一种电阻点焊电极帽及焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种电阻点焊电极帽及焊接方法，电极帽包括电极帽本体，电极帽本体的整体呈圆柱状，并且具有与焊接金属材料接触的焊接接触面，其中，电极帽本体包括圆周，焊接接触面为圆形平面并包括圆周；焊接接触面设有n个由中心向外发散的焊接增强筋，焊接增强筋选自下组：突脊、凹槽或其组合，其中，n为3‑30的正整数，并且相邻的两个焊接增强筋的中心线的之间的间隔角度为12‑120°之间。使用上述电极帽进行电阻点焊时，电极本体焊接接触面的增强筋(突出脊或凹槽)可以刺破铝合金板表面的氧化膜，降低电极与铝板间接触电阻，减小产热量，提高电极寿命和焊点强度稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种电阻点焊电极帽及焊接方法
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及焊接方法。
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。而且由于铝合金表面高电阻氧化膜的存在,在进行电阻点焊时电极与材料之间的接触电阻较高，导致界面产热量很大，Cu/Al合金化反应严重，电极表面局部不均匀点蚀导致在点焊过程中焊接电极磨损较快、电极寿命短致使焊点强度下降，焊点质量不稳定，表面质量差，焊接修磨频次高，制造成本高，这是制约铝合金电阻点焊应用最重要的因素之一。因此，本领域迫切需要开发一种能够获得更高焊接强度、电极寿命更长、低成本以及更容易推广的电阻点焊电极帽及电阻点焊铝合金的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电阻点焊电极帽及焊接方法，所述电阻点焊电极帽能够解决Cu/Al合金化反应严重，电极表面局部不均匀点蚀导致在点焊过程中焊接电极磨损较快、电极寿命短致使焊点强度下降，焊点质量不稳定，表面质量差，焊接修磨频次高等问题。本专利技术提供了一种电阻点焊电极帽，所述电极帽包括：电极帽本体，所述电极帽本体的整体呈圆柱状，并且具有与焊接金属材料接触的焊接接触面，其中，所述电极帽本体包括第一圆周，所述焊接接触面为圆形平面并包括第二圆周；所述焊接接触面设有n个由中心向外发散的焊接增强筋，所述的焊接增强筋选自下组：突脊、凹槽或其组合，其中，n为3-30的正整数，并且相邻的两个焊接增强筋的中心线的之间的间隔角度α为12-120°之间。在另一优选例中，所述的α为15-90°，更佳地20-60°，最佳地30-45°。在另一优选例中，所有两个相邻焊接增强筋的中心线之间的α是相同或基本相同的。在另一优选例中，所有的两个相邻焊接增强筋的中心线之间的α中，至少一部分是不相同的。在另一优选例中，所述的电阻点焊电极帽具有一中心轴线，所述焊接接触面中心和所述电极帽本体圆周的中心位于所述中心轴线上。在另一优选例中，所述焊接接触面的外径为D,所述焊接增强筋的长度为l，其中，l/D的范围在0.7-1之间。在另一优选例中，所述焊接接触面的外径D为3-15毫米。在另一优选例中，各个焊接增强筋的平均高度h和各个焊接增强筋平均宽度d的比例h/d为0.6～1.5，较佳地0.8-1.2。在另一优选例中，所述焊接增强筋的平均高度h为20-1000微米。在另一优选例中，各个焊接增强筋的平均高度h为50-500微米。在另一优选例中，各个焊接增强筋的平均宽度d为20-1000微米，更佳地50-500微米。在另一优选例中，两个相邻焊接增强筋之间的间隙所对应的圆心角度为5-45°，较佳地5-30°，更佳地10-20°。在另一优选例中，所述的焊接增强筋在焊接接触面的径向方向是一连续结构。在另一优选例中，所述的焊接增强筋在焊接接触面的径向方向是一不连续的结构。在另一优选例中，所述的不连续结构包括多个圆弧。在另一优选例中，各圆弧的圆心是重叠或基本重叠的。在另一优选例中，各圆弧的弧度相同或基本相同。在另一优选例中，各圆弧的弧长是相同或不同的。在另一优选例中，各圆弧的弧长是沿径向向外逐渐递增的。在另一优选例中，电阻点焊电极帽还包括电极帽侧面，所述电极帽侧面为电极帽本体的第一圆周到焊接接触面的第二圆周之间过渡区域。在另一优选例中，所述侧面的形状为半球形曲面。在另一优选例中，所述第一圆周与第二圆周的周长比为6：1－2：1，较佳地4:1-3:1。在另一优选例中，所述的焊接接触面中心还设有高于焊接表面的中心凸台或低于焊接表面的中心凹陷。在另一优选例中，所述的中心凸台(或凹陷)的面积A1与焊接接触面的面积A0之比为1/5-1/2。在另一优选例中，所述的中心凸台(或凹陷)表面投影形状为圆形、正多边形。在另一优选例中，所述的中心凸台(或凹陷)与所述的焊接增强筋是一体的。在另一优选例中，所述的中心凸台(或凹陷)与所述的焊接增强筋是分离的。在另一优选例中，所述的中心凸台(或凹陷)的平均高度为Hc，所述平均高度Hc与焊接增强脊的平均高度h的比值(Hc/h)为0.2-1.4，较佳地0.8-1.2。在另一优选例中，所述本体的一端设有电极安装通道，所述电极安装通道的形状为圆台或圆柱形。在另一优选例中，所述电极帽可以由任何导电和导热材料制成，例如铜合金。本专利技术还提供了一种电阻点焊方法，所述方法包括：(a)提供待焊接的工件堆叠层，和上述的电阻点焊电极帽；(b)使所述焊接电极帽的焊接增强筋与所述工件堆叠层的至少一个外表面相接触；和(c)在所述焊接电极帽和所述工件堆叠层之间通以焊接电流和压力，从而熔化形成电阻点焊熔核。在另一优选例中，使用上述电阻点焊方法，所述的工件堆叠层包括至少两个工件。在另一优选例中，使用上述电阻点焊方法，所述的工件为铝合金。在另一优选例中，使用上述电阻点焊方法，所述工件的厚度为0.3-5毫米。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表示焊接接触面具有焊接增强筋的电极帽的示意图；图2表示图1中A-A截面的剖视图的一个实施例；图3表示接触面上具有沿圆周中心向外发散的焊接增强筋的电极帽示意图；图4表示焊接接触面上具有沿圆周中心向外发散的焊接增强筋的电极帽的另一个示意图；图5表示焊接接触面上具有沿圆周中心向外发散的焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电阻点焊电极帽，其特征在于，包括：/n电极帽本体(1)，所述电极帽本体(1)的整体呈圆柱状，并且具有与焊接金属材料接触的焊接接触面(3)，其中，所述电极帽本体包括第一圆周(12)，所述焊接接触面(3)为圆形平面并包括第二圆周(31)；/n所述焊接接触面(3)设有n个由中心向外发散的焊接增强筋(32)，所述的焊接增强筋(32)选自下组：突脊、凹槽或其组合，/n其中，n为3-30的正整数，并且相邻的两个焊接增强筋(32)的中心线的之间的间隔角度α为12-120°之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种电阻点焊电极帽，其特征在于，包括：
电极帽本体(1)，所述电极帽本体(1)的整体呈圆柱状，并且具有与焊接金属材料接触的焊接接触面(3)，其中，所述电极帽本体包括第一圆周(12)，所述焊接接触面(3)为圆形平面并包括第二圆周(31)；
所述焊接接触面(3)设有n个由中心向外发散的焊接增强筋(32)，所述的焊接增强筋(32)选自下组：突脊、凹槽或其组合，
其中，n为3-30的正整数，并且相邻的两个焊接增强筋(32)的中心线的之间的间隔角度α为12-120°之间。


2.如权利要求1所述的电阻点焊电极帽，其特征在于，所述焊接接触面(3)的外径D,所述焊接增强筋的长度为l，其中，l/D的范围在0.7-1之间。


3.如权利要求2所述的电阻点焊电极帽，其特征在于，所述焊接接触面(3)的外径D为3-15毫米。


4.如权利要求1所述的电阻点焊电极帽，其特征在于，所述焊接增强筋(32)的平均高度h和焊接增强筋的平均宽度d的比例h/d为0.6～1.5。


5.如权利要求1所述的电阻点焊电极帽，...

【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