电阻焊接方法

技术领域

本发明涉及一种电阻焊接方法和用于电阻焊接的装置，以及用这种方法生产的端子。

背景技术

电导体电阻焊接是众所周知的。在这一过程中，两个待焊工件以彼此相对的表面在界面上彼此叠置。然后将焊接电极在界面两侧放置在工件上，并且焊接电流在两个电极之间流动。焊接电流可以被持续脉冲化，也可以设置有所需的频率。

由于工件之间界面处的接触电阻增大，在工件之间产生增加的欧姆损耗，从而产生焦耳热。其在界面处导致工件材料熔化，然后该工件形成金属间结合。冷却后形成材料配合连接。

根据工件材料和材料厚度的不同，它们不仅会在其界面处熔化，还会在更大范围内熔化。这将导致材料在连接处流散。为了避免这种情况使用了所谓的侧滑块，其在焊接前在侧向被导向工件。在目前为止的方法中，侧滑块在侧向贴靠在与待焊表面邻接的侧面上。

待焊接工件，例如扁平产品或扁平部件例如放在第一电极上。待焊导体放在工件的与电极相对的表面上。侧滑块被引导至导体的与待焊表面邻接的侧壁上。这样，侧壁就形成了焊接时熔化材料的边界。然后，第二电极在侧滑块之间移动到待焊导体上，然后进行上述电阻焊接。

然而，已知方法的问题在于，移动到侧滑块之间的第二电极的宽度必须与侧滑块之间的距离相对应。侧滑块之间的该距离是由待焊导体的宽度决定的。如果电极的宽度小于侧滑块之间的距离，那么第二电极和侧滑块之间就会形成空腔。这个空腔会被熔融材料填满，并且可能导致侧滑块通过熔融材料粘在工件和导体上。这是不期望的。

上述问题意味着必须针对每种导体几何形状和端子的宽度专门构建和配备焊接工具。这将导致相当长的准备时间和成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种可普遍用于不同导体和端子几何形状的电阻焊接方法。

该目的通过根据权利要求1所述的电阻焊接方法解决。

根据本发明建议将金属导体与金属端子焊接在一起。金属导体可以由金属材料形成。金属材料在此尤其可以是铜或铜合金。金属材料也可以是铝或铝合金。

端子(也称为工件)也由金属材料制成。端子优选由上述金属材料之一制成。特别优选的是，端子由与金属导体相同的金属材料制成。

提供两个电极用于焊接。尤其具有多边形横截面，优选是矩形或正方形横截面的金属端子、尤其是扁平部件或扁平件，以第一表面置于第一电极上。在此可以使第一表面与第一电极直接接触。也可以在第一表面和第一电极之间设置导电膏，以确保第一表面和第一电极之间的界面处接触电阻尽可能小。

根据本发明，金属端子在与第一表面相对的第二表面上具有缺口。该缺口优选是第二表面中的凹陷。缺口在此优选有底部。缺口可以形成为盲孔、凹槽或切口(Falz)。底部可以形成为槽底。缺口位于端子的第二表面上。该第二表面位于与第一表面相对的一侧。第一表面和第二表面优选相互平行延伸。

在本发明中，导体放入缺口中。尤其将一个导体端部，尤其是去绝缘的导体端部放入缺口。在此优选以一个表面将导体放置到缺口的底部上。导体的表面与缺口的底部优选直接接触。导体优选布置在缺口中央，也就是说，导体优选与缺口的侧边缘等距地布置在缺口中。

如上所述，缺口具有底部。从底部开始，缺口内至少有两个侧壁延伸至第二表面。一个侧壁和第二表面之间形成一个边缘。缺口上布置有至少两个彼此相对的边缘。优选在缺口上设置三个彼此临接的边缘，并且缺口延伸超出端子的侧边缘到缺口侧壁中。那么从俯视图来看，端子中的缺口呈U形。

当导体已放入缺口时，建议在缺口的侧方将至少两个彼此相对的侧滑块放置到第二表面上。重要的是，与现有技术不同，侧滑块不是贴靠在导体的彼此相对的侧壁上，而是放置在其中形成有缺口的表面上。因此，在实际焊接过程之前，缺口中的导体被放置在缺口底部上，并且侧滑块靠在其中形成有缺口的表面上。

然后将第二电极优选向第一电极的方向垂直移动到导体上，并放置在导体上。这样，第一电极和第二电极之间就通过端子和导体形成了导电路径。在端子和导体之间在缺口底部上形成了界面。

引导电流通过两个电极进行焊接。该电流从第一电极流向第二电极(或相反，取决于计数箭头系统，

由于导体被放入缺口中，缺口的侧壁形成了通过焊接过程而塑化的材料的天然边界。熔化的材料，尤其是熔化的导体材料，至少部分地在缺口内流动。由于缺口的侧壁形成了边界，侧滑块不会与塑化材料接触，因此不会发生粘连。

缺口的容积优选至少与导体放置在缺口中的部分的体积，尤其是导体放置在缺口中的部分的材料的体积一样大，优选更大。导体中可能的空气夹杂不考虑在内。如果体积大致相同，导体材料即使完全熔化也会完全留在缺口内，并且不会从缺口边缘流到第二表面上。这样防止靠在第二表面上的侧滑块与导体和/或端子的塑化材料接触并在冷却后与其粘连。

由于侧滑块可以靠在第二表面上，因此它们之间的距离是可变的。这样做的好处是，侧滑块之间的距离可以与第二电极相匹配，或侧滑块的净宽可以与第二电极的宽度相匹配。

即使在塑化的材料流过缺口边缘并与侧滑块接触的情况下，接触面也相对于传统焊接方法显著减小。与熔化材料的接触仅发生在侧滑块和第二表面之间的过渡区域。任何发生的粘连都可以通过施加轻微的力来消除，而不会损坏侧滑块。熔化导体的材料也不会或仅会轻微地与侧滑块发生粘附。

根据一个实施例建议，在焊接过程中至少将导体部分熔化(塑化)。通过熔化(塑化)可使导体材料流入缺口或分布在缺口中。如果缺口的容积足够大，缺口就能完全容纳导体材料，并且防止熔化的材料通过边缘到达第二表面和侧滑块。然而，由于侧滑块仅靠在第二表面上，确保了即使熔化材料到达第二表面，也能基本上防止侧滑块粘附。与传统方法相比，根据本发明熔化材料与侧滑块之间的接触面大大减少。

根据一个实施例建议，导体在焊接前伸出在缺口和第二表面之间形成的边缘之外。导体优选以与缺口侧壁保持一定距离的方式布置在缺口内。通过焊接和由此产生的塑性变形，导体才可以分布在缺口内。

导体在由第二电极向缺口底部方向对导体施加的压紧力作用下发生塑性变形并被压入缺口。由此，不仅是塑化，导体因第二电极的压紧力而产生的塑性变形也是确保导体在焊接后基本上与缺口的横截面轮廓相匹配的原因。在此，导体的塑化部分和导体的非塑化部分被压入缺口中，使导体的横截面与缺口的横截面基本对应。

根据一个实施例建议，导体在焊接后与第二表面齐平地布置在缺口中。如果缺口的容积和缺口中导体的体积基本相同，则可以确保导体在已焊接时与第二表面平齐。这实现了连接的特别良好的可加工性。也有可能放入缺口的导体的体积小于缺口的容积。这可能导致导体在焊接后向缺口中偏移地布置。这意味着导体表面和第二表面之间存在凹进，并且导体完全位于缺口内。与传统方法相比，平齐布置和偏移到缺口中的布置这两种变体都能降低导体和端子之间的连接的结构高度，这对于狭窄的安装空间尤其有利。

根据一个实施例建议，将侧滑块平行于第二表面移动，经过第二表面直至进入缺口边缘区域。在这种情况下，仍确保边缘和缺口以及侧滑块面向导体的表面之间的距离。不过，侧滑块也可以直接移到缺口边缘处。在后一种情况下，虽然导体的塑化的材料与侧滑块接触的风险更大，但防止了端子的第二表面受到导体熔化和凝固的材料的污染。侧滑块防止导体材料在焊接过程中到达第二表面。

根据一个实施例建议，焊接前侧滑块之间的净宽基本上与第二电极的宽度一致。也就是说，侧滑块向彼此移动，使侧滑块彼此相对的壁之间的距离与电极侧壁之间的距离相对应。这样，电极就可以在几乎没有间隙或以小于一毫米的公差在侧滑块之间移动，并进行焊接。

根据一个实施例建议，在焊接过程中用一个力将第二电极压在导体上。如前所述，在焊接过程中，导体不仅会塑化，而且会因第二电极的压紧力而发生塑性变形。塑性变形通过压紧力利用由第二电极压在导体上的力进行。这种塑性变形可以使导体被迫进入缺口的形状中。焊接过程结束后，导体便位于缺口中。

根据一个实施例建议，在焊接过程开始时用第一力将第二电极压在导体上。这个第一力应确保导体和端子在缺口底部区域形成直接接触的界面。在该界面上，电流可产生足够高的焦耳热，使导体和/或端子的材料塑化。焊接开始后，电极将以大于第一力的第二力压向导体。通过这种后续挤压会使在界面处塑化的导体和/或在界面处塑化的端子发生塑性变形，从而使导体与缺口相匹配。第二力在焊接过程中施加。

根据一个实施例建议，在焊接后经过后续保持时间后，将第二电极从导体上抬起。该后续保持时间优选选择为使得导体和/或端子的熔化材料再次凝固。其长短取决于所用材料、两个工件之间的连接表面、焊接电流的大小和/或焊接过程的持续时间等，并可相应进行选择。通过后续保持可确保在界面处形成清洁无暇的材料配合连接。在凝固过程中，其中形成材料配合的界面因后续保持而不会受到机械应力，从而形成无瑕的材料配合连接。

根据一个实施例建议，导体为绞合导体或编织导体。

如前所述，导体在焊接过程中会发生塑性变形。这种塑性变形导致导体的横截面在焊接后与缺口的横截面相匹配并相同。例如，在焊接之前，导体可以具有圆形或椭圆形的导体横截面。在焊接后，缺口区域内的该横截面可以是多边形，尤其是正方形或长方形。

通过导体的塑性变形，可以使本身圆形的导体和缺口中的扁平部分之间形成材料配合连接。与目前为止的方法相比，这种方法可降低连接的结构高度。

根据一个实施例建议，缺口从端子的侧边缘延伸到端子的中心区域内。这可以想象为从端子的侧壁延伸到端子中心的凹槽，但不是贯通的。从俯视图来看，缺口则形成为U形。当然，凹槽也可以是贯穿的。

根据一个实施例建议，侧滑块由不导电材料制成。由此可确保在第二电极接触侧滑块时，电流不会通过侧滑块流入端子，从而在侧滑块和端子之间的界面处形成焊接。

根据一个实施例建议，在焊接后形成穿过导体和端子的贯通开口。这尤其可以通过钻孔或冲孔来实现。通孔可以尤其至少部分设置在焊接区域内。

由于将导体放入缺口中，尤其是以其去绝缘的导体端部，并在焊接过程中发生塑性变形和塑化，因此无需对导体边缘进行准备。尤其是不需要通过切割来拉直导体的去绝缘的端侧边缘，也不需要使导体的股线处于一个平面上。这使得制造过程特别简单。

根据一个实施例建议，俯视图中缺口的宽度大于未焊接导体的宽度。通过焊接过程中的塑性变形和塑化可将导体压到底部。由此，导体和端子之间可以形成特别大的接触面，从而大大降低了焊接状态下的接触电阻。

根据一个实施例建议，在焊接前将导体的端侧边缘贴靠在缺口的侧壁上。导体的端侧边缘尤其贴靠缺口的朝向由其将导体放入缺口中的侧壁方向定向的侧边缘。

通过使导体变形，可使其在焊接区域变平，从而实现较低的结构高度。

附图说明

下面将参照示出了实施例的附图，对本发明进行更详细的解释。

图中：

图1a-c示出了根据一个实施例的焊接过程；

图2a-d示出了经焊接的导体的俯视图；

图3示出了根据一个实施例的具有缺口的用于焊接的端子；

图4示出了根据一个实施例的用于焊接的导体。

具体实施方式

图1a示出了要与导体4焊接在一起的端子2的示意图。

端子2的更多细节见图3。可以看出，端子2有着带有缺口6的矩形横截面。缺口6从端面2a延伸至端子2的中心区域2b内。可以看出，缺口6具有底部6a和侧壁6b。端子具有上表面，缺口6在该上表面中形成边缘6b'。在边缘6b'处，缺口6从端子2的上表面凹进。

如图4所示，导体4可以放入端子2中。导体4可以具有去绝缘端部4b。去绝缘端部4b的端面4b'靠在缺口6的侧壁6b上，去绝缘端部同时放在底部6a上。

从图1a中可以看到端子2和导体4之间的这种布置。从图1a中还可以看到，端子2位于第一电极8上。

在与第一电极8相对的一侧上设有第二电极10。电极8和10可以彼此相向移动以及彼此远离移动。电极8和10由导电材料制成。端子2和导体4也是如此。例如，材料(也称为原料)可以是铜或铜合金。也可以使用铝或铝合金。也可以使用其他有色金属作为原料。

将端子2放置在电极8上后，可将导体4在远离电极的一侧放入缺口6中，并放置在底部6a上。如图1a所示，导体4位于缺口6的中央。

在远离电极8的上表面上，侧滑块12被放置在端子2上。侧滑块12在压紧力作用下压抵端子2的上表面，并向边缘6b'的方向移动。

从图1a中可以看出，侧滑块12彼此之间的距离，即它们的净宽足够大，以便电极10可以在侧滑块2之间朝导体移动。

如图1b所示，在放置侧滑块12后，电极10在力F的作用下向电极8方向移动。在此，电极8将导体4压向端子2，尤其是至缺口6中。在电极10和8之间激活电流，该电流在端子2和导体4之间的界面上产生焦耳热，并由此导致材料至少部分熔化。

力F使导体4发生塑性变形。塑化部分和变形的导体4可一起填充缺口6。如图1c所示，焊接过程结束并后续保持一段时间后，电极10沿方向14移离电极8。导体4与端子2焊接在一起。从图1c中可以看出，导体4的表面与端子2的上表面是平齐的。不过，导体4的表面也有可能凹入到缺口6中。

使用图中所示的方法，可以将端子2与不同的导体4连接。例如，图2a上方示出了端子2，它与绞合导体4相连。可以看出，在俯视图中，缺口6的宽度大于未加工的绞合导体4的直径。这使得端子2和导体4在缺口6区域内有较大的接触面。端子2中可以设置有通孔或冲孔16。

图2a下方示出了另一个示例，唯一不同的是导体4不是绞合导体，而是编织绞线。

图2b示出了端子2的另一种可能性，它在两个缺口6中与作为编织绞线的导体4相连。在其中一个缺口6的区域内，可以设置穿过导体4和端子2的通孔16。

图2c示出了与图2a类似的示例，但不同的是在这种情况下，通孔16并不完全位于端子2的区域内，而是布置为在缺口6区域中穿过导体4。这既适用于绞合导线(上方)，也适用于编织绞线(下方)。

最后，图2d示出了与图2b相对应的一个实施例，不过这里的导体4是绞合导体。

借助图中所示的方法，可以将导体以一种特别有利的方式彼此焊接在一起，而不会在焊接位置的区域内造成与侧滑块的粘连。同时，端子表面围绕焊缝受到侧滑块的保护，不会受到污染。

附图标记说明

2 端子

2a 端面

2b 中心区域

4 导体

4a 端部

4b' 端面

6 缺口

6a 底部

6b 侧壁

6b' 边缘

10,8 电极

12 侧滑块

14 方向