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焊接组件和方法

阅读:851发布:2020-05-12

专利汇可以提供焊接组件和方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 焊接 组件,包括: 电流 发生器;电气地联接至所述电流发生器的第一 电极 ,所述第一电极包括第一接合表面;电气地联接至所述电流发生器的第二电极,所述第二电极包括第二接合表面;宽度确定装置器,所述宽度确定装置器 定位 在所述第一电极与所述第二电极之间,以限定具有一定宽度的焊接体积;以及不导电材料,所述不导电材料定位为使所述第一电极与所述第二电极中的至少一者与所述宽度外侧的电导体电气地绝缘。,下面是焊接组件和方法专利的具体信息内容。

1.一种焊接组件,包括:
电流发生器;
第一电极,所述第一电极电气地联接至所述电流发生器,所述第一电极包括第一接合表面;
第二电极,所述第二电极电气地联接至所述电流发生器,所述第二电极包括第二接合表面;
宽度确定装置器,所述宽度确定装置器定位在所述第一电极与所述第二电极之间,以限定具有一定宽度的焊接体积;以及
不导电材料,所述不导电材料定位成使所述第一电极与所述第二电极中的至少一者与所述宽度外侧的电导体电气地绝缘。
2.根据权利要求1所述的焊接组件,其中,所述第二接合表面限定第一凹部和第二凹部,并且其中,所述不导电材料的第一部分定位在所述第一凹部中且所述不导电材料的第二部分定位在所述第二凹部中。
3.根据权利要求2所述的焊接组件,其中,所述宽度确定装置器包括与第二侧止动件横向相对的第一侧止动件。
4.根据权利要求3所述的焊接组件,其中,所述第一侧止动件与所述第一凹部轴向地对齐,并且所述第二侧止动件与所述第二凹部轴向地对齐。
5.根据权利要求3所述的焊接组件,其中,所述第一侧止动件包括第一内表面且所述第二侧止动件包括第二内表面,其中,所述第一部分包括第一内边缘且所述第二部分包括第二内边缘,其中,所述第一内边缘与所述第一内表面轴向对齐或者从所述第一内表面横向向内,并且其中,所述第二内边缘与所述第二内表面轴向对齐或者从所述第二内表面横向向内。
6.根据权利要求2所述的焊接组件,其中,所述第一部分具有第一部分接合表面并且所述第二部分具有第二部分接合表面,并且其中,所述第一部分接合表面和所述第二部分接合表面与所述第二电极的所述第二接合表面共面。
7.根据权利要求1所述的焊接组件,其中,所述不导电材料包括陶瓷材料。
8.根据权利要求1所述的焊接组件,其中,所述不导电材料由机械固件固定至所述第二电极。
9.根据权利要求1所述的焊接组件,其中,所述宽度确定装置器的轴向位置能够调节。
10.根据权利要求1所述的焊接组件,还包括部分地定位在所述焊接体积中的工件
11.根据权利要求10所述的焊接组件,其中,所述电导体包括所述工件的一部分。
12.根据权利要求10所述的焊接组件,其中,所述工件包括第一构件和第二构件,其中,所述电导体包括所述第二构件的一部分。
13.根据权利要求12所述的焊接组件,其中,所述第一构件包括多股绞股。
14.根据权利要求13所述的焊接组件,其中,所述工件还包括辅助构件,其中,所述辅助构件定位成至少部分地围绕所述第一构件。
15.根据权利要求10所述的焊接组件,其中,所述工件包括或者铝合金
16.一种焊接组件,包括:
电流发生器;
第一电极,所述第一电极电气地联接至所述电流发生器,所述第一电极包括第一接合表面;
第二电极,所述第二电极电气地联接至所述电流发生器,所述第二电极包括第二接合表面;
宽度确定装置器,所述宽度确定装置器包括与第二侧止动件横向相对的第一侧止动件,所述第一侧止动件和所述第二侧止动件在所述第一电极与所述第二电极之间限定焊接体积,所述焊接体积具有一定宽度;
工件,所述工件至少部分地定位在所述焊接体积中并且夹持在所述第一电极与所述第二电极之间,所述工件包括至少第一构件和第二构件,其中,所述第二构件支撑在所述第二电极上,并且其中,所述第二构件的一部分突伸至所述宽度的外侧;以及不导电材料,所述不导电材料定位为使所述第二电极与所述第二构件的所述部分电气地绝缘。
17.根据权利要求16所述的焊接组件,其中,所述第一构件包括多股绞股。
18.根据权利要求17所述的焊接组件,其中,所述第一接合表面是弯曲的并且与所述第一构件接合。
19.根据权利要求16所述的焊接组件,其中,所述不导电材料包括与所述第二接合表面共面的接合表面。
20.一种用于焊接的方法,包括:
提供电流发生器;
组装包括第一构件和第二构件的工件,其中,所述第二构件包括多股绞股;
将第一电极定位为邻近所述第一构件,所述第一电极电气地联接至所述电流发生器;
将第二电极定位为邻近所述第二构件,所述第二电极电气地联接至所述电流发生器;
将所述工件夹持在所述第一电极与所述第二电极之间;
将所述夹持的工件约束在宽度确定装置器的焊接体积内,所述焊接体积具有一定宽度,其中,所述第二构件的一部分延伸到所述宽度的外侧;
使所述第二构件的所述部分与所述第二电极电气地隔离;以及
使焊接电流在所述第一电极与所述第二电极之间穿过。

说明书全文

焊接组件和方法

[0001] 优先权本国际(PCT)申请主张于2014年3月26日提交的美国序列号14/225,641和于2013年12月24日提交的美国序列号14/140,362的优先权。

技术领域

[0002] 本公开总体上涉及焊接设备、系统和方法,并且更具体地,涉及用于焊接金属和金属合金绞合缆或者绞合线的电阻焊接组件。

背景技术

[0003] 绞合金属和金属合金(例如,绞合缆和绞合线)具有多种多样的应用。具体地,由于绞合铝合金有利地结合了导电性性质和包括强度重量比的机械性质、低温(冷冻)性质、抗腐蚀性和缺口韧性,因此绞合铝和铝合金具有多种多样的应用。
[0004] 绞合铝和铝合金的挑战在于将绞合缆或者绞合线(通过焊接)彼此连结和/或连结至连接器。在焊接操作(例如,电阻焊接)期间,缆或者线的各绞股可能不一致地液化以形成固态焊接工件。例如,位于邻近缆或者线的周边的绞股可以液化,同时位于邻近缆或者线的中心的绞股可以未充分地液化以形成合适的固态焊缝。为了使邻近缆或者线的中心的绞股充分液化,位于邻近缆或者线的周边的绞股可能趋向烧毁并且整个焊接组件可能趋向粘接至焊接电极
[0005] 因此,本领域技术人员在焊接绞合金属和金属合金的领域持续作出研究和开发的努发明内容
[0006] 在一个实施例中,所公开的焊接组件可以包括:电流发生器;电气地联接至电流发生器的第一电极,该第一电极包括第一接合表面;电气地联接至电流发生器的第二电极,该第二电极包括第二接合表面;宽度确定装置器(fixture),该宽度确定装置器定位在第一电极与第二电极之间以限定具有一定宽度的焊接体积;以及不导电材料,该不导电材料定位成使第一电极与第二电极中的至少一者与宽度之外的电导体电气地绝缘。
[0007] 在另一实施例中,所公开的焊接组件可以包括:电流发生器;电气地联接至电流发生器的第一电极,该第一电极包括第一接合表面;电气地联接至电流发生器的第二电极,该第二电极包括第二接合表面;宽度确定装置器,该宽度确定装置器包括与第二侧止动件横向相对的第一侧止动件,该第一侧止动件和该第二侧止动件在第一电极与第二电极之间限定焊接体积,该焊接体积具有一定宽度;工件,该工件至少部分地定位在焊接体积中并且夹持在第一电极与第二电极之间,工件包括至少第一构件和第二构件,其中,第二构件支撑在第二电极上,并且其中,第二构件的部分突伸到宽度的外侧;以及不导电材料,该不导电材料定位成使第二电极与突伸到宽度的外侧的第二构件的部分电气地绝缘。
[0008] 在另一实施例中,也公开了一种用于焊接的方法。该方法可以包括以下步骤(:1)提供电流发生器;(2)组装包括第一构件和第二构件的工件,其中,该第二构件包括绞股(strand);(3)将第一电极定位为邻近第一构件(在第一构件处或者接近第一构件),该第一电极电气地联接至电流发生器;(4)将第二电极定位为邻近第二构件(在第二构件处或者接近第二构件),该第二电极电气地联接至电流发生器(;5)将工件夹持在第一电极与第二电极之间(;6)将所夹持的工件约束在宽度确定装置器的焊接体积内,该焊接体积具有一定宽度,其中,第二构件的一部分延伸到该宽度的外侧;(7)使第二电极与宽度外侧的第二构件的部分电气地隔离;以及(8)使焊接电流在电极之间穿过。
[0009] 所公开的焊接组件和方法的其它实施例将从以下详细描述、附图和所附权利要求中变得显而易见。

附图说明

[0010] 图1是所公开的焊接组件的第一实施例的示意图示;图2是所公开的焊接组件的第二实施例的侧视立视图;
图3、图4和图5是根据第二实施例的一个实施方式由图2的焊接组件焊接的工件的部段的侧视立视图;
图6是根据第二实施例的另一实施方式由图2的焊接组件焊接的工件的部段的侧视立视图;
图7是根据第二实施例的又一实施方式由图2的焊接组件焊接的工件的部段的侧视立视图;
图8、图9和图10是所公开的焊接组件的第三实施例的部段的侧视立视图,其示出为正焊接工件;
图11是根据第三实施例的另一实施方式由图8的焊接组件焊接的工件的部段的侧视立视图;
图12是所公开的焊接组件的第四实施例的示意图示;
图13是所公开的焊接组件的第五实施例的侧视立视图;
图14、图15和图16是根据第五实施例的一实施方式由图13的焊接组件焊接的工件的部段的侧视立视图;
图17是根据第五实施例的另一实施方式由图13的焊接组件焊接的工件的部段的侧视立视图;
图18是所公开的焊接组件的第六实施例的部段的侧视立视图;以及
图19是所公开的用于焊接金属和金属合金绞合缆的方法的一个实施例。

具体实施方式

[0011] 以下详细描述参照附图,附图图示了本公开的具体实施例。具有不同结构和操作的其它实施例并不偏离本公开的范围。在不同的附图中,同样的附图标记可以指代相同的元件或者部件。
[0012] 参照图1,所公开的焊接组件的第一实施例(总体上标明为10)可以包括第一(例如,上)电极12、第二(例如,下)电极14和电流发生器16。第一电极12和第二电极14可以位于相对于焊接组件10的纵轴线A轴向相对的位置处。第一电极12可以电气地联接至电流发生器16并且可以包括第一接合表面18。第二电极14可以电气地联接至电流发生器16并且可以包括第二接合表面22。第一接合表面18和第二接合表面22可以包括适合于接合(例如,接触)工件24(图2)的外表面的至少一部分的尺寸和形状。例如,第一电极12的第一接合表面18和第二电极14的第二接合表面22可以构造成使多个金属或者金属合金绞股(例如,金属或者金属合金绞合缆或者绞合线)固化并且将固化的绞股焊接至金属或者金属合金连接器终端。
[0013] 电流发生器16可以是能够向第一电极12和第二电极14供应电流以在工件24(图2)中实现电阻加热的任何电能源。电流发生器16可以包括恰当的电路,以便向第一电极12和第二电极14供应电流,以及控制供应至第一电极12和第二电极14的电流的大小和时机。例如,电流发生器16可以是直流系统、交流系统或者储能电流系统。
[0014] 在示例构造中,电流发生器16可以包括第一终端112和第二终端114,该第二终端114具有与第一终端112的极性相对的极性。第一电极12可以电气地联接至第一终端112。第二电极14可以电气地联接至第二终端114。
[0015] 此时,本领域的技术人员将理解,电流发生器16可以是商业可获得的电阻焊接机器或者取自商业可获得的电阻焊接机器的部件。
[0016] 第一电极12和第二电极14可以由任何导电材料形成。第一电极12和第二电极14可以由以下材料形成:具有基于焊接期望的类型所选择的导热性(例如,相对高的导热性或者相对低的导热性中的任一者)的材料、工件24的材料(例如,铝或者铝合金),和/或用于焊接的方法由第一电极12和第二电极14执行。
[0017] 例如,当期望相对高的导热性时,第一电极12和/或第二电极14可以由或者铜合金(例如,美国电阻焊接机制造商协会(“RWMA”)的铜合金类别1-5或20)形成。替代性地,当期望相对低的导热性时,第一电极12和/或第二电极14可以由耐熔材料、钨、钨/铜合金或者钼(例如,RWMA类别10-14)形成。总体地,当期望第一电极12与第二电极14之间的热梯度更陡时,可以使用传导更好的电极材料,并且当期望第一电极12与第二电极14之间的温度梯度更平缓时,可以使用传导更弱的电极材料。
[0018] 可以使第一电极12和/或第二电极14冷却。例如,第一电极12可以包括限定在其中或者连接至该第一电极12的一个或多个第一流体通道30。第二电极14可以包括限定在其中或者连接至该第二电极14的一个或多个第二流体通道32。冷却流体(例如,或者乙基乙二醇)可以流过第一流体通道30和/或第二流体通道32,以从第一电极12和第二电极14、以及从由第一电极12和第二电极14支撑(例如,定位在第一电极12与第二电极14之间)的工件24(图2)移除热。
[0019] 参照图2和图3,在第二实施例中,第一电极12可以安装于第一支撑结构44并且第二电极14可以安装于第二支撑结构46。例如,第一支撑结构44和/或第二支撑结构46可以是臂或者钳。第一支撑结构44和第二支撑结构46可以能够使第一电极12和第二电极14接近,以将工件24夹持在第一电极12与第二电极14之间。
[0020] 在示例实施方式中,第一电极12和第二电极14可以对定位在其间的工件24施加夹持力(例如,焊接力)。例如,第一电极12和第二电极14可以施加近似在50磅与100磅之间的夹持力。在一个实施例中,第一支撑结构44可以是活动的,使得第一电极12向工件24施加焊接力F1,并且第二支撑结构44可以是活动的,使得第二电极14向工件24施加相对的焊接力F2,如图3所示。作为另一示例,第一支撑结构44可以是活动的,使得第一电极12向工件24施加焊接力F1,并且第二支撑结构46可以是固定的(例如,基准件(anvil))。
[0021] 在示例构造中,第一支撑结构44可以连接至第一驱动元件48和/或第二支撑结构46可以连接至第二驱动元件50。第一驱动元件48和/或第二驱动元件50可以是合适于使第一支撑结构44和/或第二支撑结构46运动(例如,轴向平移)以使第一电极12和第二电极14接近并且向工件24施加夹持力的任何机构。例如,第一驱动元件48和/或第二驱动元件50可以是液压、气动、伺服驱动或者机械驱动机构(例如,压力机)。
[0022] 宽度确定装置器36可以定位在第一电极12与第二电极14之间,以在工件24的至少一部分的周围限定焊接体积56。宽度确定装置器36可以至少部分地包围工件24以防止熔融的或者热的金属72(图4)在工件24的电阻焊接期间流动(例如,向外流动)。宽度确定装置器36可以能够相对于第一电极12和/或第二电极14调节轴向位置(例如,平行于夹持力的方向),以确保完全包围第一电极12与第二电极14之间的焊接体积56的侧边。宽度确定装置器
36相对于工件24的位置可以限定所焊接工件58(图5)的宽度W。当未焊接时,也可以使侧止动件(宽度确定装置器)从旁侧运动出去,并且当焊接时使其运动进来,而不是使其上下运动。这种进出运动也可以通过有锥度的装配加工实现。
[0023] 在一个表述中,宽度确定装置器36可以连接至第一支撑结构44和/或第一驱动机构48,或者以其它方式与第一支撑结构44和/或第一驱动机构48可操作地接合,以响应于焊接力F(1 图3)而接近第二电极14。在另一表述中,宽度确定装置器36可以连接至第二支撑结构46和/或第二驱动机构50,或者以其它方式与第二支撑结构46和/或第二驱动机构50可操作地接合,以响应于焊接力F(2 图3)而接近第一电极12,诸如图8中所示。
[0024] 仍然参照图2和图3,工件24可以包括旨在通过电阻焊接连结的一个或多个构件38和40。尽管图2和图3中示出了工件24的两个构件38和40,但本领域的技术人员将理解,在不偏离本公开的范围的情况下,工件24中也可以包括额外构件。
[0025] 工件24的构件38、40可以由能够通过电阻加热连结的任何材料形成。在一个实现方式中,工件24的构件38、40可以由能够通过电阻加热连结的任何金属或者金属合金形成。例如,工件24的构件38、40可以由铝或者铝合金形成。
[0026] 构件(例如,第一构件)38可以包括至少两股绞股42。每股绞股42可以由金属或者金属合金(例如,铝或者铝合金)形成。例如,构件38可以由多个细长绞股42形成,该多个细长绞股42束在一起并且具有大体上圆形的横截面形状。作为一般的非限制性示例,构件38可以是金属线、线缆或者绳索。作为具体的非限制性示例,构件38可以是25 mm2、40 mm2或者50 mm2的绞合线缆。
[0027] 构件40(例如,第二构件)可以是终端,构件38(例如,绞合缆或绞合线)通过焊接连结至该终端。例如,构件40可以是合适于连接(例如,机械和/或电气连接)至另一物体(例如,飞行器框架、车辆框架或者电气结(electrical junction))的连接器终端。
[0028] 第一电极12的第一接合表面18可以形成为限定凹入凹部20的弓形(例如,弯曲的)表面,该凹入凹部20构造成与构件38的外表面26的至少一部分齐平接触。例如,可以将第一接合表面18机加工为限定大体上半圆形凹部20的大体上半圆形形状或者倒U形状,该大体上半圆形凹部20构造成与构件38(例如,绞合缆或者绞合线)的外表面26的至少一部分(例如,周向外表面的半圆形部分)齐平接触。
[0029] 第二接合表面22可以形成为实质上平面表面,该实质上平面表面构造成与构件40的外表面34的至少一部分齐平接触。例如,可以将第二接合表面22机加工为实质上平坦的形状,该实质上平坦的形状构造成与构件40(例如,连接器终端)的外表面34的实质上平面部分(例如,底表面的一部分)齐平接触。
[0030] 参照图4,与平面接合表面相比,第一电极12的弯曲第一接合表面18可以形成更大的接触表面面积,以便使电流从第一电极12穿过到达构件38(例如,到达多股绞股42)。这种更大的表面面积可以使工件24的表面处(例如,第一电极12的弯曲接触表面18与构件38的弯曲接触表面26之间)的电流密度减小,并且使邻近工件24的中心处的电流密度增加。例如,弯曲的第一接合表面18可以将来自第一电极12的电流引导(例如,聚集)向构件38的中心,如由方向箭头60所示。
[0031] 工件24的相对表面处(例如,第二电极14和构件40的平面接触表面22和34之间)的电流密度可以更高或者更低。例如,平面第二接合表面20可以将来自第二电极14的电流引导通过构件40和通过构件38,如由方向箭头62所示。
[0032] 因此,当在第一电极12与第二电极14之间施加电压(例如,从电流发生器16)时,电流沿由箭头60和62指示的路径通过工件24的核心在第一接合表面18与第二接合表面22之间流动。通过使构件38的外表面26处(例如,绞股42的外表面处)的电流密度减小并且使朝向构件38的中心的电流密度增加,邻近构件38的中心(例如,在构件38的中心处或者接近构件38的中心)处生成的热可以变得比在构件38的外表面26上的任何位置处生成的热更多,从而趋向于使贯穿构件38的多股绞股42更加一致地熔化
[0033] 本领域技术人员将理解,根据构件38的直径、绞股42的数量以及待焊接(例如,固化)的构件38的长度(例如,多股绞股42的一部分的长度),第一接合表面18和凹部20可以例如设置为各种尺寸(例如,长度和宽度)、形状(例如,弯曲半径)和构造。
[0034] 参照图3和图4,宽度确定装置器36可以定位为毗邻第一电极12。在一个构造中,宽度确定装置器36可以包括第一(例如,左)侧止动件52和第二(例如,右)侧止动件54。第一侧止动件52可以定位为毗邻第一电极12(例如,在第一电极12左侧)并且第二侧止动件54可以定位为毗邻第一电极12(例如,在第一电极12右侧),使得当向工件24施加夹持力时,第一侧止动件52和第二侧止动件54定位于构件38的侧边(例如,左侧和右侧)。
[0035] 第一侧止动件52和第二侧止动件54可以由具有比第一电极12和第二电极14的电阻更大的电阻的材料形成。例如,第一侧止动件52和第二侧止动件54可以由高电阻金属形成。作为另一示例,第一侧止动件52和第二侧止动件54可以由电气绝缘的或者不导电材料(诸如,陶瓷)形成。总体地,可以选择第一侧止动件52和第二侧止动件54的材料以确保电流被引导通过工件24,诸如由方向箭头60和62(图4)所指示的那样。
[0036] 在示例性实施例中,第一侧止动件52可以装纳在第一套筒64内并且第二侧止动件54可以装纳在第二套筒66内。第一套筒64和第二套筒66可以连接至第一支撑结构44,使得当第一电极12响应于焊接力F(1 图3)而接近第二电极14时,第一侧止动件52和第二侧止动件54在构件38周围(例如,至其侧边)限定焊接体积56。当第一电极12接近第二电极14并且向其间的构件38施加夹持力时,第一侧止动件52和第二侧止动件54可以接合毗邻构件38(例如,绞合缆)的构件40(例如,连接器终端)。因而,焊接体积56可以由第一电极12的第一接合表面22、第一侧止动件52的内表面68、第二侧止动件54的内表面70以及定位在第一侧止动件52与第二侧止动件54之间的构件40的外表面34(例如,顶表面)的一部分限定。
[0037] 第一侧止动件52和第二侧止动件54分别相对于第一套筒64和第二套筒66的位置可以自动地调节轴向位置(例如,平行于焊接力F1的方向),以稳定地接合构件40的外表面34并且包含焊接体积56内熔融金属72的流动,如图4中图示。可以从第一套筒64内向外偏压第一侧止动件52,并且可以从第二套筒66内向外偏压第二侧止动件54。例如,第一侧止动件
52可以由第一偏压元件74(例如,弹簧)连接在第一套筒64内,并且第二侧止动件54可以由第二偏压元件76(例如,弹簧)连接在第二套筒66内。第一侧止动件52和第二侧止动件54的底表面84(图2)可以实质上是平面的,以与构件40的实质上平面的外表面34齐平接触。
[0038] 随着第一支撑结构48接近第二支撑结构46(例如,经由第一驱动元件48),第一电极12可以朝向构件38运动并且在构件38上施加焊接力F(1 例如,夹持力),并且第一侧止动件52和第二侧止动件54可以同时朝向构件40运动并且接合构件40。当第一支撑结构48进一步接近第二支撑结构46时,由第一电极12和第二电极14施加于构件38的焊接力F1可以随着第一电极12接近第二电极14增加;然而,第一侧止动件52和第二侧止动件54分别可以至少部分地推入第一套筒64和第二套筒66内,以防止损坏构件40,同时维持与构件40的齐平接触并且包含熔融金属72的向外流动(图4)。
[0039] 参照图5,焊接工件58可以具有实质上与焊接体积56的形状相配的形状。例如,焊接工件58可以包括实质上与第一电极12的弯曲的第一接合表面18相配的弯曲上端部78、实质上与第一侧止动件52的平面第一内表面68相配的平面第一(例如,左)侧80以及实质上与第二侧止动件54的平面第二内表面70相配的平面第二(例如,右)侧82。焊接工件58可以包括通过电阻焊接连结至构件40(例如,连接器终端)的构件38(例如,绞合缆)的多股绞股42的固化部分。
[0040] 参照图6和图7,工件24也可以包括辅助构件84。该辅助构件84可以具有足以至少部分地围绕工件24的尺寸和形状。辅助构件84可以由具有与构件38、40的化学性质相同或者相似的化学性质的材料形成,或者由与形成构件38和40的材料兼容的材料形成。例如,当构件38、40由铝合金形成时,辅助构件84可以由铝合金或者恰当的铝合金填充金属形成。
[0041] 如图6中图示,在一个实施方式中,辅助构件84可以是大体上半圆形带86,该大体上半圆形带86具有弓形(例如,弯曲的)主体(例如,U形),该弓形主体的尺寸和形状足以至少部分地围绕(例如,覆盖)构件38(例如,绞合缆)的外表面26;以及延伸以接合构件40(例如,连接器终端)的外表面34的端部。
[0042] 如图7中图示,在另一个实施方式中,辅助构件84可以是大体上圆形带88,该大体上圆形带88具有连续主体,该连续主体的尺寸和形状足以完全围绕(例如,覆盖)构件38(例如,绞合缆)的外表面26。
[0043] 第一电极12的弯曲第一接合表面18可以包括足够的形状和大小,以接触辅助构件84的外表面26的至少一部分,并且以如上文所描述的和在图4中图示的类似方式使电流朝向工件24(例如,构件38)的中心集中。
[0044] 辅助构件84的材料可以在电阻焊接期间熔化,并且在焊接体积56内与熔融金属72(图4)结合,以进一步使构件38的多股绞股42固化成固态焊接工件58,诸如图5中所图示的那样。当第一电极12在工件24上施加焊接力F1时,第一侧止动件52和第二侧止动件54可以定位为毗邻辅助构件84(例如,在辅助构件84的侧边)。
[0045] 参照图8,工件24’可以包括旨在通过电阻焊接固化的构件38’。该构件38’可以包括多股绞股42’。每股绞股42’可以由金属或者金属合金(例如,铝或者铝合金)形成。例如,构件38’可以由多个细长绞股42’形成,其中多个细长绞股42’束在一起并且具有大体上圆形的横截面形状。作为一般的非限制性示例,构件38’可以是金属线、缆或者绳索。作为具体的非限制性示例,构件38’可以是25 mm2、40 mm2或者50 mm2的绞合线缆。
[0046] 尽管图8、图9、图10和图11示出工件24的构件38’的四股绞股42’,但本领域技术人员将理解,在不偏离本公开的范围的情况下,工件24’中可以包含构件38’的额外绞股42’。
[0047] 根据第三实施例,第二电极14’的第二接合表面22’可以形成为限定凹入凹部28的弓形(例如,弯曲的)表面。例如,可以将第二接合表面22’机加工为限定大体上半圆形凹部28的大体上半圆形形状。第一接合表面18和第二接合表面22’可以包括合适于接合(例如,接触)工件24’的外表面26’的至少一部分(例如,构件38’的多股绞股42’的外表面)的尺寸和形状。例如,第一电极12的第一接合表面18和第二电极14’的第二接合表面22’可以构造成使构件38’(例如,绞合缆)的多个金属绞股42’固化。
[0048] 参照图9,与平面接合表面相比,第一电极12的弯曲第一接合表面18和第二电极14’的弯曲第二接合表面22’可以形成更大的接触表面面积,以便电流从第一电极12和第二电极14’穿过到达构件38’。这种更大的表面面积可以使工件24’的表面(例如,分别在第一电极12和第二电极14’的弯曲接触表面18、22’与构件38’的弯曲接触表面26’之间)处的电流密度减小,并且使工件24’的中心处的电流密度增加。例如,弯曲第一接合表面18和弯曲第二接合表面22’可以将电流从第一电极12和第二电极14’引导(例如,集中)朝向构件38’的中心,如由方向箭头60’和62’所图示的那样。
[0049] 宽度确定装置器36可以定位成毗邻第一电极12和第二电极14’。在示例性实施例中,宽度调节装置器36可以包括毗邻第一电极12的第一(例如,左)侧止动件52和相对的第二(例如,右)侧止动件54,以及毗邻第二电极14’的第三(例如,左)侧止动件94和相对的第四(例如,右)侧止动件96。第一侧止动件52、第二侧止动件54、第三侧止动件94和第四侧止动件96可以定位于构件38’的侧边(例如,左侧和右侧),以当第一电极12响应于焊接力F1和/或F2接近第二电极14’时,在构件38’周围(例如,至构件38’的侧边)至少部分地限定焊接体积56’。
[0050] 第三侧止动件94可以装纳在第三套筒98内并且第四侧止动件96可以装纳在第四套筒102内。第三套筒98和第四套筒100可以连接至第二支撑结构44。当第一电极12接近第二电极14’并且向其间的构件38’施加夹持力时,第一侧止动件52可以接合(例如,接触)第三侧止动件98并且第二侧止动件54可以接合第四侧止动件100。因而,焊接体积56’可以由第一电极12的第一接合表面22、第一侧止动件52的内表面68、第三侧止动件98的内表面102、第二侧止动件54的内表面70、第四侧止动件100的内表面104以及第二电极14’的第二接合表面22’限定。
[0051] 第一侧止动件52和第三侧止动件94分别相对于第一套筒64和第三套筒98的位置可以自动地调节轴向位置(例如,平行于焊接力F1和F2的方向),以稳定地彼此接合并且包含焊接体积56’内熔融金属72’的流动,如图9中所示。相似地,第二侧止动件54和第四侧止动件96的位置分别可以相对于第二套筒66和第四套筒100自动地调节轴向位置,以稳定地彼此接合并且包含焊接体积56’内熔融金属72’的流动。
[0052] 例如,可以将第三侧止动件94从第三套筒98内向外偏压,并且可以将第四侧止动件96从第四套筒100内向外偏压。在示例构造中,第三侧止动件94可以由第三偏压元件108(例如,弹簧)连接在第三套筒98内,并且第四侧止动件96可以由第四偏压元件110(例如,弹簧)连接在第四套筒100内。第一侧止动件52和第三侧止动件94的接合表面可以是实质上平面的以彼此齐平接触,并且第二侧止动件54和第四侧止动件96的接合表面可以是实质上平面的以彼此齐平接触。
[0053] 参照图10,焊接工件58’可以具有实质上与焊接体积56’的形状相配的形状。例如,焊接工件58’可以包括实质上与第一电极12的弯曲第一接合表面18相配的弯曲上端部78’、实质上与第一侧止动件52的平面内表面68和第三侧止动件94的内表面102相配的平面第一(例如,左)侧80’、实质上与第二侧止动件54的平面内表面70和第四侧止动件96的内表面104相配的平面第二(例如,右)侧82’以及实质上与第二电极14’的弯曲第二接合表面22’相配的弯曲下端部106。例如,焊接工件58’可以包括构件38’(例如,绞合缆)的多股绞股42’的固化部分。
[0054] 参照图11,在另一个实施方式中,工件24’还可以包括辅助构件84’。辅助构件84’可以具有足以至少部分地围绕工件24’的尺寸和形状。例如,辅助构件84’可以是大体上圆形带88’,该大体上圆形带88’具有连续主体,该连续主体的尺寸和形状足以完全围绕(例如,覆盖)构件38’(例如,绞合缆)的外表面26’。
[0055] 例如,第一电极12的弯曲第一接合表面18可以接触辅助构件84’的外表面26’的至少一部分(例如,上部分),并且第二电极14’的弯曲第二接合表面22’可以接触辅助构件84’的外表面26’的至少一部分(例如,下部分),以便以如上文所描述并且在图9中图示的类似方式使电流朝向工件24’的中心集中。
[0056] 参照图12,所公开的焊接组件的第四实施例(总体上标明为200)可以包括第一(例如,上)电极212、第二(例如,下)电极214、电流发生器216、宽度确定装置器236以及不导电材料202。该不导电材料202可以作为不导电材料202的第一部分206和不导电材料202的第二部分208存在于焊接组件200中。
[0057] 除了存在不导电材料202之外,焊接组件200可以以与图1中所示的焊接组件10相同或者相似的方式构造。具体地,第一电极212可以包括第一接合表面218和可选地一个或多个冷却通道230,第二电极214可以与第一电极212轴向相对并且可以包括第二接合表面222和可选地一个或多个冷却通道232,电流发生器216可以包括电气地联接至第一电极212和第二电极214的第一终端213和第二终端215,并且宽度确定装置236可以包括侧止动件
252、254,可以将该侧止动件252、254朝向第二电极214偏压出相关联的套筒264、266。
[0058] 不导电材料202可以是实质上不导电的,尤其是相对于第二电极214的导电性而言。因此,当不导电材料202定位在电导体(例如,宽度确定装置器236和/或工件224(见图13))与第二电极214之间时,不导电材料202可以作用为其间的电绝缘体。
[0059] 因此,当不导电材料202相对于第二电极214恰当地定位(诸如在宽度确定装置器236的侧止动件252、254的竖直下方,并且在侧止动件252、254的充分地横向外侧)时,可以实质上抑制(如果不消除)从第一电极212通过宽度确定装置器236并且到达第二电极214(或者反之)的焊接电流分流,从而使焊接电流集中于电极212、214与宽度确定装置器236之间的工件224(图13)。
[0060] 不导电材料202可以具有使不导电材料202足够坚硬和耐用以承受在焊接期间施加的夹持力的组分。此外,不导电材料202的组分可以使不导电材料202能够在不熔化、分解或者另外地退化的情况下承受焊接温度。
[0061] 作为一个一般的非限制性示例,不导电材料202可以是(或者可以包括)陶瓷材料。作为一个具体的非限制性示例,不导电材料202可以是(或者可以包括)氮化。作为另一个具体的非限制性示例,不导电材料202可以是(或者可以包括)可加工陶瓷,诸如可从Corning Incorporated of Corning,New York商业地获得的MACOR®可加工玻璃陶瓷。
[0062] 不导电材料202可以具有足以赋予需要的物理性质的横截面厚度T。取决于组分,如果横截面厚度T过薄,则不导电材料202可能是易碎的。例如,当不导电材料202是陶瓷时,在从约2 mm至约10 mm或者更多的范围中的横截面厚度T可以足以满足预期目的,并且可以促进用机械固件294将不导电材料202固定至第二电极214,如图14中所示。
[0063] 参照图13至图16,除了存在不导电材料202的第一部分206和第二部分208之外,可以以与图2至图5中所示的焊接组件10相同或者相似的方式构造焊接组件200的第五实施例。
[0064] 参照图13和图14,第一电极212可以安装于第一支撑结构244并且第二电极214可以安装于第二支撑结构246。例如,第一支撑结构244和/或第二支撑结构246可以是臂或者钳。第一支撑结构244和第二支撑结构246可以能够使第一电极212和第二电极214沿焊接组件200的纵轴线L(图13)接近,以将工件224夹持在第一电极212与第二电极214之间。
[0065] 第一电极212和第二电极214可以向定位在其间的工件224施加夹持力(例如,焊接力)。例如,第一电极212和第二电极214可以施加近似在50磅与100磅之间的夹持力。在一个构造中,第一支撑结构244可以是活动的,使得第一电极212向工件224施加焊接力F1,并且第二支撑结构244可以是活动的,使得第二电极214向工件224施加相对焊接力F2,如图14所图示。在另一个构造中,第一支撑结构244可以是活动的,使得使第一电极212向工件224施加焊接力F1并且第二支撑结构246可以是固定的(例如,基准件)。
[0066] 第一支撑结构244可以连接至第一驱动元件248和/或第二支撑结构246可以连接至第二驱动元件250。第一驱动元件248和/或第二驱动元件250可以是合适于使第一支撑结构244和/或第二支撑结构246运动(例如,轴向地平移)以使第一电极212和第二电极214接近并且向工件224施加夹持力的任何机构。例如,第一驱动元件248和/或第二驱动元件250可以是液压、气动、伺服驱动或者机械驱动机构(例如,压力机)。
[0067] 宽度确定装置器236可以定位在第一电极212与第二电极214之间,以在工件224的至少一部分的周围限定焊接体积256(图14)。焊接体积256可以具有由宽度确定装置器236限定的宽度W(1 图14)。宽度确定装置器236可以至少部分地包围工件224以防止熔融或者热金属272(图15)在工件224的电阻焊接期间流动(例如,横向地向外流动)。宽度确定装置器236可以能够相对于第一电极212和/或第二电极214调节轴向位置(见图13中的纵轴线L),以确保不论电极212、214的轴向间距如何,第一电极212与第二电极214之间的焊接体积256(图14)的侧边在焊接期间都被完全包围。宽度确定装置器236相对于工件224的位置可以限定焊接工件258的宽度W2,如图16中所示。当未焊接时,可以可选地使宽度确定装置器横向地(从旁侧)运动出去并且当焊接时使其运动进来,而不是使其上下运动。这种进出运动也可以通过有锥度的装配加工实现。
[0068] 在一个表述中,宽度确定装置器236可以连接至第一支撑结构244和/或第一驱动机构248,或者以其它方式可操作地与第一支撑结构244和/或第一驱动机构248接合,以响应于焊接力F(1 图14)而接近第二电极214。在另一个表述中,宽度确定装置器236可以连接至第二支撑结构246和/或第二驱动机构250,或者以其它方式可操作地与第二支撑结构246和/或第二驱动机构250接合,以响应于焊接力F(2 图14)而接近第一电极212。
[0069] 工件224可以包括旨在通过电阻焊接连结的一个或多个构件238、240。尽管图13和图14中示出工件224的两个构件238、240,但本领域技术人员将理解,在不偏离本公开的范围的情况下,工件224中可以包括额外构件,诸如辅助构件284(图17)。
[0070] 工件224的构件238、240可以由能够通过电阻加热连结的任何材料形成。作为一个一般示例,工件224的构件238、240可以由能够通过电阻加热连结的任何金属或者金属合金形成。作为一个具体示例,工件224的构件238、240可以由铝或者铝合金形成。
[0071] 构件(例如,第一构件)238可以包括至少两股绞股242。每股绞股242可以由金属或者金属合金(例如,铝或者铝合金)形成。例如,构件238可以由多股细长绞股242形成,所述多股细长绞股242束在一起并且具有大体上圆形的横截面形状。作为一般的非限制性示例,构件238可以是金属线、缆或者绳索。作为具体的非限制性示例,构件238可以是25 mm2、40 2 2
mm或者50 mm的绞合线缆。
[0072] 构件240(例如,第二构件)可以是终端,构件238(例如,绞合缆或绞合线)通过焊接连结至该终端。例如,构件240可以是合适于连接(例如,机械和/或电气连接)至另一个物体(例如,飞行器框架、车辆框架或者电气结)的连接器终端。
[0073] 第一电极212的第一接合表面218可以形成为限定凹入凹部220(图13)的弓形(例如,弯曲的)表面,该凹入凹部220构造成与构件238的外表面226的至少一部分齐平接触。例如,可以将第一接合表面218机加工为限定大体上半圆形凹部220的大体上半圆形形状或者倒U形状,该大体上半圆形凹部220构造成与构件238(例如,绞合缆或者绞合线)的外表面226的至少一部分(例如,周向外表面的半圆形部分)齐平接触。然而,对于第一接合表面218可预想到各种轮廓,包括平坦的/平面轮廓。
[0074] 参照图14和图15,宽度确定装置器236可以定位为毗邻第一电极212。在一个构造中,宽度确定装置器236可以包括第一(例如,左)侧止动件252和与该第一侧止动件252横向相对的第二(例如,右)侧止动件254。第一侧止动件252可以定位为毗邻第一电极212(例如,在第一电极212左侧)并且第二侧止动件254可以定位为毗邻第一电极212(例如,在第一电极212右侧),使得当向工件224施加夹持力时,第一侧止动件252和第二侧止动件254定位于构件238的侧边(例如,左侧和右侧)。
[0075] 第一侧止动件252和第二侧止动件254可以由具有比第一电极212和第二电极214的电阻更大的电阻的材料形成。例如,第一侧止动件252和第二侧止动件254可以由高电阻金属形成。作为另一个示例,第一侧止动件252和第二侧止动件254可以由电气绝缘或者不导电材料(诸如,陶瓷)形成。总体地,可以选择第一侧止动件252和第二侧止动件254的材料以确保电流被引导通过工件224。
[0076] 第一侧止动件252可以装纳在第一套筒264内并且第二侧止动件254可以装纳在第二套筒266内。第一套筒264和第二套筒266可以连接至第一支撑结构244,使得当第一电极212响应于焊接力F1接近第二电极214时,第一侧止动件252和第二侧止动件254在构件238周围(例如,至其侧边)限定焊接体积256。当第一电极212接近第二电极214并且向其间的构件238施加夹持力时,第一侧止动件252和第二侧止动件254可以接合毗邻构件238(例如,绞合缆)的构件240(例如,连接器终端)接合。因而,焊接体积256可以由第一电极212的第一接合表面218、第一侧止动件252的内表面268、第二侧止动件254的内表面270以及定位在第一侧止动件252与第二侧止动件254之间的构件240的外表面234(例如,顶表面)的一部分限定。
[0077] 第一侧止动件252和第二侧止动件254分别相对于第一套筒264和第二套筒266的位置可以自动地调节轴向位置(见图13中的纵轴线L),以稳定地接合构件240的外表面234并且包含焊接体积256内熔融金属272(图15)的流动。可以从第一套筒264内向外偏压第一侧止动件252并且可以从第二套筒266内向外偏压第二侧止动件254。例如,第一侧止动件252可以由第一偏压元件274(例如,弹簧)连接在第一套筒264内,并且第二侧止动件254可以由第二偏压元件276(例如,弹簧)连接在第二套筒266内。第一侧止动件252和第二侧止动件254的底表面284(图13)可以是实质上平面的,以与构件240的实质上平面外表面234齐平接触。
[0078] 当第一支撑结构244接近第二支撑结构246(例如,经由第一驱动元件248)时,第一电极212可以朝向构件238运动并且在构件238上施加焊接力F(1 例如,夹持力),并且第一侧止动件252和第二侧止动件254可以同时朝向构件240运动并且与构件240接合。当第一支撑结构248进一步接近第二支撑结构246时,由第一电极212和第二电极214施加于构件238的焊接力F1可以随第一电极212接近第二电极214而增加;然而,第一侧止动件252和第二侧止动件254分别可以至少部分地推入第一套筒264和第二套筒266内,以防止损坏构件240,同时维持与构件240齐平接触并且包含熔融金属272的向外流动(图15)。
[0079] 第二电极214的第二接合表面222可以是实质上平面的表面,该实质上平面的表面构造成与构件240的外表面234的至少一部分实质上齐平接触。例如,可以将第二接合表面222机加工为实质上平坦的形状,该实质上平坦的形状构造成与构件240(例如,连接器终端)的外表面234的实质上平面的部分(例如,底表面的一部分)实质上齐平接触。然而,对于第二接合表面222可预想到各种轮廓,包括弯曲的轮廓。
[0080] 第二电极214的第二接合表面222可以限定第一凹部290和第二凹部292。不导电材料202的第一部分206可以插入第一凹部290中并且不导电材料202的第二部分208可以插入第二凹部292中。因此,第一部分206和第二部分208的尺寸和形状可以紧密地对应于凹部290、292的尺寸和形状。
[0081] 可选地,诸如螺丝、销钉等的机械紧固件294可以将不导电材料202的第一部分206和第二部分208固定在第二电极214的凹部290、292中。也预想到用于将部分206、208固定在对应凹部290、292内的其它技术,诸如压配合和粘合。
[0082] 不导电材料202的第一部分206和第二部分208的横截面厚度可以紧密地对应于凹部290、292的深度,使得第一部分206和第二部分208的接合表面296、298与第二电极214的接合表面222实质上共面。因此,构件240的外表面234(例如,底表面)可以与第二电极214的接合表面222以及第一部分206和第二部分208的接合表面296和298均实质上齐平接触。
[0083] 不导电材料202的第一部分206和第二部分208可以相对于第二电极214定位,使得仅第二电极214的中央部分299与工件224电气接触。例如,不导电材料202的第一部分206和第二部分208中的每一个可以包括内边缘302和外边缘304。不导电材料202的每个部分206、208的内边缘302可以与宽度确定装置器236的第一侧止动件252和第二侧止动件254的内表面268、270竖直地对齐,或者横向向内。不导电材料202的每个部分206、208的外边缘304可以横向地延伸到工件224的构件240的外侧。
[0084] 因此,焊接体积256(图14)的宽度W(1 图14)的横向外侧的工件224(例如,构件240)的部分可以由不导电材料202的第一部分206和第二部分208与下面的第二电极214电气地绝缘,由此使焊接电流集中于焊接体积256,而不是使焊接电流横向向外散失。此外,如果宽度确定装置器236的侧止动件252、254导电并且朝向第二电极的接合表面222(例如,如果其间没有构件240)竖直地向下延伸,则侧止动件252、254将接触不导电材料202的第一部分206和第二部分208,并且将与第二电极214电气地绝缘,从而抑制(如果不消除)通过侧止动件252、254的分流路径的形成。
[0085] 参照图16,焊接工件258可以具有实质上与焊接体积256(图14)的形状相配的形状。例如,焊接工件258可以包括实质上与第一电极212的弯曲第一接合表面218相配的弯曲上端部278、实质上与第一侧止动件252的平面第一内表面268相配的平面第一(例如,左)侧280以及实质上与第二侧止动件254的平面第二内表面270相配的平面第二(例如,右)侧
282。焊接工件258可以包括通过电阻焊接连结至构件240(例如,连接器终端)的构件238(例如,绞合缆)的多股绞股242的固化部分。
[0086] 参照图17,工件224还可以包括辅助构件284。该辅助构件284可以具有足以至少部分地围绕工件238的尺寸和形状。辅助构件284可以由具有与构件238、240的化学性质相同或者相似的化学性质的材料形成,或者由与形成构件238、240的材料兼容的材料形成。例如,当构件238、240由铝合金形成时,辅助构件284可以由铝合金或者恰当的铝合金填充金属形成。
[0087] 如图17中图示,在一个实施方式中,辅助构件284可以是大体上半圆形带286,该大体上半圆形带286具有弓形(例如,弯曲的)主体(例如,U形),该弓形主体的尺寸和形状足以至少部分地围绕(例如,覆盖)构件238(例如,绞合缆)的外表面226;以及端部,该端部延伸以接合构件240(例如,连接器终端)的外表面234。在其它实施方式中,辅助构件284可以具有其它形状,诸如圆形(见图7)。
[0088] 参照图18,可以以与图12至图17中所示的焊接组件200相同或者相似的方式构造所公开的焊接组件的第六实施例(总体上标明为400)。然而,代替将不导电材料402插入第二电极414中的凹部(见图14中的凹部290、292)中,而是可以将不导电材料402定位成毗邻第二电极414并且在第二电极414的横向外侧。因此,不导电材料402可以限定接合表面496(或者结合表面496、498),该接合表面496(或者结合表面496、498)支撑工件424(例如,构件438、构件440和/或辅助构件(未在图18中示出))的一部分,还使工件424的一部分(例如,焊接体积的宽度的外侧的工件部分)与第二电极414电气地隔离。
[0089] 作为一个示例,焊接组件400的不导电材料402可以包括两个翼部分406、408,这两个翼部分406、408用机械紧固件494固定至第二电极414的横向相对的侧边449、451。作为另一个示例,焊接组件400的不导电材料402可以是在第二电极414周围延伸(例如,周向地)的套筒。
[0090] 参照图19,用于焊接绞合金属和金属合金(例如,线的绞合缆)的所公开的方法的一个实施例(总体上标明为500)可以开始于将工件定位在焊接组件的第一电极与第二电极之间,如框502处所示。工件中可以可选地包括辅助构件。
[0091] 如框504处所示,第一电极和/或第二电极可以向工件施加夹持力。
[0092] 如框506处所示,宽度确定装置器可以定位在第一电极与第二电极之间在工件周围,以限定具有一定横向宽度的焊接体积。
[0093] 如框508处所示,可以使焊接电流在足够的时间量中穿过工件,以使工件的温度升高至使工件液化的焊接温度。焊接电流可以包含在焊接体积的横向宽度内,以使焊接电流集中于工件中。
[0094] 可选地,可以在方法500的各种步骤之间引入冷却步骤或者可以将冷却步骤与方法500的各种步骤结合(诸如与电流穿过步骤508结合)。例如,在第一电极和第二电极中的一者或多者与焊接工件接合同时,通过使冷却流体循环通过第一电极和第二电极中的流体通道,可以使焊接工件冷却。
[0095] 尽管已经示出和描述了所公开的焊接组件和方法的各种实施例,但本领域技术人员在阅读说明书时可以想到改型。本申请包括这种改型,并且仅由权利要求的范围限制。
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