[发明专利]导电的螺柱焊接

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于焊接第一工件与接合元件的方法。另外本申 请还涉及该方法的有利应用。

背景技术

一种用于焊接工件与接合元件的方法例如是螺柱电弧焊接。螺柱 电弧焊接属于电弧加压焊接方法，其中，在作为接合元件的螺柱的端 面和工件之间点燃电弧，螺柱和工件这两个部件都局部熔化，然后螺 柱和工件在相对低的接触压力的情况下接合。然而当焊接夹层板，例 如具有两层外部金属层和一层处于内部的塑料层，的时候，螺柱电弧 焊接是成问题的。当相应的夹层板通过螺柱电弧焊接连接时，由塑料 层引起的工艺的不稳定性一次次出现，所以电弧可能被切断。另外， 在螺柱和面对螺柱的金属板之间只产生了一个连接，因此如果该连接 遭受到较高的应力，连接处附近的夹层板就可能会出现层离。例如日 本专利申请JP 01154876 A公开了一种用于复合板的螺柱电弧焊接的方 法。另外德国专利申请DE 102006013529公开了一种利用摩擦螺柱焊 接夹层构件的方法，其中，摩擦螺柱不仅旋转运动而且同时平移运动， 由于产生摩擦热其被焊接到夹层构件。特别是对于具有薄的金属板厚 度和低的硬度的夹层构件，最后所述的这种方法被认为是成问题的。

发明内容

基于此，本发明的目的是，提供一种焊接接合元件与材料的方法， 当工件由复合材料组成或者具有低的硬度(低的刚性)时，其能够实 现接合元件和工件之间工艺可靠的、牢固结合(即材料接合)的连接。

根据本发明的第一教导，在本发明的用于焊接第一工件与接合元 件的方法中，所述接合元件和所述第一工件都至少部分由金属组成， 在焊接过程中所述接合元件相对于所述第一工件旋转，并且同时沿轴 向被压靠到第一工件上以形成机械接触，其中产生摩擦热，在接合元 件与第一工件机械接触期间，在工件和接合元件之间产生电流，在所 述接合元件朝向所述第一工件运动的同时至少一个电流脉冲被引入， 由此实现以上所述的目的。

与螺柱电弧焊接不同，在根据本发明的方法中，在接合元件和工 件之间机械接触时引发了电流，因此不产生电弧。尽管如此，如果安 培数(电流强度)足够，该电流便引起附加的加热并且减少材料的屈 服强度，因而接合元件能够穿透材料。通过传导的电流而可靠地支持 接合元件往金属材料中的穿透，而不会在存在塑料的情况下出现工艺 不稳定问题。通过摩擦焊接和电阻焊接的结合，因此能够在接合元件 和工件之间形成非常好的牢固结合的连接。

根据本发明的方法的第一实施例，接合元件旋转，并且接合元件 沿轴向被压靠到第一工件上。通过旋转接合元件以及同时施加压力， 在工件与接合元件的集中点处能够简单地产生摩擦热。另外，旋转的 接合元件可以被轻松地压入到工件中。

根据本发明的方法的另一个实施例，如果接合元件未完全穿透第 一工件，薄壁工件也可以被很好地与接合元件焊接。

根据本发明的方法的又一实施例，第一工件由一种具有至少两个 不同材料层的复合材料组成。正如已经说明的那样，特别是如果复合 材料的一个材料层由塑料组成，本发明的方法也能够确保工艺的可靠 性，因为，例如在本发明的方法中只要接合元件遇到工件的金属材料 层便能引起电流流动。因此没有出现不可靠的电弧，并且即便存在塑 料层时工艺的可靠性也能确保。

因此，根据本发明的方法也可以有利地配置成，第一工件包括两 个外部金属层和至少一个内部塑料层。因为电流的引入，例如一方面 由于与第一外部金属层的机械接触另一方面当到达第二外部金属层用 以支持摩擦焊接，具体而言是用于穿透第一金属材料层或者用于在第 二材料层中形成接合区域，这种夹层构件通过本发明的方法可以被特 别可靠地接合。

根据本发明的方法的另一个实施例已经指出的，有利的是使用大 于10A、优选在100A到2500A之间电流脉冲。这样的安培数(电流强 度)能够实现好的焊接。

优选地，旋转的接合元件的转速在150到25000rmp之间，更优选 在400到5000rmp。这样的转速能够实现接触条件的均匀化，其结果 是，可以减少必需的接触压力。因此，较低硬度的薄板件即使仅仅一 侧能被接近也可以完美进行焊接。

另外，根据本发明的方法的另一个实施例，电流脉冲的持续时间 在10ms到2500ms之间，优选在500ms到1000ms之间，由此，根据 本发明的方法获得了关于接合元件与第一工件之间连接质量的好的结 果。