DE-102024125348-B4 - ZWEISTUFIGER PUNKTSCHWEISSPROZESS UNTER VERWENDUNG EINER KONZENTRISCHEN ELEKTRODE

Abstract

Verfahren zum zweistufigen Punktschweißen, umfassend: Bereitstellen eines Werkstückstapels (10), der ein erstes Stahlwerkstück (14, 14A) und ein zweites Stahlwerkstück (14, 14B) enthält, wobei das erste Stahlwerkstück (14, 14A) und das zweite Stahlwerkstück (14, 14B) eine Beschichtung (16) enthalten; Berühren des ersten Stahlwerkstücks (14, 14A) mit einer ersten konzentrischen Elektrode (12, 12A) und Berühren des zweiten Stahlwerkstücks (14, 14B) mit einer zweiten konzentrischen Elektrode (12, 12B), wobei die erste konzentrische Elektrode (12, 12A) und die zweite konzentrische Elektrode (12, 12B) jeweils einen Außendurchmesser (OD), einen Innendurchmesser (ID) und eine Spitze (24) aufweisen; Entfernen der Beschichtung (16) von dem ersten Stahlwerkstück (14, 14A), um einen ersten lokal freiliegenden Abschnitt (28, 28A) zu bilden, und von dem zweiten Stahlwerkstück (14, 14B), um einen zweiten lokal freiliegenden Abschnitt (28, 28B) zu bilden, durch das Leiten eines elektrischen Stroms zwischen der ersten konzentrischen Elektrode (12, 12A) und der zweiten konzentrischen Elektrode (12, 12B) und durch den Werkstückstapel (10), wobei die lokal freiliegenden Abschnitte (28, 28A, 28B) in der Form eines konzentrischen Rings mit dem Außendurchmesser (OD) und dem Innendurchmesser (ID) geformt sind und durch einen Außenschulterbereich (30) und einen Innenschulterbereich (32) definiert sind; und Punktschweißen des ersten Stahlwerkstücks (14, 14A) und des zweiten Stahlwerkstücks (14, 14B) unter Verwendung einer ersten Schweißelektrode (36A) bzw. einer zweiten Schweißelektrode (36B), wobei die erste Schweißelektrode (36A) und die zweite Schweißelektrode (36B) einen Schweißstirnflächendurchmesser aufweisen, der größer als der Innendurchmesser (ID) und kleiner als der Außendurchmesser (OD) ist.

Inventors

• Zhenke Teng
• Ying Lu
• Robert W. Watson
• Jason M. Brown

Assignees

• GM Global Technology Operations LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20240904

Priority Date

20240711

Claims (10)

1. Verfahren zum zweistufigen Punktschweißen, umfassend: Bereitstellen eines Werkstückstapels (10), der ein erstes Stahlwerkstück (14, 14A) und ein zweites Stahlwerkstück (14, 14B) enthält, wobei das erste Stahlwerkstück (14, 14A) und das zweite Stahlwerkstück (14, 14B) eine Beschichtung (16) enthalten; Berühren des ersten Stahlwerkstücks (14, 14A) mit einer ersten konzentrischen Elektrode (12, 12A) und Berühren des zweiten Stahlwerkstücks (14, 14B) mit einer zweiten konzentrischen Elektrode (12, 12B), wobei die erste konzentrische Elektrode (12, 12A) und die zweite konzentrische Elektrode (12, 12B) jeweils einen Außendurchmesser (OD), einen Innendurchmesser (ID) und eine Spitze (24) aufweisen; Entfernen der Beschichtung (16) von dem ersten Stahlwerkstück (14, 14A), um einen ersten lokal freiliegenden Abschnitt (28, 28A) zu bilden, und von dem zweiten Stahlwerkstück (14, 14B), um einen zweiten lokal freiliegenden Abschnitt (28, 28B) zu bilden, durch das Leiten eines elektrischen Stroms zwischen der ersten konzentrischen Elektrode (12, 12A) und der zweiten konzentrischen Elektrode (12, 12B) und durch den Werkstückstapel (10), wobei die lokal freiliegenden Abschnitte (28, 28A, 28B) in der Form eines konzentrischen Rings mit dem Außendurchmesser (OD) und dem Innendurchmesser (ID) geformt sind und durch einen Außenschulterbereich (30) und einen Innenschulterbereich (32) definiert sind; und Punktschweißen des ersten Stahlwerkstücks (14, 14A) und des zweiten Stahlwerkstücks (14, 14B) unter Verwendung einer ersten Schweißelektrode (36A) bzw. einer zweiten Schweißelektrode (36B), wobei die erste Schweißelektrode (36A) und die zweite Schweißelektrode (36B) einen Schweißstirnflächendurchmesser aufweisen, der größer als der Innendurchmesser (ID) und kleiner als der Außendurchmesser (OD) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei mindestens eine der konzentrischen Elektroden (12, 12A, 12B), umfasst: eine zylindrische Basis (22), die sich axial entlang einer Drehachse (A) erstreckt, wobei die zylindrische Basis (22) ein leitfähiges Metall enthält; wobei die Spitze (24) auf der zylindrischen Basis (22) angeordnet ist und wobei die Spitze (24) eine konzentrische Oberfläche (26) enthält, die sich axial von der zylindrischen Basis (22) erstreckt und durch eine Außenschulter mit dem Außendurchmesser (OD) und eine Innenschulter mit dem Innendurchmesser (ID) definiert ist, wobei die Spitze (24) konfiguriert ist, für das Stahlwerkstück (14, 14A, 14B) elektrischen Strom bereitzustellen und die Beschichtung (16) von wenigstens einem Abschnitt des Stahlwerkstücks (14, 14A, 14B) zu entfernen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , wobei die Spitze (24) eine flache konzentrische Oberfläche (26) enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , wobei der Außendurchmesser (OD) etwa 8 Millimeter beträgt und der Innendurchmesser (ID) etwa 5 Millimeter beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 , wobei die flache konzentrische Oberfläche (26) eine Dicke von etwa 3 Millimetern aufweist, wobei sich die Dicke axial von der zylindrischen Basis (22) erstreckt.
6. Verfahren nach Anspruch 3 , wobei die flache konzentrische Oberfläche (26) eine Ringbreite zwischen dem Außendurchmesser (OD) und dem Innendurchmesser (ID) von etwa 1,5 Millimetern aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , wobei die Spitze (24) eine abgerundete konzentrische Oberfläche (26) enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei mindestens eines der Stahlwerkstücke (14, 14A, 14B) einen weiterentwickelten hochfesten Stahl (AHSS) der dritten Generation enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Beschichtung (16) Zink ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die oder jede konzentrische Elektrode (12, 12A, 12B) an einen Schweißroboter gekoppelt ist.

Description

EINLEITUNG Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum zweistufigen Punktschweißen mehrerer Stahlwerkstücke, insbesondere unter Verwendung von konzentrischen Elektroden. Eine konzentrische Elektrode zum Punktschweißen ist beispielsweise aus der DE 11 2018 007 461 T5 bekannt. Weitere konzentrische Elektroden zum Punktschweißen sind in der DE 10 2015 101 869 A1 oder US 2003 / 0 192 863 A1 offenbart. Die Verwendung einer Zinkbeschichtung auf Komponenten aus Stahl (der im Allgemeinen als verzinkter Stahl bezeichnet wird) ist in zahlreichen Branchen eingesetzt worden, um die Korrosion des Stahls zu verhindern. Eine Branche, die von der Verwendung von verzinktem Stahl profitiert hat, ist die Automobilindustrie. Durch die Abnutzung beim Fahren und die Exposition der Fahrzeuge gegenüber den Elementen (z. B. Wasser, Sauerstoff und chloridbasierte Enteisungsmittel) sind die Stahlkomponenten des Fahrzeugs anfällig für Korrosion, wenn sie nicht mit einem Korrosionsschutzmittel, wie z. B. Zink, beschichtet sind. Eine Zinkbeschichtung neigt jedoch dazu, während eines Schweißprozesses eine unerwünschte Eigenschaft hervorzubringen. Spezifischer verflüssigt sich das Zink und dringt in den Stahl ein, wenn es durch den elektrischen Strom eines Schweißprozesses erwärmt wird. Das Zink begünstigt ein Phänomen, das in der Technik als Flüssigmetallversprödung (LME) bekannt ist und bei dem der Stahl aufgrund des eindringenden Zinks einen drastischen Verlust an Zugfestigkeit erfährt und/oder einen Sprödbruch erleidet. Frühere verzinkte Stähle als solche waren nach dem Schweißen anfällig für mechanische Störungen. Eine praktische Bedeutung der LME ist in mehreren Stählen, wie z. B. den Gen3-Stählen, die für die Verwendung in Kraftfahrzeugen wünschenswert sind, um eine erhöhte Werkstofffestigkeit und ein geringeres Gewicht zu erreichen, offensichtlich. Die Gen3-Stähle sind hier als ein Stahl mit einer Mindestzugfestigkeit (z. B. bis zu 1500 MPa oder mehr) und einer Dehnung (z. B. 20 Prozent) definiert. Es ist beobachtet worden, dass Gen3-Stähle Duktilitätsverluste und Rissbildung beim Schweißen erfahren und dass eine LME-Rissbildung katastrophal auftreten kann, wobei hohe Risswachstumsraten beobachtet worden sind. Bestimmte wünschenswerte Werkstoffe, wie z. B. Zn-beschichtetes Gen3, die von einer korrosionsbeständigen Beschichtung profitieren, sind deshalb von der Verwendung in Kraftfahrzeugen eingeschränkt worden. Die LME-Rissbildung kann bei bekannten Zink- und Aluminiumbeschichtungswerkstoffen während Schweißoperationen, wie z. B. dem Widerstandspunktschweißen, zum Verbinden von Metallkomponenten mit Beschichtungswerkstoffen mit niedriger Schmelztemperatur auftreten. Die LME-Rissbildung kann aufgrund der Unterschiede in den Metallschmelztemperaturen und des während des Widerstandsschweißprozesses ausgeübten Drucks auftreten, insbesondere an einer Schnittfläche zwischen dem Grundwerkstoff, wie z. B. einem Stahlwerkstoff, und dem Beschichtungswerkstoff. Die LME-Rissbildung schwächt den Substratwerkstoff und verringert die Grundfestigkeit des Substratwerkstoffs. Während die Verfahren und Systeme des Standes der Technik versuchen, die Beschichtungsentfernung für das Punktschweißen bereitzustellen und ihren speziellen Zweck erfüllen können. Diese Offline-Oberflächenbehandlungsprozesse sind jedoch zeitaufwendig und teuer. Es besteht immer noch ein Bedarf an einem neuen und verbesserten Prozess zur Beschichtungsentfernung vor dem Punktschweißen. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, das Punktschweißen zu verbessern. ZUSAMMENFASSUNG Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen zu entnehmen. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum zweistufigen Punktschweißen bereitgestellt. Das Verfahren enthält das Bereitstellen eines Werkstückstapels, das Berühren des ersten Stahlwerkstücks mit einer ersten konzentrischen Elektrode und das Berühren des zweiten Stahlwerkstücks mit einer zweiten konzentrischen Elektrode, das Entfernen einer Beschichtung von dem ersten Stahlwerkstück, um einen ersten lokal freiliegenden Abschnitt zu bilden, und von dem zweiten Stahlwerkstück, um einen zweiten lokal freiliegenden Abschnitt zu bilden, durch das Leiten eines elektrischen Stroms zwischen der ersten konzentrischen Elektrode und der zweiten konzentrischen Elektrode und durch den Werkstückstapel, und das Punktschweißen des ersten Stahlwerkstücks und des zweiten Stahlwerkstücks unter Verwendung einer ersten Schweißelektrode bzw. einer zweiten Schweißelektrode. Das erste Stahlwerkstück und das zweite Stahlwerkstück enthalten eine Beschichtung. Die erste konzentrische Elektrode und die zweite konzentrische Elektrode weisen jeweils einen Außendurchmesser, einen Innendurchmesser und eine Spitze auf. Die lokal freiliegenden Abschnitte sind in der Form eines konzentrischen Kreises mit dem Außendurch