本發(fā)明涉及一種用于阻抗點焊(widerstandspunktschwei?en，有時稱為電阻點焊)的焊接電極以及一種用于工件尤其車身部件的阻抗點焊的方法。此外本發(fā)明涉及一種機(jī)動車，該機(jī)動車具有構(gòu)件組，該構(gòu)件組的構(gòu)件利用根據(jù)本發(fā)明的用于阻抗點焊的方法連接。

背景技術(shù)：

已知的問題是，用于阻抗點焊的電極經(jīng)受相對高的磨損或需要相對高的再加工耗費。這尤其涉及用于焊接強(qiáng)烈氧化的材料(例如鋁板件或鎂板件)的焊接電極。相比于鋼材料的阻抗點焊，用于鋁板件或鎂板件的焊接的阻抗點焊電極的壽命降低了直到90%。以相應(yīng)的方式在此可在再加工、腐蝕保護(hù)和質(zhì)量保證方面引起提高的耗費。

在這些輕金屬處實施的阻抗點焊尤其對于點腐蝕(lochkorrosion，有時稱為孔腐蝕)是無抵抗力的，因為通常應(yīng)用的銅電極的顆粒與鋁板件或鎂板件連接并且由此促進(jìn)焊接部位的腐蝕。因此必要的是，當(dāng)尤其在輕質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)域中進(jìn)行阻抗點焊時降低磨損以及也降低易受腐蝕性(korrosionsanf?lligkeit)。

在用于阻抗點焊的電極處的典型的磨損跡象在附圖1中呈現(xiàn)。

圖1以傳統(tǒng)的焊接電極的端側(cè)的俯視圖示出了端面3，在該端面3處以環(huán)面為出發(fā)點侵蝕4已經(jīng)相對于端面的中心擴(kuò)散。在此明顯地可看出在侵蝕4的區(qū)域中的裂開的表面。

對于該侵蝕的原因在于接觸引起的、在焊接電極的貼靠面上的不均勻的熱分配。

在焊接電極在其貼靠面上的不均勻的負(fù)載的情況中產(chǎn)生在電極和與電極接觸的工件之間的不均勻的接觸阻抗分配。在提高的接觸阻抗的區(qū)域中因此產(chǎn)生阻抗引起的提高的熱輸入。由此產(chǎn)生在電極罩表面之上的不同的溫度梯度，所述溫度梯度在承載面的邊界區(qū)域中達(dá)到最大。那里的溫度能夠超過銅和鋁的熔化溫度，從而能夠產(chǎn)生彼此接觸的材料的軟化或甚至熔化并且由此在這些材料之間能夠發(fā)生焊接過程(l?tvorgang)。這能夠?qū)е略诤附与姌O和待焊接的工件之間的固定的機(jī)械連接。因此在完成工件的焊接后在將焊接電極從待焊接的工件上松開的過程中能夠產(chǎn)生顆粒從焊接電極剝落，該顆粒保留在待焊接的工件處。由此產(chǎn)生焊接電極的壓靠面的還更粗糙的結(jié)構(gòu)并且因此在任何另外的焊接中產(chǎn)生還更不平均的力分配。因此利用任何另外的焊接點在焊接電極的承載面處的侵蝕區(qū)域擴(kuò)大。如果在焊接電極和待焊接的工件之間產(chǎn)生非常固定的機(jī)械連接，當(dāng)焊接電極實施成帶有與待焊接的工件固定地連接的電極罩并且在罩的內(nèi)部中設(shè)置有用于引導(dǎo)冷卻介質(zhì)的管道時，甚至能夠產(chǎn)生貼靠失效。在這樣的情況中用于將冷卻介質(zhì)運載到電極罩的流動技術(shù)上的連接能夠斷開，這能夠?qū)е吕鋮s介質(zhì)的排出和/或?qū)е码姌O的降低的冷卻。

為了克服一些這樣的問題選擇不同的方式。一些汽車制造商在執(zhí)行焊接過程后或期間關(guān)于待焊接的工件實施焊鉗的運動，從而存在的磨損跡象或機(jī)械的連接被剪斷并且因此盡管磨損但另一焊接是可能的。當(dāng)然通過這種方式無法保證，焊接電極的顆粒不遺留在待焊接的工件的表面上并且形成部分顯著的腐蝕潛能。為了執(zhí)行提到的相對運動(該相對運動常常實現(xiàn)為轉(zhuǎn)動)，在待焊接的工件處還應(yīng)保持相應(yīng)的容積自由，焊鉗的相對運動能夠在該容積中發(fā)生。

此外代替圓柱形的或棒形的電極也使用所謂的環(huán)形電極，該環(huán)形電極此外在其起接觸作用的表面處具有一定的結(jié)構(gòu)，由此應(yīng)當(dāng)在焊接過程期間實現(xiàn)改善的接觸。然而該方案的缺點是利用環(huán)形電極焊接的焊接點的視覺跡象圖以及腐蝕潛能，該腐蝕潛能通過生成的焊接點的更大的粗糙度提高。該相對粗糙的表面也阻止了焊接的連接的超聲波檢查的可能性。

用于克服前述問題的另一方式存在于由電極施加的壓緊力的提高以及不同的電流特性(stromprofil)。當(dāng)然待焊接的構(gòu)件也必須能夠忍受住高的壓緊力。此外存在提高的控制技術(shù)上的耗費以用于實現(xiàn)不同的電流曲線。

此外研發(fā)了這樣的用于阻抗點焊的電極，即其具有由碳化鈦制成的覆層，該覆層應(yīng)當(dāng)提高電極的壽命。然而該設(shè)計方案的缺點是，電極的再加工尤其后銑削由于由碳化鈦制成的相對薄的表面層是不可能的。因此焊接電極的相對頻繁的更換是必需的，這繼而提高了制造時間。此外在這樣的覆層中由于在碳化鈦和鋁表面之間的差的熱傳導(dǎo)也不可避免電極罩的所謂的“粘貼(ankleben)”。

用于針對鋼板件的阻抗點焊的通常的電極由銅或彌散強(qiáng)化的銅制造。這包括由非常有傳導(dǎo)能力的材料制成的電極罩或電極護(hù)套和由高強(qiáng)度的材料制成的電極芯。該組合然而僅僅受限地適用于輕金屬的焊接，因為描述的磨損跡象通過帶有更低的電導(dǎo)率的芯提高。

從文件de2554990中已知一種用于電阻焊接的電極，其具有由堅固的材料制成的電極芯以及由有高傳導(dǎo)能力的材料制成的電極護(hù)套。具有更高的熱硬度的材料優(yōu)選地由彌散強(qiáng)化的銅合金制成。

從文件de19738957a1中可得知一種用于阻抗點焊的電極，其包括在接觸面的區(qū)域中的由可高度導(dǎo)熱且導(dǎo)電的銅合金或由帶有顆?；蚶w維的銅復(fù)合材料或由材料復(fù)合物制成的芯。在電極的外面的區(qū)域中電極由可高度導(dǎo)熱且導(dǎo)電的銅構(gòu)造。在電極的芯和外面的區(qū)域之間能夠存在高強(qiáng)度的反應(yīng)層或所謂的保護(hù)層。

文件de102014010235a1教導(dǎo)應(yīng)用復(fù)合材料以用于制造電極罩，其中復(fù)合材料具有由第一銅材料制成的芯和由第二銅材料制成的護(hù)套并且對于芯選擇相比于護(hù)套的銅材料具有更高的軟化抵抗性的銅材料。

從這些文件中已知的用于阻抗點焊的電極的共同點是，這些電極尤其在貼靠面的邊界區(qū)域中為了接觸待焊接的工件通過銅材料構(gòu)造，該銅材料在描述的不均勻的力引入中具有缺點，即產(chǎn)生不均勻的阻抗分配并且因此在電極中并且在材料處產(chǎn)生溫度梯度，該溫度梯度能夠促使電極材料和/或在接觸的區(qū)域中的材料的局部的熔融，從而能夠在電極和材料之間產(chǎn)生不期望的焊接過程，該焊接過程在電極移除時此外導(dǎo)致銅顆粒保留在工件處以及導(dǎo)致與此關(guān)聯(lián)的腐蝕形成。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于阻抗點焊的焊接電極以及一種用于工件尤其由輕金屬制成的工件的阻抗點焊的方法供使用，利用該焊接電極和該方法以簡單的、成本適宜的以及可靠的方式使工件尤其由輕金屬制成的工件的阻抗點焊成為可能。

該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接電極以及通過根據(jù)本發(fā)明的根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于工件的阻抗點焊的方法解決。根據(jù)本發(fā)明的焊接電極的有利的設(shè)計方案在權(quán)利要求2到7中說明。根據(jù)本發(fā)明的用于阻抗點焊的方法的優(yōu)選的設(shè)計方案在從屬權(quán)利要求9中說明。補(bǔ)充地根據(jù)權(quán)利要求10提供一種機(jī)動車供使用，該機(jī)動車具有通過根據(jù)本發(fā)明的用于阻抗點焊的方法彼此接合的構(gòu)件。

根據(jù)本發(fā)明的焊接電極用于阻抗點焊，尤其用于輕金屬例如由鋁合金和/或鎂合金制成的構(gòu)件或板件的阻抗點焊。焊接電極包括電極桿(elektrodenschaft)，該電極桿具有用于壓靠到待焊接的工件上并且用于將電流引入到待焊接的工件中的端面。電極桿至少在端面處具有電極芯，以及基本上并且優(yōu)選地完全包圍電極芯的、構(gòu)造電極桿的外側(cè)的電極護(hù)套。在此設(shè)置成，電極芯的端側(cè)的端部構(gòu)造電極桿的端面的區(qū)域。電極護(hù)套的材料具有至少400n/mm²的抗拉強(qiáng)度。

焊接電極在此能夠如此實施，即使得整個電極桿實施成帶有電極芯和電極護(hù)套。通過電極的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)建實現(xiàn)了，電極在邊界區(qū)域中(在該邊界區(qū)域中通常實現(xiàn)更低的面壓力并且因此存在更高的電阻)顆粒從電極護(hù)套上的脫離由于其提高的強(qiáng)度被阻止。由此腐蝕潛能降低并且電極的磨損減少。電流的主要份額通過電極芯在低電阻的區(qū)域中實現(xiàn)。由此可靠地使在待焊接的工件之間的整齊的(sauber)焊接熔核形成成為可能。

因此存在電極的更低的磨損以及焊接點的改善的質(zhì)量并且因此存在降低的再加工耗費以及也更低的腐蝕危險。

由于電極護(hù)套在端側(cè)是敞開的從而電極桿的端面的區(qū)域通過電極芯構(gòu)造，故電極芯本身能夠接觸待焊接的工件。

除了降低磨損以及減少腐蝕的優(yōu)點之外產(chǎn)生焊接電極的延長的壽命以及根據(jù)需要現(xiàn)存的電極的批量生產(chǎn)(konfektionierung)的可能性，例如通過再銑削。

優(yōu)選地電極芯由帶有至少85%iacs(即至少49.3×10⁶s/m)的電導(dǎo)率的材料制成。由此實現(xiàn)在工件之間的整齊的焊接熔核形成。

電極護(hù)套的材料在室溫下應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地具有至少180hv的硬度。該相對高的硬度預(yù)防在焊接電極的表面處的另外的磨損或另外的侵蝕形成。

作為電極芯的材料，尤其cu-etp或銀合金是可能的。作為電極護(hù)套的材料優(yōu)選地可應(yīng)用彌散強(qiáng)化的銅或鎢。彌散強(qiáng)化的銅例如cu-etp(其也以命名e-cu58或e-cu57或簡單地e-cu，材料標(biāo)號cw0004a所已知)是帶有在熱和電方面非常高的傳導(dǎo)率的通過電解精煉制造的銅。所述銅通常由帶有一個或多個添入的成分的銅基體制成。在更簡單的設(shè)計方案中作為電極芯的材料也能夠應(yīng)用基本上純的銅，因為該銅已經(jīng)表示由電導(dǎo)率、熱硬度和成本組成的適合的組合。此外這樣的電極芯的制造可借助于擠壓成形相對成本適宜地實施。

在此本發(fā)明不限于應(yīng)用提到的材料，而是銀材料作為用于電極芯的材料以及鉬材料作為用于電極護(hù)套的材料也是可行的。

為了在電極的阻抗引起的加熱中忍受住高的機(jī)械負(fù)載，優(yōu)選地設(shè)置成，電極護(hù)套的材料具有至少600°c的熱硬度。

在根據(jù)本發(fā)明的焊接電極的一種優(yōu)選的實施方式中設(shè)置成，該焊接電極的端面凸地拱彎地實施。也就是說，端面具有凸度，從而確保了，在焊接電極基本上垂直地置放到待焊接的工件上時中央的電極芯接觸待焊接的工件。當(dāng)然平坦地實施的端面也應(yīng)當(dāng)不從本發(fā)明排除掉。

凸的拱彎部的半徑rw應(yīng)當(dāng)關(guān)于電極護(hù)套的在橫截面(該橫截面在從凸的拱彎部到電極護(hù)套中的過渡的區(qū)域中伸延)中的最大的延伸量tm處于rw/tm=2.5到10的關(guān)系中。由此在焊接性質(zhì)以及待記錄的磨損方面產(chǎn)生好的結(jié)果。凸的拱彎部的半徑rw的大小能夠例如為120mm到160mm，尤其150mm。由此盡可能大的電流通過面關(guān)聯(lián)有高的過程安全性。

在電極桿或電極護(hù)套的厚度關(guān)于電極芯的厚度之間的關(guān)系優(yōu)選地如此設(shè)計，即使得在電極桿的橫截面中電極護(hù)套具有最大的延伸量tm并且在相同的橫截面中電極芯具有最大的延伸量tk，其中電極芯的最大的延伸量tk相對于電極護(hù)套的最大的延伸量tm處于tk/tm=0.1到0.7的關(guān)系中。

電極桿的橫截面在此不一定限于圓形，而是該橫截面也能夠有棱角地或星形地或橢圓形地實施。然而如果電極桿具有圓形的橫截面，因此電極芯的直徑dk相對于電極護(hù)套的外直徑dm處于dk/dm=0.4到0.7的關(guān)系中。電極桿或電極護(hù)套的優(yōu)選的外直徑為13mm和19mm之間，尤其16mm。如此確定尺寸的電極直徑使小的法蘭長度的焊接成為可能并且在此還提供了用于冷卻焊接電極的足夠的可能性。

利用根據(jù)本發(fā)明的焊接電極降低了焊接電極粘附在待焊接的工件處的傾向，其中不存在關(guān)于焊接部位的可接近性的限制。由于起接觸作用的端面的邊界區(qū)域的提高的強(qiáng)度，存在顆粒從電極剝落的降低的風(fēng)險以及因此更低的腐蝕危險。由此可生成帶有良好的表面質(zhì)量的焊接部位，該焊接部位也確保了無損壞的可檢測性。根據(jù)本發(fā)明的焊接電極可相對小地被確定尺寸，從而待焊接的法蘭能夠相應(yīng)地小地被確定尺寸。由此產(chǎn)生不同的成本節(jié)省可能性，其除了預(yù)先加工或再加工和用于質(zhì)量保證的耗費的減少以外也通過低的控制耗費給出?？傮w來說可因此提高應(yīng)用的焊接電極的壽命、降低再加工耗費以及減輕腐蝕危險。

為了解決本任務(wù)此外提供一種用于工件的阻抗點焊的方法供使用，在該方法中使用根據(jù)本發(fā)明的焊接電極。在此將兩個互相待焊接的工件彼此貼靠或彼此直接接近地定位。然后利用焊接電極在壓靠到第一工件上的情況下電流被引導(dǎo)通過工件，從而產(chǎn)生在工件之間的在電流的流動路徑中的阻抗引起的加熱并且產(chǎn)生工件的焊接。

優(yōu)選地待焊接工件中的至少一個的材料是帶有至少80%鋁的質(zhì)量份額的鋁合金或帶有至少80%鎂的質(zhì)量份額的鎂合金。優(yōu)選地下面的材料可作為待焊接的材料使用：根據(jù)dinen573-3的系列5000,6000和7000的鋁合金和根據(jù)1982年8月發(fā)布的din1729第1部分－鎂合金鍛造合金(nachdin1729–teil1.ausgabe8.1982magnesiumlegierungen.knetlegierungen)的鍛造鎂合金。在此該方法能夠如此實施，即使得兩個互相待焊接的工件由鋁合金制成或兩個工件由鎂合金制成或工件中的一個由鋁合金制成并且另一工件由鎂合金制成。

對于本發(fā)明補(bǔ)充地提供機(jī)動車尤其轎車供使用，該機(jī)動車具有至少一個構(gòu)件組，該構(gòu)件組的工件借助于根據(jù)本發(fā)明的用于阻抗點焊的方法互相接合。

附圖說明

在下文中根據(jù)在附圖中呈現(xiàn)的實施例解釋本發(fā)明。

圖1示出了磨損的傳統(tǒng)的用于阻抗點焊的電極的俯視圖，

圖2以透視截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的用于阻抗點焊的電極，

圖3示出了在電阻點焊中的力分布特性，

圖4示出了在電阻點焊中的電阻的分布特性，

圖5示出了在電阻點焊中的溫度分布特性。

參考符號列表

1電極桿

2外側(cè)

3端面

4侵蝕

5凸的拱彎部

rw凸的拱彎部的半徑

10電極芯

tk電極芯的最大的延伸量

11端側(cè)的端部

20電極護(hù)套

tm電極護(hù)套的最大的延伸量

30第一工件

31第二工件

40配對電極

f壓緊力

50小的壓緊力

51大的壓緊力

60小的電阻

61大的電阻

70低的溫度

71高的溫度。

具體實施方式

在圖2中呈現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的用于阻抗點焊的焊接電極，其在此在橫截面中以透視圖示出?？煽闯鲭姌O桿1，其基本上構(gòu)造成圓柱體。所述電極桿1的外側(cè)2通過電極護(hù)套20構(gòu)造，該電極護(hù)套20基本上具有管形或在橫截面中限定了環(huán)形。電極芯10位于由電極護(hù)套20包圍的容積中。根據(jù)本發(fā)明電極護(hù)套由帶有至少600°c的熱硬度的材料制成。

電極芯優(yōu)選地由帶有至少85%iacs(若有可能甚至100%iacs)的電導(dǎo)率的材料制成。這意味著，電極芯具有至少49.3×10⁶s/m或甚至至少58×10⁶s/m的電導(dǎo)率。

顯而易見的是，電極芯10的端側(cè)的端部11構(gòu)造了電極桿1的端面3的一部分即中央?yún)^(qū)域。由此確保了，在將端面3壓緊到待焊接的工件上時不僅電極護(hù)套20而且電極芯10接觸工件。

此外可看出的是，在示出的橫截面中的電極芯的最大的延伸量tk具有在相同的橫截面中的電極護(hù)套的最大的延伸量tm的大約三分之一。

在圖3到5中呈現(xiàn)了阻抗點焊的過程，其中在圖3中呈現(xiàn)了在焊接電極的端面中的在此出現(xiàn)的力分布特性，在圖4中呈現(xiàn)了在電極的端面中的出現(xiàn)的電阻的分布特性并且在圖5中呈現(xiàn)了在電極的端面中的溫度的分布特性。

如從這些圖中顯而易見的是，彼此貼靠的第一工件30和第二工件31在相對而置的側(cè)邊處由焊接電極加載有壓緊力f。電極在此構(gòu)造成帶有端面3的根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選地設(shè)置的凸度，從而該電極具有凸的拱彎部5。

在圖3中在此表明電極芯10在電極桿1中的位置，并且在圖4中表明凸的拱彎部5的半徑rw。

在端面3中的壓緊力f以及在端面3中的電阻和在端面3中的溫度分配的分布特性根據(jù)上面呈現(xiàn)的電極解釋，該電極連同下面呈現(xiàn)的匹配電極將壓緊力f對施加到待焊接的工件30,31上。

從圖3中顯而易見的是，由于端面3的凸的拱彎部5，電極桿1的中心相比端面3的邊界區(qū)域更強(qiáng)烈地按壓到待焊接的第一工件30上。這在用于力分布特性的在右邊呈現(xiàn)的圖表中闡明。利用更淺的區(qū)域標(biāo)記小的推動力50并且利用更深的區(qū)域標(biāo)記大的推動力51。

因此工件30,31的由電極加載力的中央的區(qū)域經(jīng)受更大的壓緊力。

由此在該區(qū)域中電阻下降，如這可從圖4中看出的那樣。在此利用更淺的區(qū)域標(biāo)記小的電阻60并且利用更深的區(qū)域標(biāo)記大的電阻61。

因此可記錄在端面3的邊界區(qū)域中的相對提高的電阻。電阻的分布特性利用在圖4中在右邊呈現(xiàn)的圖表闡明。

由于電阻的所述分布特性在帶有提高的電阻的邊界區(qū)域中產(chǎn)生阻抗引起的、加強(qiáng)的加熱，如這可從圖5中看出的那樣。在此利用更淺的區(qū)域標(biāo)記低的溫度70并且利用更深的區(qū)域標(biāo)記高的溫度71。

此外由于相比于邊界區(qū)域在端面3的中心中存在的更高的電流強(qiáng)度在該區(qū)域中自然地也存在相對高的溫度。

由于應(yīng)用用于電極護(hù)套20的高熱強(qiáng)度的材料，阻止了：盡管在端面3的邊界區(qū)域中的高的溫度顆粒從該材料中脫落或也被熔化。這尤其在焊接面的邊界區(qū)域中促使，在此焊接電極的顆粒不遺留并且待焊接的第一工件30的表面不被損害。