技术摘要：
本发明涉及一种用于焊接钢板或铝板的电极，其导电性大于或等于90％IACS，并且由合金制成，基于合金的总重量以重量计，该合金包括比例等于或小于0.1％且小于0.4％的铬、比例在0.02％至0.04％之间的锆、比例小于0.015％磷、为铜和比例小于0.1％的不可避免的杂质其余成分 全部
背景技术：
传统上，通过结合高电气强度和也称为“夹持力”的周期性压力来完成两个板材的 焊接。 更具体地说，首先，增加待组装的两个板材之间的夹持力。接下来，在第二阶段期 间，并且两个板材一旦被夹住，电流就在位于该板材的两侧的两个电极之间通过。 电流在两个电极之间的通过导致板材的相关区域处的温度增加，直至两个板材之 间的熔点，这在固化之后在板材与板材的界面处产生焊接点。 在焊接铝的情况下，夹持力会降低板和电极之间的接触电阻。 压力维持电极与板组件之间的接触。为了焊接，夹具用铜制成的电极挤压组件，铜 是一种出色的导电和导热材料。这种选择使得可能减小加热区域，该加热区域受限于待焊 接的两个板材之间的接触区域。 一旦达到熔点，就维持压力，并且停止电强度以在将电极与已组装的板材分离而 后继续到下一个焊接点之前冷却焊接点。 焊接参数因此尤其取决于板材的电阻、板材与电极之间的界面电阻、组件的总厚 度和电极的直径。 例如，这种方法通常用于薄钢板的组装。 尽管不太常见，但是也可以对铝板实施这种方法。 关于电极本身，从现有技术的文献WO 2016/203122中已知一种用于钢板的，特别 是用于具有抗腐蚀涂层的板材的焊接电极，其基础成分由铜、铬和锆的合金组成，还包含磷 和/或镁。 合金中铬的重量比在0.4和0.8％之间，锆的重量比在0.02和0.09％之间，磷和镁 的总重量比大于0.005％，镁的重量含量小于0.1％且磷的重量含量小于0.03％。其余成分 由铜组成。 这个电极的金相组织是特殊的，它包括非共格铬沉淀，其中大于90％的非共格铬 沉淀具有小于1μm2的投影表面，该非共格铬沉淀具有在10至50nm之间的尺寸。此外，该电极 具有纤维结构。 这种用于焊接钢板的电极的导电性大于85％IACS。 4 CN 111615565 A 说 明 书 2/13 页 这种电极用于焊接钢板特别令人关注，特别是因为它们比典型的电极更好地承受 腐蚀现象。这种腐蚀现象是由于电极中的铜和涂层中的锌与钢板中的铁发生化学反应而引 起的，并且导致电极表面层的降解，需要定期清除腐蚀层，甚至更换电极。 无论哪种情况，在焊接钢板的情况下，焊接点处的温度达到1560℃，并且在与钢板 的表面接触期间，电极的表面将达到700℃以上的温度。 然而在这样的温度水平下，一方面，导致电极表面腐蚀的化学反应被加速，但是另 外，电极本身的材料将通过称为“热蠕变”的磨损现象而变形，从而导致表面层从电极横向 脱离，因此其端部变宽。 结果，使电极与板材之间的接触表面变大，然后有必要增加电流密度以保持板材 的焊接点的质量。但是，增加的表面和增加的电流意味着更宽的腐蚀。 因此，在将钢板彼此焊接期间，如国际申请WO 2016/203122中所描述的电极可以 改善在高于700℃的温度下的抗蠕变性，有时可以改善达到800℃的温度下的抗蠕变性。 但是，可以进一步提高这种电极的导电性。 此外，还应注意，为了减轻车身重量，以期限制燃料消耗，当今越来越多的汽车制 造商正在用铝板替代钢板，特别是用铝合金，例如AlMgSi(铝镁硅)合金或AlMgMn(铝镁锰) 合金制成的铝板。 事实上，铝的密度是迄今为止所使用的钢板密度的35％。 还应注意的是，随着电动汽车的发展以及提高后者电池的自主性的需要，进一步 扩大了由铝合金制成的板材替代钢板的趋势。 使用铝板的另一个优点是提高了耐腐蚀性，使得不再需要钢板中必需的锌基防腐 涂层。 此外，已经证明，对于汽车制造商来说，完全有可能使用带有电阻焊接机器人的钢 板车身组装线来组装铝板车身。考虑到无需投资专用的装配技术(胶合、铆钉、铆接、激光 等)，这对于公司而言是真正的优势。 此时，汽车制造商例如将由铜-锆合金(0.15％)制成的电极用于车身铝板的电阻 焊接，这些电极通常地也用于焊接钢板。 对于铝板，焊接点必须达到两个板材之间的接触温度660℃，该温度大大低于两块 钢板的焊接点上达到的1560℃温度。与电极接触的板材的表面温度也因此将低于在焊接钢 期间所观察到的温度。 事实上，铝的导电性比钢的导电性好得多(高4至5倍)，大大降低了电阻加热，从而 使得在焊接点处实现熔化成为可能。 因此，在相似的焊接条件下，为了焊接两块铝板，有必要显着增加所施加的强度， 与焊接钢板所实施的强度相比典型地增加120％，同时减少焊接时间，后者典型地必须相对 于钢的焊接时间除以2。 电极中耗散的能量与强度的平方、电极电阻和焊接时间成正比。具体而言，相对于 钢用电极，铝板焊接用电极中的这种耗散能量高2.4倍。 电阻与导电性成反比，为了焊接铝，必须有一个导电性大于90％IACS(国际退火铜 标准)的电极，而焊接钢需要导电性大于75％IACS。 此外，为了使铝板的焊接电极具有可接受的寿命，还必须考虑在这个焊接过程中 5 CN 111615565 A 说 明 书 3/13 页 在电极表面与铝板接触期间发生的化学和热机械反应。 化学反应是板材的铝与电极的铜之间热接触的结果，其形成了氧、铝和铜合金的 层。这个层比在焊接涂有锌防腐蚀保护层的两块钢板的过程中在电极表面形成的铜和锌合 金层的电阻要大得多。 因此，在焊接铝板的过程中，电极的表面层在电阻和所施加的强度的作用下比这 同一电极的基体更容易受热，直到有利于氧化铝通过熔化粘附到电极表面，这应该被避免。 典型地，在焊接铝的过程中，电极的表面温度在500和550℃之间，而在钢焊接过程 中，这同一温度在700℃以上。 因此，相对于焊接铝板，在焊接钢的情况下，电极的表面与待焊接的金属的温度之 间的温度偏差要高得多。 事实上，正如上面的描述中已经提到的那样，当两块板材由钢制成时，两块板材之 间的接触温度必须达到1550-1560℃才能发生熔化，而电极的表面温度高于700℃，这导致 大约750-850℃的温度偏差。 在焊接铝的情况下，两块板材之间的接触温度必须达到660℃，而电极表面的温度 是大约500至550℃，这会导致大约160℃的最大温度偏差。 在焊接钢板的情况下，考虑到锌表面层在热焊接过程中保护板材的钢免受腐蚀， 这尤其正确的。锌层通过锌的潜在熔化热的作用阻止了板的加热，并且防止了钢中的铁直 接与空气接触。 这种锌的表面层在铝板上不存在。因此，在焊接铝板的情况下不提供保护。从而， 包括氧、铝和高电阻铜的合金层在每次将两块铝板彼此焊接在一起时会积聚在电极表面 上，这将增加这种电阻效应并且增加电极与铝板之间的接触温度，直到达到铝的熔化温度。 在那时，焊接点处有排出，换句话说，在板材的外面处排出融化金属，结果焊接点 的质量退化。 关于在电极的表面与铝板或钢板接触期间的热力学反应，后者一方面是由于在焊 接夹具所施加的夹持力的作用下，焊接过程中电极表面的热蠕变引起的，另一方面是由于 在焊接结束时，在夹具的开启力的作用下表面从电极上拉出引起的。 在夹持力的作用下，电极的接触面将扩展，从而在相同的焊接强度下导致电流密 度降低以及局部加热越来越少。结果，焊接点的直径减小，并且变得不足以保证两个板材的 组装。 在焊接钢的情况下，在开启力的作用下，越多电极粘附至钢板，发生的微拉出就越 多，越会使电极的接触面降低。 为了恢复铝的焊接，当电极的表面温度达到接近铝的融化温度时，必须避免焊接 点的排出。 为此，它可以证明增加夹持力是令人关注的。事实上，夹持力越高，板材与电极之 间的接触越好，接触电阻越低并且电极的接触表面处的热量就越少，而且，温度越低，铝的 氧化和转移到电极的表面的氧化铝越少。 但是，随着尤其是由夹持力所引起的接触表面的扩展，必须增加焊接电流以保持 符合要求的焊接点质量，这导致电极的更大降解。 当电极表面的降解过大时，则必须对这个表面进行机械剥离，以保证焊接点的质 6 CN 111615565 A 说 明 书 4/13 页 量。 然而，这种剥离操作具有要求将电阻焊接机器人停止在板材的装配线上的缺点， 不可避免地导致生产率的降低，特别是是剥离频率太高时。 因此，看来有必要提出一种电极，该电极特别地满足用于电阻焊接铝板的方法的 需求，典型地用于这个方法的0.15％锆中的CuZr电极相比，具有最佳的导电性和改善的焊 接性能。 更普遍地，提出了一种在所有情况下均具有改善的导电性的电极，特别是用于焊 接铝基板材，但也用于焊接钢板，并且其使得可以减小板材与电极之间的接触电阻，因此避 免在电极的接触表面上加热以及由此所产生的缺点。
技术实现要素：
为此，本发明涉及一种由铜、铬、锆和磷的合金制成的电极，用于焊接由钢和铝或 铝合金制成的金属板，其特征在于该合金由重量比大于或等于0.1％且小于0.4％的铬、重 量比在0.02至0.04％之间的锆、重量比小于0.015％的磷、为铜和重量比小于0.1％的不可 避免的杂质的其余成分，并且该电极的导电性大于或等于90％IACS(国际退火铜标准)。 有利地，该电极的结构包括非共格铬沉淀，其中大于90％的沉淀具有小于1μm2的 投影表面，该非共格铬沉淀具有至少在10和50nm之间的尺寸，该电极还具有在表面和化学 蚀刻后沿该电极的活性面的横断面可见的纤维结构，该结构由一方面是多条径向纤维及另 一方面是直径小于5mm的没有纤维结构的基本上中心的区域组成，该纤维的厚度小于1mm。 特别优选地，当在焊接铝板或铝合金板的情况下应用时，该电极能够在将两块铝 板彼此焊接期间维持大于或等于120MPa的比压，以限制该电极与两块铝板之一的外表面之 间的接触电阻。 与申请WO 2016/203122中的用于生产钢板的焊接电极的还包含磷和/或镁的 CuCrZr合金相比，该初始合金中减少的铬含量，可显着提高导电性，后者系统地大于或等于 90％IACS，如下文所提供的示例中所示。 此外，这种减少的铬含量使得能够出乎所有意料地保持非共格铬沉淀，这些沉淀 已经是国际申请WO 2016/203122中所描述的用于钢板的电极的改进焊接性能的来源，特别 是通过增加这种电极对热蠕变的电阻。 因此，根据本发明的电极特别令人关注于并且特别适用于焊接铝板或铝合金板， 而且也适用于焊接钢板，特别是由于其所显示出的特别高的导电性。 有利地，铬的重量比在0.2和0.3％之间。 根据本发明另一个特性，锆的重量比在0.03和0.04％之间。 令人关注地，磷的重量比小于0.01％。 优选地，不可避免的杂质的重量比小于0.05％。 尤其特别地，根据该化学元素对导电性的影响，将权重系数分配给可能作为合金 中杂质存在的每种化学元素，以百万分之一计，该化学元素中的每种元素的权重比例之和 少于5000。 更优选地，以百万分之一计，该化学元素中的每种元素的权重比例之和少于2000。 本发明还涉及一种自合金通过连续浇铸制造根据本发明的焊接电极的方法，该合 7 CN 111615565 A 说 明 书 5/13 页 金由重量比大于或等于0.1％且小于0.4％的铬、重量比在0.02和0.04％之间的锆、重量比 小于0.015％的磷、为铜和重量比小于0.1％的不可避免的杂质的其余成分组成，该方法至 少包括以下步骤： a)在大于或等于1200℃的温度下熔化合金的各种组分，即铜、铬、锆和磷和/或镁； b)通过直径为d的圆柱形模头连续浇注，能够获得直径接近模头直径d的棒材，同 时将在浇注炉中的液态金属保持温度在1100和1300℃之间； c)固化该棒材并且冷却至低于100℃的温度，冷却速度至少等于10℃/s，直到达到 1060℃的棒材温度，然后在1060和1040℃之间冷却速度至少等于15℃/s，然后在1040和 1030℃之间冷却速度至少等于20℃/s，然后在1030和1000℃之间冷却速度至少等于25℃/ s，然后在1000和900℃之间冷却速度至少等于30℃/s，然后对于900℃以下的温度冷却速度 至少等于20℃/s，直到棒材冷却至不超过100℃的温度为止； d)冷加工以获得直径小于20mm的棒材； e)剪切该棒材以获得坯料，然后通过去除材料进行冲压或机加工以使该电极形成 其最终形状， 该方法包括以下步骤中的至少一个步骤：在步骤e)进行电极成形之前和/或之后， 进行时效处理或退火处理，并且在该方法中，该电极的活性面的金相组织包括非共格铬沉 淀，其大于90％的沉淀具有小于1μm2的投影表面，该非共格铬沉淀具有至少在10和50nm之 间的尺寸，该电极还具有在表面和化学蚀刻后沿该电极的活性面的横断面可见的纤维结 构，该结构由一方面是多条径向纤维且另一方面是直径小于3mm的没有纤维结构的基本上 中心的区域，该纤维的厚度小于1mm，该电极的导电性大于或等于90％IACS(国际退火铜标 准)。 优选地，步骤a)的合金的不同组分的融化在1200℃和1300℃之间的温度下进行。 步骤b)的连续浇注有利地在将浇注炉中的液态金属的温度维持在1150和1250℃ 之间期间完成。 对于低于900℃的温度，步骤c)中的该棒材的冷却能够以至少等于30℃/s的冷却 速度进行，直到棒材被冷却至不超过100℃的温度。 在该方法的第一实施例中，时效处理能够在步骤e)进行电极成形之前完成，并且 由在450和480℃之间的温度下进行1至2h的沉淀处理组成。 在第二实施例中，根据使步骤e)电极成形，在450和480℃之间的温度下实施的沉 淀处理进行1至2h。 模头的直径d优选在20和70mm之间，优选在20和40mm之间。 在步骤d)进行冷变形期间，有利地实施小于0.5mm厚的外部加工操作，以消除在固 化步骤c)期间所产生的表面缺陷。 本发明具有许多优点。 首先，由于用于生产根据本发明的电极的基础合金的组成，后者的导电性性特别 高，通常大于或等于90％IACS。这种改善的导电性使得能够解决铝相对于钢的电阻降低的 问题。 其次，与当前在汽车工业中用于焊接铝板的CuZr电极相比，根据本发明的电极具 有显着改善的抗蠕变性。尽管在焊接过程中在电极及其表面产生了热量，但仍保留了较高 8 CN 111615565 A 说 明 书 6/13 页 的硬度，因而提高了抗蠕变性。 结果，在由焊接夹具施加的夹持力的作用下，电极与板材的接触表面将更不易扩 展(spreading)，因此，将限制电极在板材上的粘附。结果，在夹具打开期间，在电极处将发 生较少的表面微拉出(surface micro-pulling out)。 这种抗蠕变性使得能够减小接触表面的扩展效应，其能够引起电流密度的减小和 焊接点直径的减小，这将不足以保证两个板材的组装。 第三，这种抗蠕变性使得能够维持较高的比压并且减小接触电阻。在焊接铝板或 铝合金板的情况下，不良的接触电阻有利于铝在电极表面上的铜中的扩散以及氧化铝向电 极表面上的转移。接触电阻由在每次焊接时在电极表面积聚的高电阻氧、铝和铜合金层的 形成导致。 在钢焊接的情况下，比压为约80MPa；对于铝，这个压力必须保持大于120MPa，以避 免过度的接触电阻。 本发明的电极能够在铝板的焊接期间维持大于120MPa的比压，而不会通过明显的 热蠕变而使电极表面快速扩展。 最后，从前文可以看出，相对于当前的CuZr电极，在需要进行机械剥离操作以恢复 本发明电极的表面的质量之前，该电极可以使用更高次数的循环，从而在生产率方面产生 不可忽视的增长。
本发明涉及一种用于焊接钢板或铝板的电极，其导电性大于或等于90％IACS，并且由合金制成，基于合金的总重量以重量计，该合金包括比例等于或小于0.1％且小于0.4％的铬、比例在0.02％至0.04％之间的锆、比例小于0.015％磷、为铜和比例小于0.1％的不可避免的杂质其余成分 全部
背景技术：
传统上，通过结合高电气强度和也称为“夹持力”的周期性压力来完成两个板材的 焊接。 更具体地说，首先，增加待组装的两个板材之间的夹持力。接下来，在第二阶段期 间，并且两个板材一旦被夹住，电流就在位于该板材的两侧的两个电极之间通过。 电流在两个电极之间的通过导致板材的相关区域处的温度增加，直至两个板材之 间的熔点，这在固化之后在板材与板材的界面处产生焊接点。 在焊接铝的情况下，夹持力会降低板和电极之间的接触电阻。 压力维持电极与板组件之间的接触。为了焊接，夹具用铜制成的电极挤压组件，铜 是一种出色的导电和导热材料。这种选择使得可能减小加热区域，该加热区域受限于待焊 接的两个板材之间的接触区域。 一旦达到熔点，就维持压力，并且停止电强度以在将电极与已组装的板材分离而 后继续到下一个焊接点之前冷却焊接点。 焊接参数因此尤其取决于板材的电阻、板材与电极之间的界面电阻、组件的总厚 度和电极的直径。 例如，这种方法通常用于薄钢板的组装。 尽管不太常见，但是也可以对铝板实施这种方法。 关于电极本身，从现有技术的文献WO 2016/203122中已知一种用于钢板的，特别 是用于具有抗腐蚀涂层的板材的焊接电极，其基础成分由铜、铬和锆的合金组成，还包含磷 和/或镁。 合金中铬的重量比在0.4和0.8％之间，锆的重量比在0.02和0.09％之间，磷和镁 的总重量比大于0.005％，镁的重量含量小于0.1％且磷的重量含量小于0.03％。其余成分 由铜组成。 这个电极的金相组织是特殊的，它包括非共格铬沉淀，其中大于90％的非共格铬 沉淀具有小于1μm2的投影表面，该非共格铬沉淀具有在10至50nm之间的尺寸。此外，该电极 具有纤维结构。 这种用于焊接钢板的电极的导电性大于85％IACS。 4 CN 111615565 A 说 明 书 2/13 页 这种电极用于焊接钢板特别令人关注，特别是因为它们比典型的电极更好地承受 腐蚀现象。这种腐蚀现象是由于电极中的铜和涂层中的锌与钢板中的铁发生化学反应而引 起的，并且导致电极表面层的降解，需要定期清除腐蚀层，甚至更换电极。 无论哪种情况，在焊接钢板的情况下，焊接点处的温度达到1560℃，并且在与钢板 的表面接触期间，电极的表面将达到700℃以上的温度。 然而在这样的温度水平下，一方面，导致电极表面腐蚀的化学反应被加速，但是另 外，电极本身的材料将通过称为“热蠕变”的磨损现象而变形，从而导致表面层从电极横向 脱离，因此其端部变宽。 结果，使电极与板材之间的接触表面变大，然后有必要增加电流密度以保持板材 的焊接点的质量。但是，增加的表面和增加的电流意味着更宽的腐蚀。 因此，在将钢板彼此焊接期间，如国际申请WO 2016/203122中所描述的电极可以 改善在高于700℃的温度下的抗蠕变性，有时可以改善达到800℃的温度下的抗蠕变性。 但是，可以进一步提高这种电极的导电性。 此外，还应注意，为了减轻车身重量，以期限制燃料消耗，当今越来越多的汽车制 造商正在用铝板替代钢板，特别是用铝合金，例如AlMgSi(铝镁硅)合金或AlMgMn(铝镁锰) 合金制成的铝板。 事实上，铝的密度是迄今为止所使用的钢板密度的35％。 还应注意的是，随着电动汽车的发展以及提高后者电池的自主性的需要，进一步 扩大了由铝合金制成的板材替代钢板的趋势。 使用铝板的另一个优点是提高了耐腐蚀性，使得不再需要钢板中必需的锌基防腐 涂层。 此外，已经证明，对于汽车制造商来说，完全有可能使用带有电阻焊接机器人的钢 板车身组装线来组装铝板车身。考虑到无需投资专用的装配技术(胶合、铆钉、铆接、激光 等)，这对于公司而言是真正的优势。 此时，汽车制造商例如将由铜-锆合金(0.15％)制成的电极用于车身铝板的电阻 焊接，这些电极通常地也用于焊接钢板。 对于铝板，焊接点必须达到两个板材之间的接触温度660℃，该温度大大低于两块 钢板的焊接点上达到的1560℃温度。与电极接触的板材的表面温度也因此将低于在焊接钢 期间所观察到的温度。 事实上，铝的导电性比钢的导电性好得多(高4至5倍)，大大降低了电阻加热，从而 使得在焊接点处实现熔化成为可能。 因此，在相似的焊接条件下，为了焊接两块铝板，有必要显着增加所施加的强度， 与焊接钢板所实施的强度相比典型地增加120％，同时减少焊接时间，后者典型地必须相对 于钢的焊接时间除以2。 电极中耗散的能量与强度的平方、电极电阻和焊接时间成正比。具体而言，相对于 钢用电极，铝板焊接用电极中的这种耗散能量高2.4倍。 电阻与导电性成反比，为了焊接铝，必须有一个导电性大于90％IACS(国际退火铜 标准)的电极，而焊接钢需要导电性大于75％IACS。 此外，为了使铝板的焊接电极具有可接受的寿命，还必须考虑在这个焊接过程中 5 CN 111615565 A 说 明 书 3/13 页 在电极表面与铝板接触期间发生的化学和热机械反应。 化学反应是板材的铝与电极的铜之间热接触的结果，其形成了氧、铝和铜合金的 层。这个层比在焊接涂有锌防腐蚀保护层的两块钢板的过程中在电极表面形成的铜和锌合 金层的电阻要大得多。 因此，在焊接铝板的过程中，电极的表面层在电阻和所施加的强度的作用下比这 同一电极的基体更容易受热，直到有利于氧化铝通过熔化粘附到电极表面，这应该被避免。 典型地，在焊接铝的过程中，电极的表面温度在500和550℃之间，而在钢焊接过程 中，这同一温度在700℃以上。 因此，相对于焊接铝板，在焊接钢的情况下，电极的表面与待焊接的金属的温度之 间的温度偏差要高得多。 事实上，正如上面的描述中已经提到的那样，当两块板材由钢制成时，两块板材之 间的接触温度必须达到1550-1560℃才能发生熔化，而电极的表面温度高于700℃，这导致 大约750-850℃的温度偏差。 在焊接铝的情况下，两块板材之间的接触温度必须达到660℃，而电极表面的温度 是大约500至550℃，这会导致大约160℃的最大温度偏差。 在焊接钢板的情况下，考虑到锌表面层在热焊接过程中保护板材的钢免受腐蚀， 这尤其正确的。锌层通过锌的潜在熔化热的作用阻止了板的加热，并且防止了钢中的铁直 接与空气接触。 这种锌的表面层在铝板上不存在。因此，在焊接铝板的情况下不提供保护。从而， 包括氧、铝和高电阻铜的合金层在每次将两块铝板彼此焊接在一起时会积聚在电极表面 上，这将增加这种电阻效应并且增加电极与铝板之间的接触温度，直到达到铝的熔化温度。 在那时，焊接点处有排出，换句话说，在板材的外面处排出融化金属，结果焊接点 的质量退化。 关于在电极的表面与铝板或钢板接触期间的热力学反应，后者一方面是由于在焊 接夹具所施加的夹持力的作用下，焊接过程中电极表面的热蠕变引起的，另一方面是由于 在焊接结束时，在夹具的开启力的作用下表面从电极上拉出引起的。 在夹持力的作用下，电极的接触面将扩展，从而在相同的焊接强度下导致电流密 度降低以及局部加热越来越少。结果，焊接点的直径减小，并且变得不足以保证两个板材的 组装。 在焊接钢的情况下，在开启力的作用下，越多电极粘附至钢板，发生的微拉出就越 多，越会使电极的接触面降低。 为了恢复铝的焊接，当电极的表面温度达到接近铝的融化温度时，必须避免焊接 点的排出。 为此，它可以证明增加夹持力是令人关注的。事实上，夹持力越高，板材与电极之 间的接触越好，接触电阻越低并且电极的接触表面处的热量就越少，而且，温度越低，铝的 氧化和转移到电极的表面的氧化铝越少。 但是，随着尤其是由夹持力所引起的接触表面的扩展，必须增加焊接电流以保持 符合要求的焊接点质量，这导致电极的更大降解。 当电极表面的降解过大时，则必须对这个表面进行机械剥离，以保证焊接点的质 6 CN 111615565 A 说 明 书 4/13 页 量。 然而，这种剥离操作具有要求将电阻焊接机器人停止在板材的装配线上的缺点， 不可避免地导致生产率的降低，特别是是剥离频率太高时。 因此，看来有必要提出一种电极，该电极特别地满足用于电阻焊接铝板的方法的 需求，典型地用于这个方法的0.15％锆中的CuZr电极相比，具有最佳的导电性和改善的焊 接性能。 更普遍地，提出了一种在所有情况下均具有改善的导电性的电极，特别是用于焊 接铝基板材，但也用于焊接钢板，并且其使得可以减小板材与电极之间的接触电阻，因此避 免在电极的接触表面上加热以及由此所产生的缺点。
技术实现要素：
为此，本发明涉及一种由铜、铬、锆和磷的合金制成的电极，用于焊接由钢和铝或 铝合金制成的金属板，其特征在于该合金由重量比大于或等于0.1％且小于0.4％的铬、重 量比在0.02至0.04％之间的锆、重量比小于0.015％的磷、为铜和重量比小于0.1％的不可 避免的杂质的其余成分，并且该电极的导电性大于或等于90％IACS(国际退火铜标准)。 有利地，该电极的结构包括非共格铬沉淀，其中大于90％的沉淀具有小于1μm2的 投影表面，该非共格铬沉淀具有至少在10和50nm之间的尺寸，该电极还具有在表面和化学 蚀刻后沿该电极的活性面的横断面可见的纤维结构，该结构由一方面是多条径向纤维及另 一方面是直径小于5mm的没有纤维结构的基本上中心的区域组成，该纤维的厚度小于1mm。 特别优选地，当在焊接铝板或铝合金板的情况下应用时，该电极能够在将两块铝 板彼此焊接期间维持大于或等于120MPa的比压，以限制该电极与两块铝板之一的外表面之 间的接触电阻。 与申请WO 2016/203122中的用于生产钢板的焊接电极的还包含磷和/或镁的 CuCrZr合金相比，该初始合金中减少的铬含量，可显着提高导电性，后者系统地大于或等于 90％IACS，如下文所提供的示例中所示。 此外，这种减少的铬含量使得能够出乎所有意料地保持非共格铬沉淀，这些沉淀 已经是国际申请WO 2016/203122中所描述的用于钢板的电极的改进焊接性能的来源，特别 是通过增加这种电极对热蠕变的电阻。 因此，根据本发明的电极特别令人关注于并且特别适用于焊接铝板或铝合金板， 而且也适用于焊接钢板，特别是由于其所显示出的特别高的导电性。 有利地，铬的重量比在0.2和0.3％之间。 根据本发明另一个特性，锆的重量比在0.03和0.04％之间。 令人关注地，磷的重量比小于0.01％。 优选地，不可避免的杂质的重量比小于0.05％。 尤其特别地，根据该化学元素对导电性的影响，将权重系数分配给可能作为合金 中杂质存在的每种化学元素，以百万分之一计，该化学元素中的每种元素的权重比例之和 少于5000。 更优选地，以百万分之一计，该化学元素中的每种元素的权重比例之和少于2000。 本发明还涉及一种自合金通过连续浇铸制造根据本发明的焊接电极的方法，该合 7 CN 111615565 A 说 明 书 5/13 页 金由重量比大于或等于0.1％且小于0.4％的铬、重量比在0.02和0.04％之间的锆、重量比 小于0.015％的磷、为铜和重量比小于0.1％的不可避免的杂质的其余成分组成，该方法至 少包括以下步骤： a)在大于或等于1200℃的温度下熔化合金的各种组分，即铜、铬、锆和磷和/或镁； b)通过直径为d的圆柱形模头连续浇注，能够获得直径接近模头直径d的棒材，同 时将在浇注炉中的液态金属保持温度在1100和1300℃之间； c)固化该棒材并且冷却至低于100℃的温度，冷却速度至少等于10℃/s，直到达到 1060℃的棒材温度，然后在1060和1040℃之间冷却速度至少等于15℃/s，然后在1040和 1030℃之间冷却速度至少等于20℃/s，然后在1030和1000℃之间冷却速度至少等于25℃/ s，然后在1000和900℃之间冷却速度至少等于30℃/s，然后对于900℃以下的温度冷却速度 至少等于20℃/s，直到棒材冷却至不超过100℃的温度为止； d)冷加工以获得直径小于20mm的棒材； e)剪切该棒材以获得坯料，然后通过去除材料进行冲压或机加工以使该电极形成 其最终形状， 该方法包括以下步骤中的至少一个步骤：在步骤e)进行电极成形之前和/或之后， 进行时效处理或退火处理，并且在该方法中，该电极的活性面的金相组织包括非共格铬沉 淀，其大于90％的沉淀具有小于1μm2的投影表面，该非共格铬沉淀具有至少在10和50nm之 间的尺寸，该电极还具有在表面和化学蚀刻后沿该电极的活性面的横断面可见的纤维结 构，该结构由一方面是多条径向纤维且另一方面是直径小于3mm的没有纤维结构的基本上 中心的区域，该纤维的厚度小于1mm，该电极的导电性大于或等于90％IACS(国际退火铜标 准)。 优选地，步骤a)的合金的不同组分的融化在1200℃和1300℃之间的温度下进行。 步骤b)的连续浇注有利地在将浇注炉中的液态金属的温度维持在1150和1250℃ 之间期间完成。 对于低于900℃的温度，步骤c)中的该棒材的冷却能够以至少等于30℃/s的冷却 速度进行，直到棒材被冷却至不超过100℃的温度。 在该方法的第一实施例中，时效处理能够在步骤e)进行电极成形之前完成，并且 由在450和480℃之间的温度下进行1至2h的沉淀处理组成。 在第二实施例中，根据使步骤e)电极成形，在450和480℃之间的温度下实施的沉 淀处理进行1至2h。 模头的直径d优选在20和70mm之间，优选在20和40mm之间。 在步骤d)进行冷变形期间，有利地实施小于0.5mm厚的外部加工操作，以消除在固 化步骤c)期间所产生的表面缺陷。 本发明具有许多优点。 首先，由于用于生产根据本发明的电极的基础合金的组成，后者的导电性性特别 高，通常大于或等于90％IACS。这种改善的导电性使得能够解决铝相对于钢的电阻降低的 问题。 其次，与当前在汽车工业中用于焊接铝板的CuZr电极相比，根据本发明的电极具 有显着改善的抗蠕变性。尽管在焊接过程中在电极及其表面产生了热量，但仍保留了较高 8 CN 111615565 A 说 明 书 6/13 页 的硬度，因而提高了抗蠕变性。 结果，在由焊接夹具施加的夹持力的作用下，电极与板材的接触表面将更不易扩 展(spreading)，因此，将限制电极在板材上的粘附。结果，在夹具打开期间，在电极处将发 生较少的表面微拉出(surface micro-pulling out)。 这种抗蠕变性使得能够减小接触表面的扩展效应，其能够引起电流密度的减小和 焊接点直径的减小，这将不足以保证两个板材的组装。 第三，这种抗蠕变性使得能够维持较高的比压并且减小接触电阻。在焊接铝板或 铝合金板的情况下，不良的接触电阻有利于铝在电极表面上的铜中的扩散以及氧化铝向电 极表面上的转移。接触电阻由在每次焊接时在电极表面积聚的高电阻氧、铝和铜合金层的 形成导致。 在钢焊接的情况下，比压为约80MPa；对于铝，这个压力必须保持大于120MPa，以避 免过度的接触电阻。 本发明的电极能够在铝板的焊接期间维持大于120MPa的比压，而不会通过明显的 热蠕变而使电极表面快速扩展。 最后，从前文可以看出，相对于当前的CuZr电极，在需要进行机械剥离操作以恢复 本发明电极的表面的质量之前，该电极可以使用更高次数的循环，从而在生产率方面产生 不可忽视的增长。
