专利名称：凸焊用焊枪的制作方法
技术领域：
本发明涉及凸焊装置，特别涉及尤其适用于凸卷边焊的改进的焊枪。
背景技术：
凸焊是一种允许两个重叠金属薄板间以焊接形式固定的已知技术。在凸焊中，薄板之一具有一从其上横向伸出的小凸出，凸出的尖端与另一个重叠的薄板保持接触。焊枪的电极被压至与另一个薄板接触，通常与凸出对齐，力和电流的组合作用在电极上以在由凸出限定的接触区域把两块薄板焊接在一起，并使凸出坍陷以产生用于把重叠的薄板固定在一起的焊点。
在已知的凸焊技术中，在单凸出焊接操作过程中，传统的方法是在相当长的时间内向接触电极施加交流电，由此向电极施加几个周期的交流电以允许完成单凸出焊接。该长的电流作用时间，获得希望的接触力的困难及被加热的电极的破坏常常导致不利因素，使凸焊不能达到用于薄金属板的要求。例如，困难常常会出现在薄板表面出现痕迹或给薄板表面去色方面，如果薄板是有涂层的，则常常会对涂层造成破坏。由于这些原因和其它原因，凸焊以前没有被高度接受用于薄金属板方面，尽管最近获得了较大的接受。
在这方面，如由本申请的受让人拥有的美国专利No.4 417 122涉及一种改进的凸焊装置，其中提供了用于与两个重叠轻型金属薄板接触并在其间进行凸焊的低惯性快响应焊枪。通过前述专利的装置，不但提供了具有低惯性从而快响应电极的焊枪，而且更重要的是电流在电极上仅作用极短的持续时间，该持续时间仅为通常交流电波周期一半的一部分。这样，时间非常短的能量非常高的电流脉冲传送到移动的焊头上，并且作用在重叠薄板间的凸出接触区域上以将薄板快速有效地焊接在一起。该’122专利的系统能够在重叠薄板间提供理想的焊点，而不会造成任何明显的热影响区域，并且不会造成薄板的过度去色和出现痕迹。从而，该前述专利的装置在最近几年更加被接受用于凸焊，特别用于如传统上用于固定如与汽车和类似物相关的薄板的卷边形式凸焊。
参见
图1-3，其中展示了一种用于产生凸卷边焊的已知装置，该装置中结合了的改进的凸焊装置，特别是结合了前述’122专利的改进的焊头。该焊接装置10特别适用于重叠布置的薄板形金属构件的凸焊，典型的轻型金属薄板通常厚度在0.020到0.050英寸范围内。要被焊接的薄工件或薄板表示为11和12，薄板具有如图1中所示的直接重叠的部分，在卷边焊过程中薄板之一11还具有折边或卷边部分13，该部分被向上弯曲以重叠在另一块薄板12的远侧，从而使薄板12被夹在薄板11和其卷边部分13之间。中间的薄板12还具有一个在其上形成的焊珠或凸出14，该凸出14从板12上横向伸出以使凸出的尖端与卷边部分13的内表面(即下表面)接触。在该卷边形式的装置中，在薄板12和卷边部分13间的凸出14周围直接产生凸焊。
在该已知凸焊装置10中，重叠的薄板(即工件)通常放在一个支撑物或支撑模具15上，可移动的焊头组件17位于模具15附近以与重叠的薄板合作以允许产生凸焊。可移动的焊头组件17包括一中空外壳或主体18，电极19可移动地支撑在主体18中并向外伸出以在凸出附近与重叠的薄板接触，弹簧21(通常是螺旋弹簧)封闭在外壳中并顶在电极19的内表面上以把电极19向外推向伸出的位置，在该伸出的位置电极贴靠在在外壳上形成的内挡块表面上。可移动的焊头组件17电连接在固定的变压器22上。变压器22的电力供应，从而供应给焊头组件的焊接电流又由适当的控制单元23控制。变压器22具有连接到适当的电引线或导线25和26上的初级线圈24，连接在该导线上的电力供应通常为传统的460伏、单相、60赫兹。变压器的次级线圈27又连接在适当的导线28和29上，导线之一连接在焊头组件17上，另一个连接夹在中间的工件的下游侧，如通过或者连接在模具15上或者如图1中所示在卷边焊过程中连接在电接触枪31上。该接触枪31包括例如象传统双活塞双作用压力缸，通常为空气气缸的支撑32，传统的电极33可移动地支撑在支撑32上，电极定位在与中间薄板12的部分34接合，与电极33接合的部分34与薄板的重叠部分或夹住的部分间隔开并且还与薄板11间隔开。导线28和29的结构通常为传统的可弯曲的迭片结构以允许焊头组件17和接触头组件31相对变压器22移动。
该焊接装置还包括一用于使焊头组件17产生运动的驱动装置36。该驱动装置通常构成一气压缸，气压缸具有通常固定安装的外壳37，并且备有可伸出和缩回的活塞杆38，活塞杆38又连接在焊头组件17的外壳18上，以在要进行凸焊操作时，控制组件17移动到与薄板接合。
在典型的焊接操作中，驱动36被接通并且向下移动头组件17以使电极19在凸出附近或大体与凸出对齐处与薄板件13接合，该向下运动足以向内压下电极19，从而压缩弹簧21。然后控制单元23向电极19供应持续时间非常短的、单极的、高能电流脉冲，该电流脉冲加热凸出14和紧靠凸出附近的薄板13。这与弹簧21施加在电极上的压力相结合，使被加热的凸出坍陷，以大体如图3中所示在薄板件12和13间产生焊珠或焊核35。
进行卷边焊操作时通常用于把外汽车体薄板11点焊到内支撑薄板12上，薄板11和12的重叠边缘部分通常具有在其间提供的粘合剂，但在经受如在漆烘干炉中经历的高温前该粘合剂不能有效地把薄板11和12牢固地固定在一起。从而，提供了凸焊以至少临时把薄板11和12牢固地连接在一起，以在随后的处理和操作过程中保持空间稳定性，当完成的汽车零件最终上漆并放到热烘干炉中时，粘合剂39被活化以将薄板11和12牢固地固定在一起。
对于凸焊的产生并参见图4，在很多已知的凸焊技术中，作用在电极上的焊接电流构成如图4中41处所示的正弦交流电波形，并且最典型的是几个周期的电流波形作用在电极上以产生单凸出焊接。然而，在使用如前述’122专利中公开的和如图1所描绘的改进的焊头和凸焊装置中，电极仅经受持续时间非常短的、单极的、高强度电流脉冲42以进行凸焊操作。而且，控制单元23最好包括适当的开关电路或开关软件以使随后的焊接操作是极性相反的，例如第一焊接为如图4中所示的单极脉冲42，下一个或第二焊接为如42’处指示的相似但具有相反极性的脉冲。用于每个凸焊的焊接脉冲的持续时间只发生在交流电波形的单个半周期内，电流脉冲如脉冲42的持续时间少于半个波形的持续时间。
如上简要总结的焊接装置10的结构和操作细节较详细地描述在前述’122专利中，这里不必对其进一步的详细描述。
尽管利用前述形式的脉冲形焊头的凸焊特别是卷边型凸焊被证明是相当成功的并且获得了商业上的承认，但是发现这种装置仍未达到最佳性能。例如，通过这种型式的焊头，当电极完全伸出时偏压电极的弹簧通常处于或者未压缩或者最小压缩状态，从而由于这种弹簧中弹簧刚度特性的明显变化，发现当受到预定量的向内电极压入和弹簧压缩时，每个焊头导致明显变化的弹簧力，这又不利地影响了被制造的凸焊的可重复性和可靠性。而且，通过这种装置，电极通常必须被压入很大的距离，通常在四分之三英寸量级内，从而造成相应的大循环冲程或大弹簧压缩，这又降低了弹簧的寿命。在某些情况下，当不存在金属薄板时，还发现这种长冲程导致电极被弹簧向外推出以接触并损坏铜支撑板，这又可能要求修理或更换铜支撑板。还发现，当实际开始加热和压缩操作以进行焊接前，在正常载荷或压缩条件下，弹簧压缩力的可变性也不利地影响正在形成的焊点的质量，因为最佳的焊点是通过结合由弹簧施加在电极上的压缩力控制和调整电流峰值的大小形成的，所有这些又是结合金属薄板的厚度和凸出的大小确定的，这样以最佳地加热、压缩和使凸出坍陷以产生希望的焊点。
因此，本发明的一个目的是提供一种焊接装置，特别是提供一种卷边形式的焊接装置，该卷边形式的焊接装置中结合了改进的焊头，该焊头被认为是代表了对先前装置的改进，特别是对上述不便之处和不规则性的改进。
更具体说，在本发明的改进的焊接装置中，特别是对于改进的焊头，偏压电极的弹簧最开始预加载荷以始终向电极施加较大的偏压力，以维持其顶在挡块上以限定电极的正常完全伸出的位置。此外，焊头的弹簧最开始被预校准使得当电极被向内压入以通过预定距离压缩弹簧时，向电极施加精确的预定偏压力，该预定距离通常非常小以使弹簧的磨损最小并使电极移动的反应性最佳。这样，当焊头与重叠的薄板结合，使得电极与凸出对齐地与薄板接合时，电极被压入预定的距离，从而均匀的预定偏压力始终作用在电极上，从而作用在凸焊区域。
为获得如上简要总结的本发明的改进焊枪，电极最开始被压入所述预定距离以压缩弹簧并被维持在该预定压缩状态上。然后沿焊枪轴向调整与弹簧一端接合的挡块或支撑的表面以或者增加或者减少弹簧压缩的大小，直到作用在被压入电极上的弹簧压缩力等于预定值为止。然后把可调整的支撑表面固定在该位置上，从而只要电极被压入所述预定距离时，焊枪就会在具有所述预定力的弹簧中重复地产生电极偏压力。这样，可简单地校准多个焊枪以提供相同的凸焊。
本发明的另一个目的是提供一种改进的凸焊过程，该过程的步骤包括预校准焊枪的弹簧力，以当电极被压入预定距离时始终提供作用在电极上的预定力，然后把焊枪整体向薄板之一移动以使电极大体与第二薄板上形成的凸出对齐地开始接触薄板，继续使焊头向金属薄板移动以使电极被压入预定距离，该压缩由合作的挡块限制，一个挡块固定不动，另一个与焊头外壳相连并与之一起移动。这样，在凸出处预校准的相同的力始终作用在重叠的薄板上，在刚开始向电极作用电流前电极始终被大体压入所述预定距离。
通过阅读下面的说明书并观察附图，本发明的其它目标和目的对于熟悉该一般形式的结构和过程的人将变得更明显。
附图简单描述图1简要地表示了先前技术的凸焊装置，特别是卷边型式的焊接装置。
图2放大地表示了产生凸焊前的已知卷边型式凸焊装置。
图3是与图2相应的视图，但其所示为产生凸焊后的装置。
图4表示的是与传统低能多周期焊接脉冲相比较的典型高能焊接脉冲，二者都是已知的。
图5是一透视图，其表示了根据本发明的改进的焊枪或焊头，该焊枪特别适合于向凸焊结构，如图2中所示的结构，作用持续时间短、高能、单极焊接脉冲。
图6是本发明的改进焊枪的纵向剖面视图，该焊枪的电极处于其完全伸出的位置。
图7是与图6相应的视图，但其所示电极处于被压入预定距离的位置，电极被预先校准，使得只要电极被压入所述预定距离，就在弹簧中产生预定力。
图8是放大的局部视图，其表示了如图6中所示的在焊枪上端提供的指示器结构。
图9简要地表示了当焊枪中所用形式的弹簧被压入预定距离时通常存在的力的变化，并且特别表示了在本发明的焊枪中如何控制该变化以使电极被压入预定距离时，弹簧在电极上施加预定相同的力。
图10示意地表示了本发明的驱动装置和焊枪装置，并且逐步地表示了凸焊过程中与其零件相关的位置关系，通过标记为A到D的位置简要顺序地表示了这些各种过程位置关系。
图11是与图1装置相关的接触枪的放大前正视图。
图12是图11中所示接触枪的侧面正视图。
图13是大体沿图12中线13-13获取的放大局部剖视图。
下面描述中将使用的某些术语仅仅是为了标记的方便，而不是限制性的。例如，词“向上”、“向下”、“向右”和“向左”是指附图中标记所指的方向。词“向内”和“向外”分别指接近或远离装置和指定零件的几何中心的方向。所述术语包括特别提及的词及其派生词和意义相同的词。详细描述参见图5-8，其中表示了根据本发明的改进的焊头组件17’。该焊头组件17’包括可移动地支撑在外壳18’上的电极组件19’，该焊头组件特别适用于在两个重叠金属薄板间产生凸焊，尤其适用于与如图1中所示的焊接装置10结合使用，以允许产生图2和3所示形式的凸焊，焊头组件特别适用于施加持续时间非常短的单极电流脉冲，电流脉冲的产生大体如上所述并详细描述在前述’122专利中。
更特别的是，本发明的并且如图6-7中所示的改进的焊头组件17具有中空外壳18’，该外壳由整体细长的套筒或套管51限定，如52处所示，该套筒或套管最好外面开有螺纹。孔或开口53在套筒51的整个长度上延伸，沿套筒纵向中心轴62大体同轴布置。套筒51的孔53在其上端在54处内部同轴开有螺纹以允许可调整的挡块或端块元件56用螺纹接合在其中。该端块元件56外端备有一驱动凸缘57，凸缘57向上与套筒51的端部间隔开，最好在其上限定一整体平面的端部表面58，该表面58与纵轴线62垂直。端块元件56还具有在其整个长度上同轴延伸的整体圆柱形开口59，一套筒状环形衬套61位于端块元件56的该开口中。
套筒孔或开口53的下端在63处也内部开有螺纹，其中安装了一下挡块或端块元件64，该元件与下部螺纹63啮合。该下端块元件64在其外端具有端部凸缘66，其径向向外伸出并在其上限定了一内表面或上表面67，该表面67适于固定贴靠在限定在套筒51下端的端部表面68上，以允许把下端块元件64固定在套筒51中相对套筒51的预定位置上。
下端块元件64也具有在其长度上同轴延伸的圆柱形开口69，套筒形衬套71也固定地位于该开口69中，从而下衬套71与上衬套61同轴。下端块元件64在其上还限定了一整体平面的上止动表面72，该表面整体位于中空套筒51的内部。
电极组件19’包括一在中空外壳51中同轴布置的细长杆或轴73，轴的相对端部可滑动地支撑在衬套61和71上。该轴73在这里称为电极支撑轴，其下部杆件74定位为从外壳51的一端轴向向外伸出，即伸到下端块元件64的外面。在该伸出的杆件74上固定地安装了一导电连接装置块76，该块通过传统的中间绝缘材料与轴73适当地电绝缘。该连接装置块75又具有一从其上向下伸出的同轴开口，一细长杆状电极76的上部位于该开口中并牢固地固定，如通过可拆螺栓。电极76由坚固但导电性好的材料制成，如常用的铜或铜合金。电极76终止在下端77，下端77为电极的接触表面。连接装置块75固定地位于包围之的导电对开夹78中，对开夹78又与可弯曲导电迭片结构28B的一端连接，迭片结构28B在其另一端与安装在滑块93上的导电元件28A连接，元件28A与滑块93电绝缘。该导电元件28A又与导线28连接，导线28连接在变压器的次级线圈上。这样，电脉冲如供应给电极76的电脉冲通过夹子和连接装置块直接供应到电极上，焊头组件的外壳51与供应给电极的电流绝缘开。
止动环80在电极支撑轴73两端之间的位置包围电极支撑轴73并牢固地固定在轴上，止动环80以任何适当的方式不可旋转地并且牢固地固定在轴上，如通过横向伸出的固定销81。该销81又径向向外伸出以限制于在套筒51壁上形成的轴向细长凹槽82中，以防止电极组件19’相对套筒51旋转，同时允许电极组件19’相对套筒进行有限的轴向移动。止动环80位于套筒或外壳的下端附近，使得止动环80的下表面或底表面适合于贴靠地接触在下端块元件64上限定的上止动表面72，如图6中所示。
弹簧21，特别是螺旋弹簧，位于套筒51的内部，大体与电极支撑轴73同轴并且包围该轴，弹簧21的下端位于由止动环80上表面限定的接合表面83上。弹簧21的另一端或上端位于另一个接合表面84上，接合表面84限定在适当的包围电极轴73的支承板或支承垫圈85的下侧。支承垫圈85又被推向与上端块元件56的下表面接触。当电极76没有受到要将其压入或使其向内运动的外力时，弹簧21通常把电极组件19’维持在大体如图6所示的完全伸出的位置。
本发明的和如图6和7中所示的焊头组件17’还具有与其远离电极的端部相连的可视指示器装置，以提供电极位置即图6的非操作伸出位置，或图7的缩回的操作位置的可视指示。如图8中所详细表示的，该指示器包括一可视指示器元件86，其大体由细长杆构成并且同轴地用螺纹拧到电极支撑轴73上端形成的合适的带螺纹开口中。指示器杆86的大小做成能向上伸出到轴73的外面，最好向上至少超过可调整挡块元件或端块元件56的上平面58一定距离。指示器杆86上具有多个可视标记89，在所示实施例中可视标记为多个整体平行的线，平行线沿焊头的轴线间隔布置以使这些线可整体与平端面58共面，以提供电极组件相对外壳的轴向位置的可视指示。可视指示器杆86的位置还可在最开始根据需要调整，为此提供了锁紧螺母88，锁紧螺母88用螺纹接合在带螺纹的指示器元件下部87上。下部带螺纹部分87可拧入轴73上的带螺纹的开口或从中拧出以允许指示器根据需要轴向定位，然后把锁紧螺母88向下拧到下部带螺纹的杆部分87上以贴靠在轴73的上端，从而把指示器牢固地固定在需要的位置上。
如图6和7及在图5中所示的焊头组件17可移动地支撑在适当的固定的支架91上，压力缸36的外壳37又安装在支架91上。适当的头部元件或滑动元件93又可滑动地支撑该支架91上，滑动元件93连接在与驱动装置36相连的可伸出并可缩回的活塞杆38上，图5中所示的活塞杆38被封闭在适当的可弯曲波纹管中。支撑板94又安装在该可滑动头部93上，支撑板94具有开口95，开口95大体与活塞杆38运动方向平行地穿过支撑板94。如图6中所示，焊头组件17’的外壳或套筒51容纳在该开口95中。在套筒51上最好安装一对锁紧螺母96和97，锁紧螺母用螺纹与套筒51的外螺纹接合，并且位于板94的相对侧上。这样焊头组件17的套筒51的位置可容易地相对板94垂直调整，然后通过沿套筒拧锁紧螺母96和97以使其紧紧夹住板94的两侧来将其相对板固定。
如图5所示的焊头装置和驱动装置还提供用于控制焊头组件运动的协作挡块。为此，第一挡块101固定在可移动的头部93上，另一个挡块102相对支架91固定定位，但挡块102的位置可根据需要调整，如通过任何传统调整结构，如薄垫片103。如图5所示的挡块101和102，特别是其接合的位置在后面有更详细的描述。
现在考虑接触头组件31的细节并特别参见如图11-13中所示的其改进的结构，该接触头组件包括一固定在杆状件(即一活塞杆)下端的细长杆状电极111，杆状件可滑动地支撑在传统液压缸，如双活塞双作用气动缸的外壳32上并从其向外伸出。电极件或电极杆111下部自由端具有一固定在其上的软垫元件或弹性元件112。该软垫元件112包括一支撑板113，弹性材料或橡胶材料块114固定在支撑板113的下侧。该弹性材料或橡胶材料块114最好是有点硬但可屈服的弹性体，如聚亚胺酯。如115处所指示的，块的下部平行边角最好圆化。
软垫元件112通过螺纹紧固零件，如螺钉116固定在电极件111的下端，螺钉116位于沿电极杆件向下垂直伸出的阶梯孔117中。该螺钉116的下端用螺纹啮合在支撑板113上形成的合适的螺纹开口中，以把软垫元件牢固地固定在电极杆上。
除导电杆件111外，电极组件还包括导电可弯曲衬带121，如由编织网或金属网构成的衬带，最好是铜编织的网。如图13中所示，该可弯曲衬带121被延长到环绕弹性元件112的底部和相对侧并与之紧密接合，衬带的上部还靠在电极杆件111的相对侧面122上并与之接合。在其自由端附近，衬带121的上部通过合适的夹板123固定在侧面122上，一个或多个合适的紧固零件，如螺栓124，牢固地但可拆除地把电极衬带121固定在电极件111上，提供了合适的弹性元件112以允许由衬带121和电极杆件111限定的底部接触区域间的弹性软垫。
图11-13的改进的电接触头装置是同时提交的共同未决的专利申请的主题。
现在将结合图9和10来进行解释当结合如图6-8所示本发明改进焊头组件时用于允许凸焊的焊接装置的操作，以及与预校准焊头组件相关的过程和凸焊技术的完成。
为提供具有希望的特性的凸焊并且允许本发明的焊头组件，特别是在一装置上提供多个这种焊头以允许同时完成多个凸焊时，为提供可重复的并且均匀的凸焊，希望能够更精确地控制和预定焊接循环开始时作用在凸焊上的力。与先前焊头相比，本发明的焊头能够获得该极度想要的特性。
如图1和6所示，当本发明的焊头组件处于完全装配完但非操作位置时(即电极完全伸出时)，弹簧21维持在压缩状态下，由于弹簧被限制在支撑表面83和84之间，所以弹簧保持相当大的预载力F1(图6)，由于止动环80贴靠在内止动表面72上，该预载力F1把电极组件19’维持在完全伸出的位置。然而，由于螺旋弹簧中存在的明显的变化，既有尺寸变化也有弹簧刚度随之产生的变化，尽管在所有这种组件中表面83和84间存在相同的间距关系和尺寸关系，但从焊头组件到焊头组件，力F1的大小将会变化。该预载力F1的变化数量可能很大，其示意性地表示在图9中。
除如上所述任何预载力F1中的变化外，当电极被压入预定距离进入外壳中时，弹簧刚度的变化也会使弹簧力(在图6中标记为F2)在正常条件下发生变化，图7中该预定距离标记为D。在正常条件下，预载力F1和压缩力F2都会发生明显的变化，并且在各种焊头组件中不易重复，这样就在由不同焊头装置产生的凸焊中带入了不希望的变化。
然而，在本发明的改进的焊头组件中，上端块元件56可相对外壳51适宜地调整使得允许调整弹簧力，事实上它以一种方式调整以允许相当精确地设定力F2，而与整体公差和变化无关，并且更特别的是与弹簧的公差和变化无关。在本发明的焊头装置中，弹簧21最开始受到上端块元件和下端块元件之间的预压缩，然后电极组件19’被向外壳内移动预定距离D。如图7所示，电极组件被维持在该预定向内移动的状态，然后通过将上端块元件56拧入或拧出套筒51来适宜地调整上端块元件56以改变作用在弹簧21上的压缩力，直到作用在弹簧21上的压缩力等于预定的并且希望的大小F2为止。为此，该预校准是在适合于检测作用在弹簧上的压缩力的设备上进行的。在端块元件56被调整到希望的位置以代表希望的弹簧力F2后，如果希望，可在端块元件56和套筒51间重叠的螺纹区域上加上适当的指示装置，如漆条或类似物，以指示其合适的位置。指示器86还可用螺纹调整到需要的位置，如通过把线89中的一条(例如从顶面数第三条线)与表面58对齐，因为这样就会提供电极组件被向内移动预定距离D的可视表示。然后从电极上移去外部载荷，弹簧21使电极组件返回到如图6中所示的完全伸出位置，在该位置上弹簧力下降到数值F1，由于弹簧特性该数值本身是可变的，该变化反映在图9中。然而，如图7中所示，当电极被压缩所述预定距离D时，关键的并且可重复的力是力F2，因为当电流作用在焊接凸出区域时存在的是后面的情况。
现在参见图10，位置A表示的是凸焊顺序开始前的设置。在位置(A)，焊头布置为电极76完全伸出，但向上与重叠薄板间隔开。在该布置中，运动挡块101也向上与固定挡块102间隔开。
为启动凸焊顺序，接通驱动装置36，使活塞杆38伸出并从而使焊头组件17’整体向下移动，直到到达位置(B)，在该位置上电极76的下部自由端接触上面的薄板13，薄板13与凸出14接合。然而，在最开始接触时，电极76还没有受到任何明显的移动或压缩，运动挡块101更靠近固定挡块102但仍与其有间隔。
然后驱动装置36继续使活塞38向下伸出，这使焊头组件17’的外壳18’向下移动所述距离D，此时挡块101接触挡块102并防止焊头组件外壳18’进一步向下移动。然而，在向下移动该距离D的过程中，电极76已经静止地与工件薄板接合，从而不能移动，这样就被有效地向上向焊头外壳18’中收缩或压缩距离D。如图10的位置(C)所示，焊头组件的位置大体与图7中所示相同，即电极组件向外壳内伸入距离D，这样电极76在重叠的工件，及凸出上作用预校准的而且预定的力F2。
达到图10中所示的位置(C)后，通过适当的传感器使控制单元23启动，这样焊接电流，如单个持续时间短单极焊接脉冲(如图4中的脉冲42)供应给电极76，于是电流通过上薄板13传递到凸出14。因为在卷边焊接操作中，如图1中所示，接触枪31与薄板12的部分34接合，所述电流及产生的热可有效地与下薄板11隔绝。电流脉冲特别立即局部加热凸出14，并且与预定力F2结合，使凸出14立即坍陷以在零件13和12间产生焊点。在凸出的坍陷过程中，弹簧21和作用在电极76上的较高的力F2使电极立即响应并跟随凸出的坍陷以使电极的端部接触表面与薄板13保持接触，这样在坍陷的凸出14附近将薄板12和13压在一起。当电极向外伸出时，超过预载荷F1的相当高的压缩力仍作用在电极上，这辅助了电极的继续运动以压缩凸出，特别是因为在很多情况下不一定需要完全压缩凸出，所以作用在电极上的弹簧力维持在坍陷的凸出区域，直到焊头组件被再次收缩回如图10中所示的位置(A)。
通过本发明的改进的装置，最好在半个波形交流电周期的一部分，约半个波形的40％到60％内施加电流脉冲，这样电流脉冲将通常具有约三毫秒到六毫秒间的短持续时间。
尽管本发明的焊头装置特别适合于与凸焊结合使用，该凸焊使用源于半个交流电波形的持续时间短单极电流脉冲，但应理解为，本发明的焊头组件还被认为高度适合于应用在这些情况，其中焊接电流可能包括使用两个或多个持续时间短的焊接脉冲，该焊接脉冲可能是极性相反的。而且，该改进的焊头组件还被认为高度适合于应用在这样一种凸焊中，其中焊接电流可能包括在较长时间内使用交流电，如超过单个波形的时间内使用电流。
通过如上所总结的改进的装置和过程，将适宜地调整固定挡块102的位置以使其定位在大体如图10位置(C)所示，当电极被向焊头外壳内压入或移入所述预定距离D时，与运动挡块101接合，从而保证在开始实际焊接操作时(即施加电焊接脉冲时)始终存在预校准或预设置的力F2，并从而允许预校准多个焊头组件以获得可高度重复并且可靠的凸焊。而且，通过该改进的装置，与传统的凸焊头相比，该压缩距离D本身可做得非常小，事实上距离D最好在1/8到3/16英寸范围内(与很多焊头组件中通常的3/4英寸冲程相比)。
该从其完全伸出位置测量的非常短的电极位移从而明显改进了实际的凸出坍陷中电极的快速响应，通过不仅允许预校准预定的开始焊接力F2，而且还保证在整个电极的向外伸出过程中焊接力保持在相对高的水平或大小，因为该焊接力绝不会变得小于也是非常大的开始预载力F1，该位移本身提供了更均匀的凸焊。事实上，可取的是该预压缩力或预载力F1通常至少为预校准的焊接力F2的50％，最好至少是预校准的焊接力F2的70％到80％。
尽管为描述目的详细公开了本发明的特定优选实施例，但应认识到，该公开装置的变型或改变，包括零件的重组，都包含在本发明的范围内。
权利要求
1.一种与工件相对、用于焊接支撑在工件支架上的工件的焊枪组件，包括一主体；一可移动地安装在所述主体上的由弹簧推动的电极组件，其具有伸出到所述主体外面并且终止于电极接触部分的部分，该电极接触部分位于工件对面并与其相邻，用于与工件接触接合；一电控制装置，当所述电极接触部分接触工件时，该装置向焊枪组件供应电能以进行单个焊接操作；一驱动装置，用于驱动所述焊枪组件在非操作位置和操作位置间移动，当所述焊枪组件处于所述非操作位置时，所述电极组件从所述主体完全伸出但保持与工件间隔开并且不与其接合，当所述焊枪组件处于所述操作位置时，所述电极接触部分与工件接触接合；所述焊枪组件包括一螺旋弹簧，其相对端部分别与第一和第二支撑表面接合以保持所述弹簧在其间压缩接合，一个所述支撑表面安装在所述电极组件上，使得所述弹簧通常将所述电极组件推向完全伸出的位置，在该位置所述电极组件贴靠在所述主体上的止动表面上，另一个所述支撑表面安装在所述主体上，所述第一和第二支撑表面间隔开一定距离以当所述电极组件处于所述完全伸出位置时，预压缩所述弹簧，所述焊枪组件还包括调整装置，用于调整所述支撑表面之一相对所述主体的轴向位置以改变所述弹簧的压缩，调整所述调整装置到校准位置以当所述电极组件被向内压入到所述主体内的预定压入位置时，向所述弹簧施加预定的压缩力，在该预定压入位置上该电极组件被从所述完全伸出位置向内压入所述预定距离。
2.在一用于在第一和第二重叠金属薄板间产生凸焊的凸焊装置中，其特征在于，所述第一薄板具有整体平面的第一薄板部分，该部分与如在所述第二薄板上限定的整体平面的第二薄板部分相邻并重叠，所述第二薄板部分上具有一凸出，该凸出横向伸向所述第一薄板部分以与其接触，所述装置包括一工件支架，用于与所述重叠的第一和第二薄板部分之一的一侧支撑接合；一焊枪组件，其位于所述工件支架对面，用于在所述重叠的第一和第二薄板部分间的所述凸出处产生凸焊，所述焊枪组件包括一主体和一弹簧推动的可移动地安装在所述主体上的电极组件，该电极组件具有伸出到所述主体外面并终止于电极接触部分的部分，该电极接触部分与所述重叠薄板件的外侧相对且相邻，该电极接触部分位于所述工件支架对面用于与所述薄板件之一接触接合，所述电极接触部分通常与所述凸出对齐；一电力变压器，其具有协作的初级线圈和次级线圈，第一电导线装置用于把所述初级线圈连接到高压交流电能源上，第二电导线装置连接在所述次级线圈和所述焊枪组件之间，用于把电能传送给所述焊枪组件的电极接触部分；插入到所述第一和第二导线装置之一中的控制装置，用于允许把电能供应给焊枪组件以进行单个凸焊操作；一驱动装置，用于驱动所述焊枪组件在非操作位置和操作位置间移动，当所述焊枪组件处于所述非操作位置时，所述电极组件从所述主体完全伸出但保持与所述工件间隔开并且不与其接合，当所述焊枪组件处于所述操作位置时，所述电极接触部分与所述薄板件之一接触接合；改进包括所述焊枪组件包括一螺旋弹簧，其相对端部分别与第一和第二支撑表面接合以保持所述弹簧在其间压缩接合，一个所述支撑表面安装在所述电极组件上，使得所述弹簧通常将所述电极组件推向完全伸出的位置，在该位置所述电极组件贴靠在所述主体上的止动表面上，另一个所述支撑表面安装在所述主体上，所述第一和第二支撑表面间隔开一定距离以当所述电极组件处于所述完全伸出位置时，预压缩所述弹簧，所述焊枪组件还包括调整装置，用于调整所述支撑表面之一相对所述主体的轴向位置以改变所述弹簧的压缩，调整所述调整装置到校准位置以当所述电极组件被向内压入到所述主体内的预定压入位置时，向所述弹簧施加预定的压缩力，在该预定压入位置上该电极组件被从所述完全伸出位置向内压入所述预定距离。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述调整装置由支撑元件限定，支撑元件用螺纹支撑在所述主体上以绕主体纵轴线旋转，使得可沿所述主体纵向改变支撑元件的位置，所述支撑元件上限定所述一个支撑表面，调整到所述校准位置后所述支撑元件相对所述主体保持固定，当处于所述校准位置时，即使电极组件处于所述完全伸出的位置，所述支撑元件也与另一个支撑表面合作以把弹簧维持在部分压缩的状态。
4.根据权利要求2所述的装置，包括挡块装置，用于控制所述驱动装置产生的所述焊枪组件从所述非操作位置向所述操作的位置移动，所述挡块装置包括相对所述工件支架固定定位的第一挡块和相对所述主体固定定位并与其共同移动的第二挡块，当所述焊枪组件处于所述操作位置时，所述第二挡块接触所述第一挡块，当所述焊枪组件处于所述操作位置时，所述电极组件与所述薄板件之一接合并维持在所述预定压缩位置。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述焊枪组件的主体可相对所述驱动单元沿纵向调整定位。
6.根据权利要求4所述的装置，包括在所述焊枪组件上提供的可视指示器装置，用于指示所述电极组件的完全伸出位置和预定压入的位置。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述主体限定其一端附近的所述挡块表面，所述电极组件具有一纵向可移动地支撑在所述主体上的内部零件，当所述电极组件处于所述完全伸出的位置时，所述内部零件定位与所述挡块表面接触，所述电极组件的接触部分纵向延长并从所述主体的所述端向外伸出，所述电极组件的所述内部零件在其上限定了所述第一支撑表面，该第一支撑表面与如限定在所述主体另一端附近的所述第二支撑表面纵向间隔开并相对，使得所述弹簧与所述第一和第二支撑表面间的纵轴线同轴或大体同轴并沿其纵向延伸，所述包括一支撑元件的调整装置用螺纹接合在所述主体所述另一端以相对所述主体纵向可调整地移动所述支撑元件，所述调整装置还包括与所述支撑元件相连并在其上限定所述第二支撑表面的装置。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述主体包括一端块零件，其位于所述主体的所述一端并在其上限定所述挡块表面，所述端块零件和所述支撑元件具有沿所述纵轴线从中穿过的同轴开口，用于与所述电极组件可滑动地支撑接合，所述电极组件的自由端部分可滑动地支撑在所述支撑元件中，一可视指示器可调整地定位地所述电极组件的自由端部分并通过在所述支撑元件中限定的开口向外伸出。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，驱动装置包括一液压缸和一连接在所述活塞杆上并由其可滑动地移动的可滑动头部，所述液压缸具有固定安装的外壳和可移动地支撑在其上以大体沿所述纵轴线运动的活塞杆，所述焊头组件的主体纵向可调整地安装在所述可滑动头部上。
10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当第一支撑元件被移动到所述校准位置并且焊枪组件处于所述非操作位置时，弹簧被维持在第一预压缩力，其特征还在于当焊枪组件被维持在所述操作位置时弹簧被维持在第二预压缩力，在该操作位置所述电极组件被压入到所述预定压入位置，所述第一力的大小至少为约所述第二力大小的50％。
11.在用于在重叠的第一和第二金属薄板间产生凸焊的卷边凸焊装置中，其特征在于，所述第一薄板具有整体第一平面薄板部分和折叠回的卷边部分，所述第二薄板具有整体第二平面薄板部分，该部分位于所述第一平面薄板部分和所述卷边部分之间，所述第二平面薄板部分上具有一凸出，该凸出横向伸向所述卷边部分以与其接触，所述装置包括一用于与所述第一平面薄板部分外侧支撑接合的工件支架，该第一平面薄板部分位于所述第二平面薄板部分对面；一位于所述工件支架对面的焊枪组件，其包括一中空主体和一弹簧推动的可移动地安装在所述中空主体中的电极组件，该电极组件具有伸到所述主体外部并且终止在接触表面的电极部分，该接触表面与所述卷边部分外侧的相对并相邻以与其接触接合，所述电极部分大体与所述凸出对齐；一接触枪组件，其具有一电极，该电极定位为在与所述凸出间隔开的位置与所述第二薄板接触接合；一变压器，其具有协作的初级线圈和次级线圈；第一导线装置，其用于把所述变压器的初级线圈连接到交流电能的传统电力线源上；第二导线装置，包括第一和第二导线其分别连接在所述变压器次级线圈和所述焊枪组件及所述变压器次级线圈和所述接触枪组件间；插入到所述第一导线装置中的控制装置，用于允许电能脉冲通过其供应到所述变压器的初级线圈，以最终供应到所述焊枪组件的电极部分，所述电极脉冲的持续时间少于所述交流电源的一个周期；一驱动装置，用于驱动所述焊枪组件在非操作位置和操作位置间移动，当所述焊枪组件处于所述非操作位置时，所述电极组件从所述主体完全伸出但保持与所述卷边部分间隔开并且不与其接合，当所述焊枪组件处于所述操作位置时，所述电极部分与所述卷边部分接合；改进包括所述焊枪组件包括一螺旋弹簧，其相对端部分别与第一和第二支撑表面接合以保持所述弹簧在其间压缩接合，一个所述支撑表面安装在所述电极组件上，使得所述弹簧通常将所述电极组件推向完全伸出的位置，在该位置所述电极组件贴靠在所述主体上的止动表面上，另一个所述支撑表面安装在所述主体上，所述第一和第二支撑表面间隔开一定距离以当所述电极组件处于所述完全伸出位置时，预压缩所述弹簧，所述焊枪组件还包括调整装置，用于调整所述支撑表面之一相对所述主体的轴向位置以改变所述弹簧的压缩，调整所述调整装置到校准位置以当所述电极组件被从所述完全伸出位置向所述主体内压入预定距离时，向所述弹簧施加预定的压缩力。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述调整装置由支撑元件限定，该支撑元件用螺纹支撑在所述主体上以绕主体纵轴线旋转，使得可沿所述主体纵向改变支撑元件的位置，所述支撑元件上限定所述一个支撑表面，调整到所述校准位置后所述支撑元件相对所述主体保持固定，当处于所述校准位置时，即使电极组件处于所述完全伸出的位置，所述支撑元件也与另一个支撑表面合作以把弹簧维持在部分压缩的状态。
13.根据权利要求11所述的装置，包括控制所述驱动装置产生的所述焊枪组件从所述非操作位置向所述操作位置移动的挡块装置，所述挡块装置包括相对所述工件支架固定定位的第一挡块和相对所述主体固定定位并与其共同移动的第二挡块，当所述焊枪组件处于所述操作位置时，所述第二挡块接触所述第一挡块，当所述焊枪组件处于所述操作位置时，所述电极部分与所述薄板件之一接合并维持在所述预定压缩位置。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，当第一支撑元件被移动到所述校准位置并且焊枪组件位于所述非操作位置时，弹簧被维持在第一预压缩力，其特征还在于当焊枪组件被维持在所述操作位置时弹簧被维持在第二预压缩力，在该操作位置所述电极组件处于所述预定压入位置，所述第一力的大小至少为约所述第二力大小的50％。
15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述主体在其一端附近限定所述挡块表面，所述电极组件具有一纵向可移动地支撑在所述主体上的内部零件，当所述电极处于所述完全伸出的位置时，所述内部零件定位与所述挡块表面接触，所述电极组件的接触部分纵向延长并从所述主体的所述一端向外伸出，所述电极组件的所述内部零件在其上限定了所述第一支撑表面，该第一支撑表面与如限定在所述主体另一端附近的所述第二支撑表面纵向间隔开并相对，使得所述弹簧与所述第一和第二支撑表面间的纵轴线同轴或大体同轴并沿其纵向延伸，所述包括一支撑元件的调整装置用螺纹接合在所述主体所述另一端以相对所述主体纵向可调整地移动所述支撑元件，所述调整装置还包括与所述支撑元件相连并在其上限定所述第二支撑表面的装置。
16.用于校准并移动焊枪的过程，该焊枪用于凸焊重叠的第一和第二金属薄板件，所述第二薄板件上具有一小凸出，该小凸出横向伸向所述第一薄板件并与其接触，所述焊枪包括一主体，该主体包括一电极组件和一弹簧，该电极组件可移动地支撑在主体上，该弹簧作用在所述电极组件上并向外推动所述电极组件，使得当所述电极组件被弹簧偏压到完全伸出的位置时，所述电极组件的伸出部分伸到所述主体外面，该过程包括如下步骤(1)通过下述方法预校准所述焊枪，即(a)把所述弹簧轴向封闭在第一和第二支撑表面间，所述第一支撑表面安装在所述电极组件和所述主体之一上，所述第二支撑表面安装在所述电极组件和所述主体的另一个上，(b)使所述第一支撑表面向所述第二支撑表面移动一小预定距离以压缩所述弹簧，该预定距离大体相应于希望的凸焊冲程，(c)可调整地把所述支撑表面之一移向或移离另一个支撑表面，直到作用在所述弹簧上的压缩力等于预定大小为止，(d)相对另一个支撑表面把所述一个支撑表面固定在适当位置上以使所述弹簧的压缩维持在所述预定大小，(e)然后把所述第一支撑表面从所述第二支撑表面移开所述预定距离以允许所述弹簧至少部分地膨胀；(2)把所述焊枪定位在与工件支架相对的第一位置上，使得电极组件处于其完全伸出的位置，并且所述电极组件的凸出部分与所述工件支架间隔开选定的距离，该距离大于所述预定距离；(3)把所述第一和第二薄板件至少部分重叠地放置在所述工件支架上，使得重叠的薄板件与电极组件的凸出部分间隔开，但凸出大体与所述电极组件的所述凸出部分对齐；(4)把所述焊枪移向所述工件支架，直到所述电极组件的凸出部分大体与所述凸出对齐地与所述重叠薄板件中的邻近一个接触为止，所述第二薄板件上的凸出与所述第一薄板件接触；(5)继续把所述焊枪的主体移向工件支架，直到达到操作位置为止，在该位置上电极组件的凸出部分被向主体内压入所述预定距离，使得电极组件在所述一个薄板件上施加大体所述预定大小的力；(6)然后向所述电极组件的所述凸出部分施加电流，并把该电流传到所述薄板和所述凸出上以将其局部加热；(7)在前述局部加热过程中，保持所述电极组件向所述一个薄板件施加所述预定大小的力；(8)在弹簧的推动下，使电极组件向外伸向所述工件支架以使凸出至少部分坍陷，以在重叠薄板件间的凸出部分产生凸焊。
17.根据权利要求16所述的过程，包括如下步骤提供相对所述焊枪主体固定的第一挡块和相对所述工件支架固定的第二挡块，当所述焊枪处于所述非操作位置时，所述第一挡块和第二挡块间隔开；当所述焊枪的主体移向所述操作位置时，把所述第一挡块移到与所述第二挡块接触。
18.根据权利要求16所述的过程，其特征在于，作用在电极部分的电流是一脉冲，其持续时间少于从标准交流电电源供应的交流电波周期的一半。
19.根据权利要求16所述的过程，包括在所述第一薄板上形成一薄板状折边部分，该部分向回折叠大体盖在所述第一薄板状零件上并与之间隔开，把所述第一薄板放置在所述工件支架上，使得所述第一薄板状零件直接支撑地与所述工件支架接合并且所述折边部分与工件支架间隔开，把所述第二薄板状零件放置成大体夹在所述第一薄板零件和所述折边部分之间，使得所述凸出横向伸向所述折边部分以与其接触，然后把所述焊枪移向所述工件支架，使其凸出的电极部分移至与所述折边部分直接接触。
20.根据权利要求16所述的过程，其特征在于，预校准步骤还包括这样的步骤，即当一个支撑表面处于所述预校准位置并且所述电极组件处于所述完全伸出位置时，把弹簧保持在预定值的压缩力，所述预定值的所述压缩力至少约为所述预定大小压缩力的50％。
全文摘要
凸焊用焊头,其中偏压电极的弹簧开始时预先加载以在电极上施加明显的偏压力,以保持电极靠在挡块上,以限定电极的正常完全伸出的位置。焊头的弹簧还预先校准,以在电极被向内压下以通过预定距离产生弹簧压缩时向电极施加精确的预定偏压力,该预定距离非常小。焊头与重叠的薄板接合,使得电极与薄板接合并与薄板上的凸出对齐,电极被压入所述预定距离,使得相同的预定偏压力作用在电极上,从而作用在凸焊区域上。
文档编号B23K11/14GK1241153SQ97180881
公开日2000年1月12日 申请日期1997年10月20日 优先权日1997年10月20日
发明者T·J·盖尔曼, R·A·德多夫斯基, R·E·史密斯 申请人:纽科尔有限公司