三段式焊接电极组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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SOkA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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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 点焊力以及尚达80kA的焊接电流。 【实用新型内容】
[0010] 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SOkA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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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. 71_之间的壁厚。液体冷却通道具有约12. 7+/-0. 3_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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 根据额外的方面，在具有总长度为L的三段式焊接电极组件中，柄部的总长度在 0. 41至0. 59L之间，并且该长度的0. 29至0. 60L容纳在锥形孔或插孔中并且由安装接头的 侧壁增强。此外，在0. 16至0. 33L之间的柄部的长度容纳电极帽的安装端且因此被电极帽 增强。因此，柄部的总长度的45. 3%至92. 9%被电极帽的安装端或安装接头的侧壁结构性 地增强。
[0018] 在替代实施例中，柄部的总长度在0. 52至0. 59L之间，柄部长度的在0. 29至 0. 40L之间的近端容纳在插孔或锥形孔中并且由安装接头增强。此外，在0. 16至0. 22L之 间的柄部长度容纳电极帽的安装端且因此由电极帽增强。因此，柄部的总长度的45. 3%至 61. 1 %被电极帽的安装端和安装接头的侧壁结构性地增强。
[0019] 根据本实用新型的一方面，提供了一种三段式焊接电极组件，该三段式焊接电极 组件总长度为L且包括（a)安装接头、（b)具有容纳在安装接头的孔中的近端的柄部以及 (c)包括工作端和容纳在柄部中的埋头孔中的安装端的电极帽，其中：柄部具有在〇. 41至 0. 59L之间的总长度，柄部的在0. 29至0. 60L之间的近端容纳在孔中且由安装接头增强，在 0. 16至0. 33L之间的柄部容纳电极帽的安装端并且因此被电极帽增强。
[0020] 根据本实用新型，柄部的总长度的45. 3%至92. 9%被电极帽的安装端或安装接 头的侧壁结构性地增强。
[0021] 根据本实用新型，柄部的总长度的45. 3%至61. I %被电极帽的安装端或安装接 头的侧壁结构性地增强。
[0022] 根据本实用新型，电极帽还包括液体冷却通道。
[0023] 根据本实用新型，安装端具有Γ 26' +/-0° 3'的锥角和在1.98和2. 71mm之 间的壁厚。
[0024] 根据本实用新型，液体冷却通道具有12. 7+/-0. 3mm的直径。
[0025] 根据本实用新型，工作端具有20. 5+/-0. 3mm的长度和19. 1+/-0. 3mm的直径。
[0026] 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。
[0027] 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SOkA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。
[0028] 在下面的描述中部分地提出了焊接电极组件的这些和其他实施例，并且参照下面 的说明和附图，对于本领域的普通技术人员来说，部分的焊接电极组件的这些和其他实施 例是显而易见的。
【附图说明】
[0029] 结合于此且形成说明书的一部分的附图示出了焊接电极组件的若干方面并且附 图与说明书共同用于解释其某些原理。在附图中：
[0030] 图1是本实用新型的主题的焊接电极组件的分解立体图。
[0031] 图2是图1所示组装的焊接电极组件的截面图。
[0032] 图2A是焊接组件的侧视图，用以更清楚地示出组件的各种部件内的内部通道。
[0033] 图3是可由图2所示的焊接电极组件代替的现有技术的焊接电极组件的截面图。 图2和图3被示出为用以比较的目的。
[0034] 现将详细地引用焊接电极组件的本优选实施例作为参考。
【具体实施方式】
[0035] 现参照图1、图2和图2A，其示出了焊接电极组件10。焊接电极组件10包括主体 12,主体12包括安装接头14和柄部16。电极帽18固定至柄部16且提供完整的三段式焊 接电极组件10。整个焊接电极组件10可由具有高导热和导电性以及高硬度的材料制成。 适当的材料包括已知在构造铝焊接电极中可用的铜和其合金。例如，通过使铜与锆、钴、铬 以及氧化铝合金化可使铜更坚硬。
[0036] 如所示，安装接头14包括安装端20,其用于接合焊枪中配合的电极容纳孔。结合 的六角螺母22允许技术人员将焊接电极组件10稳固地拧紧至焊枪或当需要维护或改变焊 接电极组件时从焊枪上松开焊接电极组件。安装接头14还包括具有侧壁26的锥形孔或插 孔24,其由相对大口径的材料（heavy gauge material)制成。
[0037] 柄部16包括接近的或锥形安装端28和末端34。如图2所示，当适当地组装时，柄 部16的安装端28完全容纳并保持在安装接头14的锥形孔24内。安装端28的锥形与孔 24的锥形相匹配以使得侧壁26接合且增强柄部16。这样为柄部16的安装端28提供了额 外的强度。当固定在一起时，穿过柄部16的中心液体冷却内腔或孔30与安装接头14中的 锥形孔24连通。柄部16的末端34的端部中的锥形埋头孔32被配备成用以以下文将更详 细地给出描述的方式容纳电极帽18。
[0038] 如所示，电极帽18包括容纳于并接合于柄部16中的埋头孔32的锥形安装端36， 以及用于与要被焊接的铝工件接合的具有表面40的工作端38。更具体地，安装端36具有 约Γ 26' +/-0° 3'的锥角和约在2. 16至2. 56mm之间的壁厚。凸起边缘42在工作端 38上围绕电极帽18同心延伸。在一个可能的实施例中，边缘42在端38的外表面上突出 I. 2mm至2. 4mm之间并且宽度（直径）可在21. 9至22. 5mm之间。此外，在电极帽更换操作 期间当电极帽18插入柄部16或从