設(shè)置焊接裝置，其模塊化組件及可用該裝置執(zhí)行的連續(xù)連接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及組合的設(shè)置焊接裝置，其設(shè)計(jì)為:將螺柱狀焊接輔助連接件設(shè)置于至少一個(gè)第一材料層中，并且使它們?cè)谟蓪?dǎo)電材料制成的第二材料層上經(jīng)受機(jī)械熱成形處理或者到第二材料層的導(dǎo)電面積并且以牢固結(jié)合的方式通過(guò)焊接操作使它們連接，即通過(guò)焊接操作的正極物質(zhì)連接。此外，本發(fā)明涉及用該設(shè)置焊接裝置借助于螺柱狀焊接輔助連接部件以機(jī)械熱設(shè)置焊接處理的形式而執(zhí)行的連續(xù)的連接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接是用于將可焊接材料(如鋼鐵)制成的組件相互連接的普遍的方法。示例性的焊接方法是電阻點(diǎn)焊和螺柱焊，其中兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的組件通過(guò)焊接以點(diǎn)互連。另一個(gè)焊接方法是電弧螺柱焊。
[0003]在不同的行業(yè)中，由不可焊接材料或難以可焊接材料制成的組件現(xiàn)今可能需要互連。盡管如此，焊接表示甚至對(duì)于這些不可焊接材料或難以可焊接材料制成的組件表示有效的連接方法。為了該目的，由可焊接材料制成的焊接輔助連接件被固定在由不可焊接材料或難以可焊接材料制成的組件中。在由可焊接材料制成的組件和焊接輔助連接件之間的焊接連接按以下方式產(chǎn)生:以使由可焊接材料制成的組件和不可焊接材料或難以可焊接材料制成的組件經(jīng)由焊接輔助連接件互連。不可焊接材料或難以可焊接材料制成的組件的實(shí)例是鋁片，由塑料或纖維增強(qiáng)塑料制成的模制件，例如碳纖維增強(qiáng)塑料，僅舉幾個(gè)例子。以上所描述的方法例如源于德國(guó)專利申請(qǐng)DE10015713AI。
[0004]德國(guó)專利申請(qǐng)10 2005006253 Al描述了通過(guò)在由不可焊接材料或難以可焊接材料制成的組件和由可焊接材料制成的組件之間進(jìn)行焊接的連接方法。這里，具有軸的螺柱和由可焊接材料制成的頭部插入到由不可焊接材料或難以可焊接材料制成的組件中的預(yù)制孔內(nèi)，并且隨后與由可焊接材料制成的組件焊接。為了在不可焊接材料或難以可焊接材料制成的組件的預(yù)穿孔區(qū)域中可靠地緊固具有其軸的螺柱，該螺柱的軸在焊接后通過(guò)壓縮側(cè)向變形，以在該螺柱的軸和組件的孔的內(nèi)部之間產(chǎn)生壓入配合。由于多個(gè)方法步驟，這里所描述的連接方法在技術(shù)上是復(fù)雜的并且是耗時(shí)的。
[0005]在德國(guó)專利申請(qǐng)DE 10 2004025492 Al和DE 102007036416 Al中，鉚釘、螺柱或釘子分別在不可焊接材料或難以焊接材料制成的組件中設(shè)置為焊接輔助連接件。焊接輔助連接件的前端在不可焊接材料或難以焊接材料制成的組件的一側(cè)突出，并且形成具有很小接觸表面的焊接點(diǎn)用于接觸由可焊接材料制成的相對(duì)設(shè)置的組件。焊接輔助連接件和由可焊接材料制成的組件互連，例如借助于電阻焊接以電阻點(diǎn)焊或者電阻螺柱焊的方式，焊接輔助連接件的尖端或邊緣就會(huì)熔化或溶解，以形成所謂的焊點(diǎn)熔核。由于在焊接輔助連接件的尖端上或者切削面積中的焊接輔助連接件和由可焊接材料制成的組件之間的小接觸表面，因此用于焊接的接觸區(qū)域相對(duì)較小。由于與在較大的面積內(nèi)彼此接觸的相對(duì)設(shè)置的組件相比的小接觸表面，這延長(zhǎng)了焊接處理或者削弱焊接連接。對(duì)應(yīng)于在焊接輔助連接件和由可焊接材料制成的組件之間的小接觸面積，形成的焊點(diǎn)熔核會(huì)很小。其中，這削弱了機(jī)械加載能力以及所建立的連接壽命。此外，在使用半中空沖頭鉚釘作為焊接輔助連接件的情況下，產(chǎn)生了由不可焊接材料或難以可焊接材料制成的廢塞。在隨后的焊接期間，它位于焊接區(qū)域并且在焊點(diǎn)熔核的區(qū)域中，使得形成焊接連接的質(zhì)量通過(guò)該污染而削弱。
[0006]此外，它在DE 10 2004025492 Al中被認(rèn)為是有利的，以在接觸區(qū)域機(jī)械變形由可焊接材料制成的組件，借助于在組件內(nèi)的由不可焊接材料或難以可焊接材料制成的焊接輔助連接件的設(shè)置處理用于后期焊接。特別地，焊接輔助連接件的尖端或者邊緣滲入由可焊接材料支制成的組件或者在該由可焊接材料支撐的組件中產(chǎn)生凹槽。在該凹陷或者相應(yīng)的凹槽的區(qū)域中，該凹槽然后應(yīng)該在焊接輔助連接件和由可焊接材料制成的組件之間的電阻點(diǎn)焊期間支撐足夠大的焊點(diǎn)熔核的形成。但是，為了實(shí)現(xiàn)該方法，有必要在設(shè)置焊接輔助連接件之前將所有的組件布置在彼此上方互連。否則，附加的工作是必需的以在由可焊接材料制成的組件中創(chuàng)建凹槽并且與已經(jīng)設(shè)置的焊接輔助連接件對(duì)其它。這是復(fù)雜的、耗時(shí)的，還需要額外的儀器努力用于組件的精確定位而互連，并且在可能焊接處理和處理序列的選擇中受限。
[0007]DE 10060390 Al描述了一種沖壓鉚合的方法，其中，沖頭鉚釘結(jié)借電極沖頭被強(qiáng)行通過(guò)第一非導(dǎo)電材料，諸如，例如塑料，并且依賴于電極片與第二導(dǎo)電材料連接。電極沖頭和電極片被連接到電壓源相反的電極。一旦沖頭鉚釘已滲入第一材料并且與第二導(dǎo)電材料相接觸，通過(guò)沖頭鉚釘產(chǎn)生電流的流動(dòng)。由于沖頭鉚釘歸于電流的流動(dòng)，該沖頭鉚釘進(jìn)一步的連接過(guò)程因此而被支撐。由于中空的、半中空或者全鉚釘用在這里描述的沖頭鉚接過(guò)程中，沖頭鉚釘在其連接過(guò)程期間通過(guò)第一非導(dǎo)電材料驅(qū)動(dòng)前方的廢料。此廢料阻礙沖頭鉚釘和第二材料之間的電接觸，并且從而電流通過(guò)沖頭鉚釘流動(dòng)。這也是沖頭鉚釘在冷態(tài)下滲入非導(dǎo)電材料，其尤其在脆性塑料和類似的材料中啟動(dòng)裂紋形成和其他失效機(jī)理。
[0008]DE 102010020569 Al基于電加熱描述了第一非導(dǎo)電組件和第二導(dǎo)電組件的熱連接。為了該目的，連接輔助器件在非導(dǎo)電組件中為第一模制，其由導(dǎo)電材料制成。安裝過(guò)程在連接方法之前發(fā)生，連接輔助器件在第一組件中借助于乳制、沖壓、壓鑄成型、壓花、拉伸成形或膠合被固定。連接輔助器件提供用于后續(xù)與第二組件電熱焊接的導(dǎo)電接觸。為了該目的，第一組件與連接輔助器件以及第二組件在相對(duì)設(shè)置電極沖頭和電子片之間被定位。電流通過(guò)接合輔助器件和在沖頭電極和電極片之間的導(dǎo)電的第二組件的電流動(dòng)導(dǎo)致在相鄰邊界表面上的連接輔助器件和第二組件的焊接。甚至在這里所述的熱接合方法，缺點(diǎn)在于，首先在先前的工藝中，輔助連接器件必須在由非導(dǎo)電材料制成的第一組件中固定。因此，這里在第一組件和第二組件之前的輔助連接構(gòu)件和第一組件的不同處理步驟能夠在電極沖頭和電極片之間互連。
[0009]EP O 947 279 BI描述了用于金屬片層的電阻焊的焊鉗。這些焊鉗包括焊接電流源，焊接電流裝置連接到所述焊接電流源和本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其中通過(guò)焊鉗能夠保存處理數(shù)據(jù)。焊接電流控制裝置具有用于數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)接口，經(jīng)由其該保存的程序可以從程序存儲(chǔ)器傳送到焊接電流控制裝置。此外，經(jīng)由這樣的接口操作關(guān)于記錄的焊鉗的數(shù)據(jù)能夠被傳送到存儲(chǔ)器，在此處它們被永久地或臨時(shí)地存儲(chǔ)。公知的焊鉗和它們的操作流程旨在互連幾層可焊接材料。然而，自從不可焊接材料和難以焊接材料逐漸出現(xiàn)在幾個(gè)材料層的連接中以來(lái)，這種方法根據(jù)當(dāng)今的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)已經(jīng)不再充足。
[0010]因此，本發(fā)明的目的是提供可替代的裝置和連接方法，與其不可焊接材料層或難以可焊材料層可以與可焊接材料層進(jìn)行連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]上述目的是通過(guò)以下來(lái)實(shí)現(xiàn):根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1的組合的設(shè)置焊接裝置，根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求12的模塊化控制/調(diào)節(jié)裝置，其可與設(shè)置裝置或者焊鉗組合，根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求14的用于焊接輔助連接件的模塊化進(jìn)料設(shè)備，其可與設(shè)置裝置或者焊鉗連接，根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求16的借助于螺柱狀焊接輔助連接件以機(jī)械熱設(shè)置焊接處理的形式的連續(xù)連接方法和根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求23的用于在焊接輔助連接件和由可焊接材料制成的組件或者與可焊接材料的部分之間的焊接的制備方法。本發(fā)明有利的設(shè)計(jì)和進(jìn)一步的發(fā)展源于以下描述，附圖以及從屬權(quán)利要求。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的組合的設(shè)置焊接裝置設(shè)計(jì)為:將螺柱狀焊接輔助連接件設(shè)置于至少一個(gè)第一材料層中，并且使它們?cè)谟蓪?dǎo)電材料制成的第二材料層上經(jīng)受機(jī)械熱成形處理或者到第二材料層的導(dǎo)電面積并且以牢固結(jié)合的方式通過(guò)焊接操作使它們連接。對(duì)于這一點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的組合的設(shè)置焊接裝置具有以下特點(diǎn):驅(qū)動(dòng)沖頭(其可以移動(dòng)地具有至少5kN的設(shè)置力，優(yōu)先地至少SkN的設(shè)置力)相對(duì)于相對(duì)地布置的對(duì)置支撐件，同時(shí)沖頭與對(duì)置支撐件是導(dǎo)電的并且被設(shè)計(jì)成能夠與電流源連接，以使沖頭和對(duì)置支撐件各自形成焊接電極，該設(shè)置焊接裝置的電子控制系統(tǒng)具有組合的控制和/或調(diào)節(jié)裝置，以使得該組合的機(jī)械和電氣負(fù)載能夠經(jīng)由在焊接輔助接合部件上的沖頭和對(duì)置支撐產(chǎn)生，其確保至少一個(gè)第一材料層的機(jī)械和熱支撐滲透以及與第二材料層的平面焊接。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的組合的設(shè)置焊接裝置使得設(shè)置裝置能對(duì)焊接輔助連接件和/或待互連的材料層的所選擇區(qū)域進(jìn)行熱預(yù)處理。此外，用于操作焊接過(guò)程的可操作性先決條件(優(yōu)選地，電阻焊)在該設(shè)置裝置中實(shí)現(xiàn)，以使焊接輔助連接件在第二材料層的表面上通過(guò)焊接能夠被固定。為了該目的，沖頭和對(duì)置支撐件被設(shè)計(jì)作為焊接電極，使得在沖頭和對(duì)置支撐件之間經(jīng)由焊接輔助連接件能夠產(chǎn)生足夠大的焊接電流。為了準(zhǔn)備建立連接，流經(jīng)焊接輔助連接件的電流被用來(lái)加熱焊接輔助連接件以及鄰近一個(gè)或多個(gè)材料層的焊接輔助連接件的區(qū)域。雖然這種加熱電流一方面能夠在沖頭和對(duì)置電極之間流過(guò)焊接輔助連接件，但還優(yōu)選的是，電流在沖頭、焊接輔助連接件以及鄰近該焊接輔助連接件的壓緊裝置之間流過(guò)。因?yàn)樵谶@種情況下，沒(méi)有發(fā)生連接流入材料層的直接電流，材料層的所選面積經(jīng)由焊接輔助連接件而被加熱。特別是當(dāng)鄰近焊接輔助連接件的材料為不導(dǎo)電時(shí)使用后者的情況。
[0014]雖然根據(jù)本發(fā)明的組合的設(shè)置焊接裝置在kN范圍產(chǎn)生設(shè)置力，但焊接輔助連接件的電氣負(fù)載產(chǎn)生熱以促進(jìn)在至少一個(gè)第一材料層中對(duì)焊接輔助連接件的設(shè)置處理。此夕卜，該焊接輔助連接件針對(duì)性的重塑是通過(guò)在至少一個(gè)第一材料層的設(shè)置處理期間由組合的機(jī)械和熱負(fù)載來(lái)執(zhí)行。歸因于焊接輔助連接件和/或第一材料層鄰近面積的熱軟化，焊接輔助連接件與第二材料層的后面的焊接的成形制備在設(shè)置處理期間發(fā)生。這保證了焊接輔助連接件被設(shè)置到至少一個(gè)第一材料層中，制備性地重塑然后以平面的方式與第二材料層通過(guò)焊接而固定，無(wú)需在第二材料層中進(jìn)行設(shè)置或者進(jìn)行對(duì)應(yīng)的連接。這些過(guò)程持續(xù)運(yùn)行，使得總體而言，它們是時(shí)間上有效率的連接方法。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，沖頭優(yōu)選地可經(jīng)由電氣、液壓或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)。此外，提供了力傳感器，其感測(cè)在焊接輔助連接件上的沖頭的力和/或通過(guò)電參考信號(hào)將它轉(zhuǎn)發(fā)到用于電子控制系統(tǒng)的機(jī)械和電氣處理數(shù)據(jù)的記錄設(shè)備。根據(jù)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，設(shè)置焊接裝置的電子控制系統(tǒng)包括焊接設(shè)備，用該焊接設(shè)備能夠在沖頭和對(duì)置支撐件之間產(chǎn)生可控制或者可調(diào)節(jié)的焊接電流。
[0016]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，電子控制系統(tǒng)包括加熱設(shè)備，用該加熱設(shè)備焊接輔助連接件和材料層的至少一個(gè)子區(qū)域的可調(diào)節(jié)加熱能夠在沖頭和對(duì)置支撐件之間產(chǎn)生。該加熱裝置是有利的，例如當(dāng)熱量在焊接輔助連接件和在鄰近的材料層中借助于電磁感應(yīng)或通過(guò)熱輻射的直接照射而產(chǎn)生時(shí)。它本質(zhì)地也優(yōu)選在焊接輔助連接件內(nèi)借助于加熱設(shè)備產(chǎn)生目標(biāo)電流流動(dòng)，由此對(duì)其加熱。根據(jù)設(shè)置焊接裝置的進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例，提供了具有多個(gè)測(cè)量設(shè)備的記錄設(shè)備，用該記錄設(shè)備來(lái)自設(shè)置焊接裝置的電氣和機(jī)械處理數(shù)據(jù)(優(yōu)選地電流、電壓、功率、電阻、力、沖頭路徑、溫度)能夠被記錄并傳送到設(shè)置焊接裝置的記錄設(shè)備。此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了評(píng)估設(shè)備，用該評(píng)估設(shè)備能夠評(píng)估機(jī)械和電氣處理數(shù)據(jù)，將其與參考曲線和/或特征值表比較并且用該參考曲線和/或該特征值表能夠確定哪個(gè)修正值。
[0017]在設(shè)置焊接裝置的操作期間基于優(yōu)選地機(jī)械和電氣處理數(shù)據(jù)的連續(xù)記錄，焊接輔助連接件在至少一個(gè)第一材料層中的設(shè)置過(guò)程，從而發(fā)生焊接輔助連接件的重塑，以及用于為后續(xù)焊接(優(yōu)選地電阻焊)做準(zhǔn)備的材料層的鄰