[发明专利]点焊的焊面设计

说明书

本申请是2006年9月28日提交的序号No.11/536,001、当前美国专利申请公布No.2008/0078749的部分继续申请案。该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体涉及一种适合于例如在包括至少一个铝合金工件的金属工件堆中形成电阻点焊的焊接电极。

背景技术

一些不同类型的车身部件--略举数例，诸如门、发动机盖、行李箱盖、和提升式门--包括联结在一起的两个或更多个金属工件。金属工件可通过一个或多个电阻点焊至少部分地联结。这些焊点通常环绕主体部件的周边或在一些其它结合区域处形成。在过去，金属工件通常由钢构成，并且出于该原因，并考虑到将钢点焊到钢的特定方面，许多年来已经特别形成点焊实践。然而，最近，只要有可能尝试以及减小车辆重量，就存在用铝合金工件替代钢工件的努力。

电阻点焊大体由包括两个枪臂的固定的或机器人可移动的焊枪形成。这些枪臂中的各枪臂保持通常由适当的铜合金构成的焊接电极。枪臂可定位在工件堆的相对的侧上并且被夹紧以在直径上的公共位置处抵靠其相应的金属工件挤压所述两个电极。瞬时电流于是从一个电极穿过金属工件到另一个电极。对通过金属工件并且横跨它们的接合界面（即，金属工件的接触界面）的电流的阻抗在接合界面处产生热量。该热量形成熔融焊池，在电流的中断之后，该熔融焊池凝固成焊核。在点焊形成之后，枪臂释放它们的夹紧力，并且在另一个焊接位置处重复点焊过程。

包括铝合金工件的工件堆的点焊可呈现特殊的挑战。其一，铝合金工件通常由在其外表面上由在铣削操作中经历的过程（例如，退火、固溶处理、铸造等）以及环境暴露两者所产生的各种氧化物层(为了简便起见，在下文中以单数形式通称为“氧化物层”）覆盖。该氧化物层增加在接触块处的电阻。因为氧化物层的高电阻和在下面的大块铝合金的相对低的热阻和电阻，所以通常需要高电流密度以在铝合金工件的与堆中的另一个金属工件形成接合界面的表面处形成焊池。

虽然在期望位置处形成焊池有用，但是高电流密度可在接触块处产生过多热量，这进而可加快包括工件的铝合金与包括相关联的焊接电极的铜合金之间的冶金反应。该反应导致铜铝合金堆积或积聚在焊接电极上的污染层。如果保持原状，则污染堆积可碎裂并且在焊接电极中形成坑，这最终损害焊接性能并且使电极修整（dressing）变复杂。这些复杂状态以及其它情况呈现与旨在在点焊期间接合铝合金工件的焊接电极的设计相关的各种挑战，与诸如钢工件的一些其它类型的金属工件相反。

发明内容

共同受让的美国专利申请公布No.2008/0078749公开了在点焊电极的焊面上环脊的存在。本公开进一步描述包括环脊的焊接电极实施例。在此处，焊接电极具有特别地设计成经历与铝合金工件的可接近外表面点焊接合的焊面。焊面是穹顶形的，并且另外，包括从焊面的基表面向外突出的多个圆形脊。这些脊变钝成当在点焊期间与铝合金工件表面形成接触接合时引起在该铝合金工件表面上存在的氧化物层的横向拉伸和断裂。从两个至十个向外突出的圆形脊可存在于焊面上的任何地方，并且优选地该数量在三个和五个之间。而且，焊面的基表面优选地包括可位于最内的圆形脊内或在任一对相邻的圆形脊之间的至少一个平坦表面。

本发明还提供如下方案：

1. 一种焊接电极，包括：

具有圆周的主体；

具有圆周和中心的焊面，所述焊面的中心在所述焊面的圆周上方被升高至所述焊面的圆周的直径的约0.5%至约15%的高度；以及

其中，所述焊面包括从基表面向外突出的多个圆形脊，所述多个圆形脊包括围绕所述焊面的中心的第一圆形脊、从所述第一圆形脊径向向外隔开的第二圆形脊、以及从所述第二圆形脊径向向外隔开的第三圆形脊，并且其中所述第一圆形脊、第二圆形脊、和第三圆形脊中的每一个是变钝的并且具有闭合的圆周。

2. 根据方案1所述的焊接电极，其特征在于，所述第一圆形脊、第二圆形脊、和第三圆形脊中的一个或多个具有平坦顶表面。

3. 根据方案1所述的焊接电极，其特征在于，所述第一圆形脊、第二圆形脊、和第三圆形脊中的每一个具有范围从约20μm至约200μm的脊高度。

4. 根据方案1所述的焊接电极，其特征在于，所述第一圆形脊的脊高度和所述第二圆形脊的脊高度隔开约80μm至约1500μm，并且所述第二圆形脊的脊高度和所述第三圆形脊的脊高度隔开约80μm至约1500μm。

5. 根据方案1所述的焊接电极，其特征在于，所述焊面还包括从所述焊面的基表面向外突出的一至七个附加圆形脊。