焊接組件和方法
【專利摘要】一種焊接組件，包括：電流發生器；電氣地聯接至所述電流發生器的第一電極，所述第一電極包括第一接合表面；電氣地聯接至所述電流發生器的第二電極，所述第二電極包括第二接合表面；寬度確定裝置器，所述寬度確定裝置器定位在所述第一電極與所述第二電極之間，以限定具有一定寬度的焊接體積；以及不導電材料，所述不導電材料定位為使所述第一電極與所述第二電極中的至少一者與所述寬度外側的電導體電氣地絕緣。
【專利說明】焊接組件和方法
[0001 ]優先權
本國際(PCT)申請主張于2014年3月26日提交的美國序列號14/225,641和于2013年12月24日提交的美國序列號14/140，362的優先權。
技術領域
[0002]本公開總體上涉及焊接設備、系統和方法，并且更具體地，涉及用于焊接金屬和金屬合金絞合纜或者絞合線的電阻焊接組件。
【背景技術】
[0003]絞合金屬和金屬合金(例如，絞合纜和絞合線)具有多種多樣的應用。具體地，由于絞合鋁和鋁合金有利地結合了導電性性質和包括強度重量比的機械性質、低溫(冷凍)性質、抗腐蝕性和缺口韌性，因此絞合鋁和鋁合金具有多種多樣的應用。
[0004]絞合鋁和鋁合金的挑戰在于將絞合纜或者絞合線(通過焊接)彼此連結和/或連結至連接器。在焊接操作(例如，電阻焊接)期間，纜或者線的各絞股可能不一致地液化以形成固態焊接工件。例如，位于鄰近纜或者線的周邊的絞股可以液化，同時位于鄰近纜或者線的中心的絞股可以未充分地液化以形成合適的固態焊縫。為了使鄰近纜或者線的中心的絞股充分液化，位于鄰近纜或者線的周邊的絞股可能趨向燒毀并且整個焊接組件可能趨向粘接至焊接電極。
[0005]因此，本領域技術人員在焊接絞合金屬和金屬合金的領域持續作出研究和開發的努力。

【發明內容】

[0006]在一個實施例中，所公開的焊接組件可以包括:電流發生器；電氣地聯接至電流發生器的第一電極，該第一電極包括第一接合表面;電氣地聯接至電流發生器的第二電極，該第二電極包括第二接合表面;寬度確定裝置器(fixture)，該寬度確定裝置器定位在第一電極與第二電極之間以限定具有一定寬度的焊接體積；以及不導電材料，該不導電材料定位成使第一電極與第二電極中的至少一者與寬度之外的電導體電氣地絕緣。
[0007]在另一實施例中，所公開的焊接組件可以包括:電流發生器；電氣地聯接至電流發生器的第一電極，該第一電極包括第一接合表面;電氣地聯接至電流發生器的第二電極，該第二電極包括第二接合表面；寬度確定裝置器，該寬度確定裝置器包括與第二側止動件橫向相對的第一側止動件，該第一側止動件和該第二側止動件在第一電極與第二電極之間限定焊接體積，該焊接體積具有一定寬度;工件，該工件至少部分地定位在焊接體積中并且夾持在第一電極與第二電極之間，工件包括至少第一構件和第二構件，其中，第二構件支撐在第二電極上，并且其中，第二構件的部分突伸到寬度的外側；以及不導電材料，該不導電材料定位成使第二電極與突伸到寬度的外側的第二構件的部分電氣地絕緣。
[0008]在另一實施例中，也公開了一種用于焊接的方法。該方法可以包括以下步驟:(I)提供電流發生器；(2)組裝包括第一構件和第二構件的工件，其中，該第二構件包括絞股(strand) ; (3)將第一電極定位為鄰近第一構件(在第一構件處或者接近第一構件)，該第一電極電氣地聯接至電流發生器;(4)將第二電極定位為鄰近第二構件(在第二構件處或者接近第二構件)，該第二電極電氣地聯接至電流發生器；(5)將工件夾持在第一電極與第二電極之間；(6)將所夾持的工件約束在寬度確定裝置器的焊接體積內，該焊接體積具有一定寬度，其中，第二構件的一部分延伸到該寬度的外側；(7)使第二電極與寬度外側的第二構件的部分電氣地隔離；以及(8)使焊接電流在電極之間穿過。
[0009]所公開的焊接組件和方法的其它實施例將從以下詳細描述、附圖和所附權利要求中變得顯而易見。
【附圖說明】
[0010]圖1是所公開的焊接組件的第一實施例的示意圖示；
圖2是所公開的焊接組件的第二實施例的側視立視圖；
圖3、圖4和圖5是根據第二實施例的一個實施方式由圖2的焊接組件焊接的工件的部段的側視立視圖；
圖6是根據第二實施例的另一實施方式由圖2的焊接組件焊接的工件的部段的側視立視圖；
圖7是根據第二實施例的又一實施方式由圖2的焊接組件焊接的工件的部段的側視立視圖；
圖8、圖9和圖10是所公開的焊接組件的第三實施例的部段的側視立視圖，其示出為正焊接工件；
圖11是根據第三實施例的另一實施方式由圖8的焊接組件焊接的工件的部段的側視立視圖；
圖12是所公開的焊接組件的第四實施例的示意圖示；
圖13是所公開的焊接組件的第五實施例的側視立視圖；
圖14、圖15和圖16是根據第五實施例的一實施方式由圖13的焊接組件焊接的工件的部段的側視立視圖；
圖17是根據第五實施例的另一實施方式由圖13的焊接組件焊接的工件的部段的側視立視圖；
圖18是所公開的焊接組件的第六實施例的部段的側視立視圖；以及圖19是所公開的用于焊接金屬和金屬合金絞合纜的方法的一個實施例。
【具體實施方式】
[0011]以下詳細描述參照附圖，附圖圖示了本公開的具體實施例。具有不同結構和操作的其它實施例并不偏離本公開的范圍。在不同的附圖中，同樣的附圖標記可以指代相同的元件或者部件。
[0012]參照圖1，所公開的焊接組件的第一實施例(總體上標明為10)可以包括第一(例如，上)電極12、第二(例如，下)電極14和電流發生器16。第一電極12和第二電極14可以位于相對于焊接組件10的縱軸線A軸向相對的位置處。第一電極12可以電氣地聯接至電流發生器16并且可以包括第一接合表面18。第二電極14可以電氣地聯接至電流發生器16并且可以包括第二接合表面22。第一接合表面18和第二接合表面22可以包括適合于接合(例如，接觸)工件24(圖2)的外表面的至少一部分的尺寸和形狀。例如，第一電極12的第一接合表面18和第二電極14的第二接合表面22可以構造成使多個金屬或者金屬合金絞股(例如，金屬或者金屬合金絞合纜或者絞合線)固化并且將固化的絞股焊接至金屬或者金屬合金連接器終端。
[0013]電流發生器16可以是能夠向第一電極12和第二電極14供應電流以在工件24(圖2)中實現電阻加熱的任何電能源。電流發生器16可以包括恰當的電路，以便向第一電極12和第二電極14供應電流，以及控制供應至第一電極12和第二電極14的電流的大小和時機。例如，電流發生器16可以是直流系統、交流系統或者儲能電流系統。
[0014]在示例構造中，電流發生器16可以包括第一終端112和第二終端114，該第二終端114具有與第一終端112的極性相對的極性。第一電極12可以電氣地聯接至第一終端112。第二電極14可以電氣地聯接至第二終端114。
[0015]此時，本領域的技術人員將理解，電流發生器16可以是商業可獲得的電阻焊接機器或者取自商業可獲得的電阻焊接機器的部件。
[0016]第一電極12和第二電極14可以由任何導電材料形成。第一電極12和第二電極14可以由以下材料形成:具有基于焊接期望的類型所選擇的導熱性(例如，相對高的導熱性或者相對低的導熱性中的任一者)的材料、工件24的材料(例如，鋁或者鋁合金)，和/或用于焊接的方法由第一電極12和第二電極14執行。
[0017]例如，當期望相對高的導熱性時，第一電極12和/或第二電極14可以由銅或者銅合金(例如，美國電阻焊接機制造商協會(“RWMA”)的銅合金類別1-5或20)形成。替代性地，當期望相對低的導熱性時，第一電極12和/或第二電極14可以由耐熔材料、鎢、鎢/銅合金或者鉬(例如，RWMA類別10-14)形成。總體地，當期望第一電極12與第二電極14之間的熱梯度更陡時，可以使用傳導更好的電極材料，并且當期望第一電極12與第二電極14之間的溫度梯度更平緩時，可以使用傳導更弱的電極材料。
[0018]可以使第一電極12和/或第二電極14冷卻。例如，第一電極12可以包括限定在其中或者連接至該第一電極12的一個或多個第一流體通道30。第二電極14可以包括限定在其中或者連接至該第二電極14的一個或多個第二流體通道32。冷卻流體(例如，水或者乙基乙二醇)可以流過第一流體通道30和/或第二流體通道32，以從第一電極12和第二電極14、以及從由第一電極12和第二電極14支撐(例如，定位在第一電極12與第二電極14之間)的工件24(圖2)移除熱。
[0019]參照圖2和圖3，在第二實施例中，第一電極12可以安裝于第一支撐結構44并且第二電極14可以安裝于第二支撐結構46。例如，第一支撐結構44和/或第二支撐結構46可以是臂或者鉗。第一支撐結構44和第二支撐結構46可以能夠使第一電極12和第二電極14接近，以將工件24夾持在第一電極12與第二電極14之間。
[0020]在示例實施方式中，第一電極12和第二電極14可以對定位在其間的工件24施加夾持力(例如，焊接力)。例如，第一電極12和第二電極14可以施加近似在50鎊與100鎊之間的夾持力。在一個實施例中，第一支撐結構44可以是活動的，使得第一電極12向工件24施加焊接力Fi，并且第二支撐結構44可以是活動的，使得第二電極14向工件24施加相對的焊接力F2，如圖3所示。作為另一示例，第一支撐結構44可以是活動的，使得第一電極12向工件24施加焊接力Fi，并且第二支撐結構46可以是固定的(例如，基準件(anvi I))。
[0021]在示例構造中，第一支撐結構44可以連接至第一驅動元件48和/或第二支撐結構46可以連接至第二驅動元件50。第一驅動元件48和/或第二驅動元件50可以是合適于使第一支撐結構44和/或第二支撐結構46運動(例如，軸向平移)以使第一電極12和第二電極14接近并且向工件24施加夾持力的任何機構。例如，第一驅動元件48和/或第二驅動元件50可以是液壓、氣動、伺服驅動或者機械驅動機構(例如，壓力機)。
[0022]寬度確定裝置器36可以定位在第一電極12與第二電極14之間，以在工件24的至少一部分的周圍限定焊接體積56。寬度確定裝置器36可以至少部分地包圍工件24以防止熔融的或者熱的金屬72(圖4)在工件24的電阻焊接期間流動(例如，向外流動)。寬度確定裝置器36可以能夠相對于第一電極12和/或第二電極14調節軸向位置(例如，平行于夾持力的方向)，以確保完全包圍第一電極12與第二電極14之間的焊接體積56的側邊。寬度確定裝置器36相對于工件24的位置可以限定所焊接工件58(圖5)的寬度W。當未焊接時，也可以使側止動件(寬度確定裝置器)從旁側運動出去，并且當焊接時使其運動進來，而不是使其上下運動。這種進出運動也可以通過有錐度的裝配加工實現。
[0023]在一個表述中，寬度確定裝置器36可以連接至第一支撐結構44和/或第一驅動機構48，或者以其它方式與第一支撐結構44和/或第一驅動機構48可操作地接合，以響應于焊接力F1(圖3)而接近第二電極14。在另一表述中，寬度確定裝置器36可以連接至第二支撐結構46和/或第二驅動機構50，或者以其它方式與第二支撐結構46和/或第二驅動機構50可操作地接合，以響應于焊接力F2(圖3)而接近第一電極12，諸如圖8中所示。
[0024]仍然參照圖2和圖3，工件24可以包括旨在通過電阻焊接連結的一個或多個構件38和40。盡管圖2和圖3中示出了工件24的兩個構件38和40，但本領域的技術人員將理解，在不偏離本公開的范圍的情況下，工件24中也可以包括額外構件。
[0025]工件24的構件38、40可以由能夠通過電阻加熱連結的任何材料形成。在一個實現方式中，工件24的構件38、40可以由能夠通過電阻加熱連結的任何金屬或者金屬合金形成。例如，工件24的構件38、40可以由鋁或者鋁合金形成。
[0026]構件(例如，第一構件)38可以包括至少兩股絞股42。每股絞股42可以由金屬或者金屬合金(例如，鋁或者鋁合金)形成。例如，構件38可以由多個細長絞股42形成，該多個細長絞股42束在一起并且具有大體上圓形的橫截面形狀。作為一般的非限制性示例，構件38可以是金屬線、線纜或者繩索。作為具體的非限制性示例，構件38可以是25 mm2,40 mm2或者50 mm2的絞合線纜。
[0027]構件40(例如，第二構件)可以是終端，構件38(例如，絞合纜或絞合線)通過焊接連結至該終端。例如，構件40可以是合適于連接(例如，機械和/或電氣連接)至另一物體(例如，飛行器框架、車輛框架或者電氣結(electrical junct1n))的連接器終端。
[0028]第一電極12的第一接合表面18可以形成為限定凹入凹部20的弓形(例如，彎曲的)表面，該凹入凹部20構造成與構件38的外表面26的至少一部分齊平接觸。例如，可以將第一接合表面18機加工為限定大體上半圓形凹部20的大體上半圓形形狀或者倒U形狀，該大體上半圓形凹部20構造成與構件38(例如，絞合纜或者絞合線)的外表面26的至少一部分(例如，周向外表面的半圓形部分)齊平接觸。
[0029]第二接合表面22可以形成為實質上平面表面，該實質上平面表面構造成與構件40的外表面34的至少一部分齊平接觸。例如，可以將第二接合表面22機加工為實質上平坦的形狀，該實質上平坦的形狀構造成與構件40(例如，連接器終端)的外表面34的實質上平面部分(例如，底表面的一部分)齊平接觸。
[0030]參照圖4，與平面接合表面相比，第一電極12的彎曲第一接合表面18可以形成更大的接觸表面面積，以便使電流從第一電極12穿過到達構件38(例如，到達多股絞股42)。這種更大的表面面積可以使工件24的表面處(例如，第一電極12的彎曲接觸表面18與構件38的彎曲接觸表面26之間)的電流密度減小，并且使鄰近工件24的中心處的電流密度增加。例如，彎曲的第一接合表面18可以將來自第一電極12的電流引導(例如，聚集)向構件38的中心，如由方向箭頭60所示。
[0031]工件24的相對表面處(例如，第二電極14和構件40的平面接觸表面22和34之間)的電流密度可以更高或者更低。例如，平面第二接合表面20可以將來自第二電極14的電流引導通過構件40和通過構件38，如由方向箭頭62所示。
[0032]因此，當在第一電極12與第二電極14之間施加電壓(例如，從電流發生器16)時，電流沿由箭頭60和62指示的路徑通過工件24的核心在第一接合表面18與第二接合表面22之間流動。通過使構件38的外表面26處(例如，絞股42的外表面處)的電流密度減小并且使朝向構件38的中心的電流密度增加，鄰近構件38的中心(例如，在構件38的中心處或者接近構件38的中心)處生成的熱可以變得比在構件38的外表面26上的任何位置處生成的熱更多，從而趨向于使貫穿構件38的多股絞股42更加一致地熔化。
[0033]本領域技術人員將理解，根據構件38的直徑、絞股42的數量以及待焊接(例如，固化)的構件38的長度(例如，多股絞股42的一部分的長度)，第一接合表面18和凹部20可以例如設置為各種尺寸(例如，長度和寬度)、形狀(例如，彎曲半徑)和構造。
[0034]參照圖3和圖4，寬度確定裝置器36可以定位為毗鄰第一電極12。在一個構造中，寬度確定裝置器36可以包括第一(例如，左)側止動件52和第二 (例如，右)側止動件54。第一側止動件52可以定位為毗鄰第一電極12(例如，在第一電極12左側)并且第二側止動件54可以定位為毗鄰第一電極12(例如，在第一電極12右側)，使得當向工件24施加夾持力時，第一側止動件52和第二側止動件54定位于構件38的側邊(例如，左側和右側)。
[0035]第一側止動件52和第二側止動件54可以由具有比第一電極12和第二電極14的電阻更大的電阻的材料形成。例如，第一側止動件52和第二側止動件54可以由高電阻金屬形成。作為另一不例，第一側止動件52和第二側止動件54可以由電氣絕緣的或者不導電材料(諸如，陶瓷)形成。總體地，可以選擇第一側止動件52和第二側止動件54的材料以確保電流被引導通過工件24，諸如由方向箭頭60和62(圖4)所指示的那樣。
[0036]在示例性實施例中，第一側止動件52可以裝納在第一套筒64內并且第二側止動件54可以裝納在第二套筒66內。第一套筒64和第二套筒66可以連接至第一支撐結構44，使得當第一電極12響應于焊接力F1(圖3)而接近第二電極14時，第一側止動件52和第二側止動件54在構件38周圍(例如，至其側邊)限定焊接體積56。當第一電極12接近第二電極14并且向其間的構件38施加夾持力時，第一側止動件52和第二側止動件54可以接合毗鄰構件38(例如，絞合纜)的構件40(例如，連接器終端)。因而，焊接體積56可以由第一電極12的第一接合表面22、第一側止動件52的內表面68、第二側止動件54的內表面70以及定位在第一側止動件52與第二側止動件54之間的構件40的外表面34(例如，頂表面)的一部分限定。
[0037]第一側止動件52和第二側止動件54分別相對于第一套筒64和第二套筒66的位置可以自動地調節軸向位置(例如，平行于焊接的方向)，以穩定地接合構件40的外表面34并且包含焊接體積56內熔融金屬72的流動，如圖4中圖示。可以從第一套筒64內向外偏壓第一側止動件52，并且可以從第二套筒66內向外偏壓第二側止動件54。例如，第一側止動件52可以由第一偏壓元件74(例如，彈簧)連接在第一套筒64內，并且第二側止動件54可以由第二偏壓元件76(例如，彈簧)連接在第二套筒66內。第一側止動件52和第二側止動件54的底表面84(圖2)可以實質上是平面的，以與構件40的實質上平面的外表面34齊平接觸。
[0038]隨著第一支撐結構48接近第二支撐結構46(例如，經由第一驅動元件48)，第一電極12可以朝向構件38運動并且在構件38上施加焊接力F1 (例如，夾持力)，并且第一側止動件52和第二側止動件54可以同時朝向構件40運動并且接合構件40。當第一支撐結構48進一步接近第二支撐結構46時，由第一電極12和第二電極14施加于構件38的焊接力?!可以隨著第一電極12接近第二電極14增加;然而，第一側止動件52和第二側止動件54分別可以至少部分地推入第一套筒64和第二套筒66內，以防止損壞構件40，同時維持與構件40的齊平接觸并且包含熔融金屬72的向外流動(圖4)。
[0039]參照圖5，焊接工件58可以具有實質上與焊接體積56的形狀相配的形狀。例如，焊接工件58可以包括實質上與第一電極12的彎曲的第一接合表面18相配的彎曲上端部78、實質上與第一側止動件52的平面第一內表面68相配的平面第一(例如，左)側80以及實質上與第二側止動件54的平面第二內表面70相配的平面第二(例如，右)側82。焊接工件58可以包括通過電阻焊接連結至構件40(例如，連接器終端)的構件38(例如，絞合纜)的多股絞股42的固化部分。
[0040]參照圖6和圖7，工件24也可以包括輔助構件84。該輔助構件84可以具有足以至少部分地圍繞工件24的尺寸和形狀。輔助構件84可以由具有與構件38、40的化學性質相同或者相似的化學性質的材料形成，或者由與形成構件38和40的材料兼容的材料形成。例如，當構件38、40由鋁合金形成時，輔助構件84可以由鋁合金或者恰當的鋁合金填充金屬形成。[0041 ]如圖6中圖示，在一個實施方式中，輔助構件84可以是大體上半圓形帶86，該大體上半圓形帶86具有弓形(例如，彎曲的)主體(例如，U形)，該弓形主體的尺寸和形狀足以至少部分地圍繞(例如，覆蓋)構件38(例如，絞合纜)的外表面26;以及延伸以接合構件40(例如，連接器終端)的外表面34的端部。
[0042]如圖7中圖示，在另一個實施方式中，輔助構件84可以是大體上圓形帶88，該大體上圓形帶88具有連續主體，該連續主體的尺寸和形狀足以完全圍繞(例如，覆蓋)構件38(例如，絞合纜)的外表面26。
[0043]第一電極12的彎曲第一接合表面18可以包括足夠的形狀和大小，以接觸輔助構件84的外表面26的至少一部分，并且以如上文所描述的和在圖4中圖示的類似方式使電流朝向工件24(例如，構件38)的中心集中。
[0044]輔助構件84的材料可以在電阻焊接期間熔化，并且在焊接體積56內與熔融金屬72(圖4)結合，以進一步使構件38的多股絞股42固化成固態焊接工件58，諸如圖5中所圖示的那樣。當第一電極12在工件24上施加焊接力Fdt，第一側止動件52和第二側止動件54可以定位為毗鄰輔助構件84(例如，在輔助構件84的側邊)。
[0045]參照圖8，工件24’可以包括旨在通過電阻焊接固化的構件38’。該構件38’可以包括多股絞股42’。每股絞股42’可以由金屬或者金屬合金(例如，鋁或者鋁合金)形成。例如，構件38，可以由多個細長絞股42 ’形成，其中多個細長絞股42，束在一起并且具有大體上圓形的橫截面形狀。作為一般的非限制性示例，構件38’可以是金屬線、纜或者繩索。作為具體的非限制性示例，構件38’可以是25 mm2,40 mm2或者50 mm2的絞合線纜。
[0046]盡管圖8、圖9、圖10和圖11示出工件24的構件38’的四股絞股42 ’，但本領域技術人員將理解，在不偏離本公開的范圍的情況下，工件24’中可以包含構件38’的額外絞股42’。
[0047]根據第三實施例，第二電極14’的第二接合表面22’可以形成為限定凹入凹部28的弓形(例如，彎曲的)表面。例如，可以將第二接合表面22’機加工為限定大體上半圓形凹部28的大體上半圓形形狀。第一接合表面18和第二接合表面22’可以包括合適于接合(例如，接觸)工件24’的外表面26’的至少一部分(例如，構件38’的多股絞股42’的外表面)的尺寸和形狀。例如，第一電極12的第一接合表面18和第二電極14’的第二接合表面22’可以構造成使構件38’(例如，絞合纜)的多個金屬絞股42’固化。
[0048]參照圖9，與平面接合表面相比，第一電極12的彎曲第一接合表面18和第二電極14’的彎曲第二接合表面22’可以形成更大的接觸表面面積，以便電流從第一電極12和第二電極14’穿過到達構件38’。這種更大的表面面積可以使工件24’的表面(例如，分別在第一電極12和第二電極14 ’的彎曲接觸表面18、22 ’與構件38 ’的彎曲接觸表面26 ’之間)處的電流密度減小，并且使工件24，的中心處的電流密度增加。例如，彎曲第一接合表面18和彎曲第二接合表面22’可以將電流從第一電極12和第二電極14’引導(例如，集中)朝向構件38’的中心，如由方向箭頭60’和62’所圖示的那樣。
[0049]寬度確定裝置器36可以定位成毗鄰第一電極12和第二電極14’。在示例性實施例中，寬度調節裝置器36可以包括毗鄰第一電極12的第一(例如，左)側止動件52和相對的第二(例如，右)側止動件54，以及毗鄰第二電極14’的第三(例如，左)側止動件94和相對的第四(例如，右)側止動件96。第一側止動件52、第二側止動件54、第三側止動件94和第四側止動件96可以定位于構件38’的側邊(例如，左側和右側)，以當第一電極12響應于焊接力F1和/或^接近第二電極14’時，在構件38’周圍(例如，至構件38’的側邊)至少部分地限定焊接體積56’。
[0050]第三側止動件94可以裝納在第三套筒98內并且第四側止動件96可以裝納在第四套筒102內。第三套筒98和第四套筒100可以連接至第二支撐結構44。當第一電極12接近第二電極14’并且向其間的構件38’施加夾持力時，第一側止動件52可以接合(例如，接觸)第三側止動件98并且第二側止動件54可以接合第四側止動件100。因而，焊接體積56’可以由第一電極12的第一接合表面22、第一側止動件52的內表面68、第三側止動件98的內表面102、第二側止動件54的內表面70、第四側止動件100的內表面104以及第二電極14’的第二接合表面22’限定。
[0051 ]第一側止動件52和第三側止動件94分別相對于第一套筒64和第三套筒98的位置可以自動地調節軸向位置(例如，平行于焊接力^和^的方向)，以穩定地彼此接合并且包含焊接體積56 ’內熔融金屬72 ’的流動，如圖9中所示。相似地，第二側止動件54和第四側止動件96的位置分別可以相對于第二套筒66和第四套筒100自動地調節軸向位置，以穩定地彼此接合并且包含焊接體積56’內熔融金屬72’的流動。
[0052]例如，可以將第三側止動件94從第三套筒98內向外偏壓，并且可以將第四側止動件96從第四套筒100內向外偏壓。在示例構造中，第三側止動件94可以由第三偏壓元件108(例如，彈簧)連接在第三套筒98內，并且第四側止動件96可以由第四偏壓元件110(例如，彈簧)連接在第四套筒100內。第一側止動件52和第三側止動件94的接合表面可以是實質上平面的以彼此齊平接觸，并且第二側止動件54和第四側止動件96的接合表面可以是實質上平面的以彼此齊平接觸。
[0053]參照圖10，焊接工件58’可以具有實質上與焊接體積56’的形狀相配的形狀。例如，焊接工件58’可以包括實質上與第一電極12的彎曲第一接合表面18相配的彎曲上端部78’、實質上與第一側止動件52的平面內表面68和第三側止動件94的內表面102相配的平面第一(例如，左)側80’、實質上與第二側止動件54的平面內表面70和第四側止動件96的內表面104相配的平面第二(例如，右)側82’以及實質上與第二電極14’的彎曲第二接合表面22’相配的彎曲下端部106 ο例如，焊接工件58，可以包括構件38，(例如，絞合纜)的多股絞股42，的固化部分。
[0054]參照圖11，在另一個實施方式中，工件24’還可以包括輔助構件84’。輔助構件84’可以具有足以至少部分地圍繞工件24’的尺寸和形狀。例如，輔助構件84’可以是大體上圓形帶88’，該大體上圓形帶88’具有連續主體，該連續主體的尺寸和形狀足以完全圍繞(例如，覆蓋)構件38’(例如，絞合纜)的外表面26’。
[0055]例如，第一電極12的彎曲第一接合表面18可以接觸輔助構件84’的外表面26’的至少一部分(例如，上部分)，并且第二電極14 ’的彎曲第二接合表面22 ’可以接觸輔助構件84 ’的外表面26’的至少一部分(例如，下部分)，以便以如上文所描述并且在圖9中圖示的類似方式使電流朝向工件24 ’的中心集中。
[0056]參照圖12，所公開的焊接組件的第四實施例(總體上標明為200)可以包括第一(例如，上)電極212、第二(例如，下)電極214、電流發生器216、寬度確定裝置器236以及不導電材料202。該不導電材料202可以作為不導電材料202的第一部分206和不導電材料202的第二部分208存在于焊接組件200中。
[0057]除了存在不導電材料202之外，焊接組件200可以以與圖1中所示的焊接組件10相同或者相似的方式構造。具體地，第一電極212可以包括第一接合表面218和可選地一個或多個冷卻通道230，第二電極214可以與第一電極212軸向相對并且可以包括第二接合表面222和可選地一個或多個冷卻通道232，電流發生器216可以包括電氣地聯接至第一電極212和第二電極214的第一終端213和第二終端215，并且寬度確定裝置236可以包括側止動件252、254，可以將該側止動件252、254朝向第二電極214偏壓出相關聯的套筒264、266。
[0058]不導電材料202可以是實質上不導電的，尤其是相對于第二電極214的導電性而言。因此，當不導電材料202定位在電導體(例如，寬度確定裝置器236和/或工件224(見圖13))與第二電極214之間時，不導電材料202可以作用為其間的電絕緣體。
[0059]因此，當不導電材料202相對于第二電極214恰當地定位(諸如在寬度確定裝置器236的側止動件252、254的豎直下方，并且在側止動件252、254的充分地橫向外側)時，可以實質上抑制(如果不消除)從第一電極212通過寬度確定裝置器236并且到達第二電極214(或者反之)的焊接電流分流，從而使焊接電流集中于電極212、214與寬度確定裝置器236之間的工件224(圖13)。
[0060]不導電材料202可以具有使不導電材料202足夠堅硬和耐用以承受在焊接期間施加的夾持力的組分。此外，不導電材料202的組分可以使不導電材料202能夠在不熔化、分解或者另外地退化的情況下承受焊接溫度。
[0061]作為一個一般的非限制性示例，不導電材料202可以是(或者可以包括)陶瓷材料。作為一個具體的非限制性示例，不導電材料202可以是(或者可以包括)氮化鈦。作為另一個具體的非限制性示例，不導電材料202可以是(或者可以包括)可加工陶瓷，諸如可從Corning Incorporated of Corning,New York商業地獲得的MAC0R?可加工玻璃陶瓷。
[0062]不導電材料202可以具有足以賦予需要的物理性質的橫截面厚度T。取決于組分，如果橫截面厚度T過薄，則不導電材料202可能是易碎的。例如，當不導電材料202是陶瓷時，在從約2 mm至約10 mm或者更多的范圍中的橫截面厚度T可以足以滿足預期目的，并且可以促進用機械緊固件294將不導電材料202固定至第二電極214，如圖14中所示。
[0063]參照圖13至圖16，除了存在不導電材料202的第一部分206和第二部分208之外，可以以與圖2至圖5中所示的焊接組件10相同或者相似的方式構造焊接組件200的第五實施例。
[0064]參照圖13和圖14，第一電極212可以安裝于第一支撐結構244并且第二電極214可以安裝于第二支撐結構246。例如，第一支撐結構244和/或第二支撐結構246可以是臂或者鉗。第一支撐結構244和第二支撐結構246可以能夠使第一電極212和第二電極214沿焊接組件200的縱軸線L(圖13)接近，以將工件224夾持在第一電極212與第二電極214之間。
[0065]第一電極212和第二電極214可以向定位在其間的工件224施加夾持力(例如，焊接力)。例如，第一電極212和第二電極214可以施加近似在50鎊與100鎊之間的夾持力。在一個構造中，第一支撐結構244可以是活動的，使得第一電極212向工件224施加焊接力F1，并且第二支撐結構244可以是活動的，使得第二電極214向工件224施加相對焊接力內，如圖14所圖示。在另一個構造中，第一支撐結構244可以是活動的，使得使第一電極212向工件224施加焊接力^并且第二支撐結構246可以是固定的(例如，基準件)。
[0066]第一支撐結構244可以連接至第一驅動元件248和/或第二支撐結構246可以連接至第二驅動元件250。第一驅動元件248和/或第二驅動元件250可以是合適于使第一支撐結構244和/或第二支撐結構246運動(例如，軸向地平移)以使第一電極212和第二電極214接近并且向工件224施加夾持力的任何機構。例如，第一驅動元件248和/或第二驅動元件250可以是液壓、氣動、伺服驅動或者機械驅動機構(例如，壓力機)。
[0067]寬度確定裝置器236可以定位在第一電極212與第二電極214之間，以在工件224的至少一部分的周圍限定焊接體積256(圖14)。焊接體積256可以具有由寬度確定裝置器236限定的寬度W1(圖14)。寬度確定裝置器236可以至少部分地包圍工件224以防止熔融或者熱金屬272(圖15)在工件224的電阻焊接期間流動(例如，橫向地向外流動)。寬度確定裝置器236可以能夠相對于第一電極212和/或第二電極214調節軸向位置(見圖13中的縱軸線L)，以確保不論電極212、214的軸向間距如何，第一電極212與第二電極214之間的焊接體積256(圖14)的側邊在焊接期間都被完全包圍。寬度確定裝置器236相對于工件224的位置可以限定焊接工件258的寬度W2，如圖16中所示。當未焊接時，可以可選地使寬度確定裝置器橫向地(從旁側)運動出去并且當焊接時使其運動進來，而不是使其上下運動。這種進出運動也可以通過有錐度的裝配加工實現。
[0068]在一個表述中，寬度確定裝置器236可以連接至第一支撐結構244和/或第一驅動機構248，或者以其它方式可操作地與第一支撐結構244和/或第一驅動機構248接合，以響應于焊接力F1(圖14)而接近第二電極214。在另一個表述中，寬度確定裝置器236可以連接至第二支撐結構246和/或第二驅動機構250，或者以其它方式可操作地與第二支撐結構246和/或第二驅動機構250接合，以響應于焊接力F2(圖14)而接近第一電極212。
[0069]工件224可以包括旨在通過電阻焊接連結的一個或多個構件238、240。盡管圖13和圖14中示出工件224的兩個構件238、240，但本領域技術人員將理解，在不偏離本公開的范圍的情況下，工件224中可以包括額外構件，諸如輔助構件284(圖17)。
[0070]工件224的構件238、240可以由能夠通過電阻加熱連結的任何材料形成。作為一個一般示例，工件224的構件238、240可以由能夠通過電阻加熱連結的任何金屬或者金屬合金形成。作為一個具體示例，工件224的構件238、240可以由鋁或者鋁合金形成。
[0071]構件(例如，第一構件)238可以包括至少兩股絞股242。每股絞股242可以由金屬或者金屬合金(例如，鋁或者鋁合金)形成。例如，構件238可以由多股細長絞股242形成，所述多股細長絞股242束在一起并且具有大體上圓形的橫截面形狀。作為一般的非限制性示例，構件238可以是金屬線、纜或者繩索。作為具體的非限制性示例，構件238可以是25 mm2,40mm2或者50 mm2的絞合線纜。
[0072]構件240(例如，第二構件)可以是終端，構件238(例如，絞合纜或絞合線)通過焊接連結至該終端。例如，構件240可以是合適于連接(例如，機械和/或電氣連接)至另一個物體(例如，飛行器框架、車輛框架或者電氣結)的連接器終端。
[0073]第一電極212的第一接合表面218可以形成為限定凹入凹部220(圖13)的弓形(例如，彎曲的)表面，該凹入凹部220構造成與構件238的外表面226的至少一部分齊平接觸。例如，可以將第一接合表面218機加工為限定大體上半圓形凹部220的大體上半圓形形狀或者倒U形狀，該大體上半圓形凹部220構造成與構件238(例如，絞合纜或者絞合線)的外表面226的至少一部分(例如，周向外表面的半圓形部分)齊平接觸。然而，對于第一接合表面218可預想到各種輪廓，包括平坦的/平面輪廓。
[0074]參照圖14和圖15，寬度確定裝置器236可以定位為毗鄰第一電極212。在一個構造中，寬度確定裝置器236可以包括第一(例如，左)側止動件252和與該第一側止動件252橫向相對的第二 (例如，右)側止動件254。第一側止動件252可以定位為毗鄰第一電極212(例如，在第一電極212左側)并且第二側止動件254可以定位為毗鄰第一電極212(例如，在第一電極212右側)，使得當向工件224施加夾持力時，第一側止動件252和第二側止動件254定位于構件238的側邊(例如，左側和右側)。
[0075]第一側止動件252和第二側止動件254可以由具有比第一電極212和第二電極214的電阻更大的電阻的材料形成。例如，第一側止動件252和第二側止動件254可以由高電阻金屬形成。作為另一個示例，第一側止動件252和第二側止動件254可以由電氣絕緣或者不導電材料(諸如，陶瓷)形成。總體地，可以選擇第一側止動件252和第二側止動件254的材料以確保電流被引導通過工件224。
[0076]第一側止動件252可以裝納在第一套筒264內并且第二側止動件254可以裝納在第二套筒266內。第一套筒264和第二套筒266可以連接至第一支撐結構244，使得當第一電極212響應于焊接力F1接近第二電極214時，第一側止動件252和第二側止動件254在構件238周圍(例如，至其側邊)限定焊接體積256。當第一電極212接近第二電極214并且向其間的構件238施加夾持力時，第一側止動件252和第二側止動件254可以接合毗鄰構件238(例如，絞合纜)的構件240 (例如，連接器終端)接合。因而，焊接體積256可以由第一電極212的第一接合表面218、第一側止動件252的內表面268、第二側止動件254的內表面270以及定位在第一側止動件252與第二側止動件254之間的構件240的外表面234(例如，頂表面)的一部分限定。
[0077]第一側止動件252和第二側止動件254分別相對于第一套筒264和第二套筒266的位置可以自動地調節軸向位置(見圖13中的縱軸線L)，以穩定地接合構件240的外表面234并且包含焊接體積256內熔融金屬272(圖15)的流動。可以從第一套筒264內向外偏壓第一側止動件252并且可以從第二套筒266內向外偏壓第二側止動件254。例如，第一側止動件252可以由第一偏壓元件274(例如，彈簧)連接在第一套筒264內，并且第二側止動件254可以由第二偏壓元件276(例如，彈簧)連接在第二套筒266內。第一側止動件252和第二側止動件254的底表面284(圖13)可以是實質上平面的，以與構件240的實質上平面外表面234齊平接觸。
[0078]當第一支撐結構244接近第二支撐結構246(例如，經由第一驅動元件248)時，第一電極212可以朝向構件238運動并且在構件238上施加焊接力F1(例如，夾持力)，并且第一側止動件252和第二側止動件254可以同時朝向構件240運動并且與構件240接合。當第一支撐結構248進一步接近第二支撐結構246時，由第一電極212和第二電極214施加于構件238的焊接力^可以隨第一電極212接近第二電極214而增加;然而，第一側止動件252和第二側止動件254分別可以至少部分地推入第一套筒264和第二套筒266內，以防止損壞構件240，同時維持與構件240齊平接觸并且包含熔融金屬272的向外流動(圖15)。
[0079]第二電極214的第二接合表面222可以是實質上平面的表面，該實質上平面的表面構造成與構件240的外表面234的至少一部分實質上齊平接觸。例如，可以將第二接合表面222機加工為實質上平坦的形狀，該實質上平坦的形狀構造成與構件240(例如，連接器終端)的外表面234的實質上平面的部分(例如，底表面的一部分)實質上齊平接觸。然而，對于第二接合表面222可預想到各種輪廓，包括彎曲的輪廓。
[0080]第二電極214的第二接合表面222可以限定第一凹部290和第二凹部292。不導電材料202的第一部分206可以插入第一凹部290中并且不導電材料202的第二部分208可以插入第二凹部292中。因此，第一部分206和第二部分208的尺寸和形狀可以緊密地對應于凹部290、292的尺寸和形狀。
[0081]可選地，諸如螺絲、銷釘等的機械緊固件294可以將不導電材料202的第一部分206和第二部分208固定在第二電極214的凹部290、292中。也預想到用于將部分206、208固定在對應凹部290、292內的其它技術，諸如壓配合和粘合。
[0082]不導電材料202的第一部分206和第二部分208的橫截面厚度可以緊密地對應于凹部290、292的深度，使得第一部分206和第二部分208的接合表面296、298與第二電極214的接合表面222實質上共面。因此，構件240的外表面234(例如，底表面)可以與第二電極214的接合表面222以及第一部分206和第二部分208的接合表面296和298均實質上齊平接觸。
[0083]不導電材料202的第一部分206和第二部分208可以相對于第二電極214定位，使得僅第二電極214的中央部分299與工件224電氣接觸。例如，不導電材料202的第一部分206和第二部分208中的每一個可以包括內邊緣302和外邊緣304。不導電材料202的每個部分206、208的內邊緣302可以與寬度確定裝置器236的第一側止動件252和第二側止動件254的內表面268、270豎直地對齊，或者橫向向內。不導電材料202的每個部分206、208的外邊緣304可以橫向地延伸到工件224的構件240的外側。
[0084]因此，焊接體積256(圖14)的寬度W1(圖14)的橫向外側的工件224(例如，構件240)的部分可以由不導電材料202的第一部分206和第二部分208與下面的第二電極214電氣地絕緣，由此使焊接電流集中于焊接體積256，而不是使焊接電流橫向向外散失。此外，如果寬度確定裝置器236的側止動件252、254導電并且朝向第二電極的接合表面222(例如，如果其間沒有構件240)豎直地向下延伸，則側止動件252、254將接觸不導電材料202的第一部分206和第二部分208，并且將與第二電極214電氣地絕緣，從而抑制(如果不消除)通過側止動件252、254的分流路徑的形成。
[0085]參照圖16，焊接工件258可以具有實質上與焊接體積256(圖14)的形狀相配的形狀。例如，焊接工件258可以包括實質上與第一電極212的彎曲第一接合表面218相配的彎曲上端部278、實質上與第一側止動件252的平面第一內表面268相配的平面第一(例如，左)側280以及實質上與第二側止動件254的平面第二內表面270相配的平面第二(例如，右)側282。焊接工件258可以包括通過電阻焊接連結至構件240(例如，連接器終端)的構件238(例如，絞合纜)的多股絞股242的固化部分。
[0086]參照圖17，工件224還可以包括輔助構件284。該輔助構件284可以具有足以至少部分地圍繞工件238的尺寸和形狀。輔助構件284可以由具有與構件238、240的化學性質相同或者相似的化學性質的材料形成，或者由與形成構件238、240的材料兼容的材料形成。例如，當構件238、240由鋁合金形成時，輔助構件284可以由鋁合金或者恰當的鋁合金填充金屬形成。
[0087]如圖17中圖示，在一個實施方式中，輔助構件284可以是大體上半圓形帶286，該大體上半圓形帶286具有弓形(例如，彎曲的)主體(例如，U形)，該弓形主體的尺寸和形狀足以至少部分地圍繞(例如，覆蓋)構件238(例如，絞合纜)的外表面226;以及端部，該端部延伸以接合構件240(例如，連接器終端)的外表面234。在其它實施方式中，輔助構件284可以具有其它形狀，諸如圓形(見圖7)。
[0088]參照圖18，可以以與圖12至圖17中所示的焊接組件200相同或者相似的方式構造所公開的焊接組件的第六實施例(總體上標明為400)。然而，代替將不導電材料402插入第二電極414中的凹部(見圖14中的凹部290、292)中，而是可以將不導電材料402定位成毗鄰第二電極414并且在第二電極414的橫向外側。因此，不導電材料402可以限定接合表面496(或者結合表面496、498)，該接合表面496(或者結合表面496、498)支撐工件424(例如，構件438、構件440和/或輔助構件(未在圖18中示出))的一部分，還使工件424的一部分(例如，焊接體積的寬度的外側的工件部分)與第二電極414電氣地隔離。
[0089]作為一個示例，焊接組件400的不導電材料402可以包括兩個翼部分406、408，這兩個翼部分406、408用機械緊固件494固定至第二電極414的橫向相對的側邊449、451。作為另一個示例，焊接組件400的不導電材料402可以是在第二電極414周圍延伸(例如，周向地)的套筒。
[0090]參照圖19，用于焊接絞合金屬和金屬合金(例如，線的絞合纜)的所公開的方法的一個實施例(總體上標明為500)可以開始于將工件定位在焊接組件的第一電極與第二電極之間，如框502處所示。工件中可以可選地包括輔助構件。
[0091]如框504處所示，第一電極和/或第二電極可以向工件施加夾持力。
[0092]如框506處所示，寬度確定裝置器可以定位在第一電極與第二電極之間在工件周圍，以限定具有一定橫向寬度的焊接體積。
[0093]如框508處所示，可以使焊接電流在足夠的時間量中穿過工件，以使工件的溫度升高至使工件液化的焊接溫度。焊接電流可以包含在焊接體積的橫向寬度內，以使焊接電流集中于工件中。
[0094]可選地，可以在方法500的各種步驟之間引入冷卻步驟或者可以將冷卻步驟與方法500的各種步驟結合(諸如與電流穿過步驟508結合)。例如，在第一電極和第二電極中的一者或多者與焊接工件接合同時，通過使冷卻流體循環通過第一電極和第二電極中的流體通道，可以使焊接工件冷卻。
[0095]盡管已經示出和描述了所公開的焊接組件和方法的各種實施例，但本領域技術人員在閱讀說明書時可以想到改型。本申請包括這種改型，并且僅由權利要求的范圍限制。
【主權項】
1.一種焊接組件，包括:電流發生器；第一電極，所述第一電極電氣地聯接至所述電流發生器，所述第一電極包括第一接合 表面；第二電極，所述第二電極電氣地聯接至所述電流發生器，所述第二電極包括第二接合 表面；寬度確定裝置器，所述寬度確定裝置器定位在所述第一電極與所述第二電極之間，以 限定具有一定寬度的焊接體積；以及不導電材料，所述不導電材料定位成使所述第一電極與所述第二電極中的至少一者與 所述寬度外側的電導體電氣地絕緣。2.根據權利要求1所述的焊接組件，其中，所述第二接合表面限定第一凹部和第二凹 部，并且其中，所述不導電材料的第一部分定位在所述第一凹部中且所述不導電材料的第 二部分定位在所述第二凹部中。3.根據權利要求2所述的焊接組件，其中，所述寬度確定裝置器包括與第二側止動件橫 向相對的第一側止動件。4.根據權利要求3所述的焊接組件，其中，所述第一側止動件與所述第一凹部軸向地對 齊，并且所述第二側止動件與所述第二凹部軸向地對齊。5.根據權利要求3所述的焊接組件，其中，所述第一側止動件包括第一內表面且所述第 二側止動件包括第二內表面，其中，所述第一部分包括第一內邊緣且所述第二部分包括第 二內邊緣，其中，所述第一內邊緣與所述第一內表面軸向對齊或者從所述第一內表面橫向 向內，并且其中，所述第二內邊緣與所述第二內表面軸向對齊或者從所述第二內表面橫向 向內。6.根據權利要求2所述的焊接組件，其中，所述第一部分具有第一部分接合表面并且所 述第二部分具有第二部分接合表面，并且其中，所述第一部分接合表面和所述第二部分接 合表面與所述第二電極的所述第二接合表面共面。7.根據權利要求1所述的焊接組件，其中，所述不導電材料包括陶瓷材料。8.根據權利要求1所述的焊接組件，其中，所述不導電材料由機械緊固件固定至所述第 二電極。9.根據權利要求1所述的焊接組件，其中，所述寬度確定裝置器的軸向位置能夠調節。10.根據權利要求1所述的焊接組件，還包括部分地定位在所述焊接體積中的工件。11.根據權利要求10所述的焊接組件，其中，所述電導體包括所述工件的一部分。12.根據權利要求10所述的焊接組件，其中，所述工件包括第一構件和第二構件，其中， 所述電導體包括所述第二構件的一部分。13.根據權利要求12所述的焊接組件，其中，所述第一構件包括多股絞股。14.根據權利要求13所述的焊接組件，其中，所述工件還包括輔助構件，其中，所述輔助 構件定位成至少部分地圍繞所述第一構件。15.根據權利要求10所述的焊接組件，其中，所述工件包括鋁或者鋁合金。16.—種焊接組件，包括:電流發生器； 第一電極，所述第一電極電氣地聯接至所述電流發生器，所述第一電極包括第一接合表面； 第二電極，所述第二電極電氣地聯接至所述電流發生器，所述第二電極包括第二接合表面； 寬度確定裝置器，所述寬度確定裝置器包括與第二側止動件橫向相對的第一側止動件，所述第一側止動件和所述第二側止動件在所述第一電極與所述第二電極之間限定焊接體積，所述焊接體積具有一定寬度； 工件，所述工件至少部分地定位在所述焊接體積中并且夾持在所述第一電極與所述第二電極之間，所述工件包括至少第一構件和第二構件，其中，所述第二構件支撐在所述第二電極上，并且其中，所述第二構件的一部分突伸至所述寬度的外側；以及 不導電材料，所述不導電材料定位為使所述第二電極與所述第二構件的所述部分電氣地絕緣。17.根據權利要求16所述的焊接組件，其中，所述第一構件包括多股絞股。18.根據權利要求17所述的焊接組件，其中，所述第一接合表面是彎曲的并且與所述第一構件接合。19.根據權利要求16所述的焊接組件，其中，所述不導電材料包括與所述第二接合表面共面的接合表面。20.—種用于焊接的方法，包括: 提供電流發生器； 組裝包括第一構件和第二構件的工件，其中，所述第二構件包括多股絞股； 將第一電極定位為鄰近所述第一構件，所述第一電極電氣地聯接至所述電流發生器； 將第二電極定位為鄰近所述第二構件，所述第二電極電氣地聯接至所述電流發生器； 將所述工件夾持在所述第一電極與所述第二電極之間； 將所述夾持的工件約束在寬度確定裝置器的焊接體積內，所述焊接體積具有一定寬度，其中，所述第二構件的一部分延伸到所述寬度的外側； 使所述第二構件的所述部分與所述第二電極電氣地隔離；以及 使焊接電流在所述第一電極與所述第二電極之間穿過。
【文檔編號】B23K11/30GK106029283SQ201480070964
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年9月30日
【發明人】V.阿南薩納拉亞南
【申請人】創新焊接解決方案有限公司