本發(fā)明涉及如被用來(lái)加強(qiáng)諸如輪胎、軟管、傳送帶、同步帶等彈性體應(yīng)用的焊接鋼簾線的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

當(dāng)在一點(diǎn)處制造或處理鋼簾線時(shí)，該線到達(dá)端部。因此存在將鋼簾線的端部連接到彼此以繼續(xù)處理的需要。連接應(yīng)當(dāng)易于做出并且具有與鋼簾線的性質(zhì)接近或相同的性質(zhì)，所以該連接在過(guò)程中經(jīng)過(guò)而不被留意。

當(dāng)前的實(shí)踐是通過(guò)焊接來(lái)連接鋼簾線端部。鋼簾線的端部被切平并且在焊接裝置的可移動(dòng)夾具中被安裝。當(dāng)鋼簾線的端部被抵靠彼此按壓時(shí)，交流電的電流通過(guò)夾具被施加并且線端部加熱到鋼變軟且熔融的點(diǎn)。端部在設(shè)定距離上被推到彼此中，并且一旦達(dá)到該距離則切斷電流。焊接點(diǎn)在環(huán)境空氣中快速地冷卻。該工序已知為“端壓焊接”或“電阻對(duì)焊”。

鋼簾線由被冷拔到高抗拉強(qiáng)度(高于3000N/mm²)的精細(xì)(比0.50mm更薄)碳素鋼絲制成。兩個(gè)或更多纖絲被互捻在一起成為鋼簾線。這些纖絲的金相結(jié)構(gòu)是高強(qiáng)度、拉拔的珠光體鋼結(jié)構(gòu)。在焊接點(diǎn)中，由于冷成型導(dǎo)致的強(qiáng)度增大被完全損失。由于在做出焊接點(diǎn)之后的高冷卻率，金相結(jié)構(gòu)變得馬氏體的，其比拉拔的珠光體結(jié)構(gòu)更脆。在當(dāng)前的焊接工序中，因?yàn)楹附狱c(diǎn)的冷卻太快，并且在任何情況下都比在與焊接更厚的絲相比時(shí)快得多，不可能防止形成馬氏體結(jié)構(gòu)。

為了減輕在焊接點(diǎn)中的馬氏體鋼的脆度，退火操作(也叫作應(yīng)力消除熱過(guò)程)通過(guò)在兩個(gè)退火夾具之間放置焊接點(diǎn)而隨后被執(zhí)行。通過(guò)驅(qū)動(dòng)小交流電通過(guò)焊接點(diǎn)，該焊接點(diǎn)被退火。退火的馬氏體結(jié)構(gòu)具有更高延展性。GB1251928描述了這樣的工序。

額外的材料被加入到焊接區(qū)中，該焊接點(diǎn)的橫向尺寸比鋼簾線的橫向尺寸更大，并且毛刺必須被拋光或錘擊移除，使得鋼簾線的直徑在焊接點(diǎn)處并不明顯增大。通常，允許不大于3％的直徑增大。

該工序難以用一致的方式重復(fù)，因?yàn)椋?/p>

·AC電流源被使用，其中380至400VAC的高線電壓通過(guò)變壓器被向下轉(zhuǎn)換為低電壓、高電流。在線電壓中的波動(dòng)直接影響在焊接點(diǎn)處發(fā)出的功率。取決于線材廠中的電網(wǎng)的質(zhì)量，這些波動(dòng)可以隨著時(shí)間是顯著的。

·鋼簾線具有不規(guī)則表面，用其難以做出一致的且可重復(fù)的電接觸。當(dāng)焊接開(kāi)放型簾線類型的構(gòu)造或具有諸如2×1的少數(shù)纖絲的構(gòu)造時(shí)該問(wèn)題特別嚴(yán)重，其中鋼纖絲可以在彼此之上偏移并且難以在夾具中面對(duì)面地對(duì)準(zhǔn)。因此，即使在相同的鋼簾線上，電阻可以在每一次用夾具夾緊簾線的狀況之間區(qū)別很大。當(dāng)焊接單絲時(shí)，該問(wèn)題不是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榻z的光滑表面提供了一致且可重復(fù)的接觸并且絲的端部表面可以易于被對(duì)準(zhǔn)。

該工序?qū)е潞附狱c(diǎn)具有較不理想的特性：退火的焊接點(diǎn)的劣質(zhì)延展性、焊接點(diǎn)的減小強(qiáng)度以及焊接點(diǎn)毛邊的存在使得這樣的焊接點(diǎn)為弱點(diǎn)。焊接點(diǎn)因此經(jīng)受拉伸試驗(yàn)、直徑檢查并且有時(shí)經(jīng)受延展性驗(yàn)證。如果焊接點(diǎn)失效，其必須被重做，這是時(shí)間的損失。

在現(xiàn)有技術(shù)中，大多參考了相對(duì)厚的量規(guī)(多于0.5mm)的單絲或纖絲(諸如用于焊接網(wǎng)的絲)的焊接。

US3818173描述了一種端到端地焊接鉛淬火的(即，絲并未被冷拔)、高碳(多于0.45wt％的C)鋼絲的方法，其中首先做出退火的馬氏體焊接點(diǎn)。在以下單獨(dú)的步驟中焊接點(diǎn)在高于臨界溫度(1065℃，即高于奧氏體化溫度)經(jīng)受“均化步驟”若干分鐘并隨后“在受控的冷卻率之下冷卻”。建議“引導(dǎo)冷卻流體的沖擊在聯(lián)接上以便于快速冷卻鋼至亞臨界溫度，在該亞臨界溫度處鋼中的碳在最小時(shí)間內(nèi)直接變換為珠光體”。在該步驟期間，溫度通過(guò)高溫計(jì)被測(cè)量，其中溫度讀數(shù)被用來(lái)控制通過(guò)焊接點(diǎn)的電流。該工序包括多個(gè)步驟，因此是漫長(zhǎng)的(花費(fèi)數(shù)分鐘)并且是不實(shí)際的，因?yàn)楦邷赜?jì)必須針對(duì)鋼絲本身被校準(zhǔn)。此外，其涉及單絲而不是鋼簾線。

CN102328148描述了用于低碳或中碳鋼絲的格柵焊接(即，交叉焊接)，其中在形成焊接點(diǎn)之后，第一自然冷卻步驟接著單獨(dú)的加熱步驟。在第二自然冷卻步驟之后，應(yīng)用最終回火處理。該方法僅適用于在網(wǎng)中的單絲的交叉焊接。在該配置中，夾具與絲之間的接觸電阻能夠被非常好地重復(fù)。

CN101596643A描述了對(duì)焊不銹鋼絲的方法。該方法描述了溫度可以如何通過(guò)DC電流脈沖串而被控制。僅控制電流的量級(jí)以及脈沖的長(zhǎng)度。

DE2658332描述了用來(lái)閃光焊接纖絲或股的方法，由此焊接夾具被提供有凹槽以接納焊接球。在閃光焊接中，在纖絲或股的端部之間拉電弧以加熱那些端部。閃光焊接并未在鋼簾線上被使用，因?yàn)槎瞬窟^(guò)于不規(guī)則，從而不能確?？芍貜?fù)的電弧形成。

WO2008/116469描述了焊接方法和伴隨的焊接裝置以用于焊接雙相鋼不銹鋼帶，其中焊接的界面段的冷卻通過(guò)被編程用來(lái)在冷卻循環(huán)的至少一部分期間施加電流的計(jì)算機(jī)而被控制。

以下現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)被識(shí)別為特別著重于鋼簾線的焊接：

WO03/100164在圖5、第9和10頁(yè)中描述了焊接和退火多股鋼簾線中的一股的已知工序，在焊接之前進(jìn)一步包括縮短股的捻距的步驟。僅有一個(gè)焊接的股在多股線的特定點(diǎn)處被呈現(xiàn)。

WO2007/020148描述了特別適用于連接開(kāi)放型簾線類型的鋼簾線的鋼簾線端部的連接。該連接包括接合段，諸如舉例而言是焊接點(diǎn)和遠(yuǎn)離該接合段以用于相對(duì)于彼此固定化纖絲的固定段。

雖然后兩個(gè)工序?qū)е鲁鲇谒鼈兲囟康亩缘目山邮艿暮附狱c(diǎn)，它們并不普遍適用或需要額外的材料及工作。

發(fā)明人因此致力于以將在以下解釋的方式改進(jìn)現(xiàn)有類型的焊接點(diǎn)、焊接工序以及焊接裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是提供優(yōu)異的焊接點(diǎn)，其能夠一致地被重復(fù)而不論所焊接的鋼簾線的類型。更具體地，所提供的焊接點(diǎn)和焊接工序適用于具有低于0.50mm的纖絲直徑并且包括兩個(gè)或更多纖絲的鋼簾線。所描述的該方法和裝置導(dǎo)致在鋼簾線制造期間的相繼過(guò)程中或者在橡膠補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)用的下游處理中不會(huì)斷裂。而且，該方法和裝置克服了在夾具之間不規(guī)則電阻、特別是在焊接開(kāi)放型簾線或具有很少纖絲的簾線時(shí)發(fā)生的問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，要求保護(hù)在鋼簾線的兩端之間的焊接點(diǎn)。鋼簾線包括多個(gè)鋼纖絲，即兩個(gè)或更多纖絲。通常，鋼纖絲的數(shù)目介于2與50以下之間，但更多地是在27以下。其端部被焊接的鋼簾線優(yōu)選是相同類型的，盡管本發(fā)明也適用于將不同類型的鋼簾線焊接到彼此。鋼纖絲以鋼簾線制造的領(lǐng)域中已知的方式被加捻在一起。

鋼簾線可以是簡(jiǎn)單的“n×d”類型，其中直徑“d”的“n”纖絲被加捻在一起。例如，該簾線可以僅包括兩個(gè)纖絲(n＝2)。這種簡(jiǎn)單的簾線也可以在“開(kāi)放式”版本中制作，其中纖絲被加工使得橡膠可以在進(jìn)一步的處理期間進(jìn)入纖絲之間?；蛘咚鼈兛梢允恰癠+T”類型的，其中“T”纖絲的加捻股和“U”纖絲的無(wú)捻束圍繞彼此被加捻。這些類型特別難以焊接，因?yàn)樗鼈兊乃蓜?dòng)(在開(kāi)放型簾線的情況下)或者它們的不規(guī)則表面(針對(duì)“U+T”類型)使其難以做出可重復(fù)的電接觸。

或者，鋼簾線可以是分層類型的，諸如“n+m”，其中以第一捻距加捻在一起的“n”纖絲的芯股由圍繞該芯股的一層“m”纖絲以不同的第二捻距被加捻覆蓋。該工序可以接著添加甚至進(jìn)一步的“l(fā)”纖絲的層：“n+m+l”類型?；蛘?，鋼簾線可以是“緊湊簾線”類型，其中相等直徑的纖絲的束以相同的捻距被加捻在一起。這些簾線通常被適配為允許橡膠進(jìn)入，這使得它們的表面不規(guī)則或開(kāi)放，因而使得在簾線與焊接夾具之間的電接觸難以可靠地做出。

此外，類型N×M的多股鋼簾線可以被考慮例如為7×7，其中每個(gè)均包括被加捻在一起的7個(gè)纖絲的7股在它們自己的回轉(zhuǎn)上被加捻在一起。這些類型難以焊接，因?yàn)閷?duì)于電接觸鋼簾線可用的外表面與在焊接夾具之間的必須被焊接的質(zhì)量相比是小的。局部電流密度因此可以變得非常高，這導(dǎo)致遍及焊接點(diǎn)的不規(guī)則的加熱。

鋼簾線類型的以上列表絕不是限制性的，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員可以易于添加或特定落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的其他鋼簾線，但在此可不進(jìn)行枚舉。

鋼纖絲由碳鋼制成，更優(yōu)選地是高碳素鋼。典型的鋼簾線成分具有0.65％的最小碳含量，范圍從0.40％到0.70％的錳含量，范圍從0.15％到0.30％的硅含量，0.03％的最大硫含量，0.30％的最大磷含量，所有的百分比均是重量百分比。存在只有微量的銅、鎳和/或鉻。針對(duì)高抗拉強(qiáng)度的鋼簾線的典型的鋼輪胎簾線成分具有大約0.80重量％、例如0.78-0.82重量％的最小碳含量。

鋼纖絲被拉拔，即已經(jīng)經(jīng)受冷形變的過(guò)程，其中絲的直徑由將它們拉過(guò)相繼更小的孔或模而被逐漸減小。針對(duì)鋼簾線產(chǎn)生的面積上的減小百分比是至少86％，并且通常為大約95％至97％，而當(dāng)前面積上的總減小為98.2％是可能的。拉拔的鋼纖絲具有與從其拉拔的鉛浴淬火鋼絲相比更高的拉伸強(qiáng)度。拉拔的絲的拉伸強(qiáng)度隨面積減小的量和/或鋼的碳含量而增大。通常，用于鋼簾線的纖絲的拉伸強(qiáng)度針對(duì)比0.30mm更薄的纖絲具有高于3000N/mm²的拉伸強(qiáng)度，而針對(duì)0.12mm的絲當(dāng)前可實(shí)現(xiàn)4000N/mm²的拉伸強(qiáng)度。

鉛浴淬火鋼絲在拉拔之前具有精細(xì)珠光體結(jié)構(gòu)。在拉拔之后，該結(jié)構(gòu)仍然是珠光體的但顆粒伸長(zhǎng)。有技術(shù)的冶金師可以易于辨識(shí)這些類型的金相結(jié)構(gòu)。

通常，絲被涂覆有促進(jìn)其中鋼簾線被使用的在纖絲與橡膠之間的粘合的涂層。通常，黃銅或鋅涂層被用于這一目的。最多使用的是具有重量上63.5％銅成分的黃銅，剩余物是鋅。

鋼簾線纖絲必須相對(duì)薄，以在它們于輪胎中使用的期間能夠易于彎曲。個(gè)體纖絲的橫截面面積因此小于0.2mm²，其針對(duì)具有圓形橫截面的絲而言對(duì)應(yīng)于0.5mm的直徑。通常，橫截面面積較低，諸如低于0.1mm²(例如，0.30mm)或低于0.05mm²(例如，0.25mm直徑)。其中靜止的鋼簾線可用的纖絲的最低橫截面是0.005mm²。

鋼纖絲的橫截面面積的直徑和在鋼簾線中的纖絲的數(shù)目是特別重要的，因?yàn)樗鼈兒艽蟮赜绊懏?dāng)被冷卻或被加熱時(shí)焊接點(diǎn)的冷卻行為，如將在焊接方法的描述中被解釋的。

根據(jù)本發(fā)明的焊接點(diǎn)由有利的金相結(jié)構(gòu)表征。當(dāng)做出根據(jù)本發(fā)明的焊接點(diǎn)的金相橫截面時(shí)，焊接點(diǎn)的熱影響區(qū)域的大約50％的面積具有珠光體和/或貝氏體金相結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實(shí)施例中，珠光體和/或貝氏體金相結(jié)構(gòu)延伸超過(guò)60％的、可能超過(guò)70％的熱影響區(qū)域。在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，熱影響區(qū)域的至少50％的區(qū)域示出了珠光體金相結(jié)構(gòu)。

在橫截面中，“熱影響區(qū)域”可以被容易地識(shí)別為其是具有拉拔的、各向異性組織的鋼纖絲的焊接區(qū)域。

在焊接點(diǎn)中的碳鋼的“珠光體”金相結(jié)構(gòu)可以在金相拋光及蝕刻的橫截面中易于被確定。與鋼纖絲中拉拔的珠光體相反，在熱影響區(qū)域中的珠光體示出了晶界并且是各向同性的。其具有珍珠母(因此得名)形貌，由于交替層的鐵素體和滲碳體。在從奧氏體相的冷卻的正確條件下，其在大約550℃至700℃被形成。其具有強(qiáng)度又具有韌性，并且對(duì)應(yīng)于鋼纖絲從其拉拔的鉛浴淬火絲的結(jié)構(gòu)。

“貝氏體”金相結(jié)構(gòu)相同地由鋼鐵冶金工作者已知。其在比珠光體略低的溫度(400℃至550℃)處形成并且其特征在于，存在鐵素體片層束，由殘留奧氏體、馬氏體或滲碳體分離。

珠光體和/或貝氏體相的拉伸強(qiáng)度針對(duì)具有至少0.55wt％的碳的鋼是高于1000N/mm²的。這些相示出了比回火的馬氏體相更好的延展性。

焊接點(diǎn)的另一特征在于，在焊接點(diǎn)到鋼簾線端部中的未受影響的纖絲的過(guò)渡處，未回火的馬氏體可以被觀察到。然而，通過(guò)恰當(dāng)?shù)剡x擇冷卻條件，該未回火的馬氏體可以被做出為比600μm更薄，或者甚至比400μm更薄，或者甚至低于100μm。理想地，未回火的馬氏體幾乎不能被觀察到。

以上定義的焊接點(diǎn)通過(guò)隨后描述的方法而被獲得。

根據(jù)本發(fā)明的該第二方面，一種用于制作在鋼簾線端部之間的焊接點(diǎn)的方法被呈現(xiàn)。該鋼簾線包括拉拔的珠光體碳鋼的多個(gè)(兩個(gè)或更多)纖絲，其橫截面小于0.2mm²。該方法通過(guò)提供被切平的兩個(gè)鋼簾線端部開(kāi)始。其中“切平”意味著任一端的纖絲中沒(méi)有纖絲比其他纖絲突出得更多：纖絲端部在基本上相同的平面上。

鋼簾線端部被安裝在焊接裝置的軸向可移動(dòng)焊接夾具中，更優(yōu)選地是根據(jù)本發(fā)明的第三方面的焊接裝置中。

焊接夾具用受控的焊接力推動(dòng)鋼簾線端部抵靠彼此。隨著鋼簾線端部隨后做出電連接，電流可以饋通接觸點(diǎn)。電流是直流電，即并不改變極性。直流電具有鋼纖絲熔化(針對(duì)本申請(qǐng)感興趣的碳鋼在1400℃以上熔化)的水平(焊接電流水平)。隨著鋼變軟，熔融的鋼的球體形成將鋼纖絲端部合并為單球體，同時(shí)安裝夾具向彼此移動(dòng)。

在達(dá)到規(guī)定的夾具行程時(shí)，直流電針對(duì)規(guī)定的焊接后時(shí)間間隔從焊接電流水平不間斷地下降到受控的焊接后直流電。在該規(guī)定的時(shí)期之后，焊接后電流被關(guān)斷并且獲得的焊接點(diǎn)被允許冷卻。

關(guān)于該方法的特征現(xiàn)在為焊接后電流被控制以使得在夾具之間消耗的電功率在焊接后時(shí)間段期間被導(dǎo)向恒定水平。消耗的電功率是在夾具上的電壓與通過(guò)夾具的電流的乘積。重要的是，該功率獨(dú)立于在夾具之間的電阻。在某轉(zhuǎn)換時(shí)間之后，恒定水平被達(dá)到。在該時(shí)間之后，恒定水平被保持。

在夾具之間的電阻是在左夾具與鋼簾線之間的接觸電阻R_L、焊接點(diǎn)本身的電阻R_W、以及在鋼簾線與右?jiàn)A具之間的電阻R_R之和。焊接點(diǎn)的電阻R_W將取決于纖絲在焊接點(diǎn)中如何準(zhǔn)確地匹配。由于在焊接之前面向彼此的纖絲端部的不規(guī)則定向，這在不同焊接點(diǎn)之間可能變化。隨著纖絲在夾具中重新布置它們自己，取決于個(gè)體纖絲如何準(zhǔn)確地布置在夾具中，焊接夾具電阻R_L和R_R也在每一次用夾具夾緊簾線的狀況之間變化。

現(xiàn)在當(dāng)焊接后電流“I_pw”在恒定電流模式中被供應(yīng)時(shí)，消耗的功率變?yōu)椋?/p>

P＝I_pw²·(R_L+R_w+R_R)

該功率取決于夾具接觸電阻以及焊接電阻，這可在不同的夾緊事件之間變化，甚至是在相同的簾線上。這在注射的焊接后功率上引入可變性。

現(xiàn)在通過(guò)在夾具上感應(yīng)電壓“U”，焊接后電流被操縱為使得電壓與電流的乘積保持恒定：

P＝U·I_pw

夾具接觸電阻和焊接電阻的可變性已經(jīng)消失并且每個(gè)焊接點(diǎn)現(xiàn)在利用完全相同的焊接后功率而被做出。

焊接后功率被設(shè)置為在300℃至700℃之間、優(yōu)選在400℃至650℃之間、或最優(yōu)選在500℃至600℃之間的溫度處保持焊接點(diǎn)一充分的時(shí)間以在焊球中引致金相變換。需要用于在某溫度處保持焊接點(diǎn)的功率隨著降低直徑及降低纖絲的數(shù)目而降低，因?yàn)檫@些確定了焊球的質(zhì)量。取決于構(gòu)造的類型(更具體地，纖絲的數(shù)目)以及鋼簾線中纖絲的直徑，該功率可以在5瓦(針對(duì)少的和/或精細(xì)的纖絲)至100瓦(針對(duì)多的和/或更厚的纖絲)之間變化。

在接觸電阻和/或焊接電阻中微小的絕對(duì)變化導(dǎo)致當(dāng)利用恒定焊接后電流工作時(shí)消耗的功率中高的相對(duì)差異。本發(fā)明的方法完全排除了該可變性。因此，當(dāng)焊接具有精細(xì)纖絲的鋼簾線時(shí)，功率控制的水平變得非常重要。大多數(shù)的熱量通過(guò)到焊接夾具的熱傳導(dǎo)而損失，而到環(huán)境空氣或通過(guò)輻射的熱量損失并不影響該所需的功率至可感知的水平。

所需的功率可以以下列方式被選擇：

·當(dāng)焊接后功率太低時(shí)，焊接點(diǎn)將冷卻至過(guò)低溫度(低于300℃)并且熔融的鋼球?qū)⒃隈R氏體結(jié)構(gòu)中凝結(jié)。

·當(dāng)焊接后功率太高時(shí)，焊接點(diǎn)保持高于700℃并且在焊接后功率被關(guān)斷之后，再次地，馬氏體結(jié)構(gòu)形成，導(dǎo)致脆的焊接點(diǎn)。

再次取決于構(gòu)造的類型，在5至50秒之間的焊接后時(shí)間間隔期間，焊接后電流導(dǎo)向恒定功率水平。當(dāng)焊接后時(shí)間間隔小于5秒時(shí)，焊接點(diǎn)是馬氏體的，因?yàn)榈街楣怏w和/或貝氏體的轉(zhuǎn)換尚未完成。當(dāng)焊接后時(shí)間間隔高于50秒，未回火的馬氏體顆粒趨向于也形成在焊接點(diǎn)內(nèi)。通常，焊接后時(shí)間將在5至30秒之間。

該方法的重要方面在于直流電從焊接電流水平到焊接后電流水平的切換或轉(zhuǎn)換進(jìn)行而沒(méi)有中斷。最輕微的中斷將導(dǎo)致形成隨后必須被退火的馬氏體相。這是重要的，因?yàn)樵诤盖蛑械馁|(zhì)量太小以使得所有的熱量在毫秒內(nèi)就損失到夾具。

在焊接之后，焊接點(diǎn)毛刺通過(guò)錘擊或通過(guò)利用砂紙摩擦而被移除(如需要)，如在本領(lǐng)域中慣用的。

在本方法進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，從焊接電流水平到受控的焊接后電流的轉(zhuǎn)換時(shí)間可以被設(shè)置。在鋼的金相中，不僅溫度水平是重要的，冷卻的速度也是重要的。因?yàn)楹盖虻馁|(zhì)量是非常小的(在毫克的量級(jí))，球體的冷卻以超過(guò)1000K/s的冷卻速率發(fā)生。

冷卻速率隨纖絲直徑減小而增大。因此，當(dāng)如在根據(jù)本發(fā)明的鋼簾線中焊接精細(xì)鋼絲時(shí)，重要的是以受控的方式通過(guò)在焊接后中調(diào)節(jié)饋送到焊接點(diǎn)的加熱功率因?yàn)槔鋮s勝過(guò)加熱而冷卻該焊接點(diǎn)。在該處，受控的轉(zhuǎn)換時(shí)間變得重要。針對(duì)厚絲的焊接，情況被反轉(zhuǎn)：為了在焊接之后獲得足夠快的冷卻，電流被完全關(guān)斷并且強(qiáng)制的冷卻甚至被應(yīng)用，因?yàn)橥ㄟ^(guò)夾具的熱量泄漏并不足以足夠快地冷卻焊接點(diǎn)。

為了不進(jìn)行得太快至對(duì)應(yīng)于焊接后溫度的受控功率水平，從焊接電流水平至焊接后電流水平的轉(zhuǎn)換時(shí)間或時(shí)間常數(shù)優(yōu)選地能夠被控制在10至1000ms之間。短于10ms的時(shí)間并不需要，因?yàn)槔鋮s時(shí)間無(wú)論如何比那要更慢。多于1000ms使得焊接過(guò)于耗費(fèi)時(shí)間。該轉(zhuǎn)換時(shí)間具有對(duì)在焊接點(diǎn)中的未回火的馬氏體相的寬度上的影響：過(guò)快的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致在焊接夾具與焊接點(diǎn)本身之間的邊界處未回火的馬氏體。因?yàn)楹附訆A具用作熱沉，冷卻在該處最快。

可能地，如果未回火的馬氏體區(qū)域仍將存在，可以考慮附加的退火步驟。退火步驟優(yōu)選地被執(zhí)行而不須從焊接夾具移除焊接點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，保護(hù)了一種電阻對(duì)焊裝置。其包括沿著共用軸線能夠相對(duì)移動(dòng)到彼此的焊接夾具、用于饋送電流至夾具的可控制電流源、以及可編程控制器。

與當(dāng)前已知的用于鋼簾線的焊機(jī)不同的是，可控制電流源是直流源。出于本申請(qǐng)的目的，“直流”是在短于15ms的時(shí)間段內(nèi)并不逆轉(zhuǎn)方向兩次的電流。可替代地，直流不具有在45與65Hz之間的主頻率分量。而且，直流輸出可以通過(guò)可編程控制器而被及時(shí)控制。在該方式中，在不同時(shí)間間隔和/或上升或下降時(shí)間(即，轉(zhuǎn)換時(shí)間)中的電流水平可以被設(shè)置將用于焊接點(diǎn)的更好的控制，如在本發(fā)明的方法方面中描述的。

焊接裝置進(jìn)一步具有電壓傳感器，其感應(yīng)在夾具之間的電壓并且其中感應(yīng)到的電壓是到可編程控制器的輸入。

在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，電壓傳感器允許來(lái)控制被饋送到焊接點(diǎn)的感應(yīng)到的電壓和電流的乘積，即功率。該乘積在可編程時(shí)間間隔上可以被操縱至設(shè)置水平。操縱通過(guò)調(diào)節(jié)電流同時(shí)感應(yīng)電壓而完成。

焊接裝置的進(jìn)一步有利特征是感應(yīng)模式可以在以下之間的非常短的時(shí)間內(nèi)被切換：

·受控的電流輸出模式，其中控制器根據(jù)預(yù)編程的電流-時(shí)間曲線而操縱發(fā)出的電流，或；

·受控的電壓模式，其中控制器根據(jù)預(yù)編程的電壓-時(shí)間曲線而操縱感應(yīng)到的電壓，或；

·受控的輸出功率模式，其中控制器根據(jù)預(yù)編程的功率對(duì)時(shí)間曲線操縱發(fā)出的功率并且其中功率是感應(yīng)到的電壓乘以發(fā)出的電流。

焊接裝置可以在10ms內(nèi)從一個(gè)操作模式轉(zhuǎn)成任何其它的操作模式。例如，在焊接期間，焊接電流將跟隨預(yù)編程的跡線，但一旦焊接夾具已經(jīng)達(dá)到它們規(guī)定的行程，該裝置將切換到在夾具之間的受控輸出功率模式。

作為焊接裝置的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換時(shí)間可以被控制在10ms與1000ms之間，該轉(zhuǎn)換時(shí)間諸如舉例而言是指數(shù)曲線情況下的時(shí)間常數(shù)或者用來(lái)從一個(gè)電流、電壓或功率水平切換到另一電流、電壓或功率水平的線性曲線的情況下的上升或下降時(shí)間。

附圖說(shuō)明

圖1描述了現(xiàn)有技術(shù)的焊接工序。

圖2a和圖2b描繪了根據(jù)該方法的第一實(shí)施例的電流(2a)和功率(2b)的時(shí)間相關(guān)性：其處于受控的電流模式中。

圖3a和圖3b描繪了根據(jù)該方法的第二實(shí)施例的功率(3a)和電流(3b)的時(shí)間相關(guān)性，其中焊接后功率水平被控制。

圖4圖示了“夾具電阻”問(wèn)題。

圖5a和圖5b示出了具有不同金相特征的焊接點(diǎn)的宏觀和微觀示圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面的焊接裝置的示意性表示。

具體實(shí)施方式

圖1描述了根據(jù)已知工序的焊接循環(huán)。在該工序中，鋼簾線端部被切平并安裝在可移動(dòng)焊接夾具之間。焊接夾具輕微地向彼此按壓鋼簾線端部。在供應(yīng)AC電流時(shí)，接觸區(qū)域開(kāi)始熔化并且形成熔融的鋼球。鋼簾線端部被按壓到彼此中并且如果夾具達(dá)到閉合位置，電流在焊接時(shí)間Δt_w之后被自動(dòng)切斷。球濃縮成未回火的馬氏體結(jié)構(gòu)。由于該結(jié)構(gòu)強(qiáng)但非常脆，其必須被回火。因此，新焊接點(diǎn)從焊接夾具移除并且被置于兩個(gè)退火夾具之間。退火夾具的AC電流被限制，使得球并不加熱太多。當(dāng)利用以上工序在Bekaert的5×0.22開(kāi)放型鋼簾線上做出焊接點(diǎn)時(shí)，僅有10個(gè)焊接點(diǎn)中的7個(gè)通過(guò)40％倍的線的最小斷裂負(fù)載(630N)的拉伸測(cè)試。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面的電阻對(duì)焊裝置600的示意概覽。其包括安裝在共用軌614上的焊接夾具610、610'，其還包括位置編碼器，諸如感應(yīng)接近度傳感器或激光距離傳感器或類似的位置傳感器以檢測(cè)沿著軌614的夾具610、610'之間的距離。焊接夾具610、610'由彈簧動(dòng)力系統(tǒng)606、606'或類似的裝置(諸如舉例而言，通過(guò)氣動(dòng)活塞)通過(guò)重量或通過(guò)磁力而向彼此推動(dòng)。

焊接裝置600進(jìn)一步包括可以遞送高至300A的可控制DC電流源620。該裝置進(jìn)一步包括可編程邏輯控制器(PLC)618以操縱焊接過(guò)程。PLC 618通過(guò)操縱可控制電流源620而允許自由設(shè)計(jì)到夾具的特定電流供應(yīng)輪廓“I(t)”。例如，其允許在可調(diào)時(shí)間約束內(nèi)從一個(gè)電流水平到另一電流水平。

PLC用兩個(gè)輸入饋送：存在夾具行程616的輸入，其在焊接期間焊接夾具已經(jīng)充分接近彼此時(shí)向PLC發(fā)信號(hào)，由此通知焊接步驟的結(jié)束。同時(shí)，通過(guò)電壓計(jì)624，跨夾具610、610'感應(yīng)到的電壓“U(t)”隨時(shí)間被跟蹤并且通過(guò)輸入626饋送到PLC單元618。隨著PLC知道輸出電流I(t)和輸入電壓U(t)，兩者相乘導(dǎo)致在夾具之間發(fā)出的功率“P”(P＝U·I)。如在PLC中編程的，功率P可以在規(guī)定時(shí)間間隔上被操縱到特定值。經(jīng)由可控制電流源620，功率通過(guò)電流的變化而被操縱。

因此，焊接裝置允許從受控的電流輸出模式切換至受控的功率輸出模式。重要的是，控制制度的轉(zhuǎn)換快并且切換時(shí)間在10ms內(nèi)。這可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)碾娏髟春蚉LC時(shí)鐘周期而被獲得。此外，受控電壓感應(yīng)模式是可能的，其中在焊接點(diǎn)上感應(yīng)到的電壓通過(guò)在焊接點(diǎn)上操縱電流而被控制到某水平。

在焊接裝置的進(jìn)一步改進(jìn)的版本中，在受控的電流輸出模式內(nèi)從一個(gè)電流水平到另一電流水平所需的轉(zhuǎn)換時(shí)間可以被控制在10與1000毫秒(ms)內(nèi)。可替代地，在受控的功率輸出模式內(nèi)，從一個(gè)功率水平切換到另一水平所需的轉(zhuǎn)換時(shí)間可以在10至1000ms之間被操縱。較少使用的是受控的電壓感應(yīng)模式，但可以達(dá)到相同的轉(zhuǎn)換時(shí)間。從電流的一個(gè)水平轉(zhuǎn)換到電流的另一水平或者從功率的一個(gè)水平轉(zhuǎn)換到功率的另一水平可以沿著線性曲線隨時(shí)間被編程。更優(yōu)選的是轉(zhuǎn)換跟著指數(shù)式衰減或增長(zhǎng)曲線，因?yàn)檫@與裝置的自然衰減曲線一致。

焊接后功率P_pw值(以瓦特)取決于鋼簾線構(gòu)造的類型并且更多地取決于纖絲的數(shù)目和直徑。其必須在一系列預(yù)先試驗(yàn)中建立，但一旦知道，PLC可以針對(duì)每個(gè)鋼簾線構(gòu)造被編程至最優(yōu)值。

在圖2a中，呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)際電流輪廓100。該輪廓包括針對(duì)焊接時(shí)間間隔Δ該輪到焊接電流水平“I_w”的指數(shù)式增長(zhǎng)曲線，緊接著是到焊接后電流水平“I_pw”的衰減。焊接后電流水平I_pw被保持預(yù)編程的時(shí)間間隔Δt_pw。從焊接電流水平到焊接后電流水平的轉(zhuǎn)換由焊接裝置的位置傳感器616被觸發(fā)。如果夾具足夠接近于彼此，這是熔融的鋼球已經(jīng)形成的指示。與建立的實(shí)踐相反，焊接后在焊接階段之后立刻發(fā)生，并且焊接點(diǎn)并不允許被冷卻。僅在焊接后階段之后，焊接點(diǎn)被冷卻到環(huán)境溫度。隨后，焊接點(diǎn)毛刺也通過(guò)錘擊或用砂紙(如需要)摩擦而被移除。

在焊接后制度中，通過(guò)焊接點(diǎn)的電流水平降低到焊接后直流電水平I_pw。在3·τ的轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)該轉(zhuǎn)換完成，其中“τ”是電流的指數(shù)式衰減常數(shù)，即衰減到1/e或到焊接與焊接后電流之間的差異的37％所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間3·τ可以在10至1000ms之間被調(diào)節(jié)。

在利用該設(shè)置的實(shí)驗(yàn)期間，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了一些焊接點(diǎn)呈現(xiàn)發(fā)出暗紅色而另一些焊接點(diǎn)并不發(fā)紅，盡管供應(yīng)的電流輪廓維持不變并且構(gòu)造是完全相同的。發(fā)出暗紅色的焊接點(diǎn)隨后比不發(fā)紅的焊接點(diǎn)顯得更脆。發(fā)明人將其歸結(jié)于在焊接間距與鋼簾線之間的可變焊接電阻和可變接觸電阻，但并不被該理論限制。

事實(shí)上，如在圖4中所示，夾具410與鋼簾線的纖絲402、402'、402″的接觸區(qū)域取決于不同纖絲的位置。因?yàn)槔w絲圍繞彼此被加捻，在鋼絲之間的內(nèi)電接觸點(diǎn)406(填充的橢圓)和從鋼絲到夾具404的接觸點(diǎn)(空的橢圓)在每一次用夾具夾緊簾線的狀況之間不規(guī)律地發(fā)生。因此，在每一次用夾具夾緊簾線的狀況之間夾具電阻R_L和R_R有所不同。接下來(lái)，還存在鋼簾線的纖絲在焊接期間如何與彼此接觸的變化，這導(dǎo)致焊接點(diǎn)電阻的變化，因?yàn)樵摻佑|以非可重復(fù)的方式發(fā)生。

其結(jié)果是，在夾具之間供應(yīng)的功率也將如圖2b中描繪地變化。供應(yīng)的功率P＝I2·R被示出用于總電阻R＝R_L+R_w+R_R。電阻上減小到R的90％(良好的電接觸)導(dǎo)致較低的曲線108，而電阻上增大到R的110％(不好的電接觸)導(dǎo)致在完整的焊接循環(huán)上的供應(yīng)功率的增大(112)。

為了進(jìn)一步加重：它是在物理學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)法則，即良好的電接觸也是不錯(cuò)的導(dǎo)熱接觸，且反之亦然。當(dāng)高電阻存在時(shí)，向焊接點(diǎn)供應(yīng)的并且轉(zhuǎn)換為熱量的增大功率還可以不從焊接點(diǎn)逸出。其結(jié)果是，焊接點(diǎn)比預(yù)期甚至加熱得更多。

雖然因?yàn)槟康氖菍搸У狡淙埸c(diǎn)溫度以上并且優(yōu)選地略高于熔點(diǎn)溫度，在焊接時(shí)間間隔Δt_w期間這不是太大問(wèn)題，這對(duì)在焊接后制度中焊接點(diǎn)的金相產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。過(guò)高的接觸電阻可因此提升在焊接后制度中的焊接點(diǎn)的溫度高于300至700℃之間的理想溫度范圍。相反，過(guò)低的接觸電阻可能會(huì)導(dǎo)致太低的溫度。這兩種情況將導(dǎo)致形成未回火的馬氏體相或甚至不應(yīng)在良好焊接點(diǎn)中發(fā)生的不受控的、混合階段。

為了克服該不利情況，根據(jù)本發(fā)明的焊接裝置被適配為一旦焊接點(diǎn)已被建立則切換到恒定功率模式。這在示出了電功率在夾具之間被消耗的圖3a中被圖示，并且在圖3b中電流跟隨它。在焊接期間，即在時(shí)間間隔Δt_w期間，PLC被編程在恒定電流模式。因此，在焊接期間消耗的功率將隨夾具之間的總電阻而變化，如圖3a的線302與304所示。線302對(duì)應(yīng)于增大到1.1×R的電阻，而曲線304對(duì)應(yīng)于電阻上減小到0.9×R。曲線300是由電阻R獲得的功率跡線。通盤(pán)考慮：R是針對(duì)5×0.22的開(kāi)放型簾線的大約25mΩ。圖3b圖示了在焊接后制度中電流可下降到不同水平以便于獲得相同的功率輸出。在此，曲線314對(duì)應(yīng)于低水平電阻(0.9×R)，而曲線312對(duì)應(yīng)于高水平電阻(1.1×R)。如在焊接階段期間，電流被控制，三條曲線合并在那里。

由于在焊接后階段期間在焊接夾具之間供應(yīng)的功率在不同焊接點(diǎn)之間(即，在不同的夾緊事件之間)是相同的，溫度被更好地控制。其結(jié)果是，金相被更好地控制并且在焊接后期間焊接點(diǎn)中形成有利的珠光體和/或貝氏體相。這在10個(gè)焊接點(diǎn)由5×0.22的簾線制成的測(cè)試期間并且所有的10個(gè)均通過(guò)該焊接測(cè)試而不發(fā)生問(wèn)題也是清楚的。

這在圖5a和圖5b中進(jìn)一步圖示，其中示出了有利的焊接點(diǎn)的金相。該焊接點(diǎn)在5×0.22的簾線上獲得，其中110A的焊接電流保持大約122ms(夾具行程確定的)。焊接后的功率被設(shè)置為13W。焊接后電流衰減時(shí)間(3·τ)或轉(zhuǎn)換時(shí)間被設(shè)置到130ms，即在130ms之后功率穩(wěn)定。焊接后時(shí)間間隔被設(shè)置到8000ms。

圖5a示出了焊接點(diǎn)的整體。未回火的馬氏體區(qū)域504、504'也存在，但它們小于300μm寬。在中間區(qū)域502中，珠光體和貝氏體的混合相存在，其占據(jù)總熱量影響區(qū)域的53％。珠光體和貝氏體的混合相在圖5b中被例示。