用于铝板或钢板的焊接电极以及获得该电极的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于焊接钢板或铝板的电极，其导电性大于或等于90％IACS，并且由合金制成，基于合金的总重量以重量计，该合金包括比例等于或小于0.1％且小于0.4％的铬、比例在0.02％至0.04％之间的锆、比例小于0.015％磷、为铜和比例小于0.1％的不可避免的杂质其余成分，该电极结构有利地包括非共格铬沉淀，大于90％的非共格铬沉淀具有小于1μm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于铝板或钢板的焊接电极以及获得该电极的方法
本专利技术涉及焊接电极领域。更具体地，本专利技术涉及通过铜电阻的焊接电极。根据本专利技术的电极将特别关注于将铝板彼此焊接。根据本专利技术的电极也可以被实施用于焊接钢板。作为初步说明，在说明书的其余部分中，“铝板”是指由包含铝的合金制成的板材，特别是由AlMgSi(铝-镁-硅)合金或AlMgMn(铝-镁-锰)合金制成的板材。这些铝板一旦被焊接和组装，它们特别适用于汽车工业。
技术介绍
传统上，通过结合高电气强度和也称为“夹持力”的周期性压力来完成两个板材的焊接。更具体地说，首先，增加待组装的两个板材之间的夹持力。接下来，在第二阶段期间，并且两个板材一旦被夹住，电流就在位于该板材的两侧的两个电极之间通过。电流在两个电极之间的通过导致板材的相关区域处的温度增加，直至两个板材之间的熔点，这在固化之后在板材与板材的界面处产生焊接点。在焊接铝的情况下，夹持力会降低板和电极之间的接触电阻。压力维持电极与板组件之间的接触。为了焊接，夹具用铜制成的电极挤压组件，铜是一种出色的导电和导热材料。这种选择使得可能减小加热区域，该加热区域受限于待焊接的两个板材之间的接触区域。一旦达到熔点，就维持压力，并且停止电强度以在将电极与已组装的板材分离而后继续到下一个焊接点之前冷却焊接点。焊接参数因此尤其取决于板材的电阻、板材与电极之间的界面电阻、组件的总厚度和电极的直径。例如，这种方法通常用于薄钢板的组装。r>尽管不太常见，但是也可以对铝板实施这种方法。关于电极本身，从现有技术的文献WO2016/203122中已知一种用于钢板的，特别是用于具有抗腐蚀涂层的板材的焊接电极，其基础成分由铜、铬和锆的合金组成，还包含磷和/或镁。合金中铬的重量比在0.4和0.8％之间，锆的重量比在0.02和0.09％之间，磷和镁的总重量比大于0.005％，镁的重量含量小于0.1％且磷的重量含量小于0.03％。其余成分由铜组成。这个电极的金相组织是特殊的，它包括非共格铬沉淀，其中大于90％的非共格铬沉淀具有小于1μm2的投影表面，该非共格铬沉淀具有在10至50nm之间的尺寸。此外，该电极具有纤维结构。这种用于焊接钢板的电极的导电性大于85％IACS。这种电极用于焊接钢板特别令人关注，特别是因为它们比典型的电极更好地承受腐蚀现象。这种腐蚀现象是由于电极中的铜和涂层中的锌与钢板中的铁发生化学反应而引起的，并且导致电极表面层的降解，需要定期清除腐蚀层，甚至更换电极。无论哪种情况，在焊接钢板的情况下，焊接点处的温度达到1560℃，并且在与钢板的表面接触期间，电极的表面将达到700℃以上的温度。然而在这样的温度水平下，一方面，导致电极表面腐蚀的化学反应被加速，但是另外，电极本身的材料将通过称为“热蠕变”的磨损现象而变形，从而导致表面层从电极横向脱离，因此其端部变宽。结果，使电极与板材之间的接触表面变大，然后有必要增加电流密度以保持板材的焊接点的质量。但是，增加的表面和增加的电流意味着更宽的腐蚀。因此，在将钢板彼此焊接期间，如国际申请WO2016/203122中所描述的电极可以改善在高于700℃的温度下的抗蠕变性，有时可以改善达到800℃的温度下的抗蠕变性。但是，可以进一步提高这种电极的导电性。此外，还应注意，为了减轻车身重量，以期限制燃料消耗，当今越来越多的汽车制造商正在用铝板替代钢板，特别是用铝合金，例如AlMgSi(铝镁硅)合金或AlMgMn(铝镁锰)合金制成的铝板。事实上，铝的密度是迄今为止所使用的钢板密度的35％。还应注意的是，随着电动汽车的发展以及提高后者电池的自主性的需要，进一步扩大了由铝合金制成的板材替代钢板的趋势。使用铝板的另一个优点是提高了耐腐蚀性，使得不再需要钢板中必需的锌基防腐涂层。此外，已经证明，对于汽车制造商来说，完全有可能使用带有电阻焊接机器人的钢板车身组装线来组装铝板车身。考虑到无需投资专用的装配技术(胶合、铆钉、铆接、激光等)，这对于公司而言是真正的优势。此时，汽车制造商例如将由铜-锆合金(0.15％)制成的电极用于车身铝板的电阻焊接，这些电极通常地也用于焊接钢板。对于铝板，焊接点必须达到两个板材之间的接触温度660℃，该温度大大低于两块钢板的焊接点上达到的1560℃温度。与电极接触的板材的表面温度也因此将低于在焊接钢期间所观察到的温度。事实上，铝的导电性比钢的导电性好得多(高4至5倍)，大大降低了电阻加热，从而使得在焊接点处实现熔化成为可能。因此，在相似的焊接条件下，为了焊接两块铝板，有必要显着增加所施加的强度，与焊接钢板所实施的强度相比典型地增加120％，同时减少焊接时间，后者典型地必须相对于钢的焊接时间除以2。电极中耗散的能量与强度的平方、电极电阻和焊接时间成正比。具体而言，相对于钢用电极，铝板焊接用电极中的这种耗散能量高2.4倍。电阻与导电性成反比，为了焊接铝，必须有一个导电性大于90％IACS(国际退火铜标准)的电极，而焊接钢需要导电性大于75％IACS。此外，为了使铝板的焊接电极具有可接受的寿命，还必须考虑在这个焊接过程中在电极表面与铝板接触期间发生的化学和热机械反应。化学反应是板材的铝与电极的铜之间热接触的结果，其形成了氧、铝和铜合金的层。这个层比在焊接涂有锌防腐蚀保护层的两块钢板的过程中在电极表面形成的铜和锌合金层的电阻要大得多。因此，在焊接铝板的过程中，电极的表面层在电阻和所施加的强度的作用下比这同一电极的基体更容易受热，直到有利于氧化铝通过熔化粘附到电极表面，这应该被避免。典型地，在焊接铝的过程中，电极的表面温度在500和550℃之间，而在钢焊接过程中，这同一温度在700℃以上。因此，相对于焊接铝板，在焊接钢的情况下，电极的表面与待焊接的金属的温度之间的温度偏差要高得多。事实上，正如上面的描述中已经提到的那样，当两块板材由钢制成时，两块板材之间的接触温度必须达到1550-1560℃才能发生熔化，而电极的表面温度高于700℃，这导致大约750-850℃的温度偏差。在焊接铝的情况下，两块板材之间的接触温度必须达到660℃，而电极表面的温度是大约500至550℃，这会导致大约160℃的最大温度偏差。在焊接钢板的情况下，考虑到锌表面层在热焊接过程中保护板材的钢免受腐蚀，这尤其正确的。锌层通过锌的潜在熔化热的作用阻止了板的加热，并且防止了钢中的铁直接与空气接触。这种锌的表面层在铝板上不存在。因此，在焊接铝板的情况下不提供保护。从而，包括氧、铝和高电阻铜的合金层在每次将两块铝板彼此焊接在一起时会积聚在电极表面上，这将增加这种电阻效应并且增加电极与铝板之间的接触温度，直到达到铝的熔化温度。在那时，焊接点处有排出，换句话说，在板材的外面处排出融化金属，结果焊接点的质量退化。关于在电极的表面与铝板或钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由铜、铬、锆和磷的合金制成的用于焊接由钢和铝或铝合金制成的金属板的电极，其特征在于，所述合金由重量比大于或等于0.1％且小于0.4％的铬、重量比在0.02至0.04％之间的锆、重量比小于0.015％的磷、为铜和重量比小于0.1％的不可避免的杂质的其余成分组成，并且所述电极的导电性大于或等于90％IACS(国际退火铜标准)，并且，所述电极的结构包括非共格铬沉淀，大于90％的所述非共格铬沉淀具有小于1μm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180118 FR 18504081.一种由铜、铬、锆和磷的合金制成的用于焊接由钢和铝或铝合金制成的金属板的电极，其特征在于，所述合金由重量比大于或等于0.1％且小于0.4％的铬、重量比在0.02至0.04％之间的锆、重量比小于0.015％的磷、为铜和重量比小于0.1％的不可避免的杂质的其余成分组成，并且所述电极的导电性大于或等于90％IACS(国际退火铜标准)，并且，所述电极的结构包括非共格铬沉淀，大于90％的所述非共格铬沉淀具有小于1μm2的投影表面，所述非共格铬沉淀具有至少在10和50nm之间的尺寸，所述电极还具有在表面蚀刻和化学蚀刻后沿所述电极的活性面的横断面可见的纤维结构，所述结构由一方面是多条径向纤维及另一方面是直径小于5mm的没有纤维结构的基本上中心的区域组成，所述纤维的厚度小于1mm。


2.根据前述权利要求所述的由铜合金制成的用于焊接由铝或铝合金制成的金属板的电极，其特征在于，所述电极能够在所述两块铝板彼此焊接期间维持比压大于或等于120Mpa，以限制所述电极与两块铝板之一的外表面之间的接触电阻。


3.根据前述权利要求中任一所述的由铜合金制成的电极，其特征在于，所述铬的重量比在0.2和0.3％之间。


4.根据前述权利要求中任一所述的由铜合金制成的电极，其特征在于，所述锆的重量比在0.03和0.04％之间。


5.根据前述权利要求中任一所述的由铜合金制成的电极，其特征在于，所述磷的重量比小于0.01％。


6.根据前述权利要求中任一所述的由铜合金制成的电极，其特征在于，所述不可避免的杂质的重量比小于0.05％。


7.根据前述权利要求中任一所述的由铜合金制成的电极，其特征在于，根据所述化学元素对导电性的影响，权重系数被分配给可能作为合金中的杂质存在的每种化学元素，以百万分之一计，所述化学元素中的每种元素的权重比例之和少于5000。


8.根据前述权利要求中任一所述的由铜合金制成的电极，其特征在于，以百万分之一计，所述化学元素中的每种元素的权重比例之和少于2000。


9.一种自合金通过连续浇铸制造前述权利要求中任一项所述的焊接电极的方法，所述合金由重量比大于或等于0.1％且小于0.4％的铬、重量比在0.02至0.04％之间的锆、重量比小于0.015％的磷、为铜和重量比小于0.1％的不可避免的杂质的其余成分组成，所述方法至少包括以下步骤：
a)在大于或等于1200℃的温度下熔化所述合金的各种组分，即铜、铬、锆和磷；
b)通过直径为d的圆柱形模头连续浇注，能够获得直径接近模头直径d的棒材，同时将在浇注炉中的液态金属保持温度在1100和13...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗索瓦·普力马乌斯，蒂埃里·索罗，塞缪尔·迪特里兹，阿兰·布耶，
申请(专利权)人：勒布朗合金公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR