電阻焊接方法
2023-04-22 20:52:51
專利名稱：電阻焊接方法
技術領域：
本發明大致涉及冶金學，並且更具體涉及採用電流進行焊接的方法。
背景技術：
用於將管焊接到另一管上或者用於將支架或板焊接到管上的傳統方法包括氣體保護金屬極電弧焊接。氣體保護金屬極電弧焊接使用自耗金屬絲作為一個電極而部件作為另一電極，並移動自耗金屬絲(或者部件)來拉出電弧並將部件焊接到一起。這種焊接伴隨有氣體(例如氬和二氧化碳的混合物)以便防止氧化並穩定電弧。這種氣體保護金屬極電弧焊接是眾所周知的。在傳統氣體保護金屬極電弧焊接技術中，使用實心金屬絲或者金屬芯絲(即，其芯填充有金屬粉末，例如金屬、合金和/或氧化物粉末混合物的環形實心絲)，同時該絲通常處於正的電焊接電位而部件電接地。焊接電弧產生導致部件焊接到一起的熔化焊接漿。氣體保護金屬極電弧焊接需要昂貴的焊接設備，熔化的焊接漿傾向於從接合區域流走(取決於相對重力的接合位置)，導致焊接質量的不一致，並且該工藝在焊接之間需要長的周期時間。
用於將部件附著到一起的傳統方法還包括摩擦焊接。為了將兩個管端對端接合在一起，一根管繞其縱軸旋轉，並且管端部擠壓到一起，其中摩擦引起端部加熱，產生焊接。為了將管接合到板上，管繞其縱軸旋轉，並且管端部和板擠壓到一起，其中摩擦引起加熱，產生焊接。摩擦焊接需要昂貴的焊接設備，並且該工藝在焊接之間需要長的周期時間。摩擦焊接不容易適用於薄壁管，因為在熱量和壓力作用下它們不能很好地保持其形狀。要注意，用於上述接合的雷射以及電子束焊接也需要昂貴的設備以及採用電流進行焊接的改進方法。
所需要的是一種用於焊接的改進方法。
發明內容
本發明的第一方法是用於焊接並且包括步驟a)到h)。步驟a)包括獲得包括具有第一通孔的第一擠壓件(extrusion)的第一構件。步驟b)包括獲得具有帶第二通孔的第二擠壓件的第二構件。步驟c)包括獲得具有第一電極部分的第一電極。步驟d)包括獲得具有第二電極部分的第二電極。步驟e)包括定位第二構件以使第二擠壓件靠著第一擠壓件嵌入第一通孔內。步驟f)包括定位第一電極以使第一電極部分靠著第二擠壓件的內側嵌入第二通孔內。步驟g)包括定位第二電極以使第二電極部分接觸第一擠壓件的外側。步驟h)包括產生經第一電極、第二擠壓件、第一擠壓件以及第二電極的焊接電流路徑以便產生包括第一和第二擠壓件中的至少某些的焊接區域。
本發明的第二方法用於焊接並且包括步驟a)到g)。步驟a)包括獲得包括具有帶第一通孔的第一擠壓件的側壁的管。步驟b)包括獲得具有帶第二通孔的第二擠壓件的構件。步驟c)包括獲得具有第一電極部分的第一電極。步驟d)包括獲得具有第二電極部分的第二電極。步驟e)包括從管的外側定位該構件以使第二擠壓件靠著第一擠壓件嵌入第一通孔內。步驟f)包括從管的外側定位第一電極以使第一電極部分靠著第二擠壓件的內側嵌入到第二通孔。步驟g)包括定位第二電極以使第二電極部分從管的內側接觸第一擠壓件的外側。步驟h)包括產生經第一電極、第二擠壓件、第一擠壓件以及第二電極的焊接電流路徑以便產生包括第一和第二擠壓件中的至少某些的焊接區域。
本發明的第三方法用於焊接並且包括步驟a)到d)。步驟a)包括獲得具有第一端部型式(form)的第一管。步驟b)包括獲得具有第一和第二部分的構件。步驟c)包括定位第一管和構件，使第一端部型式接觸第一部分，同時在第一端部型式和第二部分之間留下第一凹部。步驟d)包括產生經第一端部型式以及構件的焊接電流路徑並且相對移動第一端部型式變形地靠在構件上以便消除第一凹部並產生包括第一端部型式的至少某些以及構件的至少某些的焊接區域。
本發明的第四方法用於焊接並且包括步驟a)到d)。步驟a)包括獲得具有向外卷回的第一端部型式的第一管。步驟b)包括獲得具有第一和第二部分的構件。步驟c)包括定位第一管和構件，使第一端部型式與第一部分接觸，同時在第一端部型式和第二部分之間留下第一凹部。步驟d)包括產生經第一端部型式和構件的焊接電流路徑以及相對移動第一端部型式變形地靠在構件上以消除第一凹部並且產生包括第一端部型式的至少某些和構件的至少某些的焊接區域。
從本發明的一個或多個方法可以獲得幾點好處和優點。使用電流焊接比氣體保護金屬極電弧焊接或摩擦焊接更低成本。使用電流焊接的焊接間的周期時間還比氣體保護金屬極電弧焊接或摩擦焊接更短。變形焊接允許在不形成易碎的金屬間化合物的情況下進行相異材料的固態焊接。
圖1是在定位進行焊接之前管和支架的側截面示意圖；圖2是圖1的管和支架以及兩個電極的側截面示意圖，其中支架、管以及電極定位成進行焊接，並且其中支架正焊接到管上；圖3是兩個管以及定位成將兩個管焊接在一起的兩個焊接電極的側截面示意圖，其中各管具有向外卷回的端部型式；
圖4是與圖3一樣但兩個管已經焊接到一起之後並且將兩個焊接電極移除的示意圖；圖5是兩個管和兩個正在進行定位以便將這兩個管焊接到一起的焊接電極的剖視圖，其中一個管具有向外卷回的端部型式而另一個管具有向外橫向帶凸緣端部型式；圖6是兩個焊接電極的剖視圖，第一管包括具有通孔的側壁，而第二管具有定位成部分插入到通孔內以便焊接到第一管的向外橫向摺疊端部型式；圖7是兩個焊接電極的剖視圖，管具有向外卷回端部型式，而端蓋板定位用於焊接到該端部型式；圖8與圖7一樣但管具有向外橫向帶凸緣端部型式，而端蓋板由具有定位成焊接到該端部型式的頂部上的內轉(turned-in)環形邊緣的端蓋代替的示意圖；圖9是與圖8一樣但向外橫向帶凸緣端部型式由向外橫向摺疊端部型式代替的示意圖；以及圖10是與圖8一樣但端蓋的邊緣繞向外橫向帶凸緣端部型式摺疊的示意圖。
具體實施例方式
本發明的第一方法用於將兩個構件焊接到一起，其中圖1-圖2顯示了焊接過程中使用的構件的實施例以及兩個電極的實施例。第一方法包括步驟a)到h)。步驟a)包括獲得包括具有第一通孔14的第一擠壓件12的第一構件10。步驟b)包括獲得具有帶第二通孔20的第二擠壓件18的第二構件16。步驟c)包括獲得具有第一電極部分24的第一電極22。步驟d)包括獲得具有第二電極部分28的第二電極26。步驟e)包括設置第二構件16以使第二擠壓件18靠著第一擠壓件12嵌入第一通孔14內。步驟f)包括設置第一電極22以使第一電極部分24靠著第二擠壓件18的內側嵌入第二通孔20內。步驟g)包括設置第二電極26以使第二電極部分28與第一擠壓件12的外側接觸。步驟h)包括產生經第一電極22、第二擠壓件18、第一擠壓件12以及第二電極26的焊接電流路徑以產生包括第一以及第二擠壓件12、18的至少某些的焊接區域30。在第一方法的實施例中，步驟h)還包括相對移動第一以及第二電極22、26以相對移動第一擠壓件12變形地靠在第二擠壓件18上。
「具有通孔的擠壓件」是以任何手段凸出於鄰接表面上方並且包圍通孔的一部分構件。擠壓件包括但不限於其中凸出部分從其非凸出狀態凸出成小於垂直位置的部分擠壓件以及其中凸出部分從其非凸出狀態凸出成基本等於九十度角的完全擠壓件。
在備選的第一方法中，步驟a)由獲得第一構件10並且在第一構件10內產生第一擠壓件12的步驟代替，以及步驟b)由獲得第二構件16並且在第二構件16內產生第二擠壓件18的步驟代替。
在第一方法的一種構造中，第二電極26包括兩個電極半部。為了清楚，圖1-圖2中省略了第一和第二電極22、26的支撐件。在一種未圖示的構造中，如本領域技術人員可以理解的，滑行機構支撐第二電極26。另一構造留給本領域技術人員。
再次參照圖1-圖2，本發明的第二方法用於將兩構件(其中一個構件是管)焊接在一起以及包括步驟a)到h)。步驟a)包括獲得包括具有帶第一通孔14的第一擠壓件12的側壁34的管32。步驟b)包括獲得具有帶第二通孔20的第二擠壓件18的構件36。步驟c)包括獲得具有第一電極部分24的第一電極22。步驟d)包括獲得具有第二電極部分28的第二電極26。步驟e)包括從管32的外側設置構件36以使第二擠壓件18靠著第一擠壓件12嵌入第一通孔14內。步驟f)包括從管32的外側設置第一電極22以使第一電極部分24靠著第二擠壓件18的內側嵌入第二通孔20內。步驟g)包括設置第二電極26以使第二電極部分28從管32內側接觸第一擠壓件12的外側。步驟h)包括產生經第一電極22、第二擠壓件18、第一擠壓件12以及第二電極26的焊接電流路徑以產生包括第一和第二擠壓件12、18的至少某些的焊接區域30。第二方法的一個實施例內，步驟h)還包括相對移動第一和第二電極22、26以相對移動第一擠壓件12變形地靠在第二擠壓件18上。
在備選的第二方法中，步驟a)由獲得第一構件10並且在第一構件10內產生第一擠壓件12的步驟代替，而步驟b)由獲得第二構件16並且在第二構件16內產生第二擠壓件18的步驟代替。
在第二方法的一種構造中，管32基本上是矩形管。在相同或不同的構造中，構件36是具有板40以及第二擠壓件18的支架38，而第二擠壓件18從板基本垂直延伸。在相同或不同的構造中，管32具有中心線42，而第一和第二擠壓件12、18基本垂直於中心線42同軸對齊。
在第二方法的一種應用中，構件36是從由支架38、加力板、吊掛件、熱屏蔽以及衝擊屏蔽組成的群組中選擇。其它類型的構件36留給本領域技術人員。
在第二方法的一種使用中，在步驟f)中，第一電極部分24設置成與第二擠壓件18的內徑全周向接觸。在一個變型中，在步驟g)中，第二電極部分28設置成與第一擠壓件的外徑全周向接觸。在一種變型中，焊接區域30是環形焊接區域。
在第二方法的一種應用中，在沒有使用填充物材料的情況下執行步驟h)。在第二方法的一個變型中，管32以及構件36是由相異(或相似)材料製成，並且步驟h)將第一和第二擠壓件12、18的至少某些加熱到半熔化狀態(產生固態焊接)。在不同的變型中，管32以及構件36是由相似材料製成，並且步驟h)將第一和第二擠壓件12、18的至少某些加熱到熔化狀態。
參照圖3-圖4，本發明的第三方法用於焊接並且包括步驟a)至d)。步驟a)包括獲得具有第一端部型式46的第一管44。步驟b)包括獲得具有第一和第二部分50、52的構件48。步驟c)包括設置第一管44以及構件48使第一端部型式46與第一部分50接觸，同時在第一端部型式46和第二部分52之間留下第一凹部54。步驟d)包括產生經第一端部型式46和構件48的焊接電流路徑以及相對移動第一端部型式46變形地靠到構件48上以消除第一凹部54並且產生包括第一端部型式46的至少某些和構件48的至少某些的焊接區域56。
在備選的第三方法中，步驟a)由獲得第一管44以及在第一管44內產生第一端部型式46的步驟代替。管的端部型式是截面形狀不同於端部之前的管的管端部(該截面由調整垂直於管的中心線的切割面截取)。
在第三方法的一種應用中，變形地消除第一凹部54使第一端部型式46和構件48的變形地接觸部分的原子緊密接觸以便進行改進的固態焊接。
在第三方法的一個實施例內，構件48是從由具有用於與第一端部型式接觸的第二端部型式的第二管、包括具有用於容納一部分第一端部型式的通孔的側壁的第二管、板以及具有環形捲曲邊緣的端蓋組成的群組中選擇的，而第一端部型式46是從由向外橫向帶凸緣第一端部型式以及向外橫向摺疊第一端部型式組成的群組中選擇的。
再次參照圖3-圖4，本發明的第四方法用於焊接並且包括步驟a)至d)。步驟a)包括獲得包括具有向外卷回形狀的第一端部型式46的第一管44。步驟b)包括獲得具有第一和第二部分50、52的構件48。步驟c)包括設置第一管44和構件48，使第一端部型式58與第一部分50接觸，同時在第一端部型式58和第二部分52之間留下第一凹部54。步驟d)包括產生經向外卷回的第一端部型式46以及構件48的焊接電流路徑並且相對移動第一端部型式46變形地靠在構件48上以消除第一凹部54並且產生包括第一端部型式46的至少某些以及構件48的至少某些的焊接區域56。
在備選的第四方法中，步驟a)是由獲得第一管44以及在第一管44內產生具有向外卷回形狀的第一端部型式46的步驟代替。
在第四方法的一個實施例內，構件48是從由具有用於與第一端部型式接觸的第二端部型式的第二管、包括具有用於容納一部分第一端部型式的通孔的側壁的第二管、板以及具有環形捲曲邊緣的端蓋組成的群組中選擇的。
在第四方法的一種使用中，構件48是具有第二端部型式60的第二管58，而第一和第二部分50、52是第二端部型式60的第一和第二部分。在一變型中，步驟d)產生經第一和第二端部型式46、60的焊接電流路徑並且相對移動第一端部型式46變形地靠在第二端部型式60上以消除第一凹部54並且產生焊接區域56，其中焊接區域56包括第一和第二端部型式46、60的至少某些。在一修改中，步驟d)將第一和第二端部型式46、60加熱到半熔化狀態並且變形消除第一凹部54使第一和第二端部型式46、60的變形接觸部分的原子緊密接觸以便進行改進的固態焊接。在一種應用中，包括如圖所示的設置第一和第二電極62、64的步驟，其中步驟d)包括使第一電極62朝第二電極64相對移動。
在圖5-圖10中顯示了可用於執行第三和/或第四方法的第一管和構件的其它非限制性實施例。在圖5的實施例中，顯示了兩電極66、68，具有向外卷回端部型式72的第一管70，以及具有向外橫向帶凸緣的端部型式76的管狀構件74。在圖6的實施例中，顯示了兩電極78、80，具有向外橫向摺疊端部型式84的第一管82以及具有通孔88的第二管86。在圖7的實施例中，顯示了兩電極90、92，具有向外卷回的端部型式96的第一管94以及端蓋板98。在圖8的實施例中，顯示了兩電極100、102，具有內轉環形邊緣106的端蓋104以及具有向外橫向帶凸緣的端部型式110的第一管108。在圖9的實施例中，顯示了兩電極112、114，具有內轉環形邊緣118的端蓋116以及具有向外橫向摺疊端部型式122的第一管120。在圖10的實施例中，顯示了兩電極124、126，具有向外橫向帶凸緣的端部型式130的第一管128以及內轉並圍繞端部型式130的邊緣134的端蓋132。
從本發明的一個或多個方法可以獲得幾點好處和優點。使用電流的焊接比氣體保護金屬極電弧焊接或摩擦焊接更低成本。使用電流焊接的焊接間的周期時間還比氣體保護金屬極電弧焊接或摩擦焊接更短。變形焊接允許在不形成易碎的金屬間化合物的情況下進行相異材料的固態焊接。
出於顯示目的，已經展現了本發明幾種方法的上述描述。它並不是詳盡的或者將本發明局限於所公開的確定工序或者確定形式，並且顯而易見參照以上教導內容許多修改和變型是可能的。本發明的範圍傾斜於由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種用於焊接的方法，包括以下步驟a)獲得包括具有第一通孔(14)的第一擠壓件(12)的第一構件(10)；b)獲得具有帶第二通孔(20)的第二擠壓件(18)的第二構件(16)；c)獲得具有第一電極部分(24)的第一電極(22)；d)獲得具有第二電極部分(28)的第二電極(26)；e)設置所述第二構件以使所述第二擠壓件靠著所述第一擠壓件嵌入所述第一通孔內；f)設置所述第一電極以使所述第一電極部分靠著所述第二擠壓件的內側嵌入所述第二通孔中；g)設置所述第二電極以使所述第二電極部分接觸所述第一擠壓件的外側；以及h)產生經所述第一電極、所述第二擠壓件、所述第一擠壓件以及所述第二電極的焊接電流路徑以便產生包括所述第一和第二擠壓件的至少某些的焊接區域(30)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟h)還包括相對移動所述第一和第二電極以便相對移動所述第一擠壓件變形地靠在所述第二擠壓件上。
3.一種用於焊接的方法，包括以下步驟a)獲得包括具有帶第一通孔(14)的第一擠壓件(12)的側壁(34)的管(32)；b)獲得具有帶第二通孔(20)的第二擠壓件(18)的構件(36)；c)獲得具有第一電極部分(24)的第一電極(22)；d)獲得具有第二電極部分(28)的第二電極(26)；e)從所述管的外側設置所述構件以使所述第二擠壓件靠著所述第一擠壓件嵌入所述第一通孔內；f)從所述管的外側設置所述第一電極以使所述第一電極部分靠著所述第二擠壓件的內側嵌入所述第二通孔；g)設置所述第二電極以使所述第二電極部分從所述管的內側接觸所述第一擠壓件的外側；以及h)產生經所述第一電極、所述第二擠壓件、所述第一擠壓件以及所述第二電極的焊接電流路徑以便產生包括所述第一和第二擠壓件的至少某些的焊接區域(30)。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於步驟h)包括相對移動所述第一和第二電極以便相對移動所述第一擠壓件變形地靠在所述第二擠壓件上。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述管為基本矩形的管。
6.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述構件(36)為包括板(40)以及所述第二擠壓件(18)的支架(38)，並且其中所述第二擠壓件從所述板基本垂直延伸。
7.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述管具有中心線(42)，並且其中所述第一和第二擠壓件垂直於所述中心線基本共軸對齊。
8.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述構件選自支架、加力板、吊掛件、熱屏蔽以及衝擊屏蔽。
9.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於在步驟f)中，所述第一電極部分設置成與所述第二擠壓件的內徑全周向接觸。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於在步驟g)中，所述第二電極部分設置成與所述第一擠壓件的外徑全周向接觸。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於所述焊接區域為環形焊接區域。
12.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於在不使用填充物材料的情況下執行步驟h)。
13.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述管和所述構件由相異材料製成，並且其中步驟h)將所述第一和第二擠壓件的至少某些加熱到半熔化狀態。
14.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述管和所述構件由相似材料製成，並且其中步驟h)將所述第一和第二擠壓件的至少某些加熱成熔化狀態。
15.一種用於焊接的方法，包括以下步驟a)獲得具有第一端部型式(46)的第一管(44)；b)獲得具有第一和第二部分(50和52)的構件(48)；c)設置所述第一管和所述構件使所述第一端部型式接觸所述第一部分(50)同時在所述第一端部型式和所述第二部分(52)之間留下第一凹部(54)；d)產生經所述第一端部型式和所述構件的焊接電流路徑並且相對移動所述第一端部型式變形地靠在所述構件上以便消除所述第一凹部並產生包括所述第一端部型式的至少某些以及所述構件的至少某些的焊接區域(56)。
16.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於所述構件選自具有用於與所述第一端部型式接觸的第二端部型式的第二管、包括具有用於接收所述第一端部型式的一部分的通孔的側壁的第二管、板以及具有環形捲曲邊緣的端蓋，並且其中所述第一端部型式選自由向外橫向帶凸緣的第一端部型式以及向外橫向摺疊的第一端部型式所組成的群組。
17.一種用於焊接的方法，包括以下步驟a)獲得具有向外卷回的第一端部型式(46)的第一管(44)；b)獲得具有第一和第二部分(50、52)的構件(48)；c)設置所述第一管以及所述構件使所述第一端部型式與所述第一部分(50)接觸，同時在所述第一端部型式和所述第二部分(52)之間留下第一凹部；d)產生經所述第一端部型式以及所述構件的焊接電流路徑並且相對移動所述第一端部型式變形地靠在所述構件上以便消除所述第一凹部並產生包括所述第一端部型式的至少某些以及所述構件的至少某些的焊接區域(56)。
18.根據權利要求17所述的方法，其特徵在於所述構件選自具有用於與所述第一端部型式接觸的第二端部型式的第二管、包括具有用於接收所述第一端部型式的一部分的通孔的側壁的第二管、板以及具有環形捲曲邊緣的端蓋。
19.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於所述構件為具有第二端部型式(60)的第二管(58)，並且其中所述第一和第二部分為所述第二端部型式的第一和第二部分。
20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於步驟d)產生經所述第一和第二端部型式的焊接電流路徑並且相對移動所述第一端部型式變形地靠在所述第二端部型式上以便消除所述第一凹部並產生所述焊接區域，其中所述焊接區域包括所述第一和第二端部型式的至少某些。
全文摘要
本發明的一種方法是用於焊接並且包括獲得分別包括具有通孔(14、20)的擠壓件(12、18)的第一和第二構件(10、16)並且包括獲得分別具有電極部分(24、28)的第一和第二電極(22、26)。第二構件(16)定位成使第二擠壓件(18)靠著第一擠壓件(12)嵌入第一通孔(14)內。第一電極(22)定位成使第一電極部分(24)靠著第二擠壓件(18)的內側嵌入第二通孔(20)內。第二電極(26)定位成使第二電極部分(28)與第一擠壓件(12)的外側接觸。本發明的另一方法是用於焊接並且包括獲得具有端部式的管以及具有第一和第二部分的構件。管和構件定位成使端部型式與第一部分接觸，同時在端部型式和第二部分之間留下凹部。
文檔編號B23K33/00GK101022913SQ200580031391
公開日2007年8月22日 申請日期2005年7月20日 優先權日2004年7月23日
發明者R·J·敘爾, V·阿南塔納拉亞南, J·R·根特裡, A·M·保拉克, J·M·佩恩, D·K·夏馬, K·E·詹森 申請人:德爾菲技術公司