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【发明授权】用于获取焊接电极的方法_勒布隆泽联合公司_201680035772.6 

申请/专利权人:勒布隆泽联合公司

申请日:2016-02-10

公开(公告)日:2020-07-24

公开(公告)号:CN107835726B

主分类号:B23P15/00(20060101)

分类号:B23P15/00(20060101);B23K35/30(20060101);B22D11/00(20060101);B22F3/17(20060101);B23K35/40(20060101);B23K35/02(20060101);C22C9/00(20060101)

优先权:["20150616 FR 1555474","20151001 FR PCT/FR2015/052625"]

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.07.24#授权;2018.05.29#实质审查的生效;2018.03.23#公开

摘要:本发明涉及电极,所述电极的工作表面的金相组织包括非共格铬沉淀,大于90%的非共格铬沉淀具有小于1μm2的投影表面,非共格铬沉淀具有至少在10和50nm之间的尺寸。所公开的电极还具有在表面处理和化学刻蚀之后在电极工作表面的截面中可见的纤维结构,所述纤维结构包括厚度小于1mm的多个径向纤维和直径小于3mm的基本无纤维的中央区域,电极的导电率大于85%IUPAC。本发明也涉及用于在连续铸造过程中获取所述电极的方法以及所述电极在电阻点焊过程中的用途。

主权项:1.一种焊接电极,其由铜、铬、锆的合金制成且附加地包括磷和或镁,其中,铬的重量比在0.4和0.8%之间,锆的重量比在0.02和0.09%之间,磷和或镁的总重量比高于0.005%,镁的重量比低于0.1%且磷的重量比低于0.03%,其余成分是铜,所述电极的结构包括非共格铬沉淀,大于90%的非共格铬沉淀具有小于1μm2的投影表面积,所述非共格铬沉淀具有至少在10和50nm之间的维度,所述电极附加地具有在表面处理和化学刻蚀之后在所述电极的工作面的截面图中可见的纤维结构,一方面所述结构包括多个径向纤维,所述纤维具有小于1mm的厚度,且另一方面所述结构包括无纤维的中央区域,所述中央区域具有小于5mm的直径,且所述电极的导电率高于85%IACS国际退火铜标准。

全文数据:用于获取焊接电极的方法技术领域[0001]本发明涉及焊接电极领域。背景技术[0002]本发明更具体地涉及铜电阻焊接电极。这种电极例如用于电阻点焊,以将板材组装到一起。[0003]这些板材被焊接和组装后就应用到汽车工业领域中。[0004]通过结合高电流强度和也称为"夹持力"的点压力而实施两个板材的焊接。[0005]更具体地,在第一步骤中,增加待组装的所述两个板材之间的夹持力。而后,在第二阶段期间,且夹持所述两个板材后就引起电流在设置在所述板材的两侧上的两个电极之间传过。[0006]电流在所述两个电极之间穿过引起在所述两个板材之间在涉及板材的区域的级别处温度增加达到熔点。[0007]压力维持电极和板材组件之间的接触。为了焊接,一夹具以铜电极挤压组件,铜电极的材料是出色的导电和导热材料。这种选择允许减小加热区域,所述加热区域受限于在待焊接的两个板材之间的接触区域。[0008]达到熔点后就维持压力且停止电流强度,以在将电极从己组装板材分离而后继续到下一焊接点之前冷却焊接点。[0009]焊接参数因此取决于板材的电阻、板材和电极之间的界面电阻、组件的总厚度和电极的直径。这个过程通常用于组装小厚度的钢板90TC的反向增加的曲线,以使得这种速度在1060°C下达到至少10°Cs,在1040°C下达到至少15°Cs,在1030°C下达到20°Cs,在100TC下达到25°Cs,在960°C下达到30°Cs且在900°C下达到30°Cs,对于低于900°C的温度优选地高于2TCs。[0135]-在模型的外壁上流动且排撒卡路里以固化和冷却电极材料的冷却速率在20和60Lmin之间。[0136]条杆纹理而后受控,且这种控制通过以下测量值发生:[0137]_在附图4A中示出的热梯度,热梯度的纵向分量尽可能低,通常小于20°;[0138]-在图4B中可见的柱状晶粒的尺寸,且尤其是优选平均小于1mm且至多等于5mm的宽度;[0139]-在图4C中示出的条杆的固化轴线的波动,所述波动必须有利地小于5mm;[0140]-在图4D中可见的条杆的中央区域的细度,所述细度不包括纤维形式,有利地小于3mm〇[0141]也施行本发明的方法的以下步骤,且具体地,冷变形步骤d和e允许促进非共格铬沉淀的剪切及其球化,即非共格铬沉淀的球形成形。[0142]从固化产生的非共格铬沉淀的初始细度和冷变形的重要性将允许限定在最终状态下的沉淀的密度和维度,且获取10至50nm的一群非共格沉淀。[0143]在方法结束处,电极的导电率及其硬度在第一焊接操作之前受控。[0144]通常,由亚铜合金制成的电极的导电率被设定为IACS百分比、或IACS%国际软铜标准,100%IACS是对于58•108MSm的导电率成比例的)和172.41yQcm的电阻率不成比例的。[0145]有利地,为了在焊接中具有期望表现,本发明的电极的导电率必须高于85%IACS,换言之高于48.8MSm,且维氏硬度必须高于160HV。[0146]本发明也涉及将本发明的电极施行用于焊接至少两个钢板的电阻点焊方法,所述至少两个钢板涂覆有锌或包括锌的合金,所述板材具有小于或等于1.5mm的厚度。[0147]作为焊接参数,所述电极即允许使焊点质量提高、以及使焊接速率和在板材上的夹持力增加。附加地,通过以所述电极施行焊接方法,在焊点处减小腐蚀。[0148]也可以焊接具有减小厚度或不同厚度的板材、多于两个板材、或不同钢的板材,利用现有技术的电极这样做是困难的。[0149]其他焊接参数也实现上文提及的目的,即频率、强度、周期数量、夹持力、夹具和锻造周期、通过水循环压力、流率、温度冷却、研磨、钢的成分和厚度、板材的润滑、涂层的成分和厚度。[0150]特别地,在板材与彼此焊接期间,受压的第一区域是工作面的中央。这是由于工作面的曲线形状造成的。现在,在根据本发明的电极的中央中是无纤维区域,无纤维区域由于其构造而效率更低。[0151]如已经提及的,即当期望获取大约6mm的焊点的初始直径时,这种区域优选具有优选小于3mm的直径。[0152]有利地,为了在利用本发明的电极时改进焊接性能,与利用传统电极的焊接方法相比,焊接开始强度增加且增量减少。[0153]以下两个示例允许将本发明的电极的焊接性能和可焊性场域与传统电极相比较。[0154]示例2:板材焊接过程-传统电极和根据本发明的电极之间的比较[0155]我们利用传统电极以50Hz的频率和10个焊接周期焊接涂覆有l〇wn的XSGO.7mm板材,传统电极在400个点上从9200A至10800A逐步增加条件1。[0156]我们利用根据本发明的电极在以下条件下测量焊点:[0157]2•将焊接电流维持在92〇〇A:在500个焊点之后焊点的直径在2.9和5.6mm之间变化;[0158]3•在400个点上从9200A至10000A逐步增加:焊点的直径在4.8和5.6mm之间变化;[0159]4•在4〇〇个点上从9200A至9600A逐步增加:焊点的直径在5.7和6.2mm之间变化。[0160]因此,在条件3下,与传统电极相比较,当利用本发明的电极时可以加倍焊点数量。[0161]f条件1下,本发明的电极的焊接性能与传统电极的相同。[0162]示例板材焊接方法-利用根据本发明的电极增加焊接电流[0163]由于本发明的电极不同电特性,也即在板材和电极之间的界面处电极的更好的导电率和更低的电阻,本发明的电极的可焊性场域以较高的焊接电流发生。[0164]图5的图表代表与现有技术的两个电极相比较而言根据本发明的电极的可焊性场域。[0165]因此,对于1000Hz的频率,根据本发明的电极以9200A的焊接电流允许2400个焊点。[0166]比较而言,下文称为〃Cl〃CuZr的传统电极之一以86〇OA的电流仅允许600个焊点。[0167]此外,称为〃C2〃CuCrZr的另一传统电极以79〇〇A的电流允许焊接14〇〇个点。[0168]应该注意到,对于根据本发明的电极I⑻和I⑹),可焊性场域依据焊接时间(周期数〉明显更宽,这通过更好的限制电流强度下降的抗蠕变性5明。这个更宽的场域证实利用讎本发明的电极可以减小肝相同数量的焊点的电流增重。

权利要求:1.一种焊接电极,其由铜、铬、锆的合金制成且附加地包括鱗和或镁,其中,铬的重量比在0.4和0.8%之间,锆的重量比在0.02和0.09%之间,磷和或镁的总重量比高于0•005%,镁的重量比低于〇.1%且磷的重量比低于0.03%,其余成分是铜,所述电极的结构包括非共格铬沉淀,大于90%的非共格铬沉淀具有小于lwn2的投影表面积,所述非共格铬沉淀具有至少在10和5〇11111之间的维度,所述电极附加地具有在表面处理和化学刻蚀之后在所述电极的工作面的截面图中可见的纤维结构,一方面所述结构包括多个径向纤维,所述纤维具有小于lmm、优选小于〇.5mm的厚度,且另一方面所述结构包括基本无纤维的中央区域,所述中央区域具有小于5mm、优选小于3mm的直径,且所述电极的导电率高于85%IACS国际软铜标准)。2.—种用于制造根据前述权利要求所述的焊接电极的方法,所述方法通过从合金开始连续铸造,所述合金包括重量比在0.4和0.8%之间的铬、重量比在0.02和0.09%之间的锆,所述合金附加地包括总重量比高于0.005%的磷和或镁,镁的重量比小于0.1%且磷的重量比小于0.03%,其余成分是铜,所述方法包括至少以下步骤:a在高于1200°C、优选在1200°C和1300°C之间的温度下熔融合金的各个组分,即铜、铬、锆和磷和或镁;b通过具有直径d的柱形模具连续铸造,这允许在将铸造用炉中的金属液体维持在1100和1300X:之间的温度的情况下获取直径与模具的直径d接近的条杆;c固化所述条杆且冷却到低于100°C的温度,冷却速率至少等于10°Cs,直到达到1060°C的条杆温度,而后在1060和1040°C之间至少等于15°Cs,而后在1040和1030°C之间至少等于20°Cs,而后在1030和1000°C之间至少等于25°Cs,而后在1000和900°C之间至少等于30°Cs,而后对于低于900°C的温度至少等于20°Cs,直到条杆冷却到不大于100°C的温度;d冷变形以获取直径小于20mm的条杆;e时效处理或回火处理;f剪切所述条杆以获取件材,而后冲压或通过移除材料加工以给所述电极提供所述电极的最终形状,其中,所述电极的工作面的金相组织包括非共格铬沉淀,大于90%的非共格铬沉淀具有小于lwn2的投影表面积,所述非共格铬沉淀具有至少在10和50mn之间的维度,所述电极附加地具有在表面处理和化学刻蚀之后在所述电极的工作面的截面图中可见的纤维结构,一方面所述结构包括多个径向纤维,所述纤维具有小于lmm的厚度,且另一方面所述结构包括基本无纤维的中央区域,所述中央区域具有小于3mm的直径,且所述电极的导电率高于85%]^03国际软铜标准)。3.根据前述权利要求所述的用于制造焊接电极的方法,其中,步骤b的连续铸造在将铸造用炉中的液体金属的温度维持在1150和1250°C之间的情况下执行。4.根据权利要求2或3任一所述的用于制造焊接电极的方法,其中,步骤c的所述条杆的冷却以对于低于9〇〇°C的温度是至少3TCs的冷却速率执行,直到条杆冷却到不大于100°C的温度。5.根据权利要求2至4任一所述的用于制造焊接电极的方法,其中,步骤e的时效处理在450和500°C之间的温度下执行1至2小时的时间周期,或在550。:的温度下执行10至30分钟,或在5〇0°C的温度下执行30分钟至2小时,或在450°c的温度下执行2小时至6小时,或在400°C的温度下执行大于20小时。6.根据权利要求2至5任一所述的用于制造焊接电极的方法,其中,模具的所述直径d在2〇和70mm之间,优选在20和40mm之间。7.根据权利要求2至6任一所述的用于制造焊接电极的方法,其中,,在冷变形步骤d期间,实施小于〇.5ram厚的外部加工操作以消除在固化步骤c期间产生的表面缺陷。8.—种根据权利要求1所述的电极在电阻点焊至少两个钢板的方法中的用途,所述至少两个钢板涂覆有锌涂层或包括锌的合金涂层,所述涂层具有小于l〇wn的厚度且所述板材具有小于或等于1.5ram的厚度。

百度查询: 勒布隆泽联合公司 用于获取焊接电极的方法

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