CN102695576A - 在两个构件之间生成抗腐蚀激光焊接连接的方法和由两个相互焊接的构件组成的设置单元 - Google Patents

在两个构件之间生成抗腐蚀激光焊接连接的方法和由两个相互焊接的构件组成的设置单元 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在两个构件（10，20）之间生成激光焊接连接的方法，具有如下步骤：提供第一构件（10），它在要建立连接的区域内包括由第一金属构成的联接面（11），至少第一构件（10）的联接面（11）配置有由第二金属构成的金属层（14）；提供具有由第三金属构成的主体（21）的第二构件（20），在其上在要建立连接的区域内敷设由第四金属构成的、具有联接面（23）的焊接辅件（22）；在第一和/或第二构件（10，20）的联接面上设置抗腐蚀的焊料层（30），该焊料层所具有的熔化温度低于在相互要焊接的构件（10，20）的焊接区域内出现的温度；使第一和第二构件（10，20）在联接面的区域内面状接触；在焊料层（30）的焊料熔化的情况下实施激光焊接连接，使焊料填满在第一和第四金属与焊接区域（40）之间通过熔焊所产生的缝隙。

Description

在两个构件之间生成抗腐蚀激光焊接连接的方法和由两个相互焊接的构件组成的设置单元
技术领域
本发明涉及一种用于在两个构件之间生成抗腐蚀激光焊接连接的方法。另外本发明还涉及一种由两个借助激光焊接连接而相互连接的构件组成的设置单元。
背景技术
借助激光焊接连接，两个构件可以持久可靠地相互连接在一起。根据相互焊接在一起的构件的材料、这些构件的使用区域以及应用的情况可能会在激光焊接连接的区域内产生导致激光焊接连接的缓慢变坏或者甚至损坏的腐蚀。倘若激光焊接连接形成电连接和机械连接的话，这可能会导致电气装置失效。
在机动车领域，存储模块被应用于机动车供电和/或驱动机动车。这样的存储模块包括多个存储电池和/或双层电容器，它们通过其接线端子相互并联和/或与存储模块相互电连接。存储模块的存储电池的接线端子由钢构成。在这种情况下使用所谓的电池连接片实施两个相邻的存储电池的两个不同极性的接线端子之间的电连接和机械连接。电池连接片在最简单的情况下为铝制或者铜制的段或者小片，它们通过钢制或者镍合金制的金属中间衬垫与钢制的接线端子被激光焊接在一起，其中中间衬垫例如借助超声波焊接被连接在电池连接片上。
涂覆在由非抗腐蚀的钢构成的接线端子上的抑制腐蚀的涂层（例如镍）形成了防氧化保护，该防氧化保护通过激光焊接连接被破坏。在实施激光焊接连接后的事后防护不再是可能的。由于特别是在上述应用情况中存储模块遭受各种极端不同的环境条件影响，在相应的空气湿度和/或含盐的空气中可能会发生导致激光焊接连接的变坏或者甚至损坏的腐蚀。这可能导致整个存储模块失效，这不符合对机动车的经济性要求。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种用于生成激光焊接连接的方法，该激光焊接连接在机械强度和腐蚀方面具有持久的稳定性。另外还提供一种由两个借助激光相焊接的构件组成的设置单元，该设置单元在所述要求方面具有终身持久的可靠性。
这个目的通过符合权利要求1特征的方法以及符合权利要求15特征的设置单元得以实现。有益的设计分别可由各从属权利要求得出。
本发明提供一种用于在两个构件之间生成抗腐蚀激光焊接连接的方法。该方法包括以下步骤：提供第一构件，该第一构件在要建立连接的区域内包括由第一金属、特别是非抗腐蚀的金属构成的联接面，其中至少第一构件的联接面配置有由第二金属构成的特别抑制腐蚀的金属层；提供具有由第三金属构成的主体的第二构件，在该第二构件上在要建立连接的区域内敷设由第四金属构成的、具有联接面的焊接辅件；在第一和/或第二构件的联接面上设置抗腐蚀的焊料层，该焊料层所具有的熔化温度低于在需相互焊接的构件的焊接区域内出现的温度；使第一和第二构件在它们的联接面的区域内面状接触；在焊料层的焊料熔化的情况下实施激光焊接连接，使焊料填满在第一金属、第四金属与所产生的焊接区域之间通过熔焊而产生的缝隙。
通过设置在第一和/或第二构件的联接面上的焊料层能够持久避免第一构件的特别是非防腐蚀的第一材料与环境接触，通过这种方式可以避免氧化过程。在上述条件下，保障了两个构件之间的激光焊接连接的持久稳定性，由此提高了接合处的使用寿命。
在本发明的方法中，作为第一构件的第一材料使用钢或者铁合金。例如第一构件所涉及的可以是存储模块用的存储电池，特别是机动车的存储模块用的存储电池，其联接面由钢制的或者铁合金制的接线端子构成。在第一构件的联接面上作为第二金属使用镍或者镍合金，它用作第一构件的联接面的防氧化保护。作为第二构件的主体的第三金属使用铝、铝合金或者铜。第二构件所涉及的可以是所谓的电池连接片，通过该电池连接片两个存储电池（第一构件构成该存储电池）的两个接线端子电连接。在为了与第一构件连接而设置的第二构件主体的侧面上例如借助超声波焊接敷设由第四材料构成的焊接辅件，该焊接辅件通过其联接面能够与第一构件的第一材料实现激光焊接连接。作为第二构件的焊接辅件的第四材料使用钢或者镍合金。
在熔焊区域内，由第一、第二和第四材料产生一种混合物，其中典型地达到1200℃至1400℃的温度。因此需引入的焊料的熔点必须在1200℃以下，这样保障在第一金属与焊接辅件之间通过熔焊产生的缝隙被所述焊料填满。焊料层符合目的地由具有约210℃与230℃之间的熔点的焊料构成。例如作为焊料可以使用在上述温度范围内熔化的含锡焊料。作为可选方案，焊料层可以由具有约800℃至900℃之间的熔点的焊料构成。这里特别是作为焊料可以考虑含银的焊料或者铝基的焊料。为了降低焊料被烧焦的危险，焊料层也可以由具有1000℃左右的工作温度的焊料构成。镍基或者铜基的焊料具有这种工作温度。
在所有情况下均保障焊料层的焊料所具有的熔化温度低于在需要相互焊接连接在一起的构件的焊接区域内出现的温度。
焊料层的焊料可以选择地通过涂抹、喷射或者印刷被涂覆在第一和/或第二构件的联接面上。焊料层以小于10μm的厚度被涂覆在第一和/或第二构件的联接面上被证明是适宜的。
特别是还可以规定：焊料层包括由多个焊料层构成的层序列，所述多个焊料层相继地被涂覆在第一和/或第二构件的联接面上。在此，这些涂层可以具有不同的或者相同的熔点。
另外，本发明还提供一种设置单元，该设置单元通过上述方法制成。特别是，第一构件为存储模块用的存储电池，特别是机动车的存储模块用的存储电池，其联接面由钢制或者铁合金制的接线端子构成。第二构件为铝制、铝合金制或者铜制的电池连接片，该电池连接片具有钢制或者镍制的焊接辅件，通过该电池连接片，不同极性的两个存储电池的接线端子相互电连接。另外本发明的设置单元的特点是，该设置单元在焊接区域内包括焊料的元素（Elemente）。
附图说明
下文将参照附图所示的实施例进一步阐述本发明。
唯一附图示出的是在两个构件10、20之间建立的激光焊接连接。
具体实施方式
利用附图标记10示出的是第一构件，例如存储模块的存储电池，特别是机动车的存储模块的存储电池。在附图中以纵剖视图示出的存储电池10具有柱形的，例如圆形的或者棱形的横截面，其中在终端面上构造有接线端子。在实施例中示出了构成联接面11的接线端子。该联接面11包括设于中央的区域12，该区域由于存储电池10的内部结构的原因不得与第二构件20焊接在一起。中央区域12如同围绕它的区域13一样由钢或者铁合金构成。环形区域13能够与第二构件20焊接在一起。在如所叙述的那样完全由钢或者铁合金构成的联接面11上布置有抑制腐蚀的金属层14，例如镍层。镍金属层14具有约10μm的高度并且为了防止钢制联接面11的氧化而被涂覆。
与附图的图示不同，镍层14不仅能够被涂覆在存储电池10的端面的接线端子或者联接面11上，而且也可以至少部分地被涂覆在存储电池10的外表面上。
第二构件20例如表示的是铝制、铝合金制或者铜制的电池连接片。以横截面被示出的电池连接片例如具有矩形的铝制体21，该铝制体在例如与存储电池10的横截面相匹配的开口24的区域内的端部上设置有例如经超声波焊接的钢制或者镍制的焊接辅件22，其联接面（23）允许通过第一构件10的联接面11与第一构件10激光焊接连接而不需通过铝制体焊接。在此，焊接辅件22具有至少与存储电池10的联接面11的宽度相当的宽度。
为了制造存储电池10与电池连接片20之间的激光焊接连接，使两个构件10、20相互面状接触。利用激光器由电池连接片20的一侧穿过铝制体21的开口24在存储电池10的（环形的或者直线的）区域13内实施激光焊接连接。在实施激光焊接时，涂覆在联接面11上的防氧化镍层14被破坏。在这种情况下接线端子或者联接面11的非抗腐蚀的钢与环境接触，由此在存储电池的整个运行时间内会产生腐蚀。在这种情况下，激光焊接连接实施后的事后防护是不可能的。
在激光焊接连接中，设置单元的以附图标记40被标示出的焊接区域熔化，与此同时形成镍和铁的混合物。在焊接过程中，在焊接区域40内与此同时产生1200℃与1400℃之间的温度。在已经言及的、形成于焊接区域40的边缘区域内的缝隙中可能同时会侵入湿气，并且导致非预期的腐蚀。
为了避免腐蚀，因此根据本发明或在存储电池10的镍层14上或在电池连接片20的焊接辅件22的联接面23上或在两个表面14、23上涂覆抗腐蚀的焊料层30。该焊料层30由一种焊料构成，该焊料具有的熔化温度低于出现在焊接区域40内的1200℃至1400℃范围内的温度。例如可以使用含锡的焊料，该焊料在210℃与230℃之间的温度范围内熔化。作为可选，可以使用一种含银的焊料或者一种铝基焊料，该焊料在约800℃至900℃熔化。为了降低焊料在焊接过程中烧焦的危险，焊料层也可以由工作温度在约1000℃的焊料制成。具有这种工作温度的是镍基或者铜基的焊料。
厚度优选小于10μm的焊料层30可以通过涂抹、喷射或者印刷被涂覆在存储电池10或者电池连接片20的联接面11、23之一上。焊料层30可选地可以作为唯一的涂层被涂覆或者作为由多个焊料层构成的层序列被涂覆。在多个焊料层的情况下每层焊料层可以由具有不同熔化温度的不同的焊料构成。
在实施激光焊接连接的过程中，焊料层30的焊料熔化，这样这些焊料填满在焊接区域40与存储电池10的钢之间通过熔焊产生的缝隙。这一点在附图中用附图标记31标出，其中，焊料通过熔化呈弯月面贴靠在充满焊料的焊接区域的边缘上，并且平行于构件10和20的接合面贴靠。由于焊料层30的焊料通过在激光焊接过程中引入的热量熔化并且填满构件之间的缝隙，所以焊缝40不论是在连接的内侧面上还是在外侧面上都被包裹起来而与外围隔绝，这样尽管镍层14被破坏也不会导致接线端子的钢材氧化。其结果是通过这种方式能够改善焊接连接，并得到随之出现的由两个构件组成的设置单元的提高的使用寿命。
通过使用通过激光焊接的熔焊热而熔化的焊料，不需要在制造过程中采取另外的工艺步骤在两侧对焊接区域进行持久的防腐。改良的激光焊接连接仅仅通过在实施激光焊接连接前被涂覆在需相互连接在一起的联接面上的焊料得以实现。
附图标记列表
10    第一构件
11    联接面
12    设于中央的区域
13    设于中央的区域的围绕区域
14    金属层
20    第二构件
21    铝制体
22    焊接辅件
23    联接面
24    开口
30    焊料层
31    熔化的焊料
40    焊接区域

Claims (17)

1.用于在两个构件（10，20）之间生成激光焊接连接的方法，具有如下步骤：
-提供第一构件（10），该第一构件在要建立连接的区域内包括由第一金属构成的联接面（11），其中，至少所述第一构件（10）的联接面（11）配置有由第二金属构成的金属层（14）；
-提供具有由第三金属构成的主体（21）的第二构件（20），在该第二构件上，在要建立连接的区域内敷设由第四金属构成的、具有联接面（23）的焊接辅件（22）；
-在第一和/或第二构件（10，20）的联接面上设置抗腐蚀的焊料层（30），该焊料层所具有的熔化温度低于在相互要焊接的构件（10，20）的焊接区域内出现的温度；
-使第一和第二构件（10，20）在联接面的区域内面状接触，以及，
-在焊料层（30）的焊料熔化的情况下实施激光焊接连接，使所述焊料填满在第一和第四金属与焊接区域之间通过熔焊所产生的缝隙。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：使用钢或者铁合金作为第一构件（10）的第一金属。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：使用镍或者镍合金作为第一构件（10）的联接面（11）上的第二金属。
4.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于：使用铝、铝合金或者铜作为第二构件（20）的第三金属。
5.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于：使用钢或者镍合金作为第二构件（20）的焊接辅件（22）的第四金属。
6.如权利要求1至5之任一项所述的方法，其特征在于：所述焊料层（30）由熔点在约210℃至230℃之间的焊料构成。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：使用含锡的焊料作为焊料。
8.如权利要求1至5之任一项所述的方法，其特征在于：所述焊料层（30）由熔点在约800℃至900℃之间的焊料构成。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：使用含银的焊料或者铝基的焊料作为焊料。
10.如权利要求1至5之任一项所述的方法，其特征在于：所述焊料层（30）由具有约1000℃的熔点的焊料构成。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：使用铜基或者镍基的焊料作为焊料。
12.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于：焊料通过涂抹、喷射或者印刷被涂覆到第一和/或第二构件（10，20）的联接面（11，23）上。
13.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于：所述焊料层（30）以小于10μm的厚度被涂覆到第一和/或第二构件（10，20）的联接面（11，23）上。
14.如前述权利要求之任一项所述的方法，其特征在于：所述焊料层（30）包括由多个焊料层构成的层序列，所述多个焊料层相继地被涂覆到第一和/或第二构件的联接面（11，23）上。
15.通过如前述权利要求之任一项所述的方法而制成的设置单元。
16.如权利要求15所述的设置单元，其特征在于：第一构件（10）为用于存储模块的存储电池，特别是用于机动车的存储模块的存储电池，其联接面（11）由钢制的或者铁合金制的接线端子构成，以及，第二构件（20）为铝制的、铝合金制的或者铜制的电池连接片，该电池连接片带有钢制的或者镍合金制的焊接辅件（22），通过该电池连接片，不同极性的两个存储电池的接线端子相互电连接和机械连接。
17.如权利要求15或16所述的设置单元，其特征在于：该设置单元在焊接区域内包括焊料的元素。
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