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Dokumentenidentifikation DE60116706T2 17.08.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001149654
Titel Widerstand-Punktschweissverfahren mit optimierten Schweisselektroden für Aluminium
Anmelder Alcoa Inc., Pittsburgh, Pa., US
Erfinder Spinella, Donald J., Greensburg, PA 15061, US;
Kostie, Charles J., Brackenridge, PA 15014, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 60116706
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.04.2001
EP-Aktenzeichen 012015129
EP-Offenlegungsdatum 31.10.2001
EP date of grant 18.01.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.08.2006
IPC-Hauptklasse B23K 11/11(2006.01)A, F, I, 20060131, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B23K 35/02(2006.01)A, L, I, 20060131, B, H, EP   B23K 11/18(2006.01)A, L, I, 20060131, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren des Widerstand-Punktschweißens von Aluminiumwerkstücken.

Hintergrund der Erfindung

Widerstand-Punktschweißen wird oft verwendet zum Punktschweißen von Stahl oder anderen Metallen, insbesondere beim Zusammenbau von Personenwagenkarosserien und von Lastkraftwagenkarosserien. Eine Vorrichtung zum Widerstand-Punktschweißen beinhaltet ein Paar von Widerstand-Schweißelektroden. Üblicherweise wird eine mit einem Paar von Elektroden ausgerüstete Roboterschweißpistole schrittweise entlang eines kontinuierlichen Schweißpfades bewegt. In jedem Schritt werden die Elektroden gegen gegenüberliegende Seiten der zu schweißenden Werkstücke gepresst und ein elektrischer Strom wird durch die Elektroden in die Werkstücke geführt. Der elektrische Widertand der Metallwerkstücke erzeugt lokalisiertes Erhitzen, das bewirkt, dass die Werkstücke an einer Schweißstelle verschmelzen. Das elektrische Erhitzen an dem Punkt des Druckes zwischen den Elektroden bildet eine Schmelzlinse an der Grenzfläche zwischen den Werkstücken. Üblicherweise sind Schweißstellen oval in ihrer Form. Die Ovalheit einer Schweißlinse hängt ab von der Steifigkeit des Schweißgeräts und der Beschaffenheit der Elektroden. Der Durchmesser einer Schweißstelle wird als ein Durchschnittswert für die Schweißstelle angesehen und wird üblicherweise derart bestimmt, dass er der Mittelwert des maximalen Durchmessers und des minimalen Durchmessers der Schweißlinse ist.

Elektroden sind typischerweise aus Kupfer oder Kupferlegierungen gemacht, um einen niedrigen elektrischen Widerstand bereitzustellen und einen hohen Stromfluss dadurch zu erlauben. Die Spitzen der Elektrode, die den Werkstücken am nächsten sind, haben geometrische Gestaltungen, die durch die besonderen Anforderungen des Schweißverfahrens bestimmt sind. Typische geometrische Gestaltungen einer Elektrodenspitze beinhalten die spitze, die Rundung, die flache, die gekröpfte, die kegelstumpfartige und den Radius. Elektroden mit Radiusspitzen sind im Wesentlichen zylindrisch mit einer hauptsächlich konvexen Fläche für den Kontakt mit dem Werkstück. Elektroden mit kegelstumpfartigen Spitzen besitzen eine kegelstumpfförmige Form mit einer hauptsächlich flachen Fläche zum Kontaktieren des Werkstückes. Wie in 1 gezeigt sind herkömmliche Elektrodenspitzen E auf gegenüberliegenden Seiten eines Paares von Metallwerkstücken M angeordnet. Die Flächen der Elektrode E berühren gegenüberliegende Seiten der Metallwerkstücke M. Nach Anlegen von elektrischer Wärme und Druck, bildet sich eine Schweißlinse W zwischen den Metallwerkstücken M.

Die von der Industrie empfohlenen Spezifikationen für Geräte- und Verfahrensparameter für das Widerstand-Punktschweißen von Aluminium sind dargelegt in einer Veröffentlichung durch die Aluminum Association mit dem Titel „T10 Guidelines to Resistance Spot Welding Automoltive Sheet", im Folgenden die „AAT10-Richtlinien". Die AAT10-Richtlinien geben den minimalen Schweißlinsendurchmesser (Dw) und den Elektrodenflächendurchmesser (Df) für einen Bereich der Dicke (das Maß) des zu schweißenden Aluminiumbleches an. Auf der Grundlage dieser Spezifikationen ist das empfohlene Verhältnis der Oberflächenfläche der Schweißstelle (Aw) zu der Oberflächenfläche der Elektrodenfläche (Af) etwa 0,2 bis etwa 0,4 für die Radiuselektrodenspitzen und über etwa 0,4 bis etwa 0,7 für kegelstumpfförmige Elektrodenspitzen. Dieses Verhältnis ist schematisch in 1 dargestellt, wo zu sehen ist, dass Df im Wesentlichen größer als Dw ist.

Viele der Widerstand-Punktschweißgeräte, die heutzutage etabliert sind, sind zur Verwendung beim Schweißen von Stahl ausgebildet. Es ist wünschenswert, andere Metalle unter Verwendung dieses leicht verfügbaren Gerätes zu schweißen. Z.B. wird in der Automobilindustrie eine zunehmende Anzahl von Stahlkomponenten durch Aluminium ersetzt. Diese Aluminiumkomponenten werden bevorzugt unter Verwendung des Schweißgeräts ihrer Stahlgegenstücke zusammengebaut. Jedoch besitzt Aluminium eine höhere elektrische Leitfähigkeit und eine höhere thermische Leitfähigkeit als Stahl. Viel von der in Aluminiumwerkstücken erzeugten Wärme dissipiert durch die Werkstücke. Als Folge führt das Widerstand-Punktschweißen von Aluminium unter Verwendung von Widerstand-Punktschweißparametern für Stahl üblicherweise zu ungenügender Schweißnahtfestigkeit und minderwertiger Schweißnahtgüte.

Die US 4,972,047 A, die als der nächste Stand der Technik angesehen wird, beschreibt ein Verfahren des Widerstand-Punktschweißens von Aluminium mit den Schritten des Auswählens eines Paars von Elektroden gemäß dem AAT10, die jeweils eine Spitze und eine Fläche besitzen, des Kontaktierens und Pressens gegenüberliegender Flächen eines Paars von Aluminiumwerkstücken mit dem ausgewählten Paar von Elektroden und des Führens von Strom von einer Elektrode zu der anderen Elektrode, so dass die Schweißlinse einen Durchmesser besitzt, der nicht mehr als 15% größer als ein minimal benötigter Durchmesser ist.

Die JP 06-007957 A offenbart ein Verfahren, bei dem die Spitze der positiven Elektrode kleiner ist als die Spitze der negativen Elektrode, um die Schweißnahtfestigkeit insbesondere für Aluminiumwerkstücke zu verbessern.

Die US 5,304,769 A offenbart ein Schweißgerät, bei dem eine der Elektrodenflächen mit Zähnen versehen ist, um den Strom gleichmäßig zu verteilen. Dies sorgt für eine längere Lebenszeit der Elektroden und eine bessere Schweißnahtfestigkeit für Aluminiumwerkstücke.

Um die Wärmeverluste aufgrund der hohen Leitfähigkeit von Aluminium zu überkommen, wenn die Elektroden eines Stahlschweißgeräts verwendet werden, ist die Menge von zwischen den Elektroden geführten Strom in etwa dreimal die Menge des Stroms, der zum Schweißen eines gleichen Maßes von Stahl benötigt wird. Z.B. benötigt Widerstand-Punktschweißen von Stahl typischerweise etwa 10.000 bis 15.000 A, wohingegen Widerstand-Punktschweißen von Aluminium herkömmlicherweise etwa 20.000 bis 50.000 A erfordert. Daher erfordert Widerstand-Punktschweißen von Aluminium einen signifikant höheren Strom als für das Schweißen von Stahl erforderlich ist, um ausreichende Wärme an dem Schweißpunkt zwischen den Elektroden zu erzielen. Erzeugung dieser höheren Strompegel erfordert strapazierfähigeres Gerät, das unter Verwendung herkömmlicher Robotertechnik schwerer zu handhaben und zu betreiben ist. Höhere Schweißströme sind schädlich für die Elektroden und verringern die Elektrodenhaltbarkeit.

Widerstand-Punktschweißen von Aluminium ist ein signifikanter Kostennachteil verglichen mit Schweißen von Stahl bezüglich der mit höherem Strom und mit kürzerer Elektrodenhaltbarkeit verbundenen Kosten.

Zusätzlich war Widerstand-Punktschweißen von bestimmten Aluminiumlegierungen wie z.B. denjenigen der Aluminum-Association-Legierungsserie 5XXX und 6XXX vordem schwierig. Z.B. konnte Widerstand-Punktschweißen von 5XXX-Serien-Legierungen (wie z.B. die Legierungen 5182-0 und 5754-0) Auspressung und Whiskerbildung der Schweißlinse zeigen. Widerstand-Punktschweißen von 6XXX-Serien-Legierungen (wie z.B. die Legierungen 6022-T4 und 6111-T4) ist problematisch aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit der 6XXX-Serien-Legierungen, was es schwierig macht, sie derart ausreichend aufzuheizen, dass eine annehmbare Schweißlinse bei annehmbar geringen Strömen gebildet wird.

Dementsprechend verbleibt ein Bedürfnis nach einem Verfahren des Widerstand-Punktschweißens von Aluminium unter Verwendung von herkömmlichen Stahl-Schweißgeräten bei kommerziell annehmbaren Leistungspegeln und die eine annehmbare Elektrodenhaltbarkeit zur Folge habe.

Zusammenfassung der Erfindung

Dieses Bedürfnis wird erfüllt durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung für das Widerstand-Punktschweißen von Aluminiumwerkstücken nach Anspruch 1.

Die Aluminiumwerkstücke können aus Legierungen gebildet sein, die einschließen aber nicht beschränkt sind auf Legierungen der 2XXX-, 3XXX-, 5XXX- oder 6XXX-Serie der Aluminum Association.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein vollständiges Verständnis der Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung erhalten unter Berücksichtigung der begleitenden Zeichnungsfiguren, wobei gleiche Bezugszeichen durchgehend gleiche Teile kennzeichnen.

1 ist eine schematische Darstellung eines Teilquerschnitts von Werkstücken, Elektroden und Schweißlinsen aus dem Stand der Technik;

2 ist eine schematische Darstellung eines Teilquerschnitts von Werkstücken, Elektroden und einer Schweißlinse, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erreicht wird;

3 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses der Schweißlinsenoberflächenfläche zu der Elektrodenoberflächenfläche des Standes der Technik und der vorliegenden Erfindung;

4 ist eine graphische Darstellung des Schweißdrucks in Abhängigkeit von der Werkstückdicke, der gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzielt wird verglichen mit Elektroden aus dem Stand der Technik;

5 ist eine graphische Darstellung der Stromdichte in Abhängigkeit von der Werkstückdicke, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzielt wird, verglichen mit Elektroden aus dem Stand der Technik;

6 ist eine graphische Darstellung der Dichte des Scheitelstroms im Quadrat in Abhängigkeit von der Werkstückdicke, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzielt wird verglichen mit Elektroden aus dem Stand der Technik;

7 ist eine graphische Darstellung des Schweißstroms in Abhängigkeit von der Materialdicke, der unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verglichen mit Elektroden aus dem Stand der Technik erzielt wird;

8 ist ein Balkendiagramm der Anzahl von Schweißpunkten auf einer Legierung 5182-O vor dem Ausfall der Elektroden aus dem Stand der Technik und erzielt mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung; und

9 ist ein Balkendiagramm der Anzahl von Schweißpunkten auf der Legierung 6111-T4 vor dem Ausfall der Elektroden aus dem Stand der Technik und erzielt mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Zum Zwecke der nachstehenden Beschreibung sollen sich die Ausdrücke „obere", „untere", „rechts", „links", „vertikal", „horizontal", „oben", „unten" und Ableitungen davon auf die Erfindung so wie sie in den Zeichnungen orientiert ist beziehen. Jedoch soll es selbstverständlich sein, dass die Erfindung zahlreiche alternative Varianten in der Schrittabfolge annehmen kann mit Ausnahme da, wo es ausdrücklich anders festgelegt ist. Es ist auch selbstverständlich, dass die bestimmten Vorrichtungen und Verfahren, die in den angehängten Zeichnungen veranschaulicht sind und in der vorliegenden Beschreibung beschrieben sind einfach beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind.

Die in 2 gezeigte vorliegende Erfindung verwendet Elektroden 2, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Paars von Metallwerkstücken M in einer herkömmlichen Art und Weise angeordnet sind. Die Flächen 4 der Elektroden 2 berühren gegenüberliegende Seiten der Metallwerkstücke M. Nach Anlegen von elektrischer Wärme und Druck bildet sich eine Schweißlinse W zwischen den Metallwerkstücken M. Während herkömmliches Widerstand-Punktschweißen von Aluminium Elektroden mit Flächen verwendet, die signifikant größer sind als der Durchmesser der Schweißlinse, welche so hergestellt ist, dass das Verhältnis der Schweißlinsenoberflächenfläche (AW) zu der Elektrodenflächenoberflächenfläche (AF) gleich 0,7 oder weniger ist, beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Vergrößerung des Verhältnisses von AW zu AF aus dem Stand der Technik. Die Schweißlinsenoberflächenfläche (AW) ist festgelegt als &pgr;DW2, wobei DW der Mittelwert des maximalen Durchmessers und des minimalen Durchmessers der Schweißlinse ist.

Auf die Werkstücke M wird im Folgenden als in der Form von Blechen Bezug genommen, jedoch können andere Aluminiumerzeugnisse gemäß der vorliegenden Erfindung geschweißt werden. Z.B. kann die vorliegende Erfindung verwendet werden zum Schweißen eines Bleches an ein Gusserzeugnis oder ein stranggepresstes Erzeugnis oder zum Schweißen eines stranggepressten Erzeugnisses an ein Gusserzeugnis.

Wie in 2 gezeigt ist bei der vorliegenden Erfindung DW gleich oder weniger als DF, sodass AW gleich oder weniger als AF ist. 2 zeigt DW etwa gleich zu DF, aber dies ist nur beispielhaft, da das Verhältnis von AW zu AF bei der vorliegenden Erfindung gleich 0,75 bis 1 ist. Dieses erhöhte Verhältnis von AW zu AF wird vorzugsweise erreicht durch Verwenden einer Elektrode mit einem Flächendurchmesser (DF), der geringer ist als der Elektrodenflächendurchmesser, der von den AAT10-Richtlinien für ein bestimmtes Blechmaß empfohlen ist. Das ausgewählte Blechmaß basiert typischerweise auf der minimalen Dicke des Werkstücks. 2 zeigt beide der gegenüberliegenden Elektroden mit einem verringerten Flächendurchmesser. Die Form der Elektrodenspitzen kann irgendeine der Typen A–F der Resistance Welder Manufacturer's Association vom spitzen (Typ A), gewölbten (Typ B), flachen (Typ C), gekröpften (Typ D), kegelstumpfförmigen (Typ E) oder Radius (Typ F) sein. Dies ist nicht beschränkend gedacht, da andere Elektrodengestaltungen verwendet werden können, vorausgesetzt dass das Verhältnis der Oberflächenfläche der Schweißlinse (AW) zu der Oberflächenfläche von zumindest einer Elektrodenfläche (AF), die das Werkstück berührt gleich 0,75 bis 1 ist.

Ein Vergleich der theoretischen Verhältnisse von AW zu AF aus dem Stand der Technik zu theoretischen Verhältnissen von AW zu AF nach der vorliegenden Erfindung ist in 3 als ein Diagramm des Flächenverhältnisses in Abhängigkeit von der Dicke des Materials wiedergegeben, das geschweißt wird, wobei verschiedene Durchmesser der Elektrodenfläche (DF) verwendet werden. Die Daten aus dem Stand der Technik beinhalten eine Gruppe von Datenpunkten, die als „AAT10" beschriftet sind, laut den AAT10-Richtlinien für kegelstumpfförmige Elektroden (bei DF von 6,4 bis 12,6 mm), und eine andere Gruppe von Datenpunkten, die als „traditionelle Praxis" gekennzeichnet sind für flache Elektroden (bei DF von 9,4 bis 16,0 mm) auf der Grundlage von gewöhnlich verwendeten Elektroden zum Widerstand-Punktschweißen von Aluminium. Der abgeänderte Elektrodenflächendurchmesser der vorliegenden Erfindung, die in 3 dargestellt ist, ist 4,0 bis 10,0 mm. 3 zeigt, dass für eine bestimmte Dicke des Materials, das geschweißt wird, und einen bestimmten Schweißlinsendurchmesser (DW) der Elektrodenflächendurchmesser (DF), welcher gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, geringer ist als die Flächendurchmesser der nach AAT10 empfohlenen Elektroden und der herkömmlich verwendeten Elektroden aus dem Stand der Technik.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Verfahren des Widerstand-Punktschweißens von Aluminium mit den Schritten des (1) Kontaktierens der gegenüberliegenden Seiten eines Paars von Aluminiumwerkstücken mit einem Paar von gegenüberliegenden Elektroden, wobei jede Elektrode eine Spitze mit einer Fläche besitzt, und (2) des Führens von Strom von einer Elektrode zu der anderen Elektrode, so dass sich zwischen den Werkstücken eine Schweißlinse bildet, wobei ein Verhältnis der Oberflächenfläche der Schweißlinse zu der Oberflächenfläche von einer oder beiden der Elektrodenflächen gleich 0,75 bis 1 ist. Der Durchmesser der gebildeten Schweißlinse ist etwa gleich zu der Formel 5·√t, wobei t das Maß des dünnsten Werkstückes ist, da geschweißt wird. Die Menge an zwischen den Elektroden geführten Strom kann 15.000 A bis 45.000 A sein.

Wie im Detail unten beschrieben, beinhalten die Vorteile von stärker lokalisiertem Strom und erhöhtem Elektrodendruck gegenüber dem Strom und Druck, die bei herkömmlichem Widerstand-Punktschweißen von Aluminium verwendet werden, eine verringerte Gesamtenergie, die zum Erzielen von Widerstand-Punktschweißen von Aluminium benötigt wird, eine längere Elektrodenhaltbarkeit, einen verringerten Scheitelstrom, gleichmäßigere Schweißnahtentwicklung, einen verringerten Flanschüberlapp der Werkstücke, die geschweißt werden, und verringerte Bedarfs- und Kapazitätsanforderungen an das Schweißgerät. Darüber hinaus sind bestimmte Aluminiumlegierungen, die unter Verwendung von vorher vorhandenem Widerstand-Punktschweißgerät für Stahl bis jetzt schwer widerstandpunktgeschweißt werden konnten, einschließlich der Legierungen der 2xxx-, 3xxx-, 5xxx- und 6xxx-Serie der Aluminum Association, gemäß der vorliegenden Erfindung schweißbar. Insbesondere können die Legierungen 5182, 5754, 6022 und 6111 erfolgreich punktgeschweißt werden gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende, Erfindung stellt höhere Schweißdrücke bereit als die Schweißdrücke, die unter Verwendung der von den AAT10-Richtlinien empfohlenen Elektrodengeometrie erreichbar sind. Dies ist in 4 gezeigt, die ein Diagramm des Schweißdrucks in Abhängigkeit von der Materialdicke für Elektrodenflächen verschiedener Durchmesser (Durchmesser von 6,4; 7,8; 9,4; 11,0 und 12,6 mm) ist, die von den AAT10-Richtlinien empfohlen sind, verglichen mit den Schweißdrücken, die unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erreichbar sind. Die vorliegende Erfindung führt zu einem etwa 50-prozentigem Anstieg des an die Elektroden angelegten Drucks, was dazu dient, die zwischen den Aluminiumwerkstücken gebildete Schweißstelle zu verbessern. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass die vorliegende Erfindung Schweißauspressung verringert, die Elektrodenabnutzung verringert, den insgesamt benötigten Schweißdruck verringert und die Stromverteilung über die Grenzfläche zwischen der Elektrodenfläche und dem Werkstück erhöht. Es wird geglaubt, dass der erhöhte Druck, der an der Stelle der Schweißlinse gemäß der vorliegenden Erfindung angelegt ist, zu einem verbesserten Kontakt an der Grenzfläche zwischen den Elektroden und dem Werkstück führt. Ein verbesserter Kontakt zwischen der Elektrode und dem Werkstück ermöglicht, dass ein größerer Anteil der Elektrodenfläche das Werkstück kontaktiert mit gleichzeitig erhöhter Gleichmäßigkeit in der Verteilung des Stroms über die Elektrodenfläche, und daher mit vergrößerter Gleichmäßigkeit in der Elektrodenabnutzung.

Die 5 und 6 vergleichen die Stromdichte bzw. die Dichte des Stroms im Quadrat, angewendet auf verschiedene Dicken von Aluminiumwerkstücken, unter Verwendung der Elektrodenflächendurchmesser von 6,4; 7,8; 9,4; 11,0 und 12,6 mm, die in den AAT10-Richtlinien empfohlen sind, und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Während der für das Widerstand-Punktschweißen für Aluminium von herkömmlichen Anforderungen dafür benötigte Gesamtstrom verringert wird, sind eine ungefähr 50 Prozent höhere Stromdichte und eine 30 Prozent höhere Dichte des Stroms im Quadrat erreichbar unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verglichen mit der Elektrodengeometrie der AAT10-Richtlinien.

Als ein Ergebnis des erhöhten Drucks, der erhöhten Stromdichte und der erhöhten Dichte des Stroms im Quadrat, die durch die vorliegende Erfindung erreichbar sind, ist das Maß des Metalls, das unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung geschweißt werden. kann, zumindest um 20 Prozent größer als das, das gemäß den AAT10-Richtlinien schweißbar ist. Desgleichen kann für ein bestimmtes Maß des Metalls der Schweißstrom um zumindest etwa 10 Prozent verringert werden gegenüber dem Strom, der von den AAT10-Richtlinien empfohlen ist. Dies ist graphisch in 7 dargestellt, die den Schweißstrom in Abhängigkeit von der Materialdicke für das Verfahren der vorliegenden Erfindung und für die Elektrodengeometrie aus dem Stand der Technik darstellt. Z.B. für einen Schweißstrompegel von 30.000 A geben die AAT10-Richtlinien an, dass Aluminiumwerkstücke von etwa 1,25 mm Dicke geschweißt werden können. Jedoch ist es unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung möglich, dickeres Material bis zu etwa 1,6 mm Dicke zu schweißen. Daher kann die vorliegende Erfindung bei der gleichen Menge an Strom, die zum Schweißen von Aluminiumblech einer bestimmten Dicke gemäß dem Stand der Technik verwendet wird, verwendet werden zum Schweißen eines dickeren Blechs.

Zusätzlich ist die Elektrodenhaltbarkeit stark verlängert bei Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Die 8 und 9 geben die Anzahl der mit einem Satz von Elektroden durchgeführten Schweißungen vor dem Ausfall davon an, wobei Elektroden mit der Geometrie der AAT10-Richtlinien und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung beim Schweißen von 0,9 mm dicken Blechen von Aluminiumlegierungen 5182-O bzw. 6111-T4 verwendet werden. Ein mehr als 10facher Anstieg der Anzahl von Schweißungen vor dem Ausfall der Elektroden wurde bei Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung beim Schweißen der Legierung 5182-O gegenüber den herkömmlich bemaßten Elektroden (8) herausgefunden, und ein über 50 prozentiger Anstieg der Elektrodenhaltbarkeit wurde unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung beim Schweißen der Legierung 6111-T4 gegenüber herkömmlich bemaßten Elektroden (9) herausgefunden. Es ist auch herausgefunden worden, dass die Durchlauf zeit für das Aluminium unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung gegenüber der aus dem Stand der Technik verringert werden kann.

Zusätzlich zu den mit dem erfinderischen Verfahren des Widerstand-Punktschweißens von Aluminium verbundenen Kostenersparnissen aufgrund der geringeren Stromanforderungen, ermöglicht die vorliegende Erfindung auch eine Verringerung der Materialkosten der Aluminiumwerkstücke, die geschweißt werden. Bei der vorliegenden Erfindung erreicht der Durchmesser der Schweißlinse (DW) kommt nahe an oder ist gleich dem Durchmesser der Elektrodenfläche (DF). Als Folge können die Elektroden nahe dem Rand der überlappenden Flansche angeordnet sein. Weniger Überlapp (weniger Übermaß) der überlappenden Flansche wird benötigt zum Erreichen einer effektiven Schweißstelle. Es ist herausgefunden worden, dass die Flansche um etwa 10 Prozent gegenüber der empfohlenen Flanschbreite verringert sein kann, die in den AAT10-Richtlinien empfohlen ist.

Es wird von den Fachleuten anerkannt werden, dass Abwandlungen von der Erfindung gemacht werden können, ohne von den in der vorhergehenden Beschreibung offenbarten Konzepten abzuweichen.


Anspruch[de]
  1. Ein Verfahren des Widerstand-Punktschweißens von Aluminiumwerkstücken (M), wobei jedes Werkstück (M) ein Dickenmaß besitzt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

    – Auswählen eines Paares von Elektroden (2), die jede eine Spitze und eine Fläche (4) besitzen, wobei der Flächendurchmesser jeder ausgewählten Elektrode (2) geringer ist als der Elektrodenflächendurchmesser, der von den AAT10-Richtlinien für das entsprechende minimale Werkstückmaß empfohlen ist;

    – Kontaktieren und Pressen der gegenüberliegenden Seiten eines Paares von Aluminiumwerkstücken (M) mit dem ausgewählten Paar von gegenüberliegenden Elektroden (2); und

    – Führen von Strom von einer ausgewählten Elektrode (2) zu der anderen ausgewählten Elektrode (2), sodass das Verhältnis der Oberflächenfläche der Schweißlinse (W), die zwischen den Werkstücken (M) ausgebildet ist, zu der Oberflächenfläche einer Elektrodenfläche (4) zwischen 0,75 und 1 ist und wobei der Durchmesser der erhaltenen Schweißlinse etwa 5·√t ist, wobei t das Maß des dünnsten der Werkstücke (M) ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Umfang des Stroms zwischen 15.000 A und 45.000 A ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Aluminiumwerkstücke (M) aus einer Legierung der 5xxx- oder 6xxx-Serie der Aluminum Association ausgebildet sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Aluminiumwerkstücke (M) ausgebildet sind aus einer Legierung, die ausgewählt ist von der Gruppe bestehend aus den Legierungen 5182, 5754, 6022 und 6111 der Aluminum Association.
Es folgen 8 Blatt Zeichnungen






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