通过焊接电流的可变时间曲线对构件电阻焊接的方法以及由此制成的复合构件的制作方法
【专利说明】通过焊接电流的可变时间曲线对构件电阻焊接的方法以及由此制成的复合构件
[0001]本发明涉及一种用于构件的电阻焊接的方法，其中在焊接位置上借助设置在构件两侧的电极在构件上施加压力，并且构件借助通过电极引导的焊接电流通过构成焊接核心而相互焊接。
[0002]本发明还涉及一种通过这种方法制成的复合构件。
[0003]在电阻焊接中待焊接的构件在连接位置处或焊接位置处被电极或强或弱地挤压并且通过引导过电极的电流或焊接电流加热至熔化。在电流结束之后在连接位置上在包裹所谓的焊接核心(熔化物的扁豆状的凝结物)的情况下形成焊接连接。通过在电流流通时和之后的挤压(这也称为电阻压焊或电阻点焊)可以在构件之间构成特别承载的焊接连接。
[0004]在DE102007062375A1中描述了一种用于电阻焊接构件的方法，其中在焊接位置上通过电极引入或引出的焊接电流被检测和调节。由此焊接核心的构成根据不同的参数被影响。
[0005]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种前述类型的方法，使之不具有或者仅以减小的范围具有现有技术中产生的缺点。
[0006]所述技术问题通过具有权利要求1的特征的按照本发明的方法解决。借助并列的独立权利要求9，所述技术问题的解决方案还延展到一种复合构件，其借助按照本发明的方法制成。优选的扩展设计和技术方案对于两个发明主题相似地既由从属权利要求也由以下阐述得出。
[0007]按照本发明的用于电阻焊接至少两个构件的方法的特征在于，(借助电极在焊接位置上经过构件引导的)焊接电流具有变化的时间特性曲线，其特征是交替的高电流的多个通电阶段和低电流或无电流的多个冷却和固化阶段，由此焊接核心由多个相互包覆的和/或并列的(硬化的)熔化物区域构成。
[0008]高电流的通电阶段特征尤其在于具有相对较高的焊接电流强度的通过电流(在焊接位置上)。焊接电流例如可以在2kA至16kA的范围内，其中然而更高的焊接电流强度也是可行的。低电流的冷却和固化阶段特征尤其在于具有相对较低焊接电流强度的通过电流(在焊接位置上)，也就是例如小于2kA。无电流的冷却和固化阶段尤其理解为:在该阶段中没有流过电流(在焊接位置上)。
[0009]按照本发明所推荐的具有交替的高电流阶段和低电流或无电流的冷却和固化阶段的焊接电流的可变的时间曲线导致了:在焊接位置上构成由多个相互包覆的和/或并列的熔化物区域组成的焊接核心。构成焊接核心的不同的熔化物区域相互毗邻限界和/或在它们冶金技术的组织结构方面不同。各单独的熔化物区域的毗邻限界可导致在各组织结构中的树枝状晶体的有利的变小或细化(通过树枝状扩展的中断)。通过这种方式可以构成具有特殊属性的焊接核心。
[0010]在高电流通电阶段可以产生具有某个范围的熔化物。在后接的冷却和固化阶段中，在熔化物区域中构成确定的组织结构。在下一次或后续的高电流通电阶段中、在之前形成熔化物区域中再次形成至少一个具有另外的范围的熔化物，其中之前构成的组织结构在构成新的熔化物的情况下至少部分地再次熔化。在后接的冷却和固化阶段、在熔化物区域中再次构成某个组织结构，其具有其它的范围和/或与之前构成的组织结构不同的冶金学的构造。通过这种方式可以构成具有特殊属性的且相对较小的焊接核心。
[0011]在高电流通电阶段，热量被引入与焊接核心邻接的材料区域中，其中热量引入基于在高电流通电阶段之间的冷却和固化阶段而定量分配地进行。在邻接焊接核心的材料区域中引入的热量引起有利的属性改变。
[0012]优选规定，所述高电流的多个通电阶段在时间的长度和/或焊接电流强度方面不同。这些通电阶段但是也可以具有相同长度和/或相同的焊接电流。
[0013]此外优选规定，在各高电流通电阶段内的焊接电流强度则是恒定的。在各个高电流的通电阶段中的焊接电流强度也可以是不同的或递增或递减的。
[0014]特别优选规定，由电极作用在构件上的压力在整个焊接过程中予以保持。焊接过程包括电极的安置，后接的第一高电流的通电阶段直至最后的冷却和固化阶段。保持持续施加的压力可以是恒定的或可变的。
[0015]高电流的通电阶段的时间长度可以是50ms至1000ms，优选是75ms至800ms并且特别是10ms至750ms。冷却和固化阶段的时间长度可以是1ms至1000ms、优选20ms至750ms并且尤其是25ms至500ms。
[0016]优选设置至多8个高电流的通电阶段，它们在时间长度和/或焊接电流强度方面不同。尤其设置三个高电流的通电阶段，亦即具有相对较低的焊接电流强度的前阶段，具有相对较高的焊接电流强度的主要阶段和具有相对较低的焊接电流强度的后阶段。所述前阶段、主要阶段和后阶段还可以在它们的时间长度方面不同，其中特别优选的规定，主要阶段不仅是电流强度最强、而且还是最长的通电阶段。
[0017]特别优选的规定，至少一个和优选两个构件由较高强度的或极高强度的钢材料(或钢板材料)构成并且尤其由加压淬火的钢材料(或钢板材料)构成。较高的和极高强度的钢材料具有大于700MPa、尤其大于100MPa的强度。加压淬火的钢材料具有直至1600MPa的强度或更多。在加压淬火的钢材料中，这些极高强度的材料属性通过硬化过程实现，其中提前加热的钢板材料在冷却的工具中变形(或被保持在其模具中)并且同时被冷却。为此例如22MnB5板材料或类似材料是适用的。首先借助按照本发明的方法的加压淬火的板形件的电阻焊接被证实是有利的，因为产生了具有更高强度和很好的韧性(延展性)的焊接连接。由于交替的高电流的通电阶段和低电流的或无电流的冷却和固化阶段，可以将相对更多的焊接能量施加到构件中的焊接位置上。这一方面导致了焊接连接的非常高的强度，尽管焊接核心由于树枝状晶体扩展的中断相对较小地析出。另一方面在与焊接核心邻接的材料区域中(由于在高电流的通电阶段之间的冷却和固化阶段)可以引入相对较多的热量，由此脆性的马氏体组织转化成细晶格的和更延展的组织。由此焊接的构件的脆性和不可控的断裂性能在焊接位置上被防止。
[0018]借助按照本发明的方法产生的复合构件包括至少两个构件，它们在至少一个焊接位置上通过包围焊接核心而相互焊接，使得焊接核心具有多个相互包覆和/或并排布置(硬化的)熔化物区域。所述构件尤其是板形件。复合构件尤其指的是用于汽车车身的复合构件。优选规定，至少一个和优选两个构件由较高强度或极高强度的钢材料(或钢板材料)构成并且尤其由加压淬火的钢材料(或钢板材料)构成，为此引用前述说明。
[0019]以下以不受限的方式参照附图进一步阐述本发明。在附图中所示的和/或以下阐述的特征可以(独立于具体的特征组合)是本发明普遍性特征。
[0020]图1以截面图示出电阻焊接过程。
[0021]图2示出在图1的电阻焊接过程中随时间变化的压力和焊接电流曲线。
[0022]图3以三个单独截面视图示出焊接核心随着图2所示焊接电流曲线的的构成。
[0023]图4以截面视图示出焊接核心的另外的构成。
[0024]图5以四个单独的截面视图示出焊接核心的备选构造。
[0025]图1示出两个构件110和120，它们在所示的焊接位置上被两个放置的电极210和220挤压在一起。所施加的压力以P表示。同时通过电极210和220作用在焊接位置的电流I引导经过构件110和120。由此构件110和120在焊接位置上被加热至熔化。在焊接电流I切断之后所述熔化物硬化，由此在焊接位置上通过构成焊接核心形成焊接连接。焊接电流I典型地指的是交流电。电极210和220所示的构造仅是举例。由现有技术还已知其他的电极形式。此外由现有技术已知具有仅一个电极的电阻焊接方法，在该电极上同样允许使用本发明。构件110和120例如是加压淬火的板形零件。
[0026]按照本发明规定，焊接电流I具有变化的时间特性曲线，其特征在于交替的高电流通电阶段和低电流或无电流的冷却和固化阶段，由此焊接核心由多个相互包覆的和/或相互并列的熔化物区域构成。这在以下结合图2至5进一步阐述。
[0027]图2示出压力P和焊接电流I在焊接过程中的时间曲线。沿水平方向(从左向右)构成时间曲线。在垂直方向上示出压力的