[实用新型]三段式焊接电极组件

说明书

技术领域

本实用新型通常涉及电阻点焊领域，更具体地，涉及一种在高夹紧压力和高焊接电流下用于铝电阻点焊的改良的电极。

背景技术

在汽车、卡车和其他车辆结构中对铝的使用稳步增长。这是因为其会给铁合金带来很多优势，这包括铝具有较低的密度和抗腐蚀性的事实。铝的使用允许车辆制造商可以保持安全和强度要求，同时重量的减轻有利地降低了发动机负载，从而减少燃料消耗和废气排放。

电阻点焊是车辆制造商用于连接铝工件的技术。有力地，电阻点焊成本相对较低、快速、简单且易于自动化。中频电源、电极修整以及伺服焊枪设备的近期发展和进步还支持在车辆制造中增加铝电阻点焊的使用。

很明显，因为铝焊电流必须是钢所需电流的两至三倍所以需要高功率焊枪，但是铝焊接时间可能是钢所需时间的1/4至1/2。因此，铝焊接设备必须能够在比钢通常所用的时间短50-75％的时间窗口内传递高电流强度。这些要求清楚地强调了在开始焊接操作时需要具有适当的焊接压力和电极对准。

为此目的，Moision等人的第2013/0020288号美国专利申请公布文本公开了一种用于焊接铝工件的系统和方法，其中，通过与工件接合的电极施加预定的电流。然后基于预定的电流产生电阻分布(resistance profile)。然后基于电阻分布选择适当的焊接分布。焊接分布然后用于进行工件焊接。

焊接电流和电流分布不是可用于有效地提供一致地高质量铝焊接的唯一参数。实际上，施加给工件的夹紧力的改变对(a)焊接电极和工件之间的压力以及(b)电极-工件接触面处的电阻分布产生影响。最近已经确定，高达12kN的点焊力和高达80kA的焊接电流可有益于在铝工件(诸如由铝合金板材料制成的主体)之间提供最有效的和高质量的焊接。

图3示出了现有技术的三段式结构的铝点焊电极组件E。电极组件E包括安装接头A、柄部S和电极帽C。安装接头A包括允许电极组件E固定至焊枪的安装端T。结合的六角螺母N允许拧紧和松开连接。

安装接头A还包括容纳和保持柄部S的锥形部分P的孔。接头A的侧壁R接合且增强柄部S的该部分P。柄部S的末端处的插孔K容纳电极帽C的安装端M。帽C的工作端或焊接部分D从柄部S延伸。

焊接电极组件E由铜或铜合金制成。柄部S包括内腔U，其用以将水或其他冷却介质循环至电极帽C中的冷却通道G，从而降低焊接工艺过程中的电极加热。这种内腔U在柄部S的结构完整性上妥协至一定程度，即，它在适当的使用寿命期间不能抵抗高达12kN的点焊力以及高达80kA的焊接电流。

实用新型内容

本实用新型涉及一种新颖的焊接电极组件，其特点是在经受高达12kN的点焊力和高达80kA的焊接电流时提高了强度且延长了使用寿命。有利地，新电极提供了这些好处，但是仍由相同的材料制成且具有与现有技术的电极组件E相同的标准总长度。因此，新电极可与已经安装且在生产线上操作的标准焊枪、标准电极修整设备和标准电极改变设备一起使用。

根据本文描述的目的和益处，提供了一种新焊接电极组件。该焊接电极组件包括主体和支承在主体上的电极帽。电极帽具有连接至主体的安装端和用于焊接的工作端。此外，电极帽包括在安装端和工作端之间的凸起边缘，以在电极帽修整期间保护主体以及在更换电极帽时便于去除电极帽。

电极帽还包括液体冷却通道。液体冷却通道延伸穿过安装端且经过边缘。在一个实施例中，安装端的长度和工作端的长度之比在1:0.6和1:1.9之间。在另一个实施例中，安装端的长度和工作端的长度之比在1:1.5和1:1.7之间。在再一个实施例中，安装端的长度和工作端的长度之比约为1:1.3。

更进一步地，在一个实施例中，液体冷却通道的长度与电极帽的长度之比在1:1.3和1:2.0之间。在再一个实施例中，液体冷却通道的长度与电极帽的长度之比在1:1.65和1:1.75之间。

在一个实施例中，安装端具有约1°26′+/-0°3′的锥角和约在1.98mm和2.71mm之间的壁厚。液体冷却通道具有约12.7+/-0.3mm的直径。总的来看，冷却通道的增加的壁厚和较大的横截面积大大地增强了电极帽的性能。

更进一步地，工作端具有20.5+/-0.3mm的长度和19.1+/-0.3mm的直径。工作端的增加的长度基本提高了电极帽的使用寿命。

根据本实用新型，工作端具有长度和直径，其中，长度大于直径。