通過焊接電流的可變時間曲線對構件電阻焊接的方法以及由此制成的復合構件的制作方法
【專利說明】通過焊接電流的可變時間曲線對構件電阻焊接的方法以及由此制成的復合構件
[0001]本發(fā)明涉及一種用于構件的電阻焊接的方法，其中在焊接位置上借助設置在構件兩側的電極在構件上施加壓力，并且構件借助通過電極引導的焊接電流通過構成焊接核心而相互焊接。
[0002]本發(fā)明還涉及一種通過這種方法制成的復合構件。
[0003]在電阻焊接中待焊接的構件在連接位置處或焊接位置處被電極或強或弱地擠壓并且通過引導過電極的電流或焊接電流加熱至熔化。在電流結束之后在連接位置上在包裹所謂的焊接核心(熔化物的扁豆狀的凝結物)的情況下形成焊接連接。通過在電流流通時和之后的擠壓(這也稱為電阻壓焊或電阻點焊)可以在構件之間構成特別承載的焊接連接。
[0004]在DE102007062375A1中描述了一種用于電阻焊接構件的方法，其中在焊接位置上通過電極引入或引出的焊接電流被檢測和調節(jié)。由此焊接核心的構成根據不同的參數被影響。
[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題在于，提供一種前述類型的方法，使之不具有或者僅以減小的范圍具有現(xiàn)有技術中產生的缺點。
[0006]所述技術問題通過具有權利要求1的特征的按照本發(fā)明的方法解決。借助并列的獨立權利要求9，所述技術問題的解決方案還延展到一種復合構件，其借助按照本發(fā)明的方法制成。優(yōu)選的擴展設計和技術方案對于兩個發(fā)明主題相似地既由從屬權利要求也由以下闡述得出。
[0007]按照本發(fā)明的用于電阻焊接至少兩個構件的方法的特征在于，(借助電極在焊接位置上經過構件引導的)焊接電流具有變化的時間特性曲線，其特征是交替的高電流的多個通電階段和低電流或無電流的多個冷卻和固化階段，由此焊接核心由多個相互包覆的和/或并列的(硬化的)熔化物區(qū)域構成。
[0008]高電流的通電階段特征尤其在于具有相對較高的焊接電流強度的通過電流(在焊接位置上)。焊接電流例如可以在2kA至16kA的范圍內，其中然而更高的焊接電流強度也是可行的。低電流的冷卻和固化階段特征尤其在于具有相對較低焊接電流強度的通過電流(在焊接位置上)，也就是例如小于2kA。無電流的冷卻和固化階段尤其理解為:在該階段中沒有流過電流(在焊接位置上)。
[0009]按照本發(fā)明所推薦的具有交替的高電流階段和低電流或無電流的冷卻和固化階段的焊接電流的可變的時間曲線導致了:在焊接位置上構成由多個相互包覆的和/或并列的熔化物區(qū)域組成的焊接核心。構成焊接核心的不同的熔化物區(qū)域相互毗鄰限界和/或在它們冶金技術的組織結構方面不同。各單獨的熔化物區(qū)域的毗鄰限界可導致在各組織結構中的樹枝狀晶體的有利的變小或細化(通過樹枝狀擴展的中斷)。通過這種方式可以構成具有特殊屬性的焊接核心。
[0010]在高電流通電階段可以產生具有某個范圍的熔化物。在后接的冷卻和固化階段中，在熔化物區(qū)域中構成確定的組織結構。在下一次或后續(xù)的高電流通電階段中、在之前形成熔化物區(qū)域中再次形成至少一個具有另外的范圍的熔化物，其中之前構成的組織結構在構成新的熔化物的情況下至少部分地再次熔化。在后接的冷卻和固化階段、在熔化物區(qū)域中再次構成某個組織結構，其具有其它的范圍和/或與之前構成的組織結構不同的冶金學的構造。通過這種方式可以構成具有特殊屬性的且相對較小的焊接核心。
[0011]在高電流通電階段，熱量被引入與焊接核心鄰接的材料區(qū)域中，其中熱量引入基于在高電流通電階段之間的冷卻和固化階段而定量分配地進行。在鄰接焊接核心的材料區(qū)域中引入的熱量引起有利的屬性改變。
[0012]優(yōu)選規(guī)定，所述高電流的多個通電階段在時間的長度和/或焊接電流強度方面不同。這些通電階段但是也可以具有相同長度和/或相同的焊接電流。
[0013]此外優(yōu)選規(guī)定，在各高電流通電階段內的焊接電流強度則是恒定的。在各個高電流的通電階段中的焊接電流強度也可以是不同的或遞增或遞減的。
[0014]特別優(yōu)選規(guī)定，由電極作用在構件上的壓力在整個焊接過程中予以保持。焊接過程包括電極的安置，后接的第一高電流的通電階段直至最后的冷卻和固化階段。保持持續(xù)施加的壓力可以是恒定的或可變的。
[0015]高電流的通電階段的時間長度可以是50ms至1000ms，優(yōu)選是75ms至800ms并且特別是10ms至750ms。冷卻和固化階段的時間長度可以是1ms至1000ms、優(yōu)選20ms至750ms并且尤其是25ms至500ms。
[0016]優(yōu)選設置至多8個高電流的通電階段，它們在時間長度和/或焊接電流強度方面不同。尤其設置三個高電流的通電階段，亦即具有相對較低的焊接電流強度的前階段，具有相對較高的焊接電流強度的主要階段和具有相對較低的焊接電流強度的后階段。所述前階段、主要階段和后階段還可以在它們的時間長度方面不同，其中特別優(yōu)選的規(guī)定，主要階段不僅是電流強度最強、而且還是最長的通電階段。
[0017]特別優(yōu)選的規(guī)定，至少一個和優(yōu)選兩個構件由較高強度的或極高強度的鋼材料(或鋼板材料)構成并且尤其由加壓淬火的鋼材料(或鋼板材料)構成。較高的和極高強度的鋼材料具有大于700MPa、尤其大于100MPa的強度。加壓淬火的鋼材料具有直至1600MPa的強度或更多。在加壓淬火的鋼材料中，這些極高強度的材料屬性通過硬化過程實現(xiàn)，其中提前加熱的鋼板材料在冷卻的工具中變形(或被保持在其模具中)并且同時被冷卻。為此例如22MnB5板材料或類似材料是適用的。首先借助按照本發(fā)明的方法的加壓淬火的板形件的電阻焊接被證實是有利的，因為產生了具有更高強度和很好的韌性(延展性)的焊接連接。由于交替的高電流的通電階段和低電流的或無電流的冷卻和固化階段，可以將相對更多的焊接能量施加到構件中的焊接位置上。這一方面導致了焊接連接的非常高的強度，盡管焊接核心由于樹枝狀晶體擴展的中斷相對較小地析出。另一方面在與焊接核心鄰接的材料區(qū)域中(由于在高電流的通電階段之間的冷卻和固化階段)可以引入相對較多的熱量，由此脆性的馬氏體組織轉化成細晶格的和更延展的組織。由此焊接的構件的脆性和不可控的斷裂性能在焊接位置上被防止。
[0018]借助按照本發(fā)明的方法產生的復合構件包括至少兩個構件，它們在至少一個焊接位置上通過包圍焊接核心而相互焊接，使得焊接核心具有多個相互包覆和/或并排布置(硬化的)熔化物區(qū)域。所述構件尤其是板形件。復合構件尤其指的是用于汽車車身的復合構件。優(yōu)選規(guī)定，至少一個和優(yōu)選兩個構件由較高強度或極高強度的鋼材料(或鋼板材料)構成并且尤其由加壓淬火的鋼材料(或鋼板材料)構成，為此引用前述說明。
[0019]以下以不受限的方式參照附圖進一步闡述本發(fā)明。在附圖中所示的和/或以下闡述的特征可以(獨立于具體的特征組合)是本發(fā)明普遍性特征。
[0020]圖1以截面圖示出電阻焊接過程。
[0021]圖2示出在圖1的電阻焊接過程中隨時間變化的壓力和焊接電流曲線。
[0022]圖3以三個單獨截面視圖示出焊接核心隨著圖2所示焊接電流曲線的的構成。
[0023]圖4以截面視圖示出焊接核心的另外的構成。
[0024]圖5以四個單獨的截面視圖示出焊接核心的備選構造。
[0025]圖1示出兩個構件110和120，它們在所示的焊接位置上被兩個放置的電極210和220擠壓在一起。所施加的壓力以P表示。同時通過電極210和220作用在焊接位置的電流I引導經過構件110和120。由此構件110和120在焊接位置上被加熱至熔化。在焊接電流I切斷之后所述熔化物硬化，由此在焊接位置上通過構成焊接核心形成焊接連接。焊接電流I典型地指的是交流電。電極210和220所示的構造僅是舉例。由現(xiàn)有技術還已知其他的電極形式。此外由現(xiàn)有技術已知具有僅一個電極的電阻焊接方法，在該電極上同樣允許使用本發(fā)明。構件110和120例如是加壓淬火的板形零件。
[0026]按照本發(fā)明規(guī)定，焊接電流I具有變化的時間特性曲線，其特征在于交替的高電流通電階段和低電流或無電流的冷卻和固化階段，由此焊接核心由多個相互包覆的和/或相互并列的熔化物區(qū)域構成。這在以下結合圖2至5進一步闡述。
[0027]圖2示出壓力P和焊接電流I在焊接過程中的時間曲線。沿水平方向(從左向右)構成時間曲線。在垂直方向上示出壓力的