三段式焊接電極組件的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型通常涉及電阻點焊領域，更具體地，涉及一種在高夾緊壓力和高焊接 電流下用于鋁電阻點焊的改良的電極。
【背景技術】
[0002] 在汽車、卡車和其他車輛結(jié)構(gòu)中對鋁的使用穩(wěn)步增長。這是因為其會給鐵合金帶 來很多優(yōu)勢，這包括鋁具有較低的密度和抗腐蝕性的事實。鋁的使用允許車輛制造商可以 保持安全和強度要求，同時重量的減輕有利地降低了發(fā)動機負載，從而減少燃料消耗和廢 氣排放。
[0003] 電阻點焊是車輛制造商用于連接鋁工件的技術。有力地，電阻點焊成本相對較低、 快速、簡單且易于自動化。中頻電源、電極修整以及伺服焊槍設備的近期發(fā)展和進步還支持 在車輛制造中增加鋁電阻點焊的使用。
[0004] 很明顯，因為鋁焊電流必須是鋼所需電流的兩至三倍所以需要高功率焊槍，但是 鋁焊接時間可能是鋼所需時間的1/4至1/2。因此，鋁焊接設備必須能夠在比鋼通常所用的 時間短50-75%的時間窗口內(nèi)傳遞高電流強度。這些要求清楚地強調(diào)了在開始焊接操作時 需要具有適當?shù)暮附訅毫碗姌O對準。
[0005] 為此目的，Moision等人的第2013/0020288號美國專利申請公布文本公開了一種 用于焊接鋁工件的系統(tǒng)和方法，其中，通過與工件接合的電極施加預定的電流。然后基于預 定的電流產(chǎn)生電阻分布（resistance profile)。然后基于電阻分布選擇適當?shù)暮附臃植肌?焊接分布然后用于進行工件焊接。
[0006] 焊接電流和電流分布不是可用于有效地提供一致地高質(zhì)量鋁焊接的唯一參數(shù)。實 際上，施加給工件的夾緊力的改變對（a)焊接電極和工件之間的壓力以及（b)電極-工件 接觸面處的電阻分布產(chǎn)生影響。最近已經(jīng)確定，高達12kN的點焊力和高達SOkA的焊接電 流可有益于在鋁工件（諸如由鋁合金板材料制成的主體）之間提供最有效的和高質(zhì)量的焊 接。
[0007] 圖3示出了現(xiàn)有技術的三段式結(jié)構(gòu)的鋁點焊電極組件E。電極組件E包括安裝接 頭A、柄部S和電極帽C。安裝接頭A包括允許電極組件E固定至焊槍的安裝端T。結(jié)合的 六角螺母N允許擰緊和松開連接。
[0008] 安裝接頭A還包括容納和保持柄部S的錐形部分P的孔。接頭A的側(cè)壁R接合且 增強柄部S的該部分P。柄部S的末端處的插孔K容納電極帽C的安裝端M。帽C的工作 端或焊接部分D從柄部S延伸。
[0009] 焊接電極組件E由銅或銅合金制成。柄部S包括內(nèi)腔U，其用以將水或其他冷卻介 質(zhì)循環(huán)至電極帽C中的冷卻通道G，從而降低焊接工藝過程中的電極加熱。這種內(nèi)腔U在柄 部S的結(jié)構(gòu)完整性上妥協(xié)至一定程度，即，它在適當?shù)氖褂脡勖陂g不能抵抗高達12kN的 點焊力以及尚達80kA的焊接電流。 【實用新型內(nèi)容】
[0010] 本實用新型涉及一種新穎的焊接電極組件，其特點是在經(jīng)受高達12kN的點焊力 和高達SOkA的焊接電流時提高了強度且延長了使用壽命。有利地，新電極提供了這些好 處，但是仍由相同的材料制成且具有與現(xiàn)有技術的電極組件E相同的標準總長度。因此，新 電極可與已經(jīng)安裝且在生產(chǎn)線上操作的標準焊槍、標準電極修整設備和標準電極改變設備 一起使用。
[0011] 根據(jù)本文描述的目的和益處，提供了一種新焊接電極組件。該焊接電極組件包括 主體和支承在主體上的電極帽。電極帽具有連接至主體的安裝端和用于焊接的工作端。此 外，電極帽包括在安裝端和工作端之間的凸起邊緣，以在電極帽修整期間保護主體以及在 更換電極帽時便于去除電極帽。
[0012] 電極帽還包括液體冷卻通道。液體冷卻通道延伸穿過安裝端且經(jīng)過邊緣。在一個 實施例中，安裝端的長度和工作端的長度之比在1:0. 6和1:1. 9之間。在另一個實施例中， 安裝端的長度和工作端的長度之比在1:1.5和1:1.7之間。在再一個實施例中，安裝端的 長度和工作端的長度之比約為1:1. 3。
[0013] 更進一步地，在一個實施例中，液體冷卻通道的長度與電極帽的長度之比在1:1. 3 和1:2.0之間。在再一個實施例中，液體冷卻通道的長度與電極帽的長度之比在1:1. 65和 1:1. 75 之間。
[0014] 在一個實施例中，安裝端具有約1° 26' +/-0° 3'的錐角和約在1.98mm和 2. 71_之間的壁厚。液體冷卻通道具有約12. 7+/-0. 3_的直徑?？偟膩砜?，冷卻通道的增 加的壁厚和較大的橫截面積大大地增強了電極帽的性能。
[0015] 更進一步地，工作端具有20. 5+/-0. 3mm的長度和19. 1+/-0. 3mm的直徑。工作端 的增加的長度基本提高了電極帽的使用壽命。
[0016] 根據(jù)本實用新型，工作端具有長度和直徑，其中，長度大于直徑。
[0017] 根據(jù)額外的方面，在具有總長度為L的三段式焊接電極組件中，柄部的總長度在 0. 41至0. 59L之間，并且該長度的0. 29至0. 60L容納在錐形孔或插孔中并且由安裝接頭的 側(cè)壁增強。此外，在0. 16至0. 33L之間的柄部的長度容納電極帽的安裝端且因此被電極帽 增強。因此，柄部的總長度的45. 3%至92. 9%被電極帽的安裝端或安裝接頭的側(cè)壁結(jié)構(gòu)性 地增強。
[0018] 在替代實施例中，柄部的總長度在0. 52至0. 59L之間，柄部長度的在0. 29至 0. 40L之間的近端容納在插孔或錐形孔中并且由安裝接頭增強。此外，在0. 16至0. 22L之 間的柄部長度容納電極帽的安裝端且因此由電極帽增強。因此，柄部的總長度的45. 3%至 61. 1 %被電極帽的安裝端和安裝接頭的側(cè)壁結(jié)構(gòu)性地增強。
[0019] 根據(jù)本實用新型的一方面，提供了一種三段式焊接電極組件，該三段式焊接電極 組件總長度為L且包括（a)安裝接頭、（b)具有容納在安裝接頭的孔中的近端的柄部以及 (c)包括工作端和容納在柄部中的埋頭孔中的安裝端的電極帽，其中：柄部具有在〇. 41至 0. 59L之間的總長度，柄部的在0. 29至0. 60L之間的近端容納在孔中且由安裝接頭增強，在 0. 16至0. 33L之間的柄部容納電極帽的安裝端并且因此被電極帽增強。
[0020] 根據(jù)本實用新型，柄部的總長度的45. 3%至92. 9%被電極帽的安裝端或安裝接 頭的側(cè)壁結(jié)構(gòu)性地增強。
[0021] 根據(jù)本實用新型，柄部的總長度的45. 3%至61. I %被電極帽的安裝端或安裝接 頭的側(cè)壁結(jié)構(gòu)性地增強。
[0022] 根據(jù)本實用新型，電極帽還包括液體冷卻通道。
[0023] 根據(jù)本實用新型，安裝端具有Γ 26' +/-0° 3'的錐角和在1.98和2. 71mm之 間的壁厚。
[0024] 根據(jù)本實用新型，液體冷卻通道具有12. 7+/-0. 3mm的直徑。
[0025] 根據(jù)本實用新型，工作端具有20. 5+/-0. 3mm的長度和19. 1+/-0. 3mm的直徑。
[0026] 根據(jù)本實用新型，工作端具有長度和直徑，其中長度大于直徑。
[0027] 本實用新型涉及一種新穎的焊接電極組件，其特點是在經(jīng)受高達12kN的點焊力 和高達SOkA的焊接電流時提高了強度且延長了使用壽命。有利地，新電極提供了這些好 處，但是仍由相同的材料制成且具有與現(xiàn)有技術的電極組件E相同的標準總長度。因此，新 電極可與已經(jīng)安裝且在生產(chǎn)線上操作的標準焊槍、標準電極修整設備和標準電極改變設備 一起使用。
[0028] 在下面的描述中部分地提出了焊接電極組件的這些和其他實施例，并且參照下面 的說明和附圖，對于本領域的普通技術人員來說，部分的焊接電極組件的這些和其他實施 例是顯而易見的。
【附圖說明】
[0029] 結(jié)合于此且形成說明書的一部分的附圖示出了焊接電極組件的若干方面并且附 圖與說明書共同用于解釋其某些原理。在附圖中：
[0030] 圖1是本實用新型的主題的焊接電極組件的分解立體圖。
[0031] 圖2是圖1所示組裝的焊接電極組件的截面圖。
[0032] 圖2A是焊接組件的側(cè)視圖，用以更清楚地示出組件的各種部件內(nèi)的內(nèi)部通道。
[0033] 圖3是可由圖2所示的焊接電極組件代替的現(xiàn)有技術的焊接電極組件的截面圖。 圖2和圖3被示出為用以比較的目的。
[0034] 現(xiàn)將詳細地引用焊接電極組件的本優(yōu)選實施例作為參考。
【具體實施方式】
[0035] 現(xiàn)參照圖1、圖2和圖2A，其示出了焊接電極組件10。焊接電極組件10包括主體 12,主體12包括安裝接頭14和柄部16。電極帽18固定至柄部16且提供完整的三段式焊 接電極組件10。整個焊接電極組件10可由具有高導熱和導電性以及高硬度的材料制成。 適當?shù)牟牧习ㄒ阎跇?gòu)造鋁焊接電極中可用的銅和其合金。例如，通過使銅與鋯、鈷、鉻 以及氧化鋁合金化可使銅更堅硬。
[0036] 如所示，安裝接頭14包括安裝端20,其用于接合焊槍中配合的電極容納孔。結(jié)合 的六角螺母22允許技術人員將焊接電極組件10穩(wěn)固地擰緊至焊槍或當需要維護或改變焊 接電極組件時從焊槍上松開焊接電極組件。安裝接頭14還包括具有側(cè)壁26的錐形孔或插 孔24,其由相對大口徑的材料（heavy gauge material)制成。
[0037] 柄部16包括接近的或錐形安裝端28和末端34。如圖2所示，當適當?shù)亟M裝時，柄 部16的安裝端28完全容納并保持在安裝接頭14的錐形孔24內(nèi)。安裝端28的錐形與孔 24的錐形相匹配以使得側(cè)壁26接合且增強柄部16。這樣為柄部16的安裝端28提供了額 外的強度。當固定在一起時，穿過柄部16的中心液體冷卻內(nèi)腔或孔30與安裝接頭14中的 錐形孔24連通。柄部16的末端34的端部中的錐形埋頭孔32被配備成用以以下文將更詳 細地給出描述的方式容納電極帽18。
[0038] 如所示，電極帽18包括容納于并接合于柄部16中的埋頭孔32的錐形安裝端36， 以及用于與要被焊接的鋁工件接合的具有表面40的工作端38。更具體地，安裝端36具有 約Γ 26' +/-0° 3'的錐角和約在2. 16至2. 56mm之間的壁厚。凸起邊緣42在工作端 38上圍繞電極帽18同心延伸。在一個可能的實施例中，邊緣42在端38的外表面上突出 I. 2mm至2. 4mm之間并且寬度（直徑）可在21. 9至22. 5mm之間。此外，在電極帽更換操作 期間當電極帽18插入柄部16或從