一种电阻点焊电极帽制造技术

本发明专利技术公开了一种电阻点焊电极帽，此电极帽的焊接接触面中心上具有凹槽，焊接时，由于凹槽的存在发明专利技术中的电极帽与待焊金属工件的接触面积减小，初期整体产热集中于焊点外圈、散热变慢，有助于熔核由外向内形成，并且由于凹陷的存在，金属工件向电极中心凹陷处扩展，从而增大焊点熔核，减小飞溅和变形。所以与传统电极帽相比，使用发明专利技术中的电极帽形成相同大小的焊点所需要的焊接电流更低，节省电力成本；并且使用相同的电流时所得焊点强度和稳定性更高，且焊接缺陷更少。

Electrode cap for resistance spot welding

【技术实现步骤摘要】
一种电阻点焊电极帽
本专利技术涉及电阻点焊领域，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帽。
技术介绍
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。目前汽车制造中车身铝合金的连接方法主要以铆接的机械连接方法为主。而铆接是一种成本较高，工序复杂，表面质量差，增加车身重量的方法，一辆全铝车身或混合车身，通常需要1500个以上的钉子。电阻点焊利用工件本身及相互之间的电阻产热来熔化材料实现连接，由于其在连接过程中不需要填充材料，生产效率高且容易实现自动化，所以该方法被广泛应用在汽车车身制造中，例如发动机盖、车门等部位，随着铝合金在汽车中的应用，汽车制造商期望能继续采用电阻点焊对铝合金进行连接。但是由于铝合金其本身的物理性质，采用普通的点焊工艺进行焊接时存在诸多问题。由于铝合金的高导电性、高导热性导致其在点焊过程中需要特别大的电流和压力，而伴随着大电流和高电极压力的使用，导致其在焊接时就需要更高的制造成本。而且由于铝合金的塑型温度区间较窄而导致焊接时飞溅及内部缺陷严重，焊接变形较大。表面高电阻氧化膜的存在又会导致在点焊过程中焊接电极磨损较快、电极寿命短进而导致焊点强度下降，表面质量差。因此，需要一种能够获得更高焊接强度、电极寿命更长、低成本，更容易推广的电阻点焊铝合金的方法。
技术实现思路
本专利技术为了解决铝合金电阻点焊需要较大焊接电流，焊接飞溅、缺陷严重而焊接强度相对较低，焊接质量不稳定，电极寿命低等问题，提出了一种焊接接触面中心具有凹槽的电极帽。为解决上述问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种电阻点焊电极帽，包括：呈圆柱状的电极帽本体1；具有焊面31、圆周32、凹槽33的接触面3，凹槽33位于接触面3的中心，其上部边缘与焊面31相连接，凹槽33的形状为弧面或底部为平面、与焊面31连接部分以弧面或锥面过渡或中间为弧形凸台，与焊面31连接部分以弧面或锥面过渡。在另一优选例中，凹槽的形状为球面，其外径d3为2-15mm；优选地，2-10mm。在另一优选例中，电阻点焊电极帽还包括侧面2，侧面2为电极帽本体1到接触面3的过渡区域，侧面2的形状为弧面或锥面。在另一优选例中，侧面2与焊面31以及与电极帽本体1之间以圆弧过渡、倒角连接。在另一优选例中，当侧面2为弧面时，弧面的曲率半径大于等于电极帽本体1的圆周半径。在另一优选例中，当侧面2为锥面时，锥面的倾角为0-90°，优选地，10-80°。在另一优选例中，凹槽33的深度h为0.1-2mm；或更优选地，0.1-1.2mm。在另一优选例中，凹槽33弧面的曲率半径为1-50mm，当凹槽底部为平面时，平面是半径为0.1-10mm的圆。在另一优选例中，焊面31为环形平面或为球心与电极帽本体同侧的环形球面或为球心与电极帽本体异侧的环形球面或为向上凸起的环形弧面。在另一优选例中，当焊面31为环形平面时，其外径范围为2-30mm；优选地，6-20mm。在另一优选例中，当焊面31为环形球面时，焊面31所在的球的半径为10-100mm。在另一优选例中，当焊面31为向上凸起的环形弧面时，弧的曲率半径为1-10mm，弧面最高点与最低点所在平面的垂直距离为0.1-5mm。在另一优选例中，电阻点焊电极帽还包括位于焊面31或凹槽33上凸起的环形脊4，环形脊的截面形状为直线或曲线或直线与曲线的组合。在另一优选例中，环形脊4包括内侧环形脊41、外侧环形脊42和不同环形脊之间间隔所形成的沟槽43。在另一优选例中，环形脊4凸起高度H为20-500um。在另一优选例中，环形脊4的数量为0-5个。在另一优选例中，相邻两个环形脊4之间的间距即沟槽4的宽度为50-2000um。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术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。本专利技术的机理为：以焊接两层金属工件为例，焊接时，通过在具有中心凹陷的焊面的压力与电流的作用下，两层金属工件外侧首先接触，相接触部分受到环形电极作用的区域会产生电阻热、形成环形熔池，随着焊接时间的延长，并中心区域的逐渐接触，环形熔池在热传导作用下向中心生长，由于与凹槽相对应的两金属工件中心区域面积(焊点内侧)较小并且未与电极帽接触，热量集中于外侧，随着接触区域金属材料的熔化和塑性变形，其会向电极中心凹陷处挤压扩展，进而中心新的接触面又产生，电阻热在新的接触面产生，导致环形熔池向环形中心生长，进而使与凹槽相对应的两金属材料接触部分形成熔核，完成焊接。技术效果：由于凹槽的存在本专利技术的电极帽初期与金属工件的接触面积减小，整体产热集中、散热变慢，并随着焊接的进行，接触面积变大散热变快，所以与普通电极帽相比形成相同大小的焊点所需要的焊接电流会降低，节省电力成本，并提高电极寿命；另外，因为环形熔池首先形成，中心凹槽的存在，会使环形熔池由外向内生长，与普通电极帽熔池从内向外生长相反，塑性金属材料会在压力及电流作用下被挤向电极中心凹槽区域，有利于避免在焊点边缘产生气孔、飞溅及焊接变形，从而能够增大熔核直径、提高焊点强度。存在环形脊的情况下，在接触时，环形脊可以刺破铝合金表面的氧化膜，进而降低接触电阻，并且可以增大接触面积，增强散热，以此来减小电极焊接面与铝合金板接触面的热量，从而提高电极的使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的可替代的实施方式。图1表示接触面中心具有凹槽的一个电极帽的示意图。图2表示图1中A-A截面的剖视图的一个实施例。图3表示焊面为环形平面，凹槽为球面的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。图4表示焊面为环形平面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。图5表示焊面为环形平面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。图6表示焊面为球心与电极帽本体同侧的环形球面，凹槽为球面的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。图7表示焊面为球心与电极帽本体同侧的环形球面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。图8表示焊面为球心与电极帽本体同侧的环形球面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。图9表示焊面为球心与电极帽本体异侧的环形球面，凹槽为球面的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。图10表示焊面为球心与电极帽本体异侧的环形球面，凹槽底部为平面、与焊面之间以弧面过渡的图1中A-A截面剖视图的一个实施例。图11表示焊面为球心与电极帽本体异侧的环形球面，凹槽中间为弧形凸台、与焊面连接部分以弧面过渡的图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电阻点焊电极帽，包括：呈圆柱状的电极帽本体1；具有焊面31、圆周32、凹槽33的接触面3，凹槽33位于接触面3的中心，其上部边缘通过光滑圆角与焊面31过渡连接，圆周32为焊面31的外径。

【技术特征摘要】
1.一种电阻点焊电极帽，包括：呈圆柱状的电极帽本体1；具有焊面31、圆周32、凹槽33的接触面3，凹槽33位于接触面3的中心，其上部边缘通过光滑圆角与焊面31过渡连接，圆周32为焊面31的外径。2.如权利要求1所述的电阻点焊电极帽，其特征在于：还包括侧面2，侧面2为电极帽本体1到接触面3的过渡区域，侧面2的形状为弧面或锥面。3.如权利要求1所述的电阻点焊电极帽，其特征在于：凹槽33的形状为整体为一弧面或底部为平面、与焊面31连接部分以弧面或锥面过渡或中间为弧形凸台，与焊面31连接部分以弧面或锥面过渡。4.如权利要求1或3所述的电阻点焊电极帽，其特征在于：凹槽33的深度h为0.1-2mm。5.如权利要求1或3所述的电阻点焊电极帽，其特征在于：当凹槽整体为一弧面时，凹槽33弧面的曲率半径为1-50m...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨上陆，王艳俊，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31