振動點焊的設備和方法
2023-05-07 02:42:31 3
專利名稱：振動點焊的設備和方法
技術領域：
本發明涉及振動點焊的設備和方法。更特別地，本發明涉及通過加熱重疊的金屬板的焊接部分並對該焊接部分施加線性且重複的載荷來焊接重疊的金屬板的振動點焊的設備和方法。背景通常，焊接比較薄的兩塊重疊的金屬板的方法包括熔焊和固相焊接。為熔焊的點焊是指其中壓力和由電阻引起的熱量被施加到重疊的金屬板的焊接部分使得該焊接部分被熔化和焊接的焊接方法。為固相焊接的摩擦攪拌焊接(FSW)是指其中旋轉工具的探頭被插入到重疊的金屬板中的焊接方法。在這種情況中，工具周圍的金屬板被旋轉探頭和金屬板之間的摩擦熱軟化，且通過由工具的攪拌引起的發生在焊接部分處的塑性流動，兩塊金屬板的焊接部分被用力地混合。因此，金屬板被焊接。點焊和摩擦攪拌焊接中的每一種具有優點和缺點。例如，因為金屬板的焊接部分被根據點焊金屬板的電阻產生的熱量熔化和焊接，所以電弧由於高電流的施加而發生在接觸表面處且可能發生焊接表面的缺陷。因為摩擦攪拌焊接是固相焊接，所以被焊接的金屬板的機械強度是極佳的且不會產生電弧。因此，摩擦攪拌焊接適合用於輕金屬板。然而，由於探頭的旋轉引起的焊接凹痕或孔可能保留在焊接後的焊接表面處。為了解決點焊和摩擦攪拌焊接的這些問題，已研發了在韓國專利號743857中公開的擠壓點焊方法(ESW)。韓國專利號743857中公開了重疊的兩塊金屬板和單獨的金屬帶被電極瞬時加熱，擠壓材料從金屬帶被衝壓出，且所衝壓出的擠壓材料被擠壓到重疊的金屬板中使得金屬板被焊接。該擠壓點焊方法具有強的結合力和不產生電弧的優點，但是具有使用單獨的金屬帶的缺點。
發明內容
技術目的努力創造出本發明以提供具有通過加熱重疊的金屬板的焊接部分並對該焊接部分施加線性且重複的載荷來焊接重疊的金屬板的優點的振動點焊的設備和方法。實現目的的手段根據本發明的一個或多個示例性實施方式的振動點焊的設備可包括關於重疊的金屬板彼此面對的一對振動焊接器，其中所述一對振動焊接器中的至少一個加熱金屬板的焊接部分，通過使焊接部分在所述一對振動焊接器之間往復移動而在焊接部分處產生塑性流動,並通過對發生塑性流動的焊接部分施加壓力來接合焊接部分。所述一對振動焊接器中的至少一個可包括:電極，其用於通過接收電流來加熱重疊的金屬板；汽缸，其安裝在電極的後端部分並接收壓力以往復移動並按壓金屬板的焊接部分；以及振動活塞，其具有互相連接的如端和後端，其中後端定位於汽缸中以接收壓力，且前端穿過汽缸和電極以往復移動或按壓金屬板的焊接部分。
振動焊接器還可包括按壓活塞，該按壓活塞定位於汽缸中振動活塞的後部處，且通過接收汽缸中產生的壓力並將該壓力傳輸到振動活塞來按壓金屬板的焊接部分。第一室可形成在汽缸中振動活塞和按壓活塞之間，且第一室可適合於接收壓力以往復移動金屬板的焊接部分。用於調節振動活塞的往復距離的第一制動器可被安裝在振動活塞的後部處汽缸的內部圓周上。蓋子可被安裝汽缸的後端處，其中第二室形成在汽缸中按壓活塞和蓋子之間，且第二室適合於接收壓力以按壓發生塑性流動的焊接部分。彈性構件可定位于振動活塞的後端和汽缸的前端之間。第二制動器可被安裝在按壓活塞的後部處汽缸的內部圓周上，且第二制動器可適合於通過抵消第一室的壓力來支撐按壓活塞。所述一對振動焊接器中的每一個可包括電極、汽缸和振動活塞，其中所述一對振動活塞的前端具有相同的橫截面形狀並被布置成相對于振動活塞的長度方向彼此形成預定角度。在一個或多個示例性實施方式中，所述一對振動活塞的前端可具有三角形的橫截面形狀並可被布置成相對于振動活塞的長度方向彼此形成180°。在一個或多個示例性實施方式中，所述一對振動活塞的前端可具有四邊形的橫截面形狀並可被布置成相對于振動活塞的長度方向彼此形成45°。根據本發明的另一個示例性實施方式的振動點焊的設備可包括關於重疊的金屬板彼此面對的一對振動焊接器，其中所述一對振動焊接器中的至少一個包括:電極，該電極用於通過接收電流來加熱重疊的金屬板；汽缸，其安裝在所述電極的後端部分；蓋子，其被聯接到汽缸的後端；振動活塞，其具有互相連接的如端和後端，其中所述後端定位於汽缸中，且所述前端穿過汽缸和電極並接觸重疊的金屬板中的一塊金屬板；按壓活塞，其定位於汽缸中振動活塞的後部；第一室，其形成在汽缸中振動活塞和按壓活塞之間，並適合於對振動活塞施加壓力以往復移動金屬板的焊接部分；以及第二室，其形成在汽缸中按壓活塞和蓋子之間並適合於對按壓活塞施加壓力以按壓發生塑性流動的焊接部分。彈性構件可定位于振動活塞的後端和汽缸的前端之間。用於調節振動活塞的往復距離的第一制動器可被安裝在振動活塞後部處汽缸的內部圓周上。用於通過抵消第一室的壓力來支撐按壓活塞的第二制動器可被安裝在按壓活塞後部處汽缸的內部圓周上。所述一對振動焊接器中的每一個可包括電極、汽缸和振動活塞，其中所述一對振動活塞的前端具有相同的橫截面形狀並被布置成相對于振動活塞的長度方向彼此形成預定角度。在一個或多個示例性實施方式中，所述一對振動活塞的前端可具有三角形的橫截面形狀並可被布置成相對于振動活塞的長度方向彼此形成180°。在一個或多個示例性實施方式中，所述一對振動活塞的前端可具有四邊形的橫截面形狀並可被布置成相對于振動活塞的長度方向彼此形成45°。根據本發明的其他示例性實施方式的振動點焊的方法可包括:對關於重疊的金屬板彼此面對的一對電極施加壓力，使得金屬板彼此緊密接觸；通過為所述一對電極提供電力來加熱金屬板的焊接部分；通過往復移動被加熱的焊接部分而在焊接部分處產生塑性流動；以及通過按壓發生塑性流動的焊接部分來焊接重疊的金屬板。在一個或多個示例性實施方式中，重疊的金屬板的焊接部分可具有三角形的橫截面形狀並可被布置成彼此形成180°。在一個或多個示例性實施方式中，重疊的金屬板的焊接部分可具有四邊形的橫截面形狀並可被布置成彼此形成45°。發明效果如上所述，焊接部分被電極加熱且重複荷載被施加到焊接部分使得塑性流動發生。此後，焊接部分被按壓且重疊的金屬板被焊接。因此，不會產生電弧。另外，因為通過相對小的重複荷載在焊接部分處產生塑性流動，所以能量消耗可能是小的。此外，可焊接由於電弧而難以焊接的輕金屬。附圖簡述
圖1是根據本發明的示例性實施方式的振動點焊的設備的橫截面視圖。圖2是根據本發明的示例性實施方式的振動焊接器的透視圖。圖3是根據本發明的示例性實施方式的振動活塞的透視圖。圖4是用於展示使用根據本發明的示例性實施方式的振動點焊的設備來振動兩塊金屬板的焊接部分的過程的橫截面視圖。圖5是使用根據本發明的示例性實施方式的振動點焊的設備的情況中的焊接部分的實例的圖解示意圖。圖6是使用根據本發明的示例性實施方式的振動點焊的設備的情況中的焊接部分的另一個實例的圖解示意圖。圖7是安裝在自動機械上的根據本發明的示例性實施方式的振動點焊的設備的圖解示意圖。圖8是根據本發明的示例性實施方式的振動點焊的方法的流程圖。實施本發明的最佳方式下文將參考附圖詳細地描述本發明的示例性實施方式。如圖1中所示，根據本發明的示例性實施方式的振動點焊的設備包括關於重疊的第一和第二金屬板60和62彼此面對的一對振動焊接器10。所述一對振動焊接器10可具有或不具有相同的結構。為了便於描述，其被舉例說明在本說明書中，但是不局限於所述一對振動焊接器10具有相同的結構。如圖1至圖3中所示，振動焊接器10加熱金屬板60和62的焊接部分64和66，通過往復移動焊接部分64和66來產生塑性流動，並焊接發生塑性流動的焊接部分64和66。為了實現這些功能，振動焊接器10中的每一個包括電極12、汽缸16、振動活塞20、按壓活塞30和蓋子18。電極12被安裝在汽缸16的前端，振動活塞20和按壓活塞30被安裝在汽缸16中，且蓋子18被安裝在汽缸18的後端。在本文中，前側或前端是指接近金屬板60和62的一側或一端，而後側或後端是指遠離金屬板60和62的一側或一端。
電極12接觸金屬板60和62中的每一塊，並導致金屬板60和62彼此緊密接觸。因為電極12與金屬板60和62中的每一塊金屬板的接觸部分的電阻高，所以如果高電流被施加到電極12，則金屬板60和62被該電阻加熱。因此，電極12瞬時加熱金屬板60和62的焊接部分64和66。在一個或多個示例性實施方式中，電極12具有圓柱體形狀，其直徑朝向前部變得較小以加熱金屬板60和62的特定部分(例如，焊接部分64和66)。然而，電極12的形狀不局限於圓柱體形狀。另外，從電極12的後側到前側形成導向孔14。在圖2中，導向孔14的橫截面形狀是三角形，但不局限於此。汽缸16被聯接到電極12的後端。汽缸16具有中空圓柱體形狀，但不局限於此。對應於電極12的導向孔14的透孔24形成在汽缸16的前部表面處。汽缸16的後端被蓋子18封住。振動活塞20安裝在汽缸16中。振動活塞20的前端穿過透孔24和導向孔14，並接觸金屬板60和62的焊接部分64和66中的每一個焊接部分。因此，振動活塞20的前端的橫截面形狀與透孔24和導向孔14的橫截面形狀非常相似。例如，在焊接部分64和66具有三角形形狀的情況中，振動活塞20的前端的橫截面形狀是三角形，如圖5中所示。相反地，在焊接部分64和66具有四邊形形狀的情況中，振動活塞20的前端的橫截面形狀是四邊形，如圖6中所示。另外，所述一對振動活塞20的前端彼此形成預定角度，使得發生塑性流動的第一和第二焊接部分64和66互相混合。例如，在第一和第二焊接部分64和66具有如圖5中所示的三角形橫截面形狀的情況中，第一和第二焊接部分64和66彼此形成180°。因此，第一和第二焊接部分64和66的預定部分(也就是，中心部分)可與振動活塞20 —起在一對導向孔14之間移動，而第一和第二焊接部分64和66的其他部分(也就是，周圍部分)只可移動到電極12的前端且未被推入導向孔14中。相似地，在第一和第二焊接部分64和66具有如圖6中所示的四邊形橫截面形狀的情況中，第一和第二焊接部分64和66彼此形成 45。。振動活塞20的往復運動由提供給第一室34的壓力引起。第一室34形成在汽缸16中振動活塞20和按壓活塞30之間。因此，振動活塞的後端22和按壓活塞的後端32與汽缸16的內部圓周緊密接觸。另外，密封構件(例如，0型環)可分別被安裝在振動活塞的後端22和汽缸16的內部圓周之間與在按壓活塞的後端32和汽缸16的內部圓周之間。另外，第一室34通過第一線路40被連接到第一壓力供給活塞70以接收壓力。壓力可以是液壓或氣壓。另外，輪流地或同時地向一對第一室34供給壓力。第一制動器28被安裝在第一室34中汽缸16的內部圓周上。第一制動器28限制振動活塞20的移動距離。也就是說，如果一個振動活塞20被一個第一室34的壓力移動，則通過該振動活塞20而連接到那的另一個振動活塞20及焊接部分64和66也被移動。此時，另一個振動活塞20不被第一制動器28移動得超出預定距離。另外，第一制動器28可被可移動地聯接到汽缸16的內部圓周。螺旋聯接可用作可移動的聯接。因此，振動活塞20的移動距離可通過調節汽缸16中第一制動器28的位置而被調節。彈性構件22被安裝在振動活塞的後端22和汽缸16的前端之間。彈性構件22在振動活塞20上施加抵消第一室34的壓力的彈力。按壓活塞30被布置在汽缸16中振動活塞20的後部處。按壓活塞30通過振動活塞20來按壓並焊接發生塑性流動的焊接部分64和66。按壓活塞30通過供應給第二室36的壓力來按壓焊接部分64和66。也就是說，如果向第二室36供應壓力，則壓力朝著焊接部分64和66推動按壓活塞的後端32，而按壓活塞30朝著焊接部分64和66推動振動活塞20的後端並按壓焊接部分64和66。壓力被同時供應給一對第二室36。在該情況中，從兩個相反方向對焊接部分64和66施加壓力，且焊接部分64和66被彼此焊接在一起。第二室36通過第二線路42被連接到第二壓力供給活塞72以接收壓力。第一壓力供給活塞70和第二壓力供給活塞72可彼此成一體地形成。如圖7中所示，根據本發明的示例性實施方式的振動點焊的設備可被安裝在多連杆自動機械80處。多連杆自動機械80被安裝在基部80上且包括多個連杆84a、84b和84c。多個連杆84a、84b和84c相對於彼此可旋轉。自動機械80的前端部分86具有彼此隔開布置的第一和第二臂86a和86b，且根據本發明的示例性實施方式的振動點焊的設備被安裝在第一和第二臂86a和86b之間。此時，所述一對振動焊接器10中的一個穿過移動汽缸88而安裝在第一和第二臂86a和86b中的任何一個處，以可朝向所述一對振動焊接器10中的另一個移動。也就是說，如圖7中所示，上部振動焊接器10穿過移動汽缸88而安裝在第一臂86a處，而下部振動焊接器10被直接安裝在第二臂86b處。移動汽缸88對振動焊接器10施加壓力，使得重疊的金屬板60和62彼此緊密接觸。 在下文中，將詳細地描述根據本發明的示例性實施方式的振動點焊的方法。如圖8中所示，根據本發明的示例性實施方式的振動點焊的方法以在步驟SlOO處使待被焊接的金屬板60和62重疊開始。如果金屬板60和62重疊,則金屬板60和62被定位於所述一對振動焊接器10之間。之後，在步驟SllO處通過移動汽缸88對所述一對電極12施加壓力且重疊的金屬板60和62彼此被緊密接觸。如果重疊的金屬板60和62緊密接觸，則在步驟S120處對所述一對電極12提供電力，以快速加熱焊接部分64和66。如果焊接部分64和66被加熱，則焊接部分64和66被軟化。之後，可交替地在步驟S130處對所述一對振動活塞20施加壓力，以往復移動被加熱的焊接部分64和66。如圖4中所示，如果對上部振動活塞20向下施加壓力，則第一焊接部分64移動到與第二金屬板62相同的平面，而第二焊接部分66被插入到下部電極12的導向孔14中。如果在該狀態下去除對上部振動活塞20施加的壓力，則彈性構件22的彈力和下部振動活塞20的壓力使第一和第二焊接部分64和66返回到其初始位置。如果在該狀態下對下部振動活塞20施加壓力，則第二焊接部分66移動到與第一金屬板60相同的平面，而第一焊接部分64被插入到上部電極12的導向孔14中。如果重複上述過程，則在第一和第二焊接部分64和66處發生塑性流動，且第一和第二焊接部分64和66被互相混合。如果發生塑性流動的第一和第二焊接部分64和66被充分地互相混合，則在步驟S140處同時給所述一對按壓活塞30供應壓力，使得第一和第二焊接部分64和66被按壓。因此，第一和第二焊接部分64和66的焊接完成。雖然已結合目前認為是可行的示例性實施方式描述了本發明，但是應當理解本發明不限於所公開的實施方式，而是，相反地，本發明意在涵蓋被包括在所附權利要求的精神和範圍內的各種修改和等效設置。
權利要求
1.一種振動點焊的設備，包括關於重疊的金屬板彼此面對的一對振動焊接器， 其中所述一對振動焊接器中的至少一個加熱所述金屬板的焊接部分，通過使所述焊接部分在所述一對振動焊接器之間往復移動而在所述焊接部分處產生塑性流動，並通過對發生塑性流動的所述焊接部分施加壓力來接合所述焊接部分。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述一對振動焊接器中的至少一個包括: 電極，其用於通過接收電流來加熱所述重疊的金屬板； 汽缸，其安裝在所述電極的後端部分處並接收壓力以往復移動和按壓所述金屬板的所述焊接部分；以及 振動活塞，其具有互相連接的前端和後端，其中所述後端定位於所述汽缸中以接收壓力，且所述前端穿過所述汽缸和所述電極以往復移動或按壓所述金屬板的所述焊接部分。
3.根據權利要求2所述的設備，還包括按壓活塞，所述按壓活塞定位於所述汽缸中所述振動活塞的後部處，且通過接收所述汽缸中產生的壓力並將該壓力傳輸到所述振動活塞來按壓所述金屬板的所述焊接部分。
4.根據權利要求3所述的設備，其中第一室形成在所述汽缸中所述振動活塞和所述按壓活塞之間，且所述第一室適合於接收壓力以往復移動所述金屬板的所述焊接部分。
5.根據權利要求3所述的設備，其中用於調節所述振動活塞的往復距離的第一制動器被安裝在所述振動活塞的後部處所述汽缸的內部圓周上。`
6.根據權利要求3所述的設備，其中蓋子被安裝在所述汽缸的後端處，且 其中第二室形成在所述汽缸中所述按壓活塞和所述蓋子之間，且所述第二室適合於接收壓力以按壓發生塑性流動的所述焊接部分。
7.根據權利要求3所述的設備，其中彈性構件定位於所述振動活塞的所述後端和所述汽缸的前端之間。
8.根據權利要求4所述的設備，其中第二制動器被安裝在所述按壓活塞的後部處所述汽缸的內部圓周上，且所述第二制動器適合於通過抵消所述第一室的壓力來支撐所述按壓活塞。
9.根據權利要求2所述的設備，其中所述一對振動焊接器中的每一個包括所述電極、所述汽缸和所述振動活塞，且 其中所述一對振動活塞的前端具有相同的橫截面形狀並被布置成相對於所述振動活塞的長度方向彼此形成預定角度。
10.根據權利要求9所述的設備，其中所述一對振動活塞的前端具有三角形的橫截面形狀並被布置成相對於所述振動活塞的所述長度方向彼此形成180°。
11.根據權利要求9所述的設備，其中所述一對振動活塞的前端具有四邊形的橫截面形狀並被布置成相對於所述振動活塞的所述長度方向彼此形成45°。
12.—種振動點焊的設備，包括關於重疊的金屬板彼此面對的一對振動焊接器， 其中所述一對振動焊接器中的至少一個包括: 電極，其用於通過接收電流來加熱所述重疊的金屬板； 汽缸，其被安裝在所述電極的後端部分處； 蓋子，其被聯接到所述汽缸的後端； 振動活塞，其具有互相連接的前端和後端，其中所述後端定位於所述汽缸中，且所述前端穿過所述汽缸和所述電極並接觸所述重疊的金屬板中的一塊金屬板； 按壓活塞，其定位於所述汽缸中所述振動活塞的後部處； 第一室，其形成在所述汽缸中所述振動活塞和所述按壓活塞之間，並適合於對所述振動活塞施加壓力以往復移動所述金屬板的焊接部分；以及 第二室，其形成在所述汽缸中所述按壓活塞和所述蓋子之間並適合於對所述按壓活塞施加壓力以按壓發生塑性流動的所述焊接部分。
13.根據權利要求12所述的設備，其中彈性構件定位於所述振動活塞的所述後端和所述汽缸的前端之間。
14.根據權利要求12所述的設備，其中用於調節所述振動活塞的往復距離的第一制動器被安裝在所述振動活塞的後部處所述汽缸的內部圓周上。
15.根據權利要求12所述的設備，其中用於通過抵消所述第一室的壓力來支撐所述按壓活塞的第二制動器被安裝在所述按壓活塞的後部處所述汽缸的內部圓周上。
16.根據權利要求12所述的設備，其中所述一對振動焊接器中的每一個包括所述電極、所述汽缸和所述振動活塞，且 其中所述一對振動活塞的前端具有相同的橫截面形狀並被布置成相對於所述振動活塞的長度方向彼此形成預定角度。
17.根據權利要求16所述的設備，其中所述一對振動活塞的前端具有三角形的橫截面形狀並被布置成相對於所述振動活塞的所述長度方向彼此形成180°。
18.根據權利要求16所述的設備，其中所述一對振動活塞的前端具有四邊形的橫截面形狀並被布置成 相對於所述振動活塞的所述長度方向彼此形成45°。
19.一種振動點焊的方法，包括: 對關於重疊的金屬板彼此面對的一對電極施加壓力，使得所述金屬板彼此緊密接觸； 通過為所述一對電極提供電力來加熱所述金屬板的焊接部分； 通過往復移動被加熱的焊接部分來在所述焊接部分處產生塑性流動；以及 通過按壓發生塑性流動的所述焊接部分來焊接所述重疊的金屬板。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述重疊的金屬板的所述焊接部分具有三角形的橫截面形狀並被布置成彼此形成180°。
21.根據權利要求19所述的方法，其中所述重疊的金屬板的所述焊接部分具有四邊形的橫截面形狀並被布置成彼此形成45°。
全文摘要
公開了一種振動點焊的設備和方法，其用於通過對重疊的金屬板的焊接區域施加熱量而同時施加連續的線性重複載荷來焊接重疊的金屬板。振動點焊設備包括貫穿重疊的金屬板彼此面對的一對振動焊接器，且所述一對振動焊接器中的至少一個可加熱金屬板的焊接區域，且該焊接區域可在所述一對振動焊接器之間進行往復運動使得發生塑性流動且使得已發生塑性流動的焊接區域被按壓和接合。另外，振動點焊方法包括下列步驟通過對貫穿重疊的金屬板彼此面對的一對電極施加壓力而使重疊的金屬產生緊密接觸；通過為所述一對電極提供電源而加熱金屬板的焊接區域；通過往復移動被加熱的焊接區域而促使塑性流動發生；以及通過按壓已經發生塑性流動的焊接區域來焊接重疊的金屬板。
文檔編號B23K11/12GK103140318SQ201180036401
公開日2013年6月5日 申請日期2011年7月21日 優先權日2010年7月26日
發明者陳仁泰 申請人:(株)星宇Hitech, 釜慶大學校產學協力團