用于在钢点焊期间控制电阻焊接熔核生长和性能的功率脉冲方法技术

一种电阻点焊钢工件的方法涉及在一对对准的焊接电极之间传递脉冲直流电流，至少一个所述钢工件包括具有1000MPa或更大抗拉强度的高强度钢基底，所述焊接电极压靠在包括钢工件的工件层叠的相对侧上。脉冲直流电流通过电流脉冲将充足的功率传送穿过焊接部位，以在工件层叠内的每一接合界面处启动并生长熔融钢焊接池，所述熔融钢焊接池凝固成具有均匀硬度的焊接熔核。换句话说，由脉冲直流电流形成的每一个焊接熔核不包括趋向降低焊接熔核的强度的柔软、粗糙的合金缺陷型壳区域。

【技术实现步骤摘要】

本公开的
总体上涉及电阻点焊，并且更加具体地，涉及一种对钢工件进行电阻点焊的方法。
技术介绍
电阻点焊是多个行业用于将两个或者更多个金属工件连接在一起的工艺。具体而言，数十年来，汽车、航空、海运、铁路和建筑行业等行业一直使用点焊来在制造承重和非承重结构组件中将钢工件连接在一起。例如，在制造车门、车盖、后车厢盖或者提升式门期间，以及在制造包括在车辆框架中的各种结构主体构件期间，汽车行业通常使用电阻点焊将预制备的钢工件连接在一起。近来，钢技术已经极大地发展了钢的类型和级别，可用于满足任何广阔范围的潜在最终用途，包括(由抗拉强度)分类为高强度钢的那些。正如在钢对钢点焊的背景中所使用的电阻点焊，其依靠对流过重叠钢工件并且跨过它们的接合界面(多个)的电流的电阻以产生热。为了执行这种焊接工艺，一对相对的点焊电极通常在力的作用下压靠工件层叠的相对侧上的正面对准的点，该工件层叠通常包括在预定的焊接部位布置成搭接配置的两个或者三个钢工件。然后，电流从一个电极至另一个通过钢工件。对电流的流动的电阻在钢工件内并且在它们的接合界面处产生热。在每个接合界面处产生的热启动熔融钢焊接池，该焊接池生长并且渗透到每个相邻的钢工件中。一旦电流停止流动，熔融钢焊接池最终固化成焊接熔核。凝固的焊接熔核自发地在焊接部位将工件熔融在一起。已经发现了限定在焊接电极之间穿过的电流的特性的焊接排程会影响最终焊接熔核的强度-尤其是剥离强度。在常规的钢点焊操作中，例如，电流通常在150ms至1000ms的持续时间以恒定电流(通常在4kA与14kA之间某处)在电极之间穿过。这种恒定电流焊接排程事实上可以在工件层叠的接合界面处启动并且生长熔融钢焊接池。但是随着点焊工艺进行得接近完成并且电极进一步压入到它们相应的接合工件表面中，流动的电流的电流密度随着由电流传送的功率下降而下降。当这种情况发生时，尤其与具有高碳含量的特定级别的高强度钢结合时，钢合金焊接池可以停止生长，并且典型地是水冷却的电极开始从焊接池提取热，比电流可以在焊接池内产生热更快。电流密度和与由电极提取热结合传送的功率的过早下降导致熔融钢焊接池随着焊接池的外区域以较低速度开始凝固而回落。由此，最终形成的焊接熔核包括在电流流动期间形成的一系列的柔软、粗糙的合金缺陷型壳区域。典型地，这些壳区域围绕借由在电流流动停止之后快速淬火而形成的内部焊接熔核核区域。已经发现，与较硬的内部焊接熔核核区域相比，较软的壳区域更易于裂缝扩展和撕裂，尤其在位于在焊接熔核周围附近时。特定的高强度钢，诸如举例而言，具有1000MPa或者更大的抗拉强度的钢以及具体地具有0.2wt％或者更大的碳含量的那些钢，由于它们的高碳含量和这种高碳含量可以具有对钢的可焊接性能的重要性，更可能方便形成包括柔软、粗糙的合金缺陷型壳区域的焊接熔核。
技术实现思路
公开了一种对工件层叠进行电阻点焊的方法，该工件层叠包括两个或者三个重叠钢工件，其中至少一个包括具有1000MPa或者更大的抗拉强度的高强度钢基底。在点焊的制备中，按照叠加的方式来组装钢工件，从而使得相邻的工件的在层叠内的接合表面彼此重叠并且面对面，以根据层叠是否包括两个或者三个钢工件来建立一个或者两个接合界面。另外，如本领域技术人员所理解的，钢工件可以由分开的并且不同的部分提供，或者可替代地，工件中的两个可以由相同的部分提供。例如，在一个部分的边缘区域折叠在另一部分的边缘之上以形成具有三个重叠工件的工件层叠的情况下，两个工件可以由相同的部分提供。一旦组装工件层叠，携带了一对点焊电极的焊枪操作为在焊接部位将工件点焊在一起，这导致在该位置处的工件之间形成离散的熔融焊接接头。更加具体地，一个焊接电极压靠工件层叠的一侧，并且另一焊接电极压靠工件层叠的另一侧。两个焊接电极正面对准并且压靠在一起以在焊接部位处施加夹持力。电流穿过相对的焊接电极之间并且通过工件层叠，这又对钢工件进行电阻加热，并且导致在每个相邻一对的钢工件的接合界面处形成熔融钢焊接池。穿过电流的特性根据所安排的焊接排程由焊接控制器控制。此处，在所公开的方法中，与采用迅速提升至恒定电平并且然后保持在恒定电平的常规电流相对，脉冲直流电流输入到焊接排程中并且在点焊工艺期间执行。在所公开的方法中采用的脉冲直流电流设计为随着时间传送功率，随着焊接电极在电流流动期间持续压入到它们相应的钢工件中，足以在连续阶段中以较低速度最小化或者完全防止焊接池固化的同时生长熔融钢焊接池。结果，熔融钢焊接池在电流流动结束时处于其最大直径，并且然后可以快速淬火成更均匀的焊接熔核，该焊接熔核不包括比如典型地当采用常规的恒定电流焊接排程时所观测到的那些柔软、粗糙的合金缺陷型壳区域。实际上，此处，钢焊接熔核具有均匀硬度，其中如维氏硬度计所测量的焊接熔核的任何位置的硬度与焊接熔核的中央的硬度相比变化不会超过10％，并且优选地不变化超过5％。这种均匀硬度向焊接熔核提供可不断实现的符合强度和结构特性。附图说明图1是包括至少两个重叠钢工件的工件层叠的示意图，工件层叠设置为进行根据本公开的一个实施例进行电阻点焊；图2是在图1中示出的工件层叠的局部放大图，其中由焊枪携带的焊接电极与工件层叠的相对侧接合；图3是工件层叠的放大图，其中由在图1中示出的焊枪携带的焊接电极与工件层叠的相对侧接合，虽然此处工件层叠包括三个重叠钢工件而非两个；图4总体上示出了压靠工件层叠的相对侧以方便在工件层叠内对钢工件进行点焊的焊接电极；图5总体上示出了在接合界面处启动并且生长熔融钢焊接池之前压靠工件层叠(在横截面中所示出的)的相对侧的一对焊接电极；图6总体上示出了压靠工件层叠(示于横截面中)相对侧的一对焊接电极以及在二电极之间的穿过电流，以便在层叠的接合界面处启动并生长熔融钢焊接池(也示于横截面中)；图7是图6所示的熔融钢焊接池沿线7-7截取的平面图，示出了接合界面原始位置上焊接池的最大直径；图8总体上示出了电流流动停止和熔融钢焊接池凝固成层叠接合界面处的焊接熔核(也示于横截面中)之后，压靠工件层叠(示于横截面中)相对侧的一对焊接电极；图9总体上示出了图8的焊接熔核，并示出了相对于焊接熔核外边界的焊接熔核中心；图10总体上示出了焊接熔核(示于横截面中)已经形成且焊接电极已经从层叠的相应侧移除之后的工件层叠；图11是脉冲直流电流的一般图示，该电流在焊接电极之间穿过，以进行如图5-10所示的钢工件的点焊。图11中绘制的是脉冲直流电流的电平，连同焊接电极之间建立的电压和由电流传送的功率。此外，图11包括使脉冲直流电流的几个电流脉冲的平均施加功率经受简单的线性回归所产生的回归线；图12是根据本公开一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；图13是根据本公开另一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；图14是根据本公开又一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；图15是根据本公开再一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；图16是根据本公开又一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；图17是根据本公开又一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括调节阶段和定尺寸阶段；图18是根据本公开再一个实施例的脉冲直流电流的图示，其包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻点焊钢工件的方法，所述方法包括：提供包括多个钢工件的工件层叠，所述钢工件彼此重叠以在焊接部位建立所述工件层叠内的每对相邻钢工件之间的接合界面，所述多个钢工件至少包括第一钢工件和第二钢工件，所述第一钢工件具有提供所述工件层叠的第一侧的外部外表面，所述第二钢工件具有提供所述工件层叠的第二侧的外部外表面，并且其中所述工件层叠内的多个所述钢工件的至少一个包括具有1000MPa或更大抗拉强度的高强度钢基底；使所述第一钢工件的所述外部外表面与第一焊接电极接触并使所述第二钢工件的所述外部外表面与第二焊接电极接触，所述第一焊接电极和第二焊接电极在所述焊接部位以面向对准方式压靠其各自的外部外表面；以及将脉冲直流电流穿过所述第一焊接电极和所述第二焊接电极之间并跨过在所述焊接部位的各接合界面，所述脉冲直流电流包含多个电流脉冲，所述电流脉冲在各接合界面处启动并生长熔融钢焊接池；以及停止脉冲直流电流穿过所述第一焊接电极和所述第二焊接电极之间以将所述熔融钢焊接池在各接合界面处淬火和凝固成具有外边界和中心的焊接熔核，其中，在各接合界面处的焊接熔核具有均匀硬度，其中在所述焊接熔核的所述外边界中的任一位置的维氏硬度与所述焊接熔核的所述中心处的维氏硬度相比变化不超过10％。...

【技术特征摘要】
2015.09.15 US 14/8544671.一种电阻点焊钢工件的方法，所述方法包括：提供包括多个钢工件的工件层叠，所述钢工件彼此重叠以在焊接部位建立所述工件层叠内的每对相邻钢工件之间的接合界面，所述多个钢工件至少包括第一钢工件和第二钢工件，所述第一钢工件具有提供所述工件层叠的第一侧的外部外表面，所述第二钢工件具有提供所述工件层叠的第二侧的外部外表面，并且其中所述工件层叠内的多个所述钢工件的至少一个包括具有1000MPa或更大抗拉强度的高强度钢基底；使所述第一钢工件的所述外部外表面与第一焊接电极接触并使所述第二钢工件的所述外部外表面与第二焊接电极接触，所述第一焊接电极和第二焊接电极在所述焊接部位以面向对准方式压靠其各自的外部外表面；以及将脉冲直流电流穿过所述第一焊接电极和所述第二焊接电极之间并跨过在所述焊接部位的各接合界面，所述脉冲直流电流包含多个电流脉冲，所述电流脉冲在各接合界面处启动并生长熔融钢焊接池；以及停止脉冲直流电流穿过所述第一焊接电极和所述第二焊接电极之间以将所述熔融钢焊接池在各接合界面处淬火和凝固成具有外边界和中心的焊接熔核，其中，在各接合界面处的焊接熔核具有均匀硬度，其中在所述焊接熔核的所述外边界中的任一位置的维氏硬度与所述焊接熔核的所述中心处的维氏硬度相比变化不超过10％。2.如权利要求1中所述的方法，其中所述第一钢工件具有接合表面，所述接合表面与所述第二钢工件的接合表面重叠并接触以建立所述工件层叠中的单接合界面。3.如权利要求1中所述的方法，其中所述工件层叠还包括置于所述第一和所述第二钢工件之间的第三钢工件，所述第三钢工件具有两个相对的接合表面，其中所述第三钢工件的一个接合表面与所述第一钢工件的接合表面重叠并接触，而所述第三钢工件的另一个接合表面与所述第二钢工件的接合表面重叠并接触以在所述工件层叠内建立两个接合界面。4.如权利要求1中所述的方法，其中在各接合界面处启动并生长所述熔融钢焊接池的所述多个电流脉冲的每个具有平均施加功率，且其中使所述电流脉冲的所述平均施加功率经受简单线性回归产生具有-1.0kW/100ms或更大斜率的回归线。5.如权利要求4所述的方法，其中启动并生长所述熔融钢焊接池的所述多个电流脉冲中的每一个包括斜升分支、衰减分支和桥接分支，所述桥接分支连接所述斜升分支与所述衰减分支并包括所述脉冲的峰值电平，并且其中由于使所述电流脉冲的所述平均施加功率经受简单线性回归而产生的所述回归线产生具有正斜率的回归线。6.如权利要求1所述的方法，其中所述脉冲直流电流包括调节阶段和定尺寸阶段，所述调节阶段先发生而所述定尺寸阶段发生在所述调节阶段之后并包括在每一接合界面启动并生长所述熔融钢焊接池的所述多个电流脉冲，并且其中，在所述调节阶段，所述脉冲直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·卡拉高利思，D·R·西格勒，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US