlegierungsmaterialien breite Anwendung in Fahrzeugkarosserien.
Derzeit werden Aluminiumlegierungen von Fahrzeugkarosserien hauptsächlich mittels mechanischer Verbindungsverfahren wie etwa Nieten verbunden. Allerdings führt das Nietverfahren zu hohen Kosten, komplizierten Prozessen, schlechter Flächenqualität und erhöhtem Karosseriegewicht, und in der Regel werden über 1.500 Nieten für einen Karosseriekörper verwendet, der ganz oder teilweise aus Aluminium besteht. Widerstandspunktschweißen dient zum Verbinden jeweiliger Materialien durch Schmelzen der Materialien mittels Widerstandshitze, die von den Werkstücken selbst und dazwischen erzeugt wird. Beim Widerstandspunktschweißen muss während des Verbindens kein Material ergänzt werden, die Produktionseffizienz ist hoch und das Widerstandspunktschweißen lässt sich leicht automatisieren. Daher wird Widerstandspunktschweißen bei der Herstellung von Fahrzeugkarosserieteilen wie etwa Motorhauben, Fahrzeugtüren und anderen Teilen weithin angewandt. Wenn Aluminiumlegierungen in den Fahrzeugen angewandt werden, wollen die Fahrzeughersteller die Aluminiumlegierungen kontinuierlich mittels Widerstandspunktschweißen verbinden.
Die physischen Eigenschaften der Aluminiumlegierungsmaterialien verursachen jedoch zahlreiche Probleme bei Verwendung der üblichen Punktschweißtechnik. Aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit und der hohen Wärmeleitfähigkeit der Aluminiumlegierung werden beim Punktschweißen besonders starker Strom und Druck benötigt, und im Zuge der Verwendung eines stärkeren Stroms und eines hohen Elektrodendrucks erhöhen sich daher die Herstellungskosten beim Schweißen. Darüber hinaus weist die Aluminiumlegierung einen engen Temperaturbereich auf, was zu Spritzen und schwerwiegenden internen Mängeln während des Schweißens sowie starker Schweißverformung führt. Eine Oxidschicht mit hohem Widerstand an der Oberfläche kann zu einer schnelleren Abnutzung der Schweißelektrode beim Punktschweißen und einer kürzeren Elektrodenlebensdauer führen. Dies reduziert die Festigkeit des Schweißpunkts und senkt die Oberflächenqualität.
Daher besteht Bedarf an einem Widerstandspunktschweißen einer Aluminiumlegierung mit höherer Schweißfestigkeit, längerer Elektrodenlebensdauer und einfacher Förderung.
Aufgabe der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Elektrodenkappe mit einer Nut in der Mitte einer Schweißkontaktfläche bereit, um Probleme wie die Notwendigkeit eines starken Schweißstroms, Spritzen beim Schweißen, schwere Mängel, relativ geringe Schweißfestigkeit, instabile Schweißqualität und kurze Elektrodenlebensdauer bei dem Widerstandspunktschweißen der Aluminiumlegierung zu lösen.
Zum Lösen der genannten Probleme wendet die Erfindung die folgende technische Lösung an. Es wird eine Punktschweißelektrodenkappe bereitgestellt, aufweisend: einen zylindrischen Elektrodenkappenkörper 1; eine Kontaktfläche 3 mit einer Schweißfläche 31, einem Umfang 32 und einer Nut 33, wobei die Nut 33 in der Mitte der Kontaktfläche 3 liegt und eine Oberkante aufweist, die mit der Schweißfläche 31 verbunden ist, und der Umfang 32 ein Außendurchmesser der Schweißfläche 31 ist, eine Seitenfläche 2, die ein Übergangsbereich vom Elektrodenkappenkörper 1 zur Kontaktfläche 3 ist und als eine bogenförmige Fläche oder eine kegelförmige Fläche geformt ist, wobei eine Ober- und Unterseitenfläche der Seitenfläche 2 jeweils in der Form einer bogenförmigen Fläche oder einer Kammer mit den anderen Enden der Kontaktfläche 3 und des Elektrodenkappenkörpers 1 verbunden sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Nut 33 insgesamt als ein Bogen geformt oder mit einer Ebene am Boden und einer bogenförmigen Fläche oder einer kegelförmigen Fläche als Übergang für einen Verbindungsteil mit der Schweißfläche (31) oder mit einem bogenförmigen Ansatz in der Mitte und mit einer bogenförmige Fläche oder einer kegelförmigen Fläche als Übergang für einen Verbindungsteil mit der Schweißfläche (31) geformt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Nut als kugelförmige Fläche mit einem Außendurchmesser d3 von 2-15 mm und vorzugsweise von 2-10 mm geformt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Nut 33 durch einen Bogen oder eine Anfasung mit der Schweißfläche 31 verbunden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Seitenfläche 2 und die Schweißfläche 31 durch einen Bogen oder eine Anfasung mit dem Elektrodenkappenkörper 1 verbunden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, wenn es sich um eine bogenförmigen Fläche handelt, weist die Seitenfläche 2 einen Krümmungsradius größer oder gleich einem Radius eines Umfangs des Elektrodenkappenkörpers 1 auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, wenn die Seitenfläche 2 eine kegelförmige Fläche ist, weist die kegelförmigen Fläche eine Neigung von 0-90°, vorzugsweise von 10-80° auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt eine Tiefe h der Nut 33 0,1-2 mm und mehr bevorzugt 0,1-1,2 mm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die bogenförmige Fläche der Nut 33 einen Krümmungsradius von 1-50 mm auf; wenn die Nut am Boden eine Ebene aufweist, ist die Ebene ein Kreis mit einem Radius von 0,1-10 mm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schweißfläche 31 eine ringförmige Ebene oder eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf derselben Seite wie der Elektrodenkappenkörper, oder eine ringförmige bogenförmige Fläche, die nach oben gewölbt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, wenn es sich um eine ringförmige Ebene handelt, weist die Schweißfläche 31 einen Außendurchmesser im Bereich von 2-30 mm und vorzugsweise von 6-20 mm auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, wenn es sich um eine ringförmige kugelförmige Fläche handelt, beträgt ein Radius einer Kugel, in der sich die Schweißfläche 31 befindet, 10-100 mm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, wenn die Schweißfläche 31 eine nach oben gewölbte ringförmige bogenförmigen Fläche ist, beträgt ein Krümmungsradius eines Bogens 1-10 mm, und ein vertikaler Abstand von einer Ebene, in der ein höchster Punkt der bogenförmigen Fläche liegt, bis zu einer Ebene, in der ein tiefster Punkt der bogenförmigen Fläche liegt, beträgt 0,1-5 mm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Punktschweißelektrodenkappe ferner ringförmige Grate 4 an der Schweißfläche 31 oder der Nut 33, wobei jeder ringförmige Grat 4 einen Querschnitt in Form einer geraden Linie oder einer Kurve oder einer Kombination einer geraden Linie und einer Kurve aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Punktschweißelektrodenkappe ferner eine Mulde 43, die zwischen zwei benachbarten ringförmigen Graten 4 gebildet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist jeder ringförmige Grat 4 ein Aufwölbungshöhe H von 20-500 µm auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Anzahl der ringförmigen Grate 4 0-5.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist ein Raum, d. h. eine Mulde 43, zwischen zwei benachbarten ringförmigen Graten 4 eine Breite von 50-2000 µm auf.
Es versteht sich, dass innerhalb des Umfangs der Erfindung die genannten technischen Merkmale der Erfindung und die nachstehend im Einzelnen beschriebenen technischen Merkmale (wie etwa in den Ausführungsformen) miteinander kombiniert werden können, um eine neue oder bevorzugte technische Lösung zu bilden. Aufgrund von Platzeinschränkungen werden diese hier nicht aufgeführt.
Der Mechanismus der Erfindung ist wie folgt: am Beispiel des Schweißens von zwei Metallwerkstücken gelangen die zwei Schichten der Metallwerkstücke beim Schweißen zunächst aufgrund eines Drucks und eines Stroms an einer Schweißfläche mit einer zentralen Vertiefung an Außenseiten in Kontakt; ein Bereich der in Kontakt stehenden Teile kann durch die Einwirkung einer ringförmigen Elektrode einen Widerstand erzeugen und eine ringförmige Schmelzgrube bilden; mit längerer Schweißdauer und dem graduellen Kontakt der zentralen Bereiche dehnt sich die ringförmige Schmelzgrube durch die Einwirkung von Wärmeleitung zur Mitte hin aus, da die zentralen Bereiche der zwei Metallwerkstücke, die der Nut entsprechen, klein sind (auf der Innenseite des Schweißpunkts) und nicht mit der Elektrodenkappe in Kontakt stehen, wird die Wärme an der Außenseite konzentriert; die Metallmaterialien in den Kontaktbereichen werden geschmolzen und plastisch verformt, sodass sie extrudiert werden und sich zur zentralen Vertiefung der Elektrode ausdehnen, wodurch eine neue Kontaktfläche in der Mitte gebildet und in der neuen Kontaktfläche ein Widerstand erzeugt wird; dadurch wächst die ringförmige Schmelzgrube in Richtung einer Ringmitte, damit die Kontaktteile der zwei Metallmaterialien, die der Nut entsprechen, einen Schweißkern bilden, womit der Schweißvorgang abgeschlossen ist.
Technische Wirkung: Aufgrund des Vorhandenseins der Nut wird eine Kontaktfläche der Elektrodenkappe gemäß der Erfindung zu einem Metallwerkstück in einer Anfangsphase reduziert, was eine konzentrierte Gesamtwärmeerzeugung und eine Wärmeableitung ergibt; mit fortschreitendem Schweißen vergrößert sich die Kontaktfläche und die Wärmeableitung beschleunigt sich, weshalb im Vergleich zur üblichen Elektrodenkappe der zum Bilden des Schweißpunkts gleicher Größe benötigte Schweißstrom reduziert wird, Elektrizitätskosten gesenkt werden und die Elektrodenlebensdauer verlängert wird; da zudem zunächst die ringförmige Schmelzgrube gebildet wird, ermöglicht es die vorhandene zentrale Nut der ringförmigen Schmelzgrube, von außen nach innen zu wachsen, was umgekehrt zur Schmelzgrube der üblichen Elektrodenkappe ist, die von innen nach außen wächst; das plastische Metallmaterial wird in Richtung des Bereichs der Nut in der Mitte der Elektrode extrudiert, was hilfreich beim Vermeiden von Luftlöchern, Spritzern und Schweißverformungen an der Kante eines Schweißpunkts ist, sodass der Durchmesser des Schweißkerns vergrößert und die Festigkeit des Schweißpunkts erhöht wird.
Durch das Vorhandensein der ringförmigen Grate können die ringförmigen Grate eine Oxidschicht an der Oberfläche der Aluminiumlegierung durchdringen und dadurch den Kontaktwiderstand senken und die Wärmeableitung verbessern. Auf diese Weise kann die Wärme an der Kontaktfläche der Elektrodenschweißfläche mit dem Aluminiumlegierungsblech reduziert werden, um die Lebensdauer der Elektrode zu verlängern.
Figurenliste
Die technischen Lösungen der Ausführungsformen der Erfindung oder des Stands der Technik werden nachfolgend anhand einer kurzen Darstellung der Zeichnungen deutlicher, die in den Ausführungsformen und im Stand der Technik verwendet werden. Es liegt auf der Hand, dass die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen nur einige Ausführungsformen der Erfindung betreffen. Der Durchschnittsfachmann kann anhand dieser Zeichnungen ohne erfinderische Tätigkeit zu anderen alternativen Ausführungsformen gelangen.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrodenkappe mit einer Nut in der Mitte einer Kontaktfläche.
2 zeigt eine Schnittansicht eines Schnitts A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform.
3 zeigt eine Schnittansicht des Schnitts A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei eine Schweißfläche eine ringförmige Ebene ist und eine Nut eine kugelförmige Fläche ist.
4 zeigt ein Schnittansicht des Schnitts A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei eine Schweißfläche eine ringförmige Ebene ist, der Boden einer Nut eine Ebene ist und ein Übergang zwischen der Nut und der Schweißfläche eine bogenförmige Fläche ist.
5 zeigt ein Schnittansicht des Schnitts A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei eine Schweißfläche eine ringförmige Ebene ist, die einer Nut ein bogenförmiger Ansatz ist und die Nut durch einen Übergang einer bogenförmigen Fläche mit der Schweißfläche verbunden ist.
6 zeigt ein Schnittansicht des Schnitts A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei eine Schweißfläche eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf derselben Seite wie ein Elektrodenkappenkörper ist und eine Nut eine kugelförmige Fläche ist.
7 zeigt ein Schnittansicht des Schnitts A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei eine Schweißfläche eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf derselben Seite wie ein Elektrodenkappenkörper ist, wobei der Boden einer Nut eine Ebene ist und ein Übergang zwischen der Nut und der Schweißfläche eine bogenförmige Fläche ist.
8 zeigt eine Schnittansicht des Schnitts A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei eine Schweißfläche eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf derselben Seite wie ein Elektrodenkappenkörper ist, wobei die Mitte einer Nut ein bogenförmiger Ansatz ist und ein Übergang eines Verbindungsteils der Nut mit der Schweißfläche eine bogenförmige Fläche ist.
9 zeigt ein Schnittansicht des Schnitts A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei eine Schweißfläche eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf einer anderen Seite als ein Elektrodenkappenkörper ist und eine Nut eine kugelförmige Fläche ist.
10 zeigt ein Schnittansicht des Schnitts A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei eine Schweißfläche eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf einer anderen Seite als ein Elektrodenkappenkörper ist, wobei der Boden einer Nut eine Ebene ist und ein Übergang zwischen der Nut und der Schweißfläche eine bogenförmige Fläche ist.
11 zeigt eine Schnittansicht de Schnitt A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei eine Schweißfläche eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf einer anderen Seite als ein Elektrodenkappenkörper ist, wobei die Mitte einer Nut ein bogenförmiger Ansatz ist und die Nut durch einen Übergang einer bogenförmigen Fläche mit der Schweißfläche verbunden ist.
12 zeigt ein Schnittansicht de Schnitt A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei eine Schweißfläche eine ringförmige bogenförmige Fläche ist, die sich nach oben wölbt, und eine Nut eine kugelförmige Fläche ist.
13 zeigt ein Schnittansicht des Schnitts A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei eine Schweißfläche eine ringförmige bogenförmige Fläche ist, die sich nach oben wölbt, und ein Übergang zwischen der Nut und der Schweißfläche eine bogenförmige Fläche ist.
14 zeigt eine Schnittansicht des Schnitts A-A in 1 gemäß einer Ausführungsform, wobei eine Schweißfläche eine ringförmige bogenförmige Fläche ist, die sich nach oben wölbt, die Mitte einer Nut ein bogenförmiger Ansatz ist und die Nut durch einen Übergang einer bogenförmigen Fläche mit der Schweißfläche verbunden ist.
15 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrodenkappe mit einer Nut in der Mitte einer Kontaktfläche und ringförmigen Grate an einer Schweißfläche.
16 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs der Schweißfläche der Elektrodenkappe in 15.
17 zeigt eine Teilschnittansicht eines Schnitts A-A in 15 gemäß einer Ausführungsform.
18 zeigt eine Schnittansicht eines Schnitts B-B in 15 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
19 zeigt die Form eines Querschnitts eines ringförmigen Grats mit geraden Linien auf beiden Seiten und einem oberen Bogen tangential zu den geraden Linien auf beiden Seiten gemäß einer Ausführungsform.
20 zeigt die Form eines Querschnitts eines ringförmigen Grats mit symmetrischen Kurven auf beiden Seiten und einem oberen Bogen tangential zu den Kurven auf beiden Seiten gemäß einer Ausführungsform.
21 zeigt die Form eines Querschnitts eines ringförmigen Grats mit geraden Linien auf beiden Seiten und an der Oberseite gemäß einer Ausführungsform.
22 zeigt die Form eines Querschnitts eines ringförmigen Grats mit geraden Linien auf beiden Seiten und einem oberen Bogen, der von den geraden Linien auf beiden Seiten geschnitten wird, gemäß einer Ausführungsform.
23 zeigt die Form eines Querschnitts eines ringförmigen Grats mit unterschiedlichen Kurven auf beiden Seiten und einer oberen Kurve, die mit den Kurven auf beiden Seiten verbunden ist, gemäß einer Ausführungsform.
24 zeigt die Form eines Querschnitts eines ringförmigen Grats mit symmetrischen Kurven auf beiden Seiten und einer geraden Linie an der Oberseite gemäß einer Ausführungsform.
25 zeigt die Form eines Querschnitts eines ringförmigen Grats mit einer geraden Linie auf einer Seite, einer Kurve auf der anderen Seite und einer Kurve oder geraden Linie an der Oberseite gemäß einer Ausführungsform.
26 zeigt die Form eines Querschnitts eines ringförmigen Grats, dessen gesamter Querschnitt bogenförmig ist, gemäß einer Ausführungsform.
27 zeigt eine Schnittansicht eines Schnitts B-B in 15 gemäß einer Ausführungsform, wobei ein ringförmiger Grat an einer Schweißfläche liegt, wenn eine Schweißfläche eine ringförmige Ebene ist und eine Nut eine kugelförmige Fläche ist.
28 zeigt eine Schnittansicht eines Schnitts B-B in 15 gemäß einer Ausführungsform, wobei ein ringförmiger Grat an einer Schweißfläche und an einer Nut liegt, wenn die Schweißfläche eine ringförmige Ebene ist und die Nut eine kugelförmige Fläche ist.
29 zeigt eine Schnittansicht de Schnitt B-B in 15 gemäß einer Ausführungsform, wobei ein ringförmiger Grat an einer Schweißfläche liegt, wenn die Schweißfläche eine ringförmige Ebene ist, der Boden einer Nut eine Ebene ist und ein Übergang zwischen der Nut und der Schweißfläche eine bogenförmige Fläche ist.
30 zeigt eine Schnittansicht des Schnitts B-B in 15 gemäß einer Ausführungsform, wobei ein ringförmiger Grat an einer Schweißfläche liegt, wenn die Schweißfläche eine ringförmige Ebene ist, die Mitte einer Nut ein bogenförmiger Ansatz ist und die Nut durch einen Übergang einer bogenförmigen Fläche mit der Schweißfläche verbunden ist.
31 zeigt eine Schnittansicht des Schnitts B-B in 15 gemäß einer Ausführungsform, wobei ein ringförmiger Grat an einer Schweißfläche liegt, wenn die Schweißfläche eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf derselben Seite wie ein Elektrodenkappenkörper ist und eine Nut eine kugelförmige Fläche ist.
32 zeigt eine Schnittansicht des Schnitts B-B in 15 gemäß einer Ausführungsform, wobei ein ringförmiger Grat an einer Schweißfläche liegt, wenn die Schweißfläche eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf derselben Seite wie ein Elektrodenkappenkörper ist, der Boden einer Nut eine Ebene ist und ein Übergang zwischen der Nut und der Schweißfläche eine bogenförmige Fläche ist.
33 zeigt ein Schnittansicht des Schnitts B-B in 15 gemäß einer Ausführungsform, wobei ein ringförmiger Grat an einer Schweißfläche liegt, wenn die Schweißfläche eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf derselben Seite wie ein Elektrodenkappenkörper ist, die Mitte einer Nut ein bogenförmiger Ansatz ist und die Nut durch einen Übergang einer bogenförmigen Fläche mit der Schweißfläche verbunden ist.
34 zeigt eine Schnittansicht eines Schnitts B-B in 15 gemäß einer Ausführungsform, wobei ein ringförmiger Grat an einer Schweißfläche und an einer Nut liegt, wenn die Schweißfläche eine ringförmige bogenförmige Fläche ist, die sich nach oben wölbt, und die Nut eine kugelförmige Fläche ist.
35 zeigt eine Schnittansicht eines Schnitts B-B in 15 gemäß einer Ausführungsform, wobei ein ringförmiger Grat an einer Schweißfläche und an einer Nut liegt, wenn die Schweißfläche eine ringförmige bogenförmige Fläche ist, die sich nach oben wölbt, der Boden der Nut eine Ebene ist und ein Übergang zwischen der Nut und der Schweißfläche eine bogenförmige Fläche ist.
36 ist eine allgemeine Seitenansicht, die das Widerstandspunktschweißen von Metallwerkstücken insgesamt zeigt.
37 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer anfänglichen Schweißphase gemäß der Erfindung, wenn eine Schweißfläche einer Elektrodenkappe der Erfindung nicht mit einem ringförmigen Grat versehen ist.
38 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer anfänglichen Schweißphase gemäß der Erfindung, wenn eine Schweißfläche einer Elektrodenkappe der Erfindung mit einem ringförmigen Grat versehen ist.
39 zeigt die Form eines Querschnitts eines Schweißpunkts, der durch das Durchführen von Widerstandspunktschweißen an zwei Stücken von 2 mm großer 5182-0-Aluminiumlegierung unter Verwendung einer üblichen Elektrodenkappe gebildet wurde.
40 zeigt die Form eines Querschnitts eines Schweißpunkts, der durch das Durchführen von Widerstandspunktschweißen an zwei Stücken von 2 mm dicker 5182-0-Aluminiumlegierung unter Verwendung der Elektrodenkappe gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung gebildet wurde.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Der Erfinder hat durch umfangreiche und gründliche Forschung anhand einer großen Anzahl von Versuchen festgestellt, dass eine Elektrodenkappe mit einer Nut in der Mitte einer Kontaktfläche die Probleme der Notwendigkeit eines starken Schweißstroms, starken Spritzens beim Schweißen, verhältnismäßig niedriger Schweißfestigkeit und kurzer Elektrodenlebensdauer für das Widerstandspunktschweißen von Aluminiumlegierungen lösen kann und ist auf diese Weise zu der Erfindung gelangt.
Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen weiter erörtert. Es versteht sich, dass diese Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen. Auch sind die Zeichnungen schematische Darstellungen, weshalb die Vorrichtung und die Geräte der Erfindung nicht auf die Größe oder die Maße der schematischen Darstellungen beschränkt sind.
Es sei angemerkt, dass in den Ansprüchen und der Beschreibung dieser Patentschrift relationale Begriffe wie „erste“ und „zweite“ nur eine Einheit oder einen Vorgang von einer anderen Einheit oder einem anderen Vorgang unterscheiden sollen, aber nicht zwingend eine derartige tatsächliche Beziehung oder Abfolge zwischen den Einheiten oder Vorgängen vorgeben oder implizieren. Die Begriffe „umfassen“, „beinhalten“ und Abteilungen davon sind als nicht ausschließlich zu verstehen, sodass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, die eine Reihe von Elementen beinhaltet, nicht nur diese Elemente beinhaltet, sondern auch andere Elemente beinhaltet, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind, oder auch Elemente beinhaltet, die dem Prozess, dem Verfahren, dem Artikel oder der Vorrichtung inhärent sind. Ohne weitere Einschränkungen schließt ein Element, das durch „umfasst ein“ definiert ist, nicht das Vorliegen anderer gleicher Elemente in dem Prozess, Verfahren, Artikel oder der Vorrichtung aus, in denen das Element enthalten ist.
Ausführungsform 1
Wie in 1-2 gezeigt, beinhaltet eine Punktschweißelektrodenkappe gemäß dieser Ausführungsform einen ungefähr zylindrischen Elektrodenkappenkörper 1 und eine Kontaktfläche 3 zwischen einer Elektrode und einem Schweißmetallmaterial. Der Körper 1 ist mit einem Elektrodenmontagekanal 11 an einem Ende und einem Umfang 12 am anderen Ende versehen. Die Kontaktfläche 3 beinhaltet eine Schweißfläche 31, einen Umfang 32 und eine Nut 33. Die Nut 33 liegt in einem zentralen Bereich der Kontaktfläche 3. Die Elektrodenkappe beinhaltet ferner eine Seitenfläche 2, die ein Übergangsbereich vom Umfang 12 des Körpers 1 zum Umfang der Kontaktfläche 3 ist und als bogenförmige Fläche geformt ist. Es sei angemerkt, dass die Seitenfläche auch ein Kegel sein kann. Wenn sie eine bogenförmige Fläche ist, weist die Seitenfläche 2 einen Krümmungsradius auf, der größer oder gleich einem Radius des Umfangs des Elektrodenkappenkörpers 1 ist, und wenn die Seitenfläche 2 die kegelförmigen Fläche ist, weist die kegelförmige Fläche eine Neigung von 0-90°, vorzugsweise von 10-80° auf. Eine Oberseitenfläche der Seitenfläche 2 ist ein Abschnitt, der mit der Nut in Kontakt steht, und eine Unterseitenfläche der Seitenfläche 2 ist ein Abschnitt, der mit dem Körper 1 in Kontakt steht. Es sei angemerkt, dass, wenn der Durchmesser des Umfangs 12 gleich wie der Durchmesser des Umfangs 32 ist, die Seitenfläche 2 zu einem Teil des Elektrodenkappenkörpers 1 wird. Es sei angemerkt, dass der Durchmesser des Umfangs 12 hier der Durchmesser des Elektrodenkappenkörpers 1 ist und der Radius des Umfangs 12 der Radius des Elektrodenkappenkörpers 1 ist. Die Seitenfläche 2 kann auch andere geeignete Formen aufweisen.
Ein Ende des Körpers 1 bezeichnet ein Ende, das während des Widerstandspunktschweißens mit einer Widerstandspunktschweißmaschine verbunden ist, und das andere Ende des Körpers 1 bezeichnet ein Ende nah an einer Kontaktfläche des Schweißwerkstücks.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Elektrodenmontagekanal 11 als ein Kegelstumpf oder ein Zylinder geformt, und der Elektrodenmontagekanal 11 kann auch andere geeignete Formen aufweisen.
Der Umfang 32 und der Umfang 12 sind parallel. Der Umfang 32 lässt sich als ein Umfang mit einem Durchmesser verstehen, der sich verändert, während der Umfang 12 sich entlang einer Achse senkrecht zum Körper 1 nach oben erstreckt. Eine Linie zwischen einer Mitte des Umfangs 32 und einer Mitte des Umfangs 12 stimmt mit der Achse des Körpers 1 überein; und der Durchmesser d2 des Umfangs 32 ist kleiner oder gleich dem Durchmesser d1 des Umfangs 12.
Die Nut 33 lässt sich als ein Loch von bestimmter Form verstehen, wobei sich das Loch in der Mitte der Kontaktfläche 3 öffnet und um eine bestimmte Strecke nach unten erstreckt. Die Nut 33 ist als eine bogenförmige Fläche geformt oder weist eine Ebene in der Mitte und eine bogenförmige Fläche in einem Teil auf, der mit einer ringförmigen Schweißfläche 31 in Kontakt steht, oder weist einen bogenförmigen Ansatz in der Mitte und eine bogenförmige Fläche in einem Teil auf, der mit der Schweißfläche 31 in Kontakt steht. Die Tiefe der Nut 33 beträgt 0,1-2 mm und vorzugsweise 0,1-1,2 mm. Die Tiefe der Nut 33 bezeichnet hier einen vertikalen Abstand von einer Ebene, in der eine Kante an einem oberen Teil der Nut 33 mit der Schweißfläche 31 in Kontakt steht, zu einer Ebene, in der der tiefste Teil der Nut 33 liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Nut 33 als eine kugelförmige Fläche geformt. Wenn die Nut 33 als kugelförmige Fläche geformt ist, beträgt ihr Außendurchmesser d3 2-15 mm, vorzugsweise 4-12 mm.
Die Schweißfläche 31 ist eine ringförmige Ebene, oder eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf derselben Seite wie der Elektrodenkappenkörper, oder eine ringförmige bogenförmige Fläche, die nach oben gewölbt ist.
Dass die Mitte der Kugel auf derselben Seite wie der Elektrodenkappenkörper oder einer anderen Seite liegt, bedeutet, dass mit der Schweißfläche 31 als Bezugsfläche eine Richtung, in der die Mitte der Kugel sich dem Elektrodenkappenkörper 1 annähert, eine Richtung ist, in der die Mitte der Kugel auf derselben Seite wie der Elektrodenkappenkörper liegt, und eine Richtung, in der die Mitte der Kugel von dem Elektrodenkappenkörper 1 entfernt ist, eine Richtung ist, in der die Mitte der Kugel auf der Seite liegt, auf der der Elektrodenkappenkörper nicht liegt.
Wenn die Schweißfläche 31 eine ringförmige Ebene ist, beträgt ihr Außendurchmesserbereich, d. h. der Durchmesser des Umfangs 32, 2-30 mm, und vorzugsweise 5-20 mm; wenn die Schweißfläche 31 eine ringförmige kugelförmige Fläche ist, beträgt ein Radius einer Kugel, in der die Schweißfläche 31 liegt, 10-100 mm; und wenn die Schweißfläche 31 eine ringförmige bogenförmigen Fläche ist, die nach oben gewölbt ist, beträgt ein Krümmungsradius eines Bogens 1-10 mm, und ein vertikaler Abstand von einer Ebene, in der ein höchster Punkt der bogenförmigen Fläche liegt, zu einer Ebene, in der ein tiefster Punkt der bogenförmigen Fläche liegt, beträgt 0,1-5 mm.
Die 3-14 zeigen Querschnittansichten eines Schnitts A-A in 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wenn die Schweißfläche 31 und die Nut 33 hinsichtlich ihrer Form kombiniert sind. Bezüglich der Formen der Querschnittansichten des Schnitts A-A in 1 kann eine Schweißfläche eine ringförmige Ebene und eine Nut eine kugelförmige Fläche sein (3); oder die Schweißfläche kann eine ringförmige Ebene sein, der Boden der Nut kann eine Ebene sein und ein Übergang zwischen der Nut und der Schweißfläche kann eine bogenförmige Fläche sein (4); oder die Schweißfläche kann eine ringförmige Ebene sein, die Mitte der Nut kann ein bogenförmiger Ansatz sein und die Nut kann durch einen Übergang einer bogenförmigen Fläche mit der Schweißfläche verbunden sein (5); oder die Schweißfläche kann eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf derselben Seite wie ein Elektrodenkappenkörper, und die Nut kann eine kugelförmige Fläche sein (6); oder die Schweißfläche kann ein ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf derselben Seite wie ein Elektrodenkappenkörper sein, der Boden der Nut kann eine Ebene sein und ein Übergang zwischen der Nut und der Schweißfläche kann eine bogenförmige Fläche sein (7); oder die Schweißfläche kann eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf derselben Seite wie ein Elektrodenkappenkörper sein, die Mitte der Nut kann ein bogenförmige Ansatz sein und ein Übergang eines Verbindungsteils der Nut mit der Schweißfläche kann eine bogenförmige Fläche sein (8); oder die Schweißfläche kann eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf einer anderen Seite als ein Elektrodenkappenkörper sein und die Nut kann eine kugelförmige Fläche sein (9); oder die Schweißfläche kann eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf einer anderen Seite als ein Elektrodenkappenkörper sein, der Boden der Nut kann eine Ebene sein und ein Übergang zwischen der Nut und der Schweißfläche kann eine bogenförmigen Fläche sein (10); oder die Schweißfläche kann eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf einer anderen Seite als ein Elektrodenkappenkörper sein, die Mitte der Nut kann ein bogenförmiger Ansatz sein, und die Nut kann durch einen Übergang einer bogenförmigen Fläche mit der Schweißfläche verbunden sein (11); oder die Schweißfläche kann eine ringförmige bogenförmige Fläche sein, die sich nach oben wölbt und die Nut kann eine kugelförmige Fläche sein (12); oder die Schweißfläche kann eine ringförmige bogenförmige Fläche, die sich nach oben wölbt, der Boden der Nut kann eine Ebene sein und ein Übergang zwischen der Nut und der Schweißfläche kann eine bogenförmige Fläche sein (13); oder die Schweißfläche kann eine ringförmige bogenförmigen Fläche sein, die sich nach oben wölbt, die Mitte der Nut kann ein bogenförmiger Ansatz sein und die Nut kann durch einen Übergang einer bogenförmigen Fläche mit der Schweißfläche verbunden sein (14).
Dabei kann die Elektrodenkappe der Erfindung aus einem elektrisch leitfähigen und wärmeleitenden Material hergestellt sein. Beispielsweise kann die Elektrodenkappe aus einer Kupferlegierung einschließlich einer Kupfer-Chrom(CuCr)-Legierung, einer Kupfer-Chrom-Zirkonium(CuCrZr)-Legierung und einer Kupferlegierung mit zugesetzten Aluminiumoxidpartikeln hergestellt sein, die als Elektrodenmaterialien verwendet werden können. Die genannten Aluminiumlegierungen können eine verformte Aluminiumlegierung oder eine gegossene Aluminiumlegierung beinhalten (einschließlich eines Aluminiumlegierungsträgers mit einer beschichteten oder unbeschichteten Fläche), wie etwa eine Aluminium-Magnesium-Legierung, eine Aluminium-Silizium-Legierung, eine Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung, eine Aluminium-Zink-Legierung, eine Aluminium-Kupfer-Legierung und andere Aluminiumlegierungen. Materialzustände können verschiedene Arten von Härten beinhalten, darunter Zustände wie Glühen, Zugverfestigen und und Feststofflösungsverfestigen. Die Dicke eines Aluminiumträgers liegt im Allgemeinen in einem Bereich von 0,3 mm-6,0 mm und vorzugsweise 0,5 mm-3,0 mm.
Ausführungsform 2
Die Punktschweißelektrodenkappe gemäß dieser Ausführungsform gleicht derjenigen von Ausführungsform 1, mit dem Unterschied, dass die Schweißfläche 31 oder die Nut 33 in dieser Ausführungsform aufgewölbte ringförmige Grate 4 aufweist. Wie in 15-16 gezeigt, ist eine Mulde 43 zwischen zwei benachbarten ringförmigen Graten gebildet. Der ringförmige Grat 4 lässt sich als eine ringförmige Struktur verstehen, die durch eine Ebene mit einer bestimmten Struktur im Querschnitt 44 gebildet ist und sich um eine Mittelachse der Elektrodenkappe dreht, wobei ein unterer Teil des Querschnitts 44 mit der Schweißfläche 31 in Kontakt steht und der gesamte Querschnitt 44 vertikal zur Schweißfläche 31 ist. Die Mittelachse der Elektrodenkappe ist eine gerade Linie, die durch die Mitte des Umfangs 12 verläuft und senkrecht zum Umfang 12 ist. Es sei angemerkt, dass die Anzahl der ringförmigen Grate nicht auf zwei beschränkt ist und nach Bedarf eins oder mehr betragen kann.
Wie in 17-18 gezeigt, wölbt sich jeder aufgewölbte ringförmige Grat 4 an der Schweißfläche 31 auf zweierlei Arten, wie in 17 und 18 gezeigt; und eine Aufwölbungshöhe H des ringförmigen Grats 4 relativ zur Schweißfläche 31 kann 20-500 µm betragen. Die hier genannte Aufwölbungshöhe bezeichnet einen vertikalen Abstand H vom Boden zur Oberseite des ringförmigen Grats 4 in einer Richtung vertikal zur Schweißfläche 31 oder zur Oberfläche der Nut. Eine Breite d4 der Mulde 43, die durch einen Raum zwischen je zwei benachbarten ringförmigen Graten gebildet ist, d. h. ein Abstand zwischen den zwei ringförmigen Graten, beträgt 50-3000 µm. Die Breite d4 der Mulde 43 zwischen zwei benachbarten ringförmigen Grate wie hierin erwähnt bezeichnet einen Abstand zwischen zwei Punkten 45 und 46, die in einer Teilquerschnittansicht der Elektrodenkappe mit den ringförmigen Graten wie in 17, jeweils auf den zwei benachbarten ringförmigen Graten 41 und 42 liegen wobei die Punkte 45 und 46 auf zwei benachbarten Seitenflächen der ringförmigen Grate 41 und 42 liegen und eine Linie zwischen den zwei Punkten parallel zur Schweißfläche 31 ist. Eine Breite d5 jedes ringförmigen Grats kann 200-3000 µm oder mehr bevorzugt 500-2000 µm betragen. Die Breite d5 jedes ringförmigen Grats wie hierin erwähnt bezeichnet einen Abstand zwischen zwei Punkten auf beiden Seiten desselben ringförmigen Grats, wobei die zwei Punkte auf demselben Querschnitt des ringförmigen Grats liegen. Es sei angemerkt, dass bei einer Anzahl der ringförmigen Grate von mehr als 3 die Breite d4 der Mulde zwischen je zwei benachbarten ringförmigen Graten gleich oder unterschiedlich sein kann und die Breite d5 jedes ringförmigen Grats gleich oder unterschiedlich sein kann.
Wie in den 19-26 gezeigt, werden mögliche Formen und Strukturen des Querschnitts 44 jedes ringförmigen Grats gezeigt (wobei a den unteren Teil des Querschnitts angibt, b die Oberseite des Querschnitts angibt und c die beiden Seiten des Querschnitts angibt). Der Querschnitt 44 kann mit geraden Linien auf beiden Seiten und einem oberen Bogen tangential zu den geraden Linien auf beiden Seiten geformt und strukturiert sein (19); oder mit symmetrischen Kurven auf beiden Seiten und einem oberen Bogen tangential zu den Kurven auf beiden Seiten (20); oder mit geraden Linien auf beiden Seiten und auf der Oberseite (21); oder mit geraden Linien auf beiden Seiten und einem oberen Bogen, der die geraden Linien auf beiden Seiten schneidet (22); oder mit unterschiedlichen Kurven auf beiden Seiten und einer oberen Kurve, die mit den Kurven auf beiden Seiten verbunden ist (23); oder mit symmetrischen Kurven auf beiden Seiten und einer geraden Linie auf der Oberseite (24); oder mit einer geraden Linie auf einer Seite, einer Kurve auf der anderen Seite und einer Kurve oder geraden Linie auf der Oberseite (25); oder mit einem insgesamt bogenförmigen Querschnitt (26). Es sei angemerkt, dass die oben beschriebenen Strukturen des Querschnitts des ringförmigen Grats nur bevorzugte Strukturen sind und auch andere Strukturen verwendet werden können, die für die Form des Querschnitts des ringförmigen Grats geeignet sind.
Die 27-35 zeigen die Positionen der ringförmigen Grate an der Schweißfläche 31 und der Nut 33 bei unterschiedlichen Formen der Schweißfläche 31 und der Nut 33. Es sei angemerkt, dass nur einige bevorzugte Positionen einiger ringförmiger Grate an der Schweißfläche und der Nut in den Figuren aufgelistet sind und jeder ringförmige Grat separat an der Schweißfläche 31 oder an der Nut 33 oder sowohl an der Schweißfläche 31 als auch der Nut 33 liegen kann. Auch kann die Anzahl der ringförmigen Grate an der Schweißfläche 31 und der Nut 33 nach Belieben je nach Verwendung ausgewählt werden.
Ausführungsform 3
Diese Ausführungsform offenbart eine Vorrichtung und einen Prozess zum Schweißen eines Aluminiumlegierungswerkstücks unter Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrodenkappe. Wie in 36 gezeigt, stellt 5 eine Schweißpistole dar, die zum Verbinden des ersten Aluminiumlegierungswerkstücks 6 und des zweiten Aluminiumlegierungswerkstücks 7 durch Widerstandspunktschweißen verwendet werden kann und sich an einer Schweißposition 8 befindet. Die Schweißpistole 5 beinhaltet einen ersten Schweißpistolenarm 51, einen zweiten Schweißpistolenarm 52, eine erste Schweißelektrodenkappe 53 und eine zweite Schweißelektrodenkappe 54. Das erste und zweite Aluminiumlegierungswerkstück 6, 7 sind aus Aluminiumlegierungen wie etwa einer Aluminium-Magnesium-Legierung, einer Aluminium-Silizium-Legierung, einer Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung oder einer Aluminium-Kupfer-Legierung hergestellt und weisen eine Dicke von 0,5-3 mm auf. Mehr bevorzugt können die Aluminiumlegierungswerkstücke aus einer 5182-0-Aluminiumlegierung mit einer Dicke von 2,0 mm hergestellt sein. Beim Schweißen können zwei Aluminiumlegierungswerkstücke (beispielsweise nur 6 und 7) oder eine Kombination aus zweien oder mehr vorliegen, und die Dicke jedes Aluminiumlegierungswerkstücks kann gleich oder unterschiedlich sein. Es sei angemerkt, dass der hierin verwendete Begriff „Werkstück“ im weiteren Sinne Metallblechschichten, Vorsprünge, Gussteile und andere Aluminiumlegierungsteile oder Stahl- und Magnesium-Legierungsteile beinhaltet, die durch Widerstandspunktschweißen bearbeitet werden können. Die Schweißpistolenarme 51, 52 sind in der Regel Teil eines größeren automatisierten Schweißvorgangs, weisen im Allgemeinen C-, X- und andere strukturelle Formen auf und werden normalerweise durch Roboter oder automatisierte Bauteile umgesetzt. Dies ist im Stand der Technik bekannt.
Der erste und zweite Schweißpistolenarm 51 und 52 sind mit der montierten ersten und zweiten Schweißelektrodenkappe 53 und 54 versehen, die in Ausführungsform 1 und 2 beschrieben sind. Beim Punktschweißen wird der Schweißpistolenarm betätigt, damit die Elektrodenkappen 53 und 54 präzise gegen die Werkstücke 6 und 7 gedrückt werden; und Druck und Strom werden durch die Schweißpistolenarme und die Elektrodenkappen geleitet, sodass Verbindungsstellen 8 der Werkstücke 6, 7 schmelzen, um eine Punktschweißverbindung zu bilden. Die zwei Elektrodenkappen 53 und 54 können unterschiedliche Strukturen aufweisen, wie in Ausführungsform 1 und 2 beschrieben, und können von gleicher oder unterschiedlicher Struktur sein.
37 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer anfänglichen Schweißphase, wenn die Elektrodenkappe gemäß Ausführungsform 1 zum Schweißen verwendet wird. Die Elektroden 53 und 54 weisen die gleichen strukturellen Abmessungen auf. Beim Schweißen leitet die Schweißpistole Druck und Strom durch die Schweißfläche 31. Ein Bereich, in dem die zwei Schichten von Metallmaterial 6 und 7 in Kontakt stehen, kann durch die Einwirkung der ringförmigen Elektroden Widerstandswärme erzeugen, wodurch ein Schweißkern und dann eine ringförmige Schmelzgrube gebildet wird. Die zwei Schichten der Metallwerkstücke gelangen durch die Einwirkung von Druck und Strom auf eine Schweißfläche mit einer zentralen Vertiefung beim Schweißen zunächst an Außenseiten in Kontakt; ein Bereich der Teile, die durch die Einwirkung einer ringförmigen Elektrode in Kontakt stehen, kann Widerstandswärme erzeugen und eine ringförmige Schmelzgrube bilden; wenn die zentrale Bereiche nach längerem Schweißen allmählich in Kontakt getreten sind, wächst die ringförmige Schmelzgrube durch die Einwirkung der Wärmeleitung in Richtung der Mitte; da die zentralen Bereiche der zwei Metallwerkstücke, die der Nut entsprechen, auf der Innenseite des Schweißpunkts klein sind und nicht mit der Elektrodenkappe in Kontakt stehen, konzentriert sich die Wärme auf der Außenseite; die Metallmaterialien in den Kontaktbereichen werden geschmolzen und plastisch verformt, sodass sie extrudieren und sich zur zentralen Vertiefung der Elektrode ausdehnen, wodurch eine neue Kontaktfläche in der Mitte gebildet wird und in der neuen Kontaktfläche Widerstandswärme erzeugt wird; aufgrund dessen wächst die ringförmige Schmelzgrube in Richtung einer Ringmitte, sodass die Kontaktteile der zwei Metallmaterialien, die der Nut entsprechen, einen Schweißkern bilden können, womit das Schweißen abgeschlossen ist. Aufgrund des Vorhandenseins der Nut wird eine Kontaktfläche der Elektrodenkappe gemäß der Erfindung zu einem Metallwerkstück in einer Anfangsphase reduziert, was eine konzentrierte Gesamtwärmeerzeugung und eine Wärmeableitung ergibt; mit fortschreitendem Schweißen vergrößert sich die Kontaktfläche und die Wärmeableitung beschleunigt sich, weshalb im Vergleich zur üblichen Elektrodenkappe der zum Bilden des Schweißpunkts gleicher Größe benötigte Schweißstrom reduziert wird, Elektrizitätskosten gesenkt werden und die Elektrodenlebensdauer verlängert wird; da zudem zunächst die ringförmige Schmelzgrube gebildet wird, ermöglicht es die vorhandene zentrale Nut der ringförmigen Schmelzgrube, von außen nach innen zu wachsen, was umgekehrt zur Schmelzgrube der üblichen Elektrodenkappe ist, die von innen nach außen wächst; das plastische Metallmaterial wird in Richtung des Bereichs der Nut in der Mitte der Elektrode extrudiert, was hilfreich beim Vermeiden von Luftlöchern und Spritzern an der Kante eines Schweißpunkts ist, sodass der Durchmesser des Schweißkerns vergrößert und die Festigkeit des Schweißpunkts erhöht wird.
Durch das Vorhandensein der ringförmigen Grate können die ringförmigen Grate die Oxidschicht an der Oberfläche der Aluminiumlegierung durchdringen und dadurch den Kontaktwiderstand senken und die Wärmeableitung verbessern. Auf diese Weise kann die Wärme an der Kontaktfläche der Elektrodenschweißfläche mit dem Aluminiumlegierungsblech reduziert werden, um die Lebensdauer der Elektrode zu verlängern.
38 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer anfänglichen Schweißphase, wenn die Elektrodenkappe gemäß Ausführungsform 2 zum Schweißen verwendet wird. Das Schweißprinzip gleicht demjenigen von 37.
Ausführungsform 4
39 zeigt die Form eines Querschnitts eines Schweißpunkts, der durch das Durchführen von Widerstandspunktschweißen an zwei Stücken von 5182-0-Aluminiumlegierung mit einer Dicke von 2 mm unter Verwendung einer üblichen Elektrodenkappe gebildet wurde. In 39 ist zu erkennen, dass der Schweißkern einen kleinen Durchmesser von nur 6,08 mm aufweist und im Inneren deutliche Schrumpfkavitätsmängel aufweist, starkes Spritzen aufgetreten ist und an der Kante eine starke Schweißverformung stattgefunden hat, was zu einer geringen Festigkeit des Schweißpunkts führt.
Ausführungsform 5
40 zeigt die Form eines Querschnitts eines Schweißpunkts zwischen zwei Stücken von Aluminiumlegierungen nach dem Durchführen von Widerstandspunktschweißen an zwei Stücken 5182-0 Aluminiumlegierung mit einer Dicke von 2 mm unter Verwendung der Elektrodenkappe gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung und der der Schweißvorrichtung und dem Grundgedanken gemäß Ausführungsform 3. Aus 40 geht hervor, dass der Durchmesser des Schweißkerns 8,23 mm erreicht, keine offensichtlichen inneren Schweißmängel und kein Spritzen vorliegen und keine offensichtliche Verformung an der Kante des Schweißpunkts stattgefunden hat, sodass die Festigkeit des Schweißpunkts wesentlich erhöht ist.
Vorstehend wurde die Erfindung in bevorzugten Ausführungsformen offenbart, die die Erfindung jedoch nicht einschränken sollen. Ein Fachmann kann verschiedene äquivalente Änderungen oder Ersetzungen vornehmen, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen; diese fallen ebenfalls in den Schutzumfang der Erfindung. Der Schutzumfang der Erfindung wird daher durch den Umfang bestimmt, der in den beigefügten Ansprüche dieser Anmeldung definiert ist.
Bezugszeichenliste

1:: Elektrodenkappenkörper
11:: Elektrodenmontagedurchlass
12:: Umfang des Elektrodenkappenkörpers
2:: Seitenfläche
3:: Kontaktfläche
31:: Schweißfläche
32:: Umfang
4:: ringförmiger Grat
41:: ein ringförmiger Grat der Ausführungsform 2
42:: anderer ringförmiger Grat der Ausführungsform 2
43:: Mulde
44:: Querschnitt eines ringförmigen Grats
45:: Stelle an einer Seitenfläche des ringförmigen Grats 41
46:: Stelle an einer Seitenfläche des ringförmigen Grats 42
5:: Schweißpistole
51:: erster Schweißpistolenarm
52:: zweiter Schweißpistolenarm
53:: erste Schweißelektrodenkappe
54:: zweite Schweißelektrodenkappe
6, 7:: Schweißwerkstück,
8:: Schweißkernbereich der Schweißwerkstücke 6 und 7
9:: Schweißkern
d1: Durchmesser des Umfangs 12
d2: Durchmesser des Umfangs 32 d3 Außendurchmesser einer Kugelflächennut
d4: Abstand zwischen zwei benachbarten ringförmigen Graten Breite d5 von jedem ringförmigen Grat
h:: Tiefe der Nut
H:: Aufwölbungshöhe jedes ringförmigen Grats

Claims

Punktschweißelektrodenkappe, umfassend: einen zylindrischen Elektrodenkappenkörper (1); eine Kontaktfläche (3) mit einer Schweißfläche (31), einem Umfang (32) und einer Nut (33), wobei die Nut (33) in der Mitte der Kontaktfläche (3) liegt und eine Oberkante aufweist, die mit der Schweißfläche (31) verbunden ist, und der Umfang (32) ein Außendurchmesser der Schweißfläche (31) ist; eine Seitenfläche (2), die ein Übergangsbereich vom Elektrodenkappenkörper (1) zur Kontaktfläche (3) ist und als eine bogenförmige Fläche oder eine kegelförmige Fläche geformt ist, wobei eine Ober- und Unterseitenfläche der Seitenfläche (2) jeweils in der Form einer bogenförmigen Fläche oder einer Kammer mit den anderen Enden der Kontaktfläche (3) und des Elektrodenkappenkörpers (1) verbunden sind.
Punktschweißelektrodenkappe nach Anspruch 1, wobei die Nut (33) insgesamt als ein Bogen geformt ist oder mit einer Ebene am Boden und einer bogenförmigen Fläche oder einer kegelförmigen Fläche als Übergang für einen Verbindungsteil mit der Schweißfläche (31) oder mit einem bogenförmigen Ansatz in der Mitte und mit einer bogenförmige Fläche oder einer kegelförmigen Fläche als Übergang für einen Verbindungsteil mit der Schweißfläche (31) geformt ist.
Punktschweißelektrodenkappe nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Nut (33) eine Tiefe h von 0,1-2 mm aufweist.
Punktschweißelektrodenkappe nach Anspruch 1 oder 3, wobei, wenn die Nut (33) insgesamt eine bogenförmige Fläche ist, die bogenförmige Fläche der Nut (33) einen Krümmungsradius von 1-50 mm aufweist; und wenn die Nut am Boden eine Ebene aufweist, die Ebene ein Kreis mit einem Radius von 0,1-10 mm ist.
Punktschweißelektrodenkappe nach Anspruch 1, wobei die Schweißfläche (31) eine ringförmige Ebene ist oder eine ringförmige kugelförmige Fläche mit einer Mitte der Kugel auf derselben Seite wie der Elektrodenkappenkörper ist oder eine ringförmige bogenförmige Fläche ist, die nach oben gewölbt ist.
Punktschweißelektrodenkappe nach Anspruch 1, ferner umfassend ringförmige Grate (4), die an der Schweißfläche (31) oder der Nut (33) liegen, wobei jeder ringförmige Grat (4) einen Querschnitt in Form einer geraden Linie oder einer Kurve oder einer Kombination einer geraden Linie und einer Kurve aufweist.
Punktschweißelektrodenkappe nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Mulde (43), die zwischen zwei benachbarten ringförmigen Graten (4) gebildet ist.
Punktschweißelektrodenkappe nach Anspruch 7, wobei jeder ringförmige Grat (4) eine Aufwölbungshöhe H von 20-500 µm aufweist.
Punktschweißelektrodenkappe nach Anspruch 7, wobei die Anzahl der ringförmigen Grate (4) 0-5 beträgt.
Punktschweißelektrodenkappe nach Anspruch 7, wobei ein Abstand zwischen zwei benachbarten ringförmigen Graten (4) 50-3000 µm beträgt.