TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Diese Offenbarung betrifft allgemein eine Schweißelektrode, die zum Bilden von Widerstandspunktschweißnähten z. B. in einem Metallwerkstückstapel, der zumindest ein Aluminiumlegierungs-Werkstück umfasst, geeignet ist.This disclosure generally relates to a welding electrode that is used to form resistance spot welds, e.g. In a metal workpiece stack comprising at least one aluminum alloy workpiece.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Verschiedene Arten von Fahrzeugkarosserie-Komponenten – z. B. Türen, Abdeckhauben, Kofferraumdeckel und Heckklappen, um nur einige zu nennen – umfassen zwei oder mehr Metallwerkstücke, die zusammengefügt sind. Die Metallwerkstücke können zumindest teilweise durch eine oder mehrere Widerstandspunktschweißnähte gefügt sein. Diese Schweißnähte sind üblicherweise um einen Umfang der Karosseriekomponente herum oder an einer anderen Verbindungsregion gebildet. In der Vergangenheit waren die Metallwerkstücke typischerweise aus Stahl zusammengesetzt und aus diesem Grund wurden über viele Jahre speziell Punktschweiß-Methoden unter Beachtung der speziellen Aspekte des Punktschweißens von Stahl an Stahl entwickelt. In letzter Zeit bestand jedoch ein Trend, Stahlwerkstücke wann immer möglich durch Aluminiumlegierungs-Werkstücke zu ersetzen, um das Fahrzeuggewicht zu reduzieren.Various types of vehicle body components - e.g. Doors, hoods, trunk lids, and tailgates, just to name a few - include two or more metal workpieces joined together. The metal workpieces may be at least partially joined by one or more resistance spot welds. These welds are usually formed around a circumference of the body component or at another joint region. In the past, the metal workpieces were typically made of steel and, therefore, spot welding methods have been developed for many years, taking into account the specific aspects of spot welding from steel to steel. Recently, however, there has been a trend to replace steel workpieces with aluminum alloy workpieces whenever possible to reduce the vehicle weight.
Eine Widerstandspunktschweißnaht wird allgemein durch eine feststehende oder über Roboter bewegbare Schweißzange gebildet, die zwei Zangenarme umfasst. Jeder dieser Zangenarme hält eine Schweißelektrode, die typischerweise aus einer geeigneten Kupferlegierung besteht. Die Zangenarme können auf gegenüberliegenden Seiten eines Werkstückstapels positioniert und eingespannt werden, um die zwei Elektroden an diametral gemeinsamen Stellen gegen ihre jeweiligen Metallwerkstücke zu pressen. Dann wird ein kurzzeitiger elektrischer Strom durch die Metallwerkstücke von einer Elektrode zu der anderen geleitet. Der Widerstand gegenüber dem Fluss von elektrischem Strom durch die Metallwerkstücke und über ihre Stoß-Grenzfläche (z. B. die Kontakt-Grenzfläche der Metallwerkstücke) hinweg erzeugt Wärme an der Stoß-Grenzfläche. Diese Wärme bildet ein Schmelzbad, das nach dem Stoppen des Stromflusses zu einer Schweißlinse erstarrt. Nachdem die Punktschweißnaht gebildet ist, lösen die Zangenarme ihre Spannkraft und der Punktschweißprozess wird an einer anderen Schweißstelle wiederholt.A resistance spot weld is generally formed by fixed or robotic welding gun comprising two gun arms. Each of these pliers arms holds a welding electrode, which is typically made of a suitable copper alloy. The forceps arms can be positioned and clamped on opposite sides of a stack of workpieces to press the two electrodes at diametrically common locations against their respective metal workpieces. Then, a momentary electric current is passed through the metal workpieces from one electrode to the other. The resistance to the flow of electrical current through the metal workpieces and across their impact interface (eg, the contact interface of the metal workpieces) creates heat at the impact interface. This heat forms a molten pool, which solidifies after stopping the flow of current to a weld nugget. After the spot weld is formed, the gun arms release their clamping force and the spot welding process is repeated at another weld.
Das Punktschweißen eines Werkstückstapels, der ein Aluminiumlegierungs-Werkstück umfasst, kann besondere Herausforderungen mit sich bringen. Zum einen ist das Aluminiumlegierungs-Werkstück auf seiner äußeren Oberfläche üblicherweise mit einer Vielfalt von Oxidschichten (hierin der Kürze wegen kollektiv in der Singularform als „Oxidschicht” bezeichnet) bedeckt, die sowohl durch Prozesse, denen sie im Werkbetrieb (z. B. Glühen, Lösungsglühen, Gießen etc.) ausgesetzt sind, als auch Umwelteinwirkungen verursacht werden. Diese Oxidschicht erhöht den elektrischen Widerstand an der Kontaktfläche. Wegen des hohen elektrischen Widerstandes der Oxidschicht und des relativ geringen thermischen und elektrischen Widerstandes des darunter liegenden Aluminiumlegierungs-Haupanteils ist typischerweise eine hohe Stromdichte erforderlich, um ein Schweißbad an der Oberfläche des Aluminiumlegierungs-Werkstückes zu bilden, das eine Stoß-Grenzfläche mit dem anderen Metallwerkstück in dem Stapel bildet.Spot welding a workpiece stack that includes an aluminum alloy workpiece can present particular challenges. First, the aluminum alloy workpiece is usually covered on its outer surface with a variety of oxide layers (collectively referred to herein for brevity in the singular form as an "oxide layer") that may be subject to both process (eg, annealing, Solution heat treatment, casting, etc.) are exposed, as well as environmental effects are caused. This oxide layer increases the electrical resistance at the contact surface. Because of the high electrical resistance of the oxide layer and the relatively low thermal and electrical resistance of the underlying aluminum alloy major portion, high current density is typically required to form a weld pool on the surface of the aluminum alloy workpiece having an abutting interface with the other metal workpiece forms in the pile.
Während sie beim Bilden eines Schweißbades an der gewünschten Stelle hilfreich ist, kann eine hohe Stromdichte übermäßige Wärme an der Kontaktfläche verursachen, die wiederum eine metallurgische Reaktion zwischen der Aluminiumlegierung, welche das Werkstück umfasst, und der Kupferlegierung, welche die zugeordnete Schweißelektrode umfasst, beschleunigen kann. Diese Reaktion führt dazu, dass sich eine Verunreinigungsschicht aus Kupfer-Aluminium-Legierung auf der Schweißelektrode aufbaut oder ansammelt. Wenn er unbehelligt bleibt, kann der Verunreinigungsaufbau absplittern und Vertiefungen in der Schweißelektrode bilden, was letztendlich die Schweißleistung beeinträchtigt und das Zurichten der Elektrode verkompliziert. Diese Komplikationen stellen zusammen mit anderen verschiedenste Herausforderungen in Bezug auf die Ausgestaltung einer Schweißelektrode dar, die ein Aluminiumlegierungs-Werkstück während des Punktschweißens im Gegensatz zu anderen Arten von Metallwerkstücken wie z. B. ein Stahlwerkstück in Eingriff bringen sollen.While helpful in forming a weld pool at the desired location, high current density can cause excessive heat at the contact surface, which in turn can accelerate a metallurgical reaction between the aluminum alloy comprising the workpiece and the copper alloy comprising the associated welding electrode , This reaction causes an impurity layer of copper-aluminum alloy to build up or accumulate on the welding electrode. If left undisturbed, the build-up of contaminants can shatter and form pits in the welding electrode, ultimately compromising welding performance and complicating the trimming of the electrode. These complications, along with others, pose various challenges with respect to the design of a welding electrode that will hold an aluminum alloy workpiece during spot welding, as opposed to other types of metal workpieces, such as metal parts. B. should bring a steel workpiece into engagement.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Die gemeinsam erteilte US-Patentanmeldung Nr. 2008/0 078 749 offenbart das Vorhandensein von ringförmigen Wulsten auf der Schweißfläche einer Punktschweißelektrode. Die vorliegende Offenbarung beschreibt ferner Schweißelektroden-Ausführungsformen, die ringförmige Wulste umfassen. Hier weist eine Schweißelektrode eine Schweißfläche auf, die speziell ausgestaltet ist, um einen Punktschweiß-Eingriff mit einer zugänglichen äußeren Oberfläche eines Aluminiumlegierungs-Werkstückes zu erfahren. Die Schweißfläche ist kuppelförmig und umfasst außerdem eine Vielzahl von kreisförmigen Wulsten, die von einer Grundfläche der Schweißfläche nach außen vorstehen. Diese Wulste sind abgestumpft, um ein seitliches Dehnen und Brechen der auf der Aluminiumlegierungs-Werkstückoberfläche vorhandenen Oxidschicht zu induzieren, wenn sie während des Punktschweißens in Kontakteingriff mit dieser Oberfläche gebracht wird. Es können beliebig viele zwischen zwei und zehn nach außen vorstehende kreisförmige Wulste auf der Schweißfläche vorhanden sein, und diese Zahl liegt bevorzugt zwischen drei und fünf. Überdies umfasst die Grundfläche der Schweißfläche bevorzugt zumindest eine ebene Oberfläche, die innerhalb des innersten kreisförmigen Wulstes oder zwischen jedem beliebigen Paar von benachbarten kreisförmigen Wulsten angeordnet sein kann.Commonly assigned U.S. Patent Application No. 2008/0 078 749 discloses the presence of annular beads on the welding surface of a spot welding electrode. The present disclosure further describes welding electrode embodiments comprising annular beads. Here, a welding electrode has a welding surface which is specially designed to undergo spot welding engagement with an accessible outer surface of an aluminum alloy workpiece. The welding surface is dome-shaped and further includes a plurality of circular beads projecting outwardly from a bottom surface of the welding surface. These beads are truncated to induce lateral stretching and fracturing of the oxide layer present on the aluminum alloy workpiece surface, when it is brought into contact engagement with this surface during spot welding. There may be any number of circular beads on the welding surface projecting between two and ten outwardly projecting beads, and this number is preferably between three and five. Moreover, the footprint of the weld surface preferably includes at least one planar surface that may be disposed within the innermost circular bead or between any pair of adjacent circular beads.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
1 ist eine verallgemeinernde Seitenansicht einer Schweißzange, die geeignet ist, Widerstandspunktschweißnähte in einem Werkstückstapel zu bilden; 1 Fig. 12 is a generalized side view of welding tongs adapted to form resistance spot welds in a stack of workpieces;
2 ist eine verallgemeinernde perspektivische Darstellung einer Schweißelektrode; 2 is a generalized perspective view of a welding electrode;
3 ist eine Querschnittsansicht der Schweißfläche einer Schweißelektrode gemäß einer Ausführungsform; 3 FIG. 12 is a cross-sectional view of the welding surface of a welding electrode according to an embodiment; FIG.
3A ist eine vergrößerte partielle Querschnittsansicht der Schweißfläche einer Schweißelektrode gemäß einer Ausführungsform; 3A FIG. 10 is an enlarged partial cross-sectional view of the welding surface of a welding electrode according to an embodiment; FIG.
3B ist eine vergrößerte partielle Querschnittsansicht der Schweißfläche einer Schweißelektrode gemäß einer anderen Ausführungsform; 3B FIG. 10 is an enlarged partial cross-sectional view of the welding surface of a welding electrode according to another embodiment; FIG.
4 ist eine Querschnittsansicht der Schweißfläche einer Schweißelektrode gemäß einer anderen Ausführungsform; 4 FIG. 12 is a cross-sectional view of the welding surface of a welding electrode according to another embodiment; FIG.
5 ist eine Querschnittsansicht der Schweißfläche einer Schweißelektrode gemäß einer noch anderen Ausführungsform; 5 FIG. 12 is a cross-sectional view of the welding surface of a welding electrode according to still another embodiment; FIG.
6 ist eine Querschnittsansicht der Schweißfläche einer Schweißelektrode gemäß einer noch anderen Ausführungsform; und 6 FIG. 12 is a cross-sectional view of the welding surface of a welding electrode according to still another embodiment; FIG. and
7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Paares von Schweißelektroden, das beim Widerstandspunktschweißen eines Paares von überlappenden Aluminiumlegierungs-Werkstücken beteiligt ist. 7 FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a pair of welding electrodes involved in resistance spot welding of a pair of overlapping aluminum alloy workpieces. FIG.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
1 zeigt eine Schweißzange 10, die zum Widerstandspunktschweißen eines ersten Aluminiumlegierungs-Werkstückes 12 und eines zweiten Aluminiumlegierungs-Werkstückes 14 an einer Schweißstelle 16 verwendet werden kann. Das erste und das zweite Aluminiumlegierungs-Werkstück 12, 14 sind aus einer Aluminiumlegierung wie z. B. einer Aluminium-Magnesium-Legierung, einer Aluminium-Silizium-Legierung oder einer Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung zusammengesetzt und können irgendwo zwischen etwa 0,5 mm und etwa 6,0 mm dick sein. Ein spezifisches Beispiel eines Aluminiumlegierungs-Werkstückes ist eine 1,0 mm dicke 5754-0 Aluminiumlegierung. Es sind aber andere Aluminiumlegierungen und spezifische Werkstückdicken möglich. Aus diesem Grund soll der Ausdruck „Werkstücke”, wie hierin verwendet, im weitesten Sinn Metallblechschichten, Strangpressteile, Gussteile und andere Aluminiumlegierungs-Teile umfassen, die widerstandspunktschweißbar sind. 1 shows a welding tongs 10 used for resistance spot welding a first aluminum alloy workpiece 12 and a second aluminum alloy workpiece 14 at a weld 16 can be used. The first and the second aluminum alloy workpiece 12 . 14 are made of an aluminum alloy such. An aluminum-magnesium alloy, an aluminum-silicon alloy, or an aluminum-magnesium-silicon alloy, and may be anywhere from about 0.5 mm to about 6.0 mm thick. A specific example of an aluminum alloy workpiece is a 1.0 mm thick 5754-0 aluminum alloy. However, other aluminum alloys and specific workpiece thicknesses are possible. For this reason, as used herein, the term "workpieces" is broadly intended to include sheet metal layers, extrusions, castings, and other aluminum alloy parts that are resistance point weldable.
Die Schweißzange 10 ist üblicherweise ein Teil eines größeren, automatisierten Schweißprozesses und umfasst einen ersten Zangenarm 18 und einen zweiten Zangenarm 20, die mechanisch und elektrisch ausgestaltet sind, um wiederholt Punktschweißnähte zu bilden, wie auf dem technischen Gebiet gut bekannt. Der erste Zangenarm 18 weist eine erste Elektrodenhalterung 22 auf, die eine erste Kupferlegierungs-Schweißelektrode 24 festhält, und gleichermaßen weist der zweite Zangenarm 20 eine zweite Elektrodenhalterung 26 auf, die eine zweite Kupferlegierungs-Schweißelektrode 28 festhält. Die Schweißzangenarme 18, 20 werden während des Punktschweißens betätigt, um ihre jeweiligen Schweißelektroden 24, 28 gegen die einander gegenüberliegend zugewandte erste und zweite zugänglich äußere Oberfläche 30, 32 der überlappenden Aluminiumlegierungs-Werkstücke 12, 14 zu spannen. Die erste und die zweite Schweißelektrode 24, 28 sind in diametraler Ausrichtung zueinander gegen ihre jeweiligen Werkstückoberflächen 30, 32 gespannt, sodass der zwischen ihnen ausgetauschte Strom Wärme konzentrieren und eine Punktschweißnaht an der vorgesehenen Schweißstelle 16 bilden kann. Während die erste Schweißelektrode 24 in den restlichen Fig. gezeigt und darauf anschließend in dieser Beschreibung zu Illustrationszwecken Bezug genommen wird, sollte einzusehen sein, dass die Fig. und die Beschreibung gleichermaßen auch auf die zweite Schweißelektrode 28 zutreffen können, falls erwünscht.The welding tongs 10 is usually part of a larger, automated welding process and includes a first gun arm 18 and a second tong arm 20 which are mechanically and electrically configured to repeatedly form spot welds, as well known in the art. The first tong arm 18 has a first electrode holder 22 which is a first copper alloy welding electrode 24 holds, and equally, the second forceps arm 20 a second electrode holder 26 on which a second copper alloy welding electrode 28 holds. The welding gun arms 18 . 20 are pressed during spot welding to their respective welding electrodes 24 . 28 against the oppositely facing first and second accessible outer surface 30 . 32 the overlapping aluminum alloy workpieces 12 . 14 to stretch. The first and second welding electrodes 24 . 28 are diametrically opposed to each other against their respective workpiece surfaces 30 . 32 tense so that the current exchanged between them concentrate heat and a spot weld at the intended weld 16 can form. While the first welding electrode 24 As shown in the remainder of the figures and subsequently referred to in this specification for purposes of illustration, it should be understood that the figures and description are equally applicable to the second welding electrode 28 may apply, if desired.
Nunmehr Bezug nehmend auf die 2–3 weist die erste Schweißelektrode 24 einen allgemein zylindrischen Körper 34 auf, der eine ausgehöhlte Vertiefung 36 definiert, die an einem Ende 38 zum Einsetzen der und Befestigen mit der ersten Elektrodenhalterung 22 zugänglich ist. Das andere Ende 40 des Körpers 34 weist einen Umfang 42 auf, dessen Durchmesser 44 in einem Bereich von etwa 10 mm bis etwa 22 mm liegen kann. Die erste Schweißelektrode umfasst auch eine kuppelförmige Schweißfläche 46, die mit der zugänglichen äußeren Oberfläche 30 des ersten Aluminiumlegierungs-Werkstückes 12 während des Punktschweißens physisch in Kontakt steht. Die Schweißfläche 46 weist bevorzugt einen Umfang 48 auf, der von einer imaginären axialen zylindrischen Ausdehnung 50 des Umfanges 42 des Körpers 34 nach oben verschoben ist und sich darin befindet, wobei die zwei Umfänge 42, 48 parallel stehen, wie gezeigt, oder versetzt sind, sodass der Umfang 48 der Schweißfläche 46 in Bezug auf den Umfang 42 des Körpers 34 geneigt ist. Ein Durchmesser 52 des Umfanges 48 der Schweißfläche 46 liegt typischerweise in einem Bereich von etwa 5,5 mm bis etwa 18 mm oder stärker bevorzugt von etwa 7 mm bis etwa 12 mm.Referring now to the 2 - 3 has the first welding electrode 24 a generally cylindrical body 34 on top of a hollowed out recess 36 defined at one end 38 for inserting and securing with the first electrode holder 22 is accessible. The other end 40 of the body 34 has a scope 42 on, its diameter 44 may be in a range of about 10 mm to about 22 mm. The first welding electrode also includes a dome-shaped welding surface 46 that with the accessible outer surface 30 of the first aluminum alloy workpiece 12 during spot welding physically in contact. The welding surface 46 preferably has a circumference 48 up, from an imaginary axial cylindrical extension 50 of the size 42 of the body 34 is shifted upwards and is located in it, the two circumferences 42 . 48 stand parallel, as shown, or are offset, so the perimeter 48 the welding surface 46 in terms of scope 42 of the body 34 is inclined. A diameter 52 of the size 48 the welding surface 46 typically ranges from about 5.5 mm to about 18 mm, or more preferably from about 7 mm to about 12 mm.
Die Schweißfläche 46 umfasst auch ein Zentrum 54, das über den Umfang 48 der Schweißfläche 46 auf eine Höhe 56 von etwa 0,5% bis etwa 15% des Durchmessers 52 des Schweißflächenumfanges 48 erhöht ist. Dennoch liegt diese Höhe 56 bevorzugt in einem Bereich von etwa 2% bis etwa 8% des Durchmessers 52 des Schweißflächenumfanges 48, wie durch die folgenden Beispiele illustriert: (1) ein Schweißflächendurchmesser 52 von etwa 7 mm und eine Schweißflächenhöhe 56 von etwa 0,15 mm [die Höhe 56 beträgt etwa 2,2% des Durchmessers 52]; und (2) ein Schweißflächendurchmesser 52 von etwa 12 mm und eine Schweißflächenhöhe von etwa 0,92 mm [die Höhe 56 beträgt etwa 7,7% des Durchmessers 52]. Außer dem Körper 34 und der Schweißfläche 46 kann die erste Schweißelektrode 24 auch einen Übergangsbereich 58 umfassen, der von dem Umfang 42 des Körpers 34 zu dem Umfang 48 der Schweißfläche [engl. weld] 46 übergeht. Dieser Übergangsbereich 58 kann kegelstumpfförmig sein, wie gezeigt, oder er kann eine andere geeignete Form besitzen. In einigen Anwendungen sind der Umfang 42 des Körpers 34 und der Umfang 48 der Schweißfläche 46 jedoch koinzident. Solche Elektroden werden üblicherweise als „Vollflächenelektroden” bezeichnet.The welding surface 46 also includes a center 54 that's beyond the scope 48 the welding surface 46 at a height 56 from about 0.5% to about 15% of the diameter 52 the welding surface circumference 48 is increased. Nevertheless, this height is 56 preferably in a range of about 2% to about 8% of the diameter 52 the welding surface circumference 48 as illustrated by the following examples: (1) a weld face diameter 52 of about 7 mm and a welding surface height 56 of about 0.15 mm [the height 56 is about 2.2% of the diameter 52 ]; and (2) a weld face diameter 52 of about 12 mm and a welding surface height of about 0.92 mm [the height 56 is about 7.7% of the diameter 52 ]. Except the body 34 and the welding surface 46 can be the first welding electrode 24 also a transition area 58 include that of the scope 42 of the body 34 to the extent 48 the welding surface [engl. weld] 46 passes. This transition area 58 may be frusto-conical, as shown, or it may have another suitable shape. In some applications are the scope 42 of the body 34 and the scope 48 the welding surface 46 however, coincident. Such electrodes are commonly referred to as "solid electrodes".
Die Schweißfläche 46 umfasst eine Grundfläche 60 und eine Vielzahl von kreisförmigen Wulsten 62, die von der Grundfläche 60 nach außen vorstehen. Die Grundfläche 60 ist die ideal-geometrische Oberfläche der Schweißfläche 46 und macht 50% oder mehr, bevorzugt zwischen etwa 50% und 80% der Oberfläche der Schweißfläche 46 aus, wobei die restliche Oberfläche den kreisförmigen Wulsten 62 zuzurechnen ist. Die Grundfläche 60 kann derart ausgestaltet sein, dass sie eine gewünschte Form oder Kombination von Formen aufweist, welche die Schweißfläche 46 mit ihrer Kuppel-Gesamtform versieht. Abschnitte der Grundfläche 60, die radial außerhalb der Vielzahl von kreisförmigen Wulsten 62 oder zwischen den kreisförmigen Wulsten 62 angeordnet sind, können abhängig von verschiedenen Faktoren einschließlich der Komplexität jeglicher erforderlicher Schweißflächen-Wiederherstellungsprozeduren, die gegebenenfalls periodisch ausgeführt werden müssen, gekrümmt oder eben sein.The welding surface 46 includes a base area 60 and a variety of circular beads 62 that of the base area 60 protrude outward. The base area 60 is the ideal geometric surface of the welding surface 46 and makes 50% or more, preferably between about 50% and 80%, of the surface area of the weld 46 from, with the remaining surface of the circular beads 62 attributable to. The base area 60 may be configured to have a desired shape or combination of shapes that define the weld surface 46 with its dome shape. Sections of the base area 60 located radially outside the multitude of circular beads 62 or between the circular beads 62 may be curved or level depending on various factors including the complexity of any required weld restoration procedures, which may need to be periodically performed.
Wie gezeigt, kann die Schweißfläche 46 z. B. einen ersten kreisförmigen Wulst 64 umfassen, der ihr Zentrum 54 bevorzugt äquidistant in allen Richtungen umgibt. Die Schweißfläche 46 kann ferner einen zweiten kreisförmigen Wulst 66, der von dem ersten kreisförmigen Wulst 64 radial nach außen beabstandet ist, und einen dritten kreisförmigen Wulst 68 umfassen, der von dem zweiten kreisförmigen Wulst 66 radial nach außen beabstandet ist. Der erste, der zweite und der dritte kreisförmige Wulst 64, 66, 68 weisen jeder einen geschlossenen Umfang auf; das heißt, die Umfänge der kreisförmigen Wulste 64, 66, 68 weisen allgemein eine konstante Querschnittsform auf und sind von keinerlei wesentlichen Abtrennungen oder anderen Unregelmäßigkeiten unterbrochen. Es können auch zusätzliche kreisförmige Wulste 62 mit gleichem Aufbau (wenngleich hier nicht gezeigt) von dem dritten kreisförmigen Wulst 68 radial nach außen beabstandet sein. Die folgende Erläuterung des ersten, des zweiten und des dritten kreisförmigen Wulstes 64, 66, 68 trifft daher auch auf jegliche zusätzliche kreisförmige Wulste 62 zu, die vorhanden sein können. Falls erwünscht, können beliebig viele von eins bis sieben zusätzliche kreisförmige Wulste 62 auf der Schweißfläche 46 umfasst sein.As shown, the weld area 46 z. B. a first circular bead 64 include, which is their center 54 preferably equidistant in all directions. The welding surface 46 may further include a second circular bead 66 coming from the first circular bead 64 radially outwardly spaced, and a third circular bead 68 include that of the second circular bead 66 is spaced radially outward. The first, the second and the third circular bead 64 . 66 . 68 each have a closed perimeter; that is, the sizes of circular beads 64 . 66 . 68 generally have a constant cross-sectional shape and are not interrupted by any significant separations or other irregularities. There may also be additional circular beads 62 of the same construction (although not shown) from the third circular bead 68 be spaced radially outwards. The following explanation of the first, second and third circular beads 64 . 66 . 68 therefore also applies to any additional circular beads 62 to, which may be present. If desired, any number of one to seven additional circular beads 62 on the welding surface 46 includes his.
Der erste, der zweite und der dritte kreisförmige Wulst 64, 66, 68 (und jegliche andere, falls vorhanden) sind jeweils abgestumpft. Das bedeutet, dass die kreisförmigen Wulste 64, 66, 68 keinerlei scharfe Kanten umfassen. Solche abgestumpften, kreisförmigen Wulste werden hier verwendet, um die auf der zugänglichen äußeren Oberfläche 30 des ersten Aluminiumlegierungs-Werkstückes 12 vorhandene Oberflächen-Oxidschicht seitlich zu strecken und zu zerbrechen – anstatt sie zu durchstoßen – wenn die Schweißfläche 46 während des Punktschweißens mit der Werkstückoberfläche 30 in Kontakt gebracht wird. Um abgestumpft zu sein, kann/können z. B. einer oder mehrere der kreisförmigen Wulste 64, 66, 68 einen Querschnitt aufweisen, der eine flache, abgerundete Oberseite 70 umfasst, wie in 3A gezeigt. In einer anderen Ausführungsform kann/können einer oder mehrere der kreisförmigen Wulste 64, 66, 68 einen Querschnitt aufweisen, der eine flache Oberseite 72 umfasst, die von einer gerundeten, peripheren Kante 74 begrenzt ist, wie in 3B gezeigt. Andere Querschnitte, welche den ersten, den zweiten und den dritten kreisförmigen Wulst 64, 66, 68 mit einem abgestumpften Profil versehen, sind selbstverständlich zulässig, wenngleich in den Fig. nicht explizit gezeigt.The first, the second and the third circular bead 64 . 66 . 68 (and any others, if any) are dulled. That means the circular beads 64 . 66 . 68 do not include any sharp edges. Such truncated, circular beads are used here on the accessible outer surface 30 of the first aluminum alloy workpiece 12 existing surface oxide layer laterally to stretch and break - instead of piercing - when the welding surface 46 during spot welding with the workpiece surface 30 is brought into contact. To be dull, can / can z. B. one or more of the circular beads 64 . 66 . 68 have a cross section having a flat, rounded top 70 includes, as in 3A shown. In another embodiment, one or more of the circular beads 64 . 66 . 68 have a cross-section, which is a flat top 72 includes, that of a rounded, peripheral edge 74 is limited, as in 3B shown. Other cross sections including the first, second and third circular beads 64 . 66 . 68 provided with a truncated profile, are of course permissible, although not explicitly shown in the figures.
Die Größe und die Beabstandung des ersten, des zweiten und des dritten kreisförmigen Wulstes 64, 66, 68 kann variiert werden, um bestimmten Prozessüberlegungen nachzukommen. Diese Prozessüberlegungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, die Tiefeneindringung der kreisförmigen Wulste 64, 66, 68 in das erste Aluminiumlegierungs-Werkstück 12, die Herstellung eines guten mechanischen und elektrischen Kontakts zwischen der Schweißfläche 46 und dem ersten Aluminiumlegierungs-Werkstück 12, die Qualität der gebildeten Schweißlinse und die Einfachheit, mit der die Schweißfläche 46 wieder hergestellt werden kann. Wie in den 3–3B gezeigt, weist jeder von dem ersten, dem zweiten und dem dritten kreisförmigen Wulst 64, 66, 68 eine Wulsthöhe 640, 660, 680 – an dem Mittelpunkt des Wulstes 64, 66, 68 bei Betrachtung im Querschnitt genommen – auf, die sich über die Grundfläche 60 erstreckt. Die Wulsthöhe 640, 660, 680 jedes kreisförmigen Wulstes 64, 66, 68 liegt bevorzugt in einem Bereich von etwa 20 μm bis etwa 200 μm. Die Beabstandung der Wulste 64, 66, 68 zwischen deren Wulsthöhen 640, 660, 680 (Messung der Beabstandung von Spitze zu Spitze) liegt überdies bevorzugt in einem Bereich von etwa 80 μm bis etwa 1500 μm.The size and spacing of the first, second and third circular beads 64 . 66 . 68 can be varied to meet specific process considerations. These process considerations include, but are not limited to, the depth penetration of the circular beads 64 . 66 . 68 in the first one Aluminum alloy article 12 , making a good mechanical and electrical contact between the welding surface 46 and the first aluminum alloy workpiece 12 , the quality of the formed nugget and the simplicity with which the welding surface 46 can be restored. As in the 3 - 3B As shown, each of the first, second and third circular beads has 64 . 66 . 68 a bead height 640 . 660 . 680 - at the center of the bead 64 . 66 . 68 taken in consideration in cross section - on, extending over the base 60 extends. The bead height 640 . 660 . 680 every circular bead 64 . 66 . 68 is preferably in a range of about 20 microns to about 200 microns. The spacing of the beads 64 . 66 . 68 between their bead heights 640 . 660 . 680 (Measurement of the peak-to-peak spacing) is moreover preferably in a range of about 80 μm to about 1500 μm.
Nunmehr Bezug nehmend auf die 3–6 umfasst die Grundfläche 60 der Schweißfläche 46 bevorzugt eine oder mehrere ebene Oberflächen. Eine „ebene Oberfläche”, wie in der vorliegenden Offenbarung verwendet, ist allgemein eine flache Oberfläche, deren konvexer Krümmungsradius nicht kleiner als 200 mm bei Betrachtung im Querschnitt ist. In 3 umfasst die Grundfläche 60 z. B. einen zentralen, ebenen Grundflächenabschnitt 76, der im Inneren des ersten kreisförmigen Wulstes 64 angeordnet ist. Der zentrale, ebene Grundflächenabschnitt 76 ist zumindest 40% unter der Wulsthöhe 640 des ersten kreisförmigen Wulstes 64 beabstandet und ist bevorzugt auf dem Zentrum 54 der Schweißfläche 46 zentriert. Die Schweißflächenausführungsform in 3 umfasst ferner einen ersten dazwischentretenden Grundflächenabschnitt 78, der zwischen dem ersten und dem zweiten kreisförmigen Wulst 64, 66 angeordnet ist, einen zweiten dazwischentretenden Grundflächenabschnitt 82, der zwischen dem zweiten und dem dritten kreisförmigen Wulst 66, 68 angeordnet ist, und einen peripheren Grundflächenabschnitt 80, der radial außerhalb von dem dritten kreisförmigen Wulst 68 angeordnet ist. Der erste dazwischentretende, der zweite dazwischentretende und der periphere Grundflächenabschnitt 78, 80, 82 sind alle konvex gekrümmt, wie gezeigt, um die Grundfläche 60 mit einem Krümmungsradius von dem Umfang 48 der Schweißfläche 46 zu dem ersten kreisförmigen Wulst 64 zu versehen, der in einem Bereich von etwa 20 mm bis etwa 40 mm liegt.Referring now to the 3 - 6 includes the base area 60 the welding surface 46 preferably one or more flat surfaces. A "planar surface" as used in the present disclosure is generally a flat surface whose convex radius of curvature is not less than 200 mm when viewed in cross section. In 3 includes the base area 60 z. B. a central, planar base portion 76 inside the first circular bead 64 is arranged. The central, flat base section 76 is at least 40% below the bead height 640 of the first circular bead 64 spaced and is preferably on the center 54 the welding surface 46 centered. The welding surface embodiment in FIG 3 further comprises a first intermediate surface portion 78 that is between the first and second circular beads 64 . 66 is arranged, a second intervening base surface portion 82 which is between the second and the third circular bead 66 . 68 is arranged, and a peripheral base portion 80 that is radially outward of the third circular bead 68 is arranged. The first in-between, the second in-between and the peripheral base section 78 . 80 . 82 are all convexly curved, as shown, to the footprint 60 with a radius of curvature of the circumference 48 the welding surface 46 to the first circular bead 64 to be provided, which is in a range of about 20 mm to about 40 mm.
In einer anderen Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, umfasst die Grundfläche 60 einen zentralen, kugelförmigen Grundflächenabschnitt 84, der im Inneren des ersten kreisförmigen Wulstes 64 angeordnet ist. Der zentrale, kugelförmige Grundflächenabschnitt 84 ist zumindest 40% unter der Wulsthöhe 640 des ersten kreisförmigen Wulstes 64 beabstandet und weist einen Krümmungsradius auf, der in einem Bereich von etwa 20 mm bis etwa 40 mm liegt. Er ist bevorzugt auch auf dem Zentrum 54 der Schweißfläche 46 zentriert. Die Schweißflächenausführungsform in 4 umfasst ferner einen ersten dazwischentretenden Grundflächenabschnitt 86, der zwischen dem ersten und dem zweiten kreisförmigen Wulst 64, 66 angeordnet ist, einen zweiten dazwischentretenden Grundflächenabschnitt 88, der zwischen dem zweiten und dem dritten kreisförmigen Wulst 66, 68 angeordnet ist, und einen peripheren Grundflächenabschnitt 90, der radial außerhalb von dem dritten kreisförmigen Wulst 68 angeordnet ist. Der erste dazwischentretende, der zweite dazwischentretende und der periphere Grundflächenabschnitt 86, 88, 90 sind alle eben. Und einer oder mehrere dieser Oberflächenabschnitte 86, 88, 90 kann/können unter einem Winkel von bis zu etwa 45° in Bezug auf eine Ebene 92 geneigt sein, welche den Umfang 48 der Schweißfläche 46 schneidet, wie sie alle in 4 gezeigt sind, oder ein oder mehrere dieser Oberflächenabschnitte 86, 88, 90 kann/können parallel zu dem Umfang 48 der Schweißfläche 46 stehen.In another embodiment, as in 4 shown, includes the footprint 60 a central, spherical base portion 84 inside the first circular bead 64 is arranged. The central, spherical base section 84 is at least 40% below the bead height 640 of the first circular bead 64 spaced and has a radius of curvature which is in a range of about 20 mm to about 40 mm. He is also preferred on the center 54 the welding surface 46 centered. The welding surface embodiment in FIG 4 further comprises a first intermediate surface portion 86 that is between the first and second circular beads 64 . 66 is arranged, a second intervening base surface portion 88 which is between the second and the third circular bead 66 . 68 is arranged, and a peripheral base portion 90 that is radially outward of the third circular bead 68 is arranged. The first in-between, the second in-between and the peripheral base section 86 . 88 . 90 are all just. And one or more of these surface sections 86 . 88 . 90 may be at an angle of up to about 45 degrees with respect to a plane 92 be inclined to the extent 48 the welding surface 46 cuts as they all in 4 are shown, or one or more of these surface sections 86 . 88 . 90 can / can be parallel to the scope 48 the welding surface 46 stand.
In einer noch anderen Ausführungsform, wie in 5 gezeigt, umfasst die Grundfläche 60 einen zentralen, ebenen Grundflächenabschnitt 94, der im Inneren des ersten kreisförmigen Wulstes 64 angeordnet ist. Der zentrale, ebene Grundflächenabschnitt 94 ist ähnlich wie zuvor zumindest 40% unter der Wulsthöhe 640 des ersten kreisförmigen Wulstes 64 beabstandet und ist bevorzugt auf dem Zentrum 54 der Schweißfläche 46 zentriert. Die Schweißflächenausführungsform in 5 umfasst ferner einen ersten dazwischentretenden Grundflächenabschnitt 96, der zwischen dem ersten und dem zweiten kreisförmigen Wulst 64, 66 angeordnet ist, einen zweiten dazwischentretenden Grundflächenabschnitt 98, der zwischen dem zweiten und dem dritten kreisförmigen Wulst 66, 68 angeordnet ist, und einen peripheren Grundflächenabschnitt 100, der radial außerhalb von dem dritten kreisförmigen Wulst 68 angeordnet ist. Hier sind der erste dazwischentretende Grundflächenabschnitt 96 und der periphere Grundflächenabschnitt 100 jeweils mit einem Krümmungsradius konvex gekrümmt, der in einem Bereich von etwa 20 mm bis etwa 40 mm liegt, während der zweite dazwischentretende Grundflächenabschnitt 98 eben und unter einem Winkel von bis zu etwa 45° in Bezug auf die Ebene 92 geneigt ist, welche den Umfang 48 der Schweißfläche 46 schneidet.In yet another embodiment, as in 5 shown, includes the footprint 60 a central, flat base section 94 inside the first circular bead 64 is arranged. The central, flat base section 94 is similar to before at least 40% below the bead height 640 of the first circular bead 64 spaced and is preferably on the center 54 the welding surface 46 centered. The welding surface embodiment in FIG 5 further comprises a first intermediate surface portion 96 that is between the first and second circular beads 64 . 66 is arranged, a second intervening base surface portion 98 which is between the second and the third circular bead 66 . 68 is arranged, and a peripheral base portion 100 that is radially outward of the third circular bead 68 is arranged. Here are the first intermediate surface section 96 and the peripheral base section 100 each convexly curved with a radius of curvature ranging from about 20 mm to about 40 mm, while the second intermediate surface portion 98 level and at an angle of up to about 45 ° with respect to the plane 92 inclined, which is the scope 48 the welding surface 46 cuts.
In einer noch anderen Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, umfasst die Schweißfläche 46 zwei zusätzliche kreisförmige Wulste 62, die von der Grundfläche 60 nach außen vorstehen: einen vierten kreisförmigen Wulst 102, der von dem dritten kreisförmigen Wulst 68 radial nach außen beabstandet ist, und einen fünften kreisförmigen Wulst 104, der von dem vierten kreisförmigen Wulst 102 radial nach außen beabstandet ist. Die hier gezeigte Grundfläche 60 umfasst einen zentralen, ebenen Grundflächenabschnitt 106 – ähnlich den zuvor in den 3 und 5 beschriebenen – der im Inneren des ersten kreisförmigen Wulstes 64 angeordnet ist. Die Schweißflächenausführungsform in 6 umfasst ferner einen ersten dazwischentretenden Grundflächenabschnitt 108, der zwischen dem ersten und dem zweiten kreisförmigen Wulst 64, 66 angeordnet ist, einen zweiten dazwischentretenden Grundflächenabschnitt 110, der zwischen dem zweiten und dem dritten kreisförmigen Wulst 66, 68 angeordnet ist, einen dritten dazwischentretenden Grundflächenabschnitt 112, der zwischen dem dritten und dem vierten kreisförmigen Wulst 68, 102 angeordnet ist, einen vierten dazwischentretenden Grundflächenabschnitt 114, der zwischen dem vierten und dem fünften kreisförmigen Wulst 102, 104 angeordnet ist, und einen peripheren Grundflächenabschnitt 116, der radial außerhalb von dem fünften kreisförmigen Wulst 104 angeordnet ist. Jeder dieser Grundflächenabschnitte 108, 110, 112, 114, 116 kann entweder mit einem Krümmungsradius konvex gekrümmt sein, der in einem Bereich von etwa 20 mm bis etwa 40 mm liegt, wie sie in 6 gezeigt sind, oder eben und geneigt sein, wie zuvor beschrieben.In yet another embodiment, as in 6 shown, includes the welding surface 46 two additional circular beads 62 that of the base area 60 projecting outwards: a fourth circular bead 102 coming from the third circular bead 68 radially outwardly spaced, and a fifth circular bead 104 , of the from the fourth circular bead 102 is spaced radially outward. The area shown here 60 includes a central, planar base portion 106 - similar to those previously in the 3 and 5 described - the inside of the first circular bead 64 is arranged. The welding surface embodiment in FIG 6 further comprises a first intermediate surface portion 108 that is between the first and second circular beads 64 . 66 is arranged, a second intervening base surface portion 110 which is between the second and the third circular bead 66 . 68 is arranged, a third intervening base portion 112 that is between the third and fourth circular beads 68 . 102 is arranged, a fourth intervening base portion 114 that is between the fourth and fifth circular beads 102 . 104 is arranged, and a peripheral base portion 116 that is radially outward of the fifth circular bead 104 is arranged. Each of these base sections 108 . 110 . 112 . 114 . 116 may be convexly curved with either a radius of curvature ranging from about 20 mm to about 40 mm as shown in FIG 6 are shown, or even and inclined, as previously described.
Die erste Schweißelektrode 24, wie oben beschrieben, kann in Kombination mit der zweiten Schweißelektrode 28 verwendet werden, um eine Widerstandspunktschweißung eines Werkstückstapels 120 durchzuführen, der das erste Aluminiumlegierungs-Werkstück 12 umfasst, welches das zweite Aluminiumlegierungs-Werkstück 14 überlappt, um eine Stoß-Grenzfläche 122 zu bilden, wie allgemein in 7 gezeigt. Wie oben stehend angeführt, umfasst jedes von dem ersten Aluminiumlegierungs-Werkstück 12 und dem zweiten Aluminiumlegierungs-Werkstück 14 typischerweise eine Oxidschicht 124, 126 (in 7 nicht maßstabgetreu gezeichnet) an seiner zugänglichen äußeren Oberfläche 30, 32, die über dem elektrisch leitfähigeren Aluminiumlegierungsmaterial-Hauptteil liegt. Diese Oberflächen-Oxidschichten 124, 126 sind üblicherweise etwa 0,03 μm bis etwa 0,07 μm dick. Die Schweißfläche 46 der ersten Schweißelektrode 24 ist gebaut, um solch eine Oxidschicht zu zerbrechen und zu durchbrechen, sodass der Strom mit der Schweißfläche der zweiten Schweißelektrode 28 durch die Aluminiumlegierungs-Werkstücke 12, 14 hindurch effizienter ausgetauscht werden kann. Während sich die folgende Erläuterung auf die Funktionsfähigkeit der Schweißfläche 46 der ersten Schweißelektrode 24 während des Punktschweißprozesses konzentriert, sollte einzusehen sein, dass die zweite Schweißelektrode 24 die gleiche Schweißflächenausgestaltung wie die erste Schweißelektrode 28 aufweisen und damit die gleiche Funktionsfähigkeit erreichen kann, wenngleich in 7 nicht speziell gezeigt.The first welding electrode 24 As described above, in combination with the second welding electrode 28 used to provide a resistance spot weld of a workpiece stack 120 The first aluminum alloy workpiece 12 comprising the second aluminum alloy workpiece 14 overlaps to a shock interface 122 to form as generally in 7 shown. As stated above, each of the first aluminum alloy workpiece includes 12 and the second aluminum alloy workpiece 14 typically an oxide layer 124 . 126 (in 7 not drawn to scale) on its accessible outer surface 30 . 32 which overlies the more electrically conductive aluminum alloy material body. These surface oxide layers 124 . 126 are usually about 0.03 μm to about 0.07 μm thick. The welding surface 46 the first welding electrode 24 is designed to break and break such an oxide layer, so that the current to the welding surface of the second welding electrode 28 through the aluminum alloy workpieces 12 . 14 can be replaced more efficiently. While the following explanation is on the operability of the welding surface 46 the first welding electrode 24 concentrated during the spot welding process, it should be appreciated that the second welding electrode 24 the same welding surface configuration as the first welding electrode 28 and thus can achieve the same functionality, although in 7 not specifically shown.
Anfangs ist der Werkstückstapel 120 zwischen der ersten und der zweiten Schweißelektrode 24, 28 angeordnet, sodass die Elektroden 24, 28 allgemein an der vorgesehenen Schweißstelle 16 diametral zueinander ausgerichtet sind. Der Werkstückstapel 120 kann in solch eine Lage gebracht werden, wie es oft der Fall ist, wenn die Zangenarme 18, 20 Teil eines Schweißgeräts mit einem feststehenden Sockel sind, oder die Zangenarme 18, 20 können per Roboter bewegt werden, um die Elektroden 24, 28 in Bezug auf die Schweißstelle 16 anzuordnen. Sobald der Werkstückstapel 120 korrekt angeordnet ist, laufen der erste und der zweite Zangenarm 18, 20 zusammen, um die Schweißflächen der ersten und der zweiten Schweißelektrode 24, 28 gegen die einander gegenüberliegend zugewandten zugänglichen äußeren Oberflächen 30, 32 des ersten und des zweiten Aluminiumlegierungs-Werkstückes 12, 14 zu spannen. Jede Schweißfläche bildet eine Kontaktfläche mit ihrem jeweiligen Werkstück 12, 14 an der Schweißstelle 16. Und die auf die erste Schweißelektrode 24 übertragene Spannkraft bringt einen oder mehrere der auf seiner Schweißfläche 46 vorhandenen kreisförmigen Wulste 62 in mit Druck beaufschlagten Kontakt mit der Oxidschicht 124. Diese Art von stumpfem Eingriff bewirkt, dass sich die Oxidschicht 124 seitlich streckt und um die Schweißfläche 46 herum zu zerbrechen beginnt, was einen besseren Metall-Metall-Kontakt zwischen der ersten Schweißelektrode 24 und dem ersten Aluminiumlegierungs-Werkstück 12 gestattet.Initially, the workpiece stack 120 between the first and second welding electrodes 24 . 28 arranged so that the electrodes 24 . 28 generally at the intended weld 16 are aligned diametrically to each other. The workpiece stack 120 can be placed in such a position as is often the case when the pliers arms 18 . 20 Part of a welder with a fixed base, or the pliers arms 18 . 20 can be moved by robot to the electrodes 24 . 28 in relation to the weld 16 to arrange. As soon as the workpiece stack 120 is correctly arranged, run the first and the second gun arm 18 . 20 together to the welding surfaces of the first and the second welding electrode 24 . 28 against the oppositely facing accessible outer surfaces 30 . 32 of the first and second aluminum alloy workpieces 12 . 14 to stretch. Each welding surface forms a contact surface with its respective workpiece 12 . 14 at the weld 16 , And those on the first welding electrode 24 transferred clamping force brings one or more of the welding surface 46 existing circular beads 62 in pressurized contact with the oxide layer 124 , This type of blunt engagement causes the oxide layer 124 stretches laterally and around the welding surface 46 starts to break around, resulting in better metal-to-metal contact between the first welding electrode 24 and the first aluminum alloy workpiece 12 allowed.
Daraufhin wird ein Schweißstrom zwischen die Schweißflächen der ersten und der zweiten Schweißelektrode 24, 28 und durch die Aluminiumlegierungs-Werkstücke 12, 14 geleitet. Der Widerstand gegenüber dem konzentrierten Fluss des Schweißstromes durch die Metall-Werkstücke 12, 14 und über ihre Stoß-Grenzfläche 122 hinweg erzeugt Wärme an der Stoß-Grenzfläche 122 innerhalb der Schweißstelle 16. Diese Wärme initiiert ein einzelnes Schmelzbad an der Stoß-Grenzfläche 122, das wächst und in jedes der Aluminiumlegierungs-Werkstück 12, 14 eindringt. Nach dem Stoppen des Schweißstromes erstarrt das Schmelzbad zu der Schweißlinse 128. Daraufhin werden die erste und die zweite Schweißelektrode 24, 28 von deren in Eingriff stehenden zugänglichen äußeren Oberflächen 30, 32 der Aluminiumlegierungs-Werkstücke 12, 14 zurückgezogen. Als Nächstes wird der Werkstückstapel 120 an einer anderen Schweißstelle 16 wieder zwischen der ersten und der zweiten Schweißelektrode 24, 28 angeordnet oder er wird weg bewegt, sodass ein anderer Werkstückstapel 120 zum Punktschweißen angeordnet werden kann. Dann werden weitere Punktschweißnähte in der gleichen Weise gebildet.Then, a welding current between the welding surfaces of the first and the second welding electrode 24 . 28 and through the aluminum alloy workpieces 12 . 14 directed. The resistance to the concentrated flow of welding current through the metal workpieces 12 . 14 and about their impact interface 122 away generates heat at the impact interface 122 within the weld 16 , This heat initiates a single molten bath at the impact interface 122 that grows and fits into any of the aluminum alloy workpiece 12 . 14 penetrates. After stopping the welding current, the molten pool solidifies to the weld nugget 128 , Then the first and second welding electrodes become 24 . 28 from their engaged accessible outer surfaces 30 . 32 aluminum alloy workpieces 12 . 14 withdrawn. Next is the workpiece stack 120 at another weld 16 again between the first and second welding electrodes 24 . 28 or he is moved away, leaving another stack of workpieces 120 can be arranged for spot welding. Then, further spot welds are formed in the same way.
Während des Punktschweißprozesses steht die Schweißfläche 46 der ersten Schweißelektrode 24 mit der zugänglichen äußeren Oberfläche 30 des ersten Aluminiumlegierungs-Werkstückes 12 in Kontakt und drückt diese ein. Sie tauscht auch elektrischen Strom mit der Schweißfläche der zweiten Schweißelektrode 28 aus, um die Schweißlinse 128 zu bilden. Die kreisförmigen Wulste 62 auf der Schweißfläche 46 versehen die erste Schweißelektrode 24 mit einigen nützlichen Fähigkeiten. Diese Fähigkeiten umfassen eine höhere mechanische Stabilität der Schweißelektrode 24 während des Punktschweißprozesses, einen verminderten elektrischen Widerstand an der Grenzfläche zwischen der Schweißfläche 46 und der zugänglichen äußeren Oberfläche 30 des Aluminiumlegierungs-Werkstückes 12, einen verbesserten Wärmefluss zwischen der Schweißelektrode 24 und dem Aluminiumlegierungs-Werkstück 12, die faktische Beseitigung des Ausstoßens von geschmolzenem Oberflächenmetall, die Möglichkeit, eine schärfere Schweißfläche zu verwenden, als sie herkömmlicherweise zum Punktschweißen von Aluminiumlegierungs-Werkstücken verwendet wurde (was wiederum für eine verbesserte Prozessrobustheit sorgt), und die Einfachheit, die nach außen vorstehenden kreisförmigen Wulste 62 zu erzeugen und beizubehalten.During the spot welding process, the welding surface stands 46 the first welding electrode 24 with the accessible outer surface 30 of the first aluminum alloy workpiece 12 in contact and presses this. It also exchanges electrical current with the welding surface of the second welding electrode 28 out to the weld nugget 128 to build. The circular beads 62 on the welding surface 46 provide the first welding electrode 24 with some useful skills. These capabilities include higher mechanical stability of the welding electrode 24 during the spot welding process, a reduced electrical resistance at the interface between the welding surface 46 and the accessible outer surface 30 Aluminum Alloy Workpiece 12 , an improved heat flow between the welding electrode 24 and the aluminum alloy workpiece 12 , the de facto elimination of molten surface metal ejection, the ability to use a sharper weld surface than conventionally used for spot welding aluminum alloy workpieces (which in turn provides improved process robustness), and the simplicity of outwardly projecting circular beads 62 to generate and maintain.
Was die mechanische Stabilität betrifft, stehen die Oberseiten der kreisförmigen Wulste 62 mit der zugänglichen äußeren Oberfläche 30 des Aluminiumlegierungs-Werkstückes 12 während des Punktschweißens in Kontakt und drücken diese ein, bevor ein Kontakt mit der Grundfläche 60 hergestellt wird. Der vordere Wulstkontakt resultiert in einem verstärkten Kontaktdruck an den Wulsten 62, welcher die Oxidschicht 124 und den darunter liegenden Aluminiumlegierungs-Hauptanteil verformt und streckt. Das Einbetten der kreisförmigen Wulste 62 in die zugängliche äußere Oberfläche 30 auf diese Weise stabilisiert oder „verkeilt” die Schweißelektrode 24 mechanisch in Position, was sehr von Nutzen sein kann. Während des Punktschweißens des Aluminiumlegierungs-Werkstückes 12 bei 30000 bis 40000 Ampere oder mehr kann z. B. die seitliche Schleuderkraft auf dem Zangenarm 18 hundert Pfund übersteigen. Bei Nichtvorhandensein der kreisförmigen Wulste 62 auf der Schweißfläche 46 ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass diese seitliche Schleuderkraft bewirkt, dass sich die Schweißelektrode 24 zur Seite bewegt oder rutscht und so den Prozess zum Bilden der Schweißlinse 128 unterbricht.As for the mechanical stability, the tops of the circular beads stand 62 with the accessible outer surface 30 Aluminum Alloy Workpiece 12 During spot welding contact and press this before contact with the base 60 will be produced. The front bead contact results in increased contact pressure at the beads 62 which is the oxide layer 124 and the underlying aluminum alloy bulk portion is deformed and stretched. Embedding the circular beads 62 into the accessible outer surface 30 stabilized or "wedged" the welding electrode in this way 24 mechanically in position, which can be very useful. During spot welding of aluminum alloy workpiece 12 at 30,000 to 40,000 amperes or more, for. B. the lateral centrifugal force on the gun arm 18 exceed one hundred pounds. In the absence of the circular beads 62 on the welding surface 46 The likelihood is greater that this lateral centrifugal force causes the welding electrode 24 moves to the side or slips and so the process of forming the weld nugget 128 interrupts.
Zusätzlich zum mechanischen Stabilisieren der Schweißelektrode 24 streckt das Pressen der kreisförmigen Wulste 62 in die zugängliche äußere Oberflächen 30 die äußere Oberfläche 30 über die vorstehenden kreisförmigen Wulste 62 und schafft Aufhängungspunkte, wobei das zwischen den Wulsten 62 eingefangene Werkstück-Material gestreckt wird, bevor es mit der Grundfläche 60 in Kontakt gelangt. Wenn z. B. eine Widerstandspunktschweißung des Aluminiumlegierungs-Werkstückes 12 durchgeführt wird, bricht dieser Vorgang des Streckens der zugänglichen äußeren Oberfläche 30 an den Wulsten 62 und zwischen den Wulsten 62 die auf der äußeren Oberfläche 30 vorhandene spröde Oxidschicht 124 auf, um einen guten elektrischen und thermischen Kontakt zwischen der Schweißfläche 46 insgesamt und dem Aluminiumlegierungs-Hauptanteil des Werkstückes 12 bereitzustellen. Die Verbesserung des elektrischen und thermischen Kontakts zwischen der Schweißfläche 46 und dem Aluminiumlegierungs-Werkstück 12 verringert die Wärmemenge, die an der Grenzfläche dieser beiden Strukturen produziert wird, was zulässt, dass die schärfere Schweißfläche 46 eine höhere Stromdichte durchfließt, ohne den Aufbau von Kupfer-Aluminiumlegierungs-Verunreinigungsmaterial auf der Schweißfläche 46 unnötig zu beschleunigen. Dies führt zu einem Schweißprozess, der viel robuster gegenüber Fertigungsvariablen wie z. B. das Schweißen mit Zwischenräumen, die zwischen übereinanderliegenden Werkstücken vorhanden sind, oder das Schweißen mit Elektroden, die in Bezug auf die zu schweißende Werkstück-Oberfläche geneigt sind, ist.In addition to mechanically stabilizing the welding electrode 24 stretches the pressing of the circular beads 62 in the accessible outer surfaces 30 the outer surface 30 over the protruding circular beads 62 and creates suspension points, being between the beads 62 Trapped workpiece material is stretched before it hits the base 60 got in contact. If z. B. a resistance spot weld of the aluminum alloy workpiece 12 This process breaks up the accessible outer surface 30 at the beads 62 and between the beads 62 those on the outer surface 30 existing brittle oxide layer 124 to ensure good electrical and thermal contact between the welding surface 46 in total and the aluminum alloy main portion of the workpiece 12 provide. The improvement of the electrical and thermal contact between the welding surface 46 and the aluminum alloy workpiece 12 reduces the amount of heat that is produced at the interface of these two structures, which allows for the sharper weld surface 46 a higher current density flows through without the buildup of copper-aluminum alloy contaminant material on the weld surface 46 to accelerate unnecessarily. This leads to a welding process that is much more robust to manufacturing variables such. Example, the welding with gaps that are present between superimposed workpieces, or welding with electrodes that are inclined with respect to the workpiece surface to be welded, is.
Die kreisförmigen Wulste 62 können auch das Ausstoßen von geschmolzenem Oberflächenmetall nach außen deutlich unterdrücken. Während des Widerstandspunktschweißens wird beispielsweise die gewölbte Schweißfläche 46 in die zugängliche äußere Oberfläche 30 des Aluminiumlegierungs-Werkstückes 12 eindrücken, um kontinuierlich eine größere Kontaktfläche zu schaffen. Es wird ein größerer Anteil der Schweißfläche 46 mit der zugänglichen äußeren Oberfläche 30 in Kontakt gebracht, wenn die Fläche zunimmt. Da die kreisförmigen Wulste 62 über die Grundfläche 60 der Schweißfläche 46 vorstehen, wird der äußerste Abschnitt der Schweißfläche 46, der mit der zugänglichen äußeren Oberfläche 30 am weitesten weg von dem Schweißnahtzentrum in Kontakt steht, normalerweise ein Wulst 62 sein (siehe 7). Dieser äußere Kontaktwulst 62 wirkt als eine Barriere oder Eingrenzung für jegliches geschmolzene Metall, das während des Schweißens von der zugänglichen äußeren Oberfläche 30 wegspritzen kann. Die faktische Beseitigung des Ausstoßens von geschmolzenem Oberflächenmetall verbessert die wahrgenommene Qualität der Schweißnaht und sorgt für ein besseres Aussehen der Oberfläche.The circular beads 62 can also significantly suppress the ejection of molten surface metal to the outside. During resistance spot welding, for example, the domed weld surface becomes 46 into the accessible outer surface 30 Aluminum Alloy Workpiece 12 Press in to create a larger contact surface continuously. It becomes a larger proportion of the welding surface 46 with the accessible outer surface 30 brought into contact as the area increases. Because the circular beads 62 over the base area 60 the welding surface 46 protrude, the outermost portion of the welding surface 46 that with the accessible outer surface 30 farthest away from the weld center, usually a bead 62 be (see 7 ). This outer contact bead 62 acts as a barrier or confinement for any molten metal that comes from the accessible outer surface during welding 30 can splash away. The de facto elimination of molten surface metal ejection improves the perceived quality of the weld and provides for a better appearance of the surface.
Schließlich ist das Zurichten (die ursprüngliche Ausbildung der kreisförmigen Wulste 62) und das Wiederherstellen (das erneute Bilden der kreisförmigen Wulste 62 und die Entfernung von Verunreinigungen) der kreisförmigen Wulste 62 relativ einfach. Da die kreisförmigen Wulste 62 einen geschlossenen Umfang aufweisen, kann ein rotierendes Schneidmesser verwendet werden, um die Wulste 62 auf der Schweißfläche 46 zu schneiden und neu zu gestalten. Die Fertigung solch eines Messers ist relativ unkompliziert. Ein Messer kann z. B. anfänglich beschliffen werden, sodass es ein Schneidprofil aufweist, das der gewölbten Schweißfläche 46 entgegengesetzt ist. Anschließend können maschinell kleine Rillen an Stellen in das Messer gearbeitet werden, die der Position der kreisförmigen Wulste 62 auf der Schweißfläche 46 entsprechen, sodass anfänglich eine Ausrichtung zwischen dem Messer und der Schweißfläche 46 erreicht werden kann. Im Betrieb kann das Schneidmesser mit der Schweißfläche 46 einschließlich ihrer nach außen vorstehenden kreisförmigen Wulste 62 und der Grundfläche 60 (z. B. der Grundflächenabschnitte 76, 78, 80 und 82 in 3) in Kontakt gebracht werden und in Bezug auf die Schweißelektrode 24 gedreht werden, ohne dass es notwendig ist, die Elektrode 24 von dem Zangenarm 18 zu entfernen. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines einfachen Schneidmessers mit maschinell gearbeiteten Rillen, die positioniert sind, um die kreisförmigen Wulste 62 zu schneiden und wiederherzustellen Tausende Zurichtungen überdauert, ohne die Gesamtgeometrie der Schweißfläche 46 zu beeinträchtigen.Finally, the trimming (the original formation of the circular beads 62 ) and restoring (re-forming the circular beads 62 and the removal of impurities) of the circular beads 62 pretty easy. Because the circular beads 62 have a closed circumference, a rotating cutting blade can be used to clamp the beads 62 on the welding surface 46 to cut and reshape. The production of such a knife is relatively straightforward. A knife can z. B. are initially ground so that it has a cutting profile, that of the curved welding surface 46 is opposite. Subsequently, machine-small grooves can be worked on places in the knife, the position of the circular beads 62 on the welding surface 46 initially aligning between the knife and the welding surface 46 can be achieved. In operation, the cutting blade with the welding surface 46 including their outwardly projecting circular beads 62 and the base area 60 (eg the footprint sections 76 . 78 . 80 and 82 in 3 ) and with respect to the welding electrode 24 be rotated without it being necessary, the electrode 24 from the tongs arm 18 to remove. It has been shown that the use of a simple cutting knife with machined grooves that are positioned around the circular beads 62 To cut and restore thousands of finishings without the overall geometry of the welding surface 46 to impair.
Die obige Beschreibung bevorzugter beispielhafter Ausführungsformen und ähnlicher Beispiele ist rein beschreibender Natur; diese sollen den Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche nicht einschränken. Jeder der in den beigefügten Ansprüchen verwendeten Ausdrücke soll seine gebräuchliche und übliche Bedeutung haben, es sei denn, in der Patentbeschreibung wird ausdrücklich und unmissverständlich etwas anderes zum Ausdruck gebracht.The above description of preferred exemplary embodiments and similar examples is purely descriptive in nature; these are not intended to limit the scope of the following claims. Each of the terms used in the appended claims is intended to have its usual and conventional meaning unless expressly and unambiguously stated otherwise in the specification.
