CN103140318B

CN103140318B - 振动点焊的设备和方法

Info

Publication number: CN103140318B
Application number: CN201180036401.7A
Authority: CN
Inventors: 陈仁泰
Original assignee: Pukyong National University Business Incubator Center; Sungwoo Hitech Co Ltd
Current assignee: Pukyong National University Business Incubator Center; Sungwoo Hitech Co Ltd
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2031-07-21
Also published as: CN103140318A; US20130112665A1; DE112011102493T5; WO2012015197A2; WO2012015197A3; DE112011102493B4

Abstract

公开了一种振动点焊的设备和方法，其用于通过对重叠的金属板的焊接区域施加热量而同时施加连续的线性重复载荷来焊接重叠的金属板。振动点焊设备包括贯穿重叠的金属板彼此面对的一对振动焊接器，且所述一对振动焊接器中的至少一个可加热金属板的焊接区域，且该焊接区域可在所述一对振动焊接器之间进行往复运动使得发生塑性流动且使得已发生塑性流动的焊接区域被按压和接合。另外，振动点焊方法包括下列步骤：通过对贯穿重叠的金属板彼此面对的一对电极施加压力而使重叠的金属产生紧密接触；通过为所述一对电极提供电源而加热金属板的焊接区域；通过往复移动被加热的焊接区域而促使塑性流动发生；以及通过按压已经发生塑性流动的焊接区域来焊接重叠的金属板。

Description

振动点焊的设备和方法

技术领域

本发明涉及振动点焊的设备和方法。更特别地，本发明涉及通过加热重叠的金属板的焊接部分并对该焊接部分施加线性且重复的载荷来焊接重叠的金属板的振动点焊的设备和方法。

背景

通常，焊接比较薄的两块重叠的金属板的方法包括熔焊和固相焊接。为熔焊的点焊是指其中压力和由电阻引起的热量被施加到重叠的金属板的焊接部分使得该焊接部分被熔化和焊接的焊接方法。为固相焊接的摩擦搅拌焊接(FSW)是指其中旋转工具的探头被***到重叠的金属板中的焊接方法。在这种情况中，工具周围的金属板被旋转探头和金属板之间的摩擦热软化，且通过由工具的搅拌引起的发生在焊接部分处的塑性流动，两块金属板的焊接部分被用力地混合。因此，金属板被焊接。

点焊和摩擦搅拌焊接中的每一种具有优点和缺点。

例如，因为金属板的焊接部分被根据点焊金属板的电阻产生的热量熔化和焊接，所以电弧由于高电流的施加而发生在接触表面处且可能发生焊接表面的缺陷。

因为摩擦搅拌焊接是固相焊接，所以被焊接的金属板的机械强度是极佳的且不会产生电弧。因此，摩擦搅拌焊接适合用于轻金属板。然而，由于探头的旋转引起的焊接凹痕或孔可能保留在焊接后的焊接表面处。

为了解决点焊和摩擦搅拌焊接的这些问题，已研发了在韩国专利号743857中公开的挤压点焊方法(ESW)。韩国专利号743857中公开了重叠的两块金属板和单独的金属带被电极瞬时加热，挤压材料从金属带被冲压出，且所冲压出的挤压材料被挤压到重叠的金属板中使得金属板被焊接。该挤压点焊方法具有强的结合力和不产生电弧的优点，但是具有使用单独的金属带的缺点。

发明内容

技术目的

努力创造出本发明以提供具有通过加热重叠的金属板的焊接部分并对该焊接部分施加线性且重复的载荷来焊接重叠的金属板的优点的振动点焊的设备和方法。

实现目的的手段

根据本发明的一个或多个示例性实施方式的振动点焊的设备可包括关于重叠的金属板彼此面对的一对振动焊接器，其中所述一对振动焊接器中的至少一个加热金属板的焊接部分，通过使焊接部分在所述一对振动焊接器之间往复移动而在焊接部分处产生塑性流动，并通过对发生塑性流动的焊接部分施加压力来接合焊接部分。

所述一对振动焊接器中的至少一个可包括：电极，其用于通过接收电流来加热重叠的金属板；汽缸，其安装在电极的后端部分并接收压力以往复移动并按压金属板的焊接部分；以及振动活塞，其具有互相连接的前端和后端，其中后端定位于汽缸中以接收压力，且前端穿过汽缸和电极以往复移动或按压金属板的焊接部分。

振动焊接器还可包括按压活塞，该按压活塞定位于汽缸中振动活塞的后部处，且通过接收汽缸中产生的压力并将该压力传输到振动活塞来按压金属板的焊接部分。

第一室可形成在汽缸中振动活塞和按压活塞之间，且第一室可适合于接收压力以往复移动金属板的焊接部分。

用于调节振动活塞的往复距离的第一制动器可被安装在振动活塞的后部处汽缸的内部圆周上。

盖子可被安装汽缸的后端处，其中第二室形成在汽缸中按压活塞和盖子之间，且第二室适合于接收压力以按压发生塑性流动的焊接部分。

弹性构件可定位于振动活塞的后端和汽缸的前端之间。

第二制动器可被安装在按压活塞的后部处汽缸的内部圆周上，且第二制动器可适合于通过抵消第一室的压力来支撑按压活塞。

所述一对振动焊接器中的每一个可包括电极、汽缸和振动活塞，其中所述一对振动活塞的前端具有相同的横截面形状并被布置成相对于振动活塞的长度方向彼此形成预定角度。

在一个或多个示例性实施方式中，所述一对振动活塞的前端可具有三角形的横截面形状并可被布置成相对于振动活塞的长度方向彼此形成180°。

在一个或多个示例性实施方式中，所述一对振动活塞的前端可具有四边形的横截面形状并可被布置成相对于振动活塞的长度方向彼此形成45°。

根据本发明的另一个示例性实施方式的振动点焊的设备可包括关于重叠的金属板彼此面对的一对振动焊接器，其中所述一对振动焊接器中的至少一个包括：电极，该电极用于通过接收电流来加热重叠的金属板；汽缸，其安装在所述电极的后端部分；盖子，其被联接到汽缸的后端；振动活塞，其具有互相连接的前端和后端，其中所述后端定位于汽缸中，且所述前端穿过汽缸和电极并接触重叠的金属板中的一块金属板；按压活塞，其定位于汽缸中振动活塞的后部；第一室，其形成在汽缸中振动活塞和按压活塞之间，并适合于对振动活塞施加压力以往复移动金属板的焊接部分；以及第二室，其形成在汽缸中按压活塞和盖子之间并适合于对按压活塞施加压力以按压发生塑性流动的焊接部分。

弹性构件可定位于振动活塞的后端和汽缸的前端之间。

用于调节振动活塞的往复距离的第一制动器可被安装在振动活塞后部处汽缸的内部圆周上。

用于通过抵消第一室的压力来支撑按压活塞的第二制动器可被安装在按压活塞后部处汽缸的内部圆周上。

根据本发明的其他示例性实施方式的振动点焊的方法可包括：对关于重叠的金属板彼此面对的一对电极施加压力，使得金属板彼此紧密接触；通过为所述一对电极提供电力来加热金属板的焊接部分；通过往复移动被加热的焊接部分而在焊接部分处产生塑性流动；以及通过按压发生塑性流动的焊接部分来焊接重叠的金属板。

在一个或多个示例性实施方式中，重叠的金属板的焊接部分可具有三角形的横截面形状并可被布置成彼此形成180°。

在一个或多个示例性实施方式中，重叠的金属板的焊接部分可具有四边形的横截面形状并可被布置成彼此形成45°。

发明效果

如上所述，焊接部分被电极加热且重复荷载被施加到焊接部分使得塑性流动发生。此后，焊接部分被按压且重叠的金属板被焊接。因此，不会产生电弧。

另外，因为通过相对小的重复荷载在焊接部分处产生塑性流动，所以能量消耗可能是小的。

此外，可焊接由于电弧而难以焊接的轻金属。

附图简述

图1是根据本发明的示例性实施方式的振动点焊的设备的横截面视图。

图2是根据本发明的示例性实施方式的振动焊接器的透视图。

图3是根据本发明的示例性实施方式的振动活塞的透视图。

图4是用于展示使用根据本发明的示例性实施方式的振动点焊的设备来振动两块金属板的焊接部分的过程的横截面视图。

图5是使用根据本发明的示例性实施方式的振动点焊的设备的情况中的焊接部分的实例的图解示意图。

图6是使用根据本发明的示例性实施方式的振动点焊的设备的情况中的焊接部分的另一个实例的图解示意图。

图7是安装在自动机械上的根据本发明的示例性实施方式的振动点焊的设备的图解示意图。

图8是根据本发明的示例性实施方式的振动点焊的方法的流程图。

实施本发明的最佳方式

下文将参考附图详细地描述本发明的示例性实施方式。

如图1中所示，根据本发明的示例性实施方式的振动点焊的设备包括关于重叠的第一和第二金属板60和62彼此面对的一对振动焊接器10。所述一对振动焊接器10可具有或不具有相同的结构。为了便于描述，其被举例说明在本说明书中，但是不局限于所述一对振动焊接器10具有相同的结构。

如图1至图3中所示，振动焊接器10加热金属板60和62的焊接部分64和66，通过往复移动焊接部分64和66来产生塑性流动，并焊接发生塑性流动的焊接部分64和66。为了实现这些功能，振动焊接器10中的每一个包括电极12、汽缸16、振动活塞20、按压活塞30和盖子18。电极12被安装在汽缸16的前端，振动活塞20和按压活塞30被安装在汽缸16中，且盖子18被安装在汽缸18的后端。

在本文中，前侧或前端是指接近金属板60和62的一侧或一端，而后侧或后端是指远离金属板60和62的一侧或一端。

电极12接触金属板60和62中的每一块，并导致金属板60和62彼此紧密接触。因为电极12与金属板60和62中的每一块金属板的接触部分的电阻高，所以如果高电流被施加到电极12，则金属板60和62被该电阻加热。因此，电极12瞬时加热金属板60和62的焊接部分64和66。在一个或多个示例性实施方式中，电极12具有圆柱体形状，其直径朝向前部变得较小以加热金属板60和62的特定部分(例如，焊接部分64和66)。然而，电极12的形状不局限于圆柱体形状。另外，从电极12的后侧到前侧形成导向孔14。在图2中，导向孔14的横截面形状是三角形，但不局限于此。

汽缸16被联接到电极12的后端。汽缸16具有中空圆柱体形状，但不局限于此。对应于电极12的导向孔14的透孔24形成在汽缸16的前部表面处。汽缸16的后端被盖子18封住。

振动活塞20安装在汽缸16中。振动活塞20的前端穿过透孔24和导向孔14，并接触金属板60和62的焊接部分64和66中的每一个焊接部分。因此，振动活塞20的前端的横截面形状与透孔24和导向孔14的横截面形状非常相似。例如，在焊接部分64和66具有三角形形状的情况中，振动活塞20的前端的横截面形状是三角形，如图5中所示。相反地，在焊接部分64和66具有四边形形状的情况中，振动活塞20的前端的横截面形状是四边形，如图6中所示。

另外，所述一对振动活塞20的前端彼此形成预定角度，使得发生塑性流动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具有如图5中所示的三角形横截面形状的情况中，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的预定部分(也就是，中心部分)可与振动活塞20一起在一对导向孔14之间移动，而第一和第二焊接部分64和66的其他部分(也就是，周围部分)只可移动到电极12的前端且未被推入导向孔14中。相似地，在第一和第二焊接部分64和66具有如图6中所示的四边形横截面形状的情况中，第一和第二焊接部分64和66彼此形成45°。

振动活塞20的往复运动由提供给第一室34的压力引起。第一室34形成在汽缸16中振动活塞20和按压活塞30之间。因此，振动活塞的后端22和按压活塞的后端32与汽缸16的内部圆周紧密接触。另外，密封构件(例如，O型环)可分别被安装在振动活塞的后端22和汽缸16的内部圆周之间与在按压活塞的后端32和汽缸16的内部圆周之间。另外，第一室34通过第一线路40被连接到第一压力供给活塞70以接收压力。压力可以是液压或气压。另外，轮流地或同时地向一对第一室34供给压力。

第一制动器28被安装在第一室34中汽缸16的内部圆周上。第一制动器28限制振动活塞20的移动距离。也就是说，如果一个振动活塞20被一个第一室34的压力移动，则通过该振动活塞20而连接到那的另一个振动活塞20及焊接部分64和66也被移动。此时，另一个振动活塞20不被第一制动器28移动得超出预定距离。另外，第一制动器28可被可移动地联接到汽缸16的内部圆周。螺旋联接可用作可移动的联接。因此，振动活塞20的移动距离可通过调节汽缸16中第一制动器28的位置而被调节。

弹性构件22被安装在振动活塞的后端22和汽缸16的前端之间。弹性构件22在振动活塞20上施加抵消第一室34的压力的弹力。

按压活塞30被布置在汽缸16中振动活塞20的后部处。按压活塞30通过振动活塞20来按压并焊接发生塑性流动的焊接部分64和66。按压活塞30通过供应给第二室36的压力来按压焊接部分64和66。也就是说，如果向第二室36供应压力，则压力朝着焊接部分64和66推动按压活塞的后端32，而按压活塞30朝着焊接部分64和66推动振动活塞20的后端并按压焊接部分64和66。压力被同时供应给一对第二室36。在该情况中，从两个相反方向对焊接部分64和66施加压力，且焊接部分64和66被彼此焊接在一起。

第二室36通过第二线路42被连接到第二压力供给活塞72以接收压力。第一压力供给活塞70和第二压力供给活塞72可彼此成一体地形成。

如图7中所示，根据本发明的示例性实施方式的振动点焊的设备可被安装在多连杆自动机械80处。多连杆自动机械80被安装在基部80上且包括多个连杆84a、84b和84c。多个连杆84a、84b和84c相对于彼此可旋转。自动机械80的前端部分86具有彼此隔开布置的第一和第二臂86a和86b，且根据本发明的示例性实施方式的振动点焊的设备被安装在第一和第二臂86a和86b之间。此时，所述一对振动焊接器10中的一个穿过移动汽缸88而安装在第一和第二臂86a和86b中的任何一个处，以可朝向所述一对振动焊接器10中的另一个移动。也就是说，如图7中所示，上部振动焊接器10穿过移动汽缸88而安装在第一臂86a处，而下部振动焊接器10被直接安装在第二臂86b处。

移动汽缸88对振动焊接器10施加压力，使得重叠的金属板60和62彼此紧密接触。

在下文中，将详细地描述根据本发明的示例性实施方式的振动点焊的方法。

如图8中所示，根据本发明的示例性实施方式的振动点焊的方法以在步骤S100处使待被焊接的金属板60和62重叠开始。

如果金属板60和62重叠，则金属板60和62被定位于所述一对振动焊接器10之间。之后，在步骤S110处通过移动汽缸88对所述一对电极12施加压力且重叠的金属板60和62彼此被紧密接触。

如果重叠的金属板60和62紧密接触，则在步骤S120处对所述一对电极12提供电力，以快速加热焊接部分64和66。如果焊接部分64和66被加热，则焊接部分64和66被软化。

之后，可交替地在步骤S130处对所述一对振动活塞20施加压力，以往复移动被加热的焊接部分64和66。如图4中所示，如果对上部振动活塞20向下施加压力，则第一焊接部分64移动到与第二金属板62相同的平面，而第二焊接部分66被***到下部电极12的导向孔14中。如果在该状态下去除对上部振动活塞20施加的压力，则弹性构件22的弹力和下部振动活塞20的压力使第一和第二焊接部分64和66返回到其初始位置。如果在该状态下对下部振动活塞20施加压力，则第二焊接部分66移动到与第一金属板60相同的平面，而第一焊接部分64被***到上部电极12的导向孔14中。

如果重复上述过程，则在第一和第二焊接部分64和66处发生塑性流动，且第一和第二焊接部分64和66被互相混合。

如果发生塑性流动的第一和第二焊接部分64和66被充分地互相混合，则在步骤S140处同时给所述一对按压活塞30供应压力，使得第一和第二焊接部分64和66被按压。因此，第一和第二焊接部分64和66的焊接完成。

虽然已结合目前认为是可行的示例性实施方式描述了本发明，但是应当理解本发明不限于所公开的实施方式，而是，相反地，本发明意在涵盖被包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims

1.一种振动点焊的设备，包括关于重叠的金属板彼此面对的一对振动焊接器，

其中所述一对振动焊接器中的至少一个加热所述金属板的焊接部分，通过使所述焊接部分在所述一对振动焊接器之间往复移动而在所述焊接部分处产生塑性流动，并通过对发生塑性流动的所述焊接部分施加压力来接合所述焊接部分，

其中所述一对振动焊接器中的至少一个包括：

电极，其用于通过接收电流来加热所述重叠的金属板；

汽缸，其安装在所述电极的后端部分处并接收压力以往复移动和按压所述金属板的所述焊接部分；以及

振动活塞，其具有互相连接的前端和后端，其中所述后端定位于所述汽缸中以接收压力，且所述前端穿过所述汽缸和所述电极以往复移动或按压所述金属板的所述焊接部分。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括按压活塞，所述按压活塞定位于所述汽缸中所述振动活塞的后部处，且通过接收所述汽缸中产生的压力并将该压力传输到所述振动活塞来按压所述金属板的所述焊接部分。

3.根据权利要求2所述的设备，其中第一室形成在所述汽缸中所述振动活塞和所述按压活塞之间，且所述第一室适合于接收压力以往复移动所述金属板的所述焊接部分。

4.根据权利要求2所述的设备，其中用于调节所述振动活塞的往复距离的第一制动器被安装在所述振动活塞的后部处所述汽缸的内部圆周上。

5.根据权利要求2所述的设备，其中盖子被安装在所述汽缸的后端处，且

其中第二室形成在所述汽缸中所述按压活塞和所述盖子之间，且所述第二室适合于接收压力以按压发生塑性流动的所述焊接部分。

6.根据权利要求2所述的设备，其中弹性构件定位于所述振动活塞的所述后端和所述汽缸的前端之间。

7.根据权利要求3所述的设备，其中第二制动器被安装在所述按压活塞的后部处所述汽缸的内部圆周上，且所述第二制动器适合于通过抵消所述第一室的压力来支撑所述按压活塞。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述一对振动焊接器中的每一个包括所述电极、所述汽缸和所述振动活塞，且

其中所述一对振动活塞的前端具有相同的横截面形状并被布置成相对于所述振动活塞的长度方向彼此形成预定角度。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述一对振动活塞的前端具有三角形的横截面形状并被布置成相对于所述振动活塞的所述长度方向彼此形成180°。

10.根据权利要求8所述的设备，其中所述一对振动活塞的前端具有四边形的横截面形状并被布置成相对于所述振动活塞的所述长度方向彼此形成45°。

11.一种振动点焊的设备，包括关于重叠的金属板彼此面对的一对振动焊接器，

其中所述一对振动焊接器中的至少一个包括：

电极，其用于通过接收电流来加热所述重叠的金属板；

汽缸，其被安装在所述电极的后端部分处；

盖子，其被联接到所述汽缸的后端；

振动活塞，其具有互相连接的前端和后端，其中所述后端定位于所述汽缸中，且所述前端穿过所述汽缸和所述电极并接触所述重叠的金属板中的一块金属板；

按压活塞，其定位于所述汽缸中所述振动活塞的后部处；

第一室，其形成在所述汽缸中所述振动活塞和所述按压活塞之间，并适合于对所述振动活塞施加压力以往复移动所述金属板的焊接部分；以及

第二室，其形成在所述汽缸中所述按压活塞和所述盖子之间并适合于对所述按压活塞施加压力以按压发生塑性流动的所述焊接部分。

12.根据权利要求11所述的设备，其中弹性构件定位于所述振动活塞的所述后端和所述汽缸的前端之间。

13.根据权利要求11所述的设备，其中用于调节所述振动活塞的往复距离的第一制动器被安装在所述振动活塞的后部处所述汽缸的内部圆周上。

14.根据权利要求11所述的设备，其中用于通过抵消所述第一室的压力来支撑所述按压活塞的第二制动器被安装在所述按压活塞的后部处所述汽缸的内部圆周上。

15.根据权利要求11所述的设备，其中所述一对振动焊接器中的每一个包括所述电极、所述汽缸和所述振动活塞，且

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述一对振动活塞的前端具有三角形的横截面形状并被布置成相对于所述振动活塞的所述长度方向彼此形成180°。

17.根据权利要求15所述的设备，其中所述一对振动活塞的前端具有四边形的横截面形状并被布置成相对于所述振动活塞的所述长度方向彼此形成45°。