点焊电极
阅读：154发布：2020-05-13
专利汇可以提供点焊电极专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种 点焊 电极 (1)，其包含 铜 合金 (3)和 烧结 钨合金(2)，所述烧结钨合金(2)布置在点焊电极(1)的尖端部中，点焊电极(1)的尖端部用以 接触 待 焊接 的物体。烧结钨合金(2)仅在单个平坦表面处连接至 铜合金 (3)。点焊电极(1)的热导率在60W/mK至120W/mK的范围内。本发明还提供了点焊电极(1)用于点焊 铝 合金 材料的用途。，下面是点焊电极专利的具体信息内容。
1.一种点焊电极(1)，其特征在于，所述点焊电极(1)包含：
铜合金(3)；和
烧结钨合金(2)，所述烧结钨合金(2)布置在所述点焊电极(1)的尖端部中，所述点焊电极(1)的所述尖端部用以接触待焊接的物体，其中
所述烧结钨合金(2)仅在单个平坦表面处连接至所述铜合金(3)，和所述点焊电极(1)的热导率在60W/mK至120W/mK的范围内。
2.根据权利要求1所述的点焊电极(1)，其中所述烧结钨合金(2)的平均粒径为3μm或更小。
3.根据权利要求1或2所述的点焊电极(1)，其中所述点焊电极(1)的所述尖端部的部分，即用以接触所述待焊接的物体的部分，具有连续的弯曲表面而无尖角。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的点焊电极(1)，其中所述铜合金(3)包含铬。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的点焊电极(1)，其中所述烧结钨合金(2)包含碳。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的点焊电极(1)用于点焊铝合金材料的用途。
点焊电极
技术领域
[0001] 本发明涉及一种点焊电极。
背景技术
[0002] 点焊是电阻焊接方法中一种高效的焊接方法，被频繁地用于装配例如汽车、飞机和铁路车辆的装配线。点焊中使用的电极需要具有高的电导率、高的热导率、高的强度和高的耐磨性。此外，用于电极的材料需要抵抗变形以承受连续点焊。铜合金如Cu-Cr和Cu-Cr-Zr或其中分散有硬物质如Al2O3的铜材料被用作点焊电极用材料。
[0003] 另外，已知各自通过合并两种或更多种金属材料而形成的复合材料制成的点焊电极。例如，作为由复合材料制成的点焊电极，日本专利申请公开第04-17982号描述了一种焊接电极，其中具有高电阻的金属材料连接至由铜基金属制成的焊接电极的接触部，所述接触部用以接触待焊接的物体。日本专利申请公开第04-17982号未描述调节焊接电极的一种金属与焊接电极的另一种金属之间的比率。
[0004] 日本专利申请公开第2006-102775号描述了一种其中含有钨(W)作为基础材料的芯包埋在由铜(Cu)或铜(Cu)合金制成的焊接电极体的接触部中的点焊电极。所述接触部用以接触待焊接的物体。具有不低于2400℃的熔点且具有不超过2μm的平均粒径的细颗粒以总计0.5至10体积％的范围分散在所述芯中。所述细颗粒由选自第2A族元素、第4A族元素、第5A族元素、第6A族元素和稀土元素的氧化物、氮化物、碳化物和硼化物的一种或更多种化合物制成。
[0005] 近年来，铝材料已被用于例如车辆中以实现轻量化。然而，铝材料的电导率和热导率高于钢板的电导率和热导率，因而，用于焊接铝材料所需的电流高于用于焊接钢板所需的电流。因此，在通过点焊来焊接铝材料时，需要与用于钢板焊接的设备不同的专门设备。该专门设备导致成本增高。此外，铝材料的点焊在节能方面具有劣势。而且，电极的尖端部可能快速磨损。
[0006] 在日本专利申请公开第2006-102775号中描述的点焊电极中，包埋在电极体中的芯在多个表面处连接至电极体。因此，在焊接后的冷却工艺中很可能向包埋的芯施加拉伸应力，并很可能发生电极的疲劳失效。
[0007] 如上所述，在使用相关技术的点焊电极通过点焊焊接铝材料时，需要高的焊接电流。这样的高焊接电流导致成本增高、能耗增高并可能导致焊接电极的磨损。相关技术的点焊电极存在改进电极的耐久性的余地，并且期望提供具有更长使用寿命的电极。
发明内容
[0008] 本发明提供了一种点焊电极，其配置为使得能够减小焊接电流并因此具有更长的使用寿命。
[0009] 为解决上述问题，本发明的发明人进行了方法研究。结果，本发明人发现，在其中点焊电极的烧结钨合金仅在单个平坦表面处连接至铜合金并且规定了点焊电极的热导率的情况下，焊接电流得以减小并因此点焊电极具有长的使用寿命。
[0010] 本发明的一个方面涉及一种点焊电极，其包含铜合金和布置在点焊电极的尖端部中的烧结钨合金，点焊电极的尖端部用以接触待焊接的物体。烧结钨合金仅在单个平坦表面处连接至铜合金。点焊电极的热导率在60W/mK至120W/mK的范围内。在点焊电极中，烧结钨合金的平均粒径可为3μm或更小。在点焊电极中，点焊电极的尖端部的部分，即用以接触待焊接的物体的部分，可具有连续的弯曲表面而无尖角。在点焊电极中，铜合金可包含铬。在点焊电极中，烧结钨合金可包含碳。点焊电极可用于铝合金材料的点焊。
[0012] 本发明的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业重要性将在下文结合附图描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，且其中：
[0013] 图1为根据本发明的一个实施方案的点焊电极的剖视图；
[0014] 图2为对比例的点焊电极的剖视图；和
[0015] 图3为示出了对比例的点焊电极的焊接评价结果和本发明的实施方案的一个实例的点焊电极的焊接评价结果的图。
具体实施方式
[0016] 下文将详细描述本发明的实施方案。
[0017] 本发明的实施方案涉及一种点焊电极，其包含铜合金和烧结钨合金。
[0018] 本发明的实施方案的点焊电极中包含的铜合金为包含铜(Cu)作为主要金属的合金。铜合金中包含的不同于铜的元素不限于特定的元素。铜合金中包含的不同于铜的元素的实例包括铬(Cr)、锆(Zr)、镍(Ni)、硅(Si)、锌(Zn)和铍(Be)。从防止电极变形的角度出发，铜合金优选包含铬和/或铍。铜合金可包含两种或更多种上述元素作为不同于铜的元素。
[0019] 本发明的实施方案的点焊电极中包含的烧结钨合金为包含钨(W)作为主要金属的合金，所述包含钨(W)的合金通过烧结产生。烧结钨合金中包含的不同于钨的元素不限于特定的元素。烧结钨合金中包含的不同于钨的元素的实例包括铼(Re)、铪(Hf)、钍(Th)、碳(C)、钽(Ta)、锆(Zr)、钇(Y)、镍(Ni)、钛(Ti)、钕(Nd)、铌(Nb)、锌(Zn)、钾(K)、钙(Ca)、铝(Al)、锂(Li)、钪(Sc)、锰(Mn)、铜(Cu)、铁(Fe)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)和镥(Lu)。烧结钨合金优选包含碳。烧结钨合金可包含两种或更多种上述元素作为不同于钨的元素。
[0020] 产生烧结钨合金的方法不限于特定的方法。烧结钨合金可通过普通烧结方法产生。例如，将钨和不同于钨的元素混合于一起，或者将钨、不同于钨的元素和(如果需要)添加剂的粉末混合于一起。然后通过冷等静压将混合物成型为柱状。随后将电极附着到呈柱状的混合物的相应端，并使具有电极的混合物经受电流烧结，以便产生烧结体。然后使所产生的烧结体经受热辊锻，使得烧结体在其纵向上被拉伸以及烧结体的密度增大。当烧结体的直径达到所需的直径时，停止热辊锻。然后通过切割和加工烧结体产生烧结钨合金体。产生烧结钨合金的方法的另一个实例如下。将钨和不同于钨的元素混合于一起，或者将钨、不同于钨的元素和(如果需要)添加剂的粉末混合于一起。然后向具有柔性的气密容器中装入该混合物，并使混合物经受冷等静压。随后，混合物在氢气氛中被烧结，然后经受热等静压，以便产生烧结体。
[0021] 优选烧结钨合金的平均粒径为3μm或更小，使得点焊电极具有长的使用寿命。更优选烧结钨合金的平均粒径为1μm或更小。特别优选烧结钨合金的平均粒径为0.5μm或更小。烧结钨合金的平均粒径可通过激光衍射法来测量。
[0022] 图1为本发明的实施方案的点焊电极的剖视图。如图1中所示，本发明的实施方案的点焊电极1包含烧结钨合金2，该烧结钨合金2布置在点焊电极1的尖端部中。点焊电极1的尖端部用以接触待焊接的物体。烧结钨合金2仅在单个平坦表面4处连接至铜合金3。在本发明的实施方案的点焊电极1中，在升高温度下具有相当高的硬度并具有低热导率的烧结钨合金2布置在点焊电极1的尖端部中，以便在低电流下并在显著地低的尖端部损耗率下焊接待焊接的金属材料，如铝材料。相关技术的点焊电极中很可能发生裂纹，因为烧结钨合金在两个或更多个表面处连接至铜合金。与此相反，在本发明的实施方案的点焊电极1中，烧结钨合金2仅在单个平坦表面4处连接至铜合金3。因此，在本发明的实施方案的点焊电极1中不发生裂纹，并因此本发明的实施方案的点焊电极1具有更长的使用寿命。
[0023] 本发明的实施方案的点焊电极1的热导率在60W/mK至120W/mK的范围内，优选在70W/mK至100W/mK的范围内。因为本发明的实施方案的点焊电极1的热导率为60W/mK或更大，因而防止了点焊电极1熔化并粘连到待焊接的物体。此外，本发明的实施方案的点焊电极1的热导率为120W/mK或更小，因此焊接所需的电流得以减小。热导率可通过测量方法如热梯度法、激光闪光法或热丝法测量。
[0024] 本发明的实施方案的点焊电极1的热导率可通过改变烧结钨合金2与铜合金3之间的体积比加以调节。
[0025] 本发明的实施方案的点焊电极1优选成型为使得点焊电极的尖端部的部分，即用以接触待焊接的物体的部分，具有连续的弯曲表面而无尖角。该配置防止点焊电极1中形成小裂纹，从而防止点焊电极1开裂。
[0026] 本发明的实施方案的点焊电极1以其中点焊电极1经由例如柄(shank)附接到电极夹的状态使用。
[0027] 本发明的实施方案的点焊电极1可以普通的方法产生。例如，将钨合金的粉末布置在对应于点焊电极1的尖端部的预定模具中，并将铜合金的粉末布置在对应于点焊电极1的体部的预定模具中。然后，通过在压力下施加热来烧结铜合金的粉末以及烧结钨合金的粉末。以此方式，产生点焊电极。
[0028] 本发明的实施方案包括使用上述点焊电极焊接待焊接的物体的焊接方法。在本发明的实施方案的焊接方法中，将上述点焊电极布置为面向彼此，并在待焊接的物体于点焊电极所施加的压力下保持于一起的同时对点焊电极通电。以此方式，交叠的待焊接的物体由点焊电极中生成的焦耳热所熔化，使得待焊接的物体接合在一起。
[0029] 本发明的实施方案的焊接方法中所使用的待焊接的物体不限于特定的物体。待焊接的物体的实例包括钢板、铝合金材料、铜合金材料和镍合金材料。优选地，使用镀锌钢板或铝合金材料。可使用两种材料作为待焊接的物体。在使用本发明的实施方案的点焊电极来焊接铝合金材料时，可以在较低的电流下焊接铝合金材料。这使得可以使用与钢板的焊接中所用的相同的设备来焊接铝合金材料。
[0030] 将详细描述本发明的实施方案的一个实施例。然而，本发明的技术范围不限于以下实施例。
[0031] 下面描述该实施例。制造如图1中所示配置的点焊电极1。使用铬铜作为铜合金，并使用烧结碳化钨(平均粒径3μm)作为烧结钨合金。
[0032] 通过热梯度法测量点焊电极的热导率。该实施例的点焊电极的热导率为70W/mK。
[0033] 下面描述对比例。使用铬铜作为铜合金制造如图2中所示配置的点焊电极5。该对比例的点焊电极的热导率为320W/mK。
[0034] 下面详细描述实施例中的焊接评价和对比例中的焊接评价。实施例的点焊电极布置为面向彼此，并且对比例的点焊电极布置为面向彼此。然后，于焊接力为100kgf并且通电时间为六个周期的条件下，在改变焊接电流值的同时进行点焊。在点焊中，在待焊接的物体于相应的点焊电极所施加的压力下保持于一起的同时对实施例的点焊电极和对比例的点焊电极通电。使用厚度为1.2mm的铝合金材料作为待焊接的物体。通过测量所产生的焊核(待焊接的物体的熔化部分凝固后形成的部分)的直径来评价焊接强度。所产生的焊核的直径越大，焊接强度就越高。评价结果示于图3中。
[0035] 如图3中所示，实施例的点焊电极产生具有给定直径的焊核所需的焊接电流比对比例的点焊电极产生具有所述给定直径的焊核所需的焊接电流低大约50％。另外，在实施例的点焊电极的烧结碳化钨中不产生裂纹。
[0036] 本发明的实施方案的点焊电极可用于汽车、飞机和铁路车辆中使用的材料的焊接。
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
点焊热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈