用于铝工件电阻点焊的电极帽及点焊方法技术

本发明专利技术公开了一种用于铝工件电阻点焊的电极帽及点焊方法，该电极帽包括：位于所述电极帽中心并围绕中心轴线面向所述电极帽同侧凹陷的第一表面；围绕所述第一表面外侧的第二表面；以及在所述第二表面上具有围绕所述中心轴线回转凸出或凹陷的2

【技术实现步骤摘要】
用于铝工件电阻点焊的电极帽及点焊方法


[0001]本专利技术涉及电阻点焊领域，更具体地涉及一种用于铝工件电阻点焊的电极帽及点焊方法。

技术介绍

[0002]铝合金电阻点焊是当前工业中重要的制造工艺方法。由于铝合金比强度高，是汽车、航空航天等产业中应用较多的一类材料，但由于其凝固收缩率较大，且其合金元素中包含Mg、Si、Cu、Zn等合金元素，在点焊过程中熔核内部极易产生低熔点共晶，在点焊冷却过程中凝固收缩严重，拉应力较大，在熔核内部极易形成裂纹、缩孔等缺陷，缺陷的存在会极大的降低焊点的力学性能，导致焊接结构在较低的受力载荷下发生永久失效，所以阻碍铝合金的电阻点焊应用。同时，铝合金电阻点焊极易产生飞溅而无法形成足够大的焊核，导致接头性能降低；而且铝合金电阻点焊时铜电极帽极易与铝工件表面发生电极粘连，造成连续焊接时产热不稳定而焊点性能不稳定，电极使用寿命降低需要高频次的修磨，造成制造成本升高和效率下降。
[0003]因此，本领域尚缺乏一种有效焊接铝合金工件的电极帽及用于其的点焊方法，以避免裂纹、缩孔等缺陷，提高焊点的力学性能，使其焊接结构能够承受较高的受力载荷，同时提高电极寿命，提升制造效率并降低成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于铝工件电阻点焊的电极帽及点焊方法，本专利技术的电极帽能有效焊接铝合金工件，避免裂纹、缩孔等缺陷的产生，提高焊点的力学性能，使其焊接结构能够承受较高的受力载荷，并同时提高电极使用寿命，提升制造效率降低成本。
[0005]在本专利技术的第一方面，提供了一种用于铝工件电阻点焊的电极帽，所述电极帽包括：位于所述电极帽中心并围绕中心轴线面向所述电极帽内凹陷的第一表面；围绕所述第一表面外侧的第二表面；以及在所述第二表面上具有围绕所述中心轴线回转凸出的2
‑
5个环形脊；其中，每个所述环形脊的截面中心轴线垂直于所述第二表面，以使执行电阻点焊时电极压力能沿所述环形脊中心轴方向使环形脊所受压力更均匀；所述环形脊的最高点分布在一个球面上，所述球面的中心与所述第二表面的中心为一个中心。
[0006]在另一优选例中，所述环形脊的数量为3
‑
4个。
[0007]在另一优选例中，所述第一表面凹陷的深度h为0.01
‑
0.5mm，且h不超过0.2T，其中T为所述铝工件的厚度。
[0008]在另一优选例中，在所述铝工件的厚度不一致的情况下，所述T为所述铝工件中较薄者的厚度。
[0009]在另一优选例中，所述第一表面的深度h为0.02
‑
0.3mm。
[0010]在另一优选例中，所述第一表面为光滑曲面，所述第一表面在竖直平面上的截面形状为弧面。
[0011]在另一优选例中，所述第一表面与所述第二表面之间通过圆弧过渡连接，所述圆弧的半径r不小于0.1mm。
[0012]在另一优选例中，所述圆弧的半径r为0.6
‑
3mm。
[0013]在另一优选例中，所述第一表面的最外周直径d0为2
‑
6mm。
[0014]在另一优选例中，所述第一表面的最外周直径为其中T为所述铝工件的厚度。
[0015]在另一优选例中，所述电极帽还包括第三表面，所述第三表面位于所述第一表面和所述第二表面之间，为环形表面，且所述第三表面上不设置所述环形脊。
[0016]在另一优选例中，所述第三表面为平面，所述第三表面的宽度L不小于0.2mm，以保证在点焊预压通电时初始接触面足够大，进而不至于使电极/材料接触面积太小而电流密度太大，导致产热量较高而发生电极粘连。
[0017]在另一优选例中，所述第三表面的宽度L为0.2≤L≤0.5mm。
[0018]在另一优选例中，所述第二表面为曲率半径R在20
‑
100mm之间的曲面，且满足15T≤R≤50T，其中T为所述铝工件的厚度。
[0019]在另一优选例中，以所述电极帽的中心为中心，直径为的圆柱侧曲面与所述第二表面的交汇处(为以所述电极帽的中心为中心的圆)上的一点p距离所述第三表面的高度为h2，满足h2≤0.15T，其中T为所述铝工件的厚度。
[0020]在另一优选例中，所述第二表面所在表面圆周的外径d1为8
‑
15mm；且所述第二表面所在表面圆周的外径距离所述第三表面的高度差h1为不超过0.2T，其中T为所述铝工件的厚度。
[0021]在另一优选例中，所述第二表面所在表面圆周的外径距离所述第三表面的高度差h1为10％T≤h1≤30％T，其中T为所述铝工件的厚度。
[0022]在另一优选例中，位于所述第二表面外侧且与所述第二表面相邻的第四表面为锥面，其与垂直于所述电极帽的中心轴的平面(又称为“基面”)间的夹角为α，其中，20
°
≤α≤70
°
。
[0023]在另一优选例中，30
°
≤α≤60
°
。
[0024]在另一优选例中，位于所述第二表面外侧且与所述第二表面相邻的第四表面为弧面，且该弧面的曲率半径为r2≥10mm。
[0025]在另一优选例中，所述环形脊的高度H为20
‑
300μm，所述环形脊的底部宽度B为0.1
‑
0.5mm；宽高比B/H满足：0.5≤B/H≤10。
[0026]在另一优选例中，所述环形脊的截面形状可以是三角形、梯形、半圆形、抛物线形等由任意直线和曲线构成的形状。
[0027]在另一优选例中，相邻所述环形脊中心轴线之间的间距为200
‑
1500μm。
[0028]在另一优选例中，最内侧所述环形脊的高度为50
‑
200μm，优选地为100
‑
200μm。
[0029]在另一优选例中，在所述电极帽执行焊接操作时，所述第二表面上的环形脊首先与待焊接的所述铝工件接触，电极压力和电流从所述环形脊通过并最开始形成熔化核心，随着电极压力及焊接电流的流过，所述第三表面、凹陷的所述第一表面以及位于外侧的所述环形脊逐步与所述铝工件接触，熔化核心同时向内及向外扩展，但由于外侧受电极压力而内侧具有电极凹陷，所述工件被向内压缩变形，使得凹陷处的中心电极较外侧的电极先
与所述铝工件接触，电流通过，熔化工件中心基材，熔核向内扩展，形成由外向内的熔核，同时避免了接触位置能量的太过于集中而使热量集中产生严重电极粘连。
[0030]在本专利技术的第二方面，提供了一种电阻点焊方法，所述方法包括：
[0031](a)提供一对上述的电极帽；
[0032](b)预压阶段：将一对所述电极帽分别置于堆叠的所述铝工件两侧，执行预压，施加的电极压力为2000
‑
8000N，持续时间为200
‑
1500ms，使所述电极帽的最内侧的所述环形脊与所述铝工件接触；
[0033](c)通电焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于铝工件电阻点焊的电极帽，其特征在于，所述电极帽包括：位于所述电极帽中心并围绕中心轴线面向所述电极帽内凹陷的第一表面；围绕所述第一表面外侧的第二表面；以及在所述第二表面上具有围绕所述中心轴线回转凸出的2
‑
5个环形脊；其中，每个所述环形脊的截面中心轴线垂直于所述第二表面，以使执行电阻点焊时电极压力能沿所述环形脊中心轴方向使环形脊所受压力更均匀；所述环形脊的最高点分布在一个球面上，所述球面的中心与所述第二表面的中心为一个中心。2.如权利要求1所述的电极帽，其特征在于，所述第一表面凹陷的深度h为0.01
‑
0.5mm，且h不超过0.2T，其中T为所述铝工件的厚度。3.如权利要求1所述的电极帽，其特征在于，所述第一表面与所述第二表面之间通过圆弧过渡连接，所述圆弧的半径r不小于0.1mm。4.如权利要求1所述的电极帽，其特征在于，所述第一表面的最外周直径d0为2
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6mm。5.如权利要求1所述的电极帽，其特征在于，所述电极帽还包括第三表面，所述第三表面位于所述第一表面和所述第二表面之间，为环形表面，且所述第三表面上不设置所述环形脊。6.如权利要求5所述的电极帽，其特征在于，所述第三表面为平面，所述第三表面的宽度L不小于0.2mm，以保证在点焊预压通电时初始接触面足够大，进而不至于使电极/材料接触面积太小而电流密度太大，导致产热量较高而发生电极粘连。7.如权利要求1所述的电极帽，其特征在于，所述第二表面为曲率半径R在20
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【专利技术属性】
技术研发人员：王艳俊，杨上陆，白瑾瑜，陈双建，
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：