CN114226980A - 一种高反异质材料焊接方法 - Google Patents

Abstract

本公开通过焦距实时补偿系统对高反异种材料在激光焊接过程中根据焊接材料不同的光反射率和熔值对焦距实行进行调整补偿，平衡焊接材料对激光的有效吸收，使高反异质材料在熔融过程中具有同一性，进而保证熔池的顺利成型。在此基础上，通过焊接头、激光芯径、焊接角度、离焦量、功率进一步对焊接质量进行控制。通过上述方式使高反异质材料在激光焊接过程中可以达到较高的焊接强度，且焊缝表面光滑、饱满，成型质量好。

Description

一种高反异质材料焊接方法

技术领域

本公开焊接技术领域，具体涉及一种高反异质材料的激光焊接方法。

背景技术

目前，随着电动汽车的大力发展，电动汽车在汽车市场中占比逐步增多。有关电动汽车的安全问题也越来越多的引发人们的关注和讨论，特别是近年来，电动汽车自燃或者爆炸的事故时有发生。究其原因，主要是电池技术尚不够成熟，存在一些安全隐患。现今市场中，电池外壳、正、负极材料多以钢、铝、铜为主。但钢、铝、铜等金属材料对光的反射率较高，且物理、化学特性相差较大，在使用激光技术进行焊接过程中，由于异质材料的物理、化学性质差别较大，使熔池成型困难，焊接结构存在脆化、裂纹、虚焊等工艺缺陷。

公开号为：CN108188579A的专利申请公开了一种钢/铝异种材料的激光焊接方法。通过在铝合金表面预置Ni/B混合粉，在惰性气体混合CO2/O2混合气体或空气气氛下实施激光焊接；通过Ni/B混合粉中的Ni改善熔池内的冶金反应，有效阻碍了Fe-Al冶金反应的发生，抑制了焊接接头界面处Fe-Al金属间化合物的析出；B粉熔化进入焊接熔池中提高了因Ni加入后生成的Al-Ni金属间化合物的韧性；采用O2和CO2中的一种或两种与惰性气体混合或在单纯空气环境下直接焊接，提高焊接熔池的氧分压，使得进入熔池内的Al元素与O元素结合形成对焊接接头强韧性无影响的Al2O3，降低界面处Fe-Al金属间化合物的厚度，实现钢/铝异种焊接接头的强韧化，获得高质量的激光焊接接头。通过加入中间作用物及采用气体保护的方式，对铝/铁异种金属进行焊接。

公开号为：CN113001024A的专利申请公开了一种异种材料的激光焊接方法。通过预备需焊接异种材料，预备中间材料，将中间材料固定在第一种金属材料和第二金属材料的接合面之间，通过设置中间材料使异种材料之间进行焊接结合。

现有技术中，对异种材料的激光焊接多采用叠加中间材料、采用辅助材料或者使用保护气体等方式，存在中间熔融物。一方面，增大电池的内阻，导致电池在使用过程中局部热量产生堆积，容易造成电池自燃，存在安全隐患；另一方面，中间材料或者辅助材料的粉末容易掉入电池内部电芯中，使电池存在安全隐患。而且在电池外壳、正、负极材料激光焊接过程中，钢、铝、铜等金属材料对光的反射率和熔点各不相同，如铝和铜的焊接过程中，由于不同的反射率导致异种材料对激光能量的吸收并不相同，且由于熔点也不相同，需要吸收达到异种材料熔值极限的热量也不相同。导致焊接过程中，熔池的成形比较困难，存在一种材料已经熔融而另一种材料仍处于固化状态的情形，最终导致熔池质量较差，使焊接结构存在脆化、裂纹、虚焊等缺陷。

发明内容

本公开针对利用激光焊接技术对高反异质材料进行焊接的过程中，激光有效吸收率较差，熔池成型困难的技术问题，提供了一种高反异质材料的激光焊接方法，使焊缝表面光滑、饱满，焊接结构成型质量好。

本公开的构思之一是在于，采用焦距实时补偿的方式对焊接过程中焦距实时进行调节，提高异质材料对激光的有效吸收，从而促进熔池的成型。

具体的，在高反异质材料焊接过程中，由于高反异质材料的光反射率与熔点并不相同，导致其对光的吸收率和达到其熔值极限需要吸收的能量也不相同。在实际焊接过程中，随着焊接深度逐步加深，激光的功率密度也慢慢降低。为了保证激光在焊接过程中功率密度满足焊接高反异质材料的需求，采用实时对激光焦距进行改变的方法，保证高反异质材料在熔池成型过程中对激光能量的有效吸收，顺利形成熔池，进而提高高反异质材料的焊接强度和质量。

进一步的，本公开的另一构思在于，通过实时的信息对激光器的焦距进行控制，满足实际生产过程中的需求。

具体的，焦距实时信息中包括焊接的深度和焊接的材质，焊接材质中主要是焊接材料对光的吸收率信息和熔点信息。在此基础上，焦距实时信息还包括焦距调节的时间信息和调节的大小信息。通过这些信息共同实现对焦距的实时调节。

进一步的，本公开的另一构思在于，通过焦距变化的持续的时间，实现对异质材料在不同焊接深度下的激光有效吸收率的一致性。

具体的，焦距在变化过程中，有一个起始的时间，和稳定的时间。通过时间上的控制，避免相同的焦距在焊接过程中持续时间过长，当焊接深度发生改变或者焊接材料发生改变时，焊接材料的激光能量吸收率会发生变化，从而破坏焊接材料在焊接过程中的一致性。通过焦距持续时间的控制，可以使焦距在焊接过程中实时变化，同时在一定时间内是稳定输出的，保证了高反异质材料在焊接时间内对激光能量的吸收率具有一致性。

进一步的，本公开的另一构思，通过焊接材料的上表面的信息确定焦距的预设大小，保证焦距实时变化具有一致性。

具体的，在焊接初始时，有一个初始的焦距大小。该焦距大小根据焊接材料的光吸收率、熔点以及该焊接材料的上表面确定。用于快速突破焊接材料的熔值极限，使焊接材料开始熔化。

进一步的，本公开的另一构思在于，通过焊接材料的种类、厚度、光的反射率以及熔点信息，用于对焦距进行调节，保证不同材料焊接过程中的一致性。

具体的，焊接过程中，焊接材料的光吸收率是与光的反射率有关的，同时随着焊接过程中材料的变化，对激光能量的吸收率开始发生变化，同时由于熔点的不同，对激光能量的吸收量也是不同的。为了使焦距的变化更好的适应不同材料在不同厚度下对激光能量的吸收率，焦距调节信息中应包括焊接材料的种类、熔点、光的反射率以及厚度等信息，使焦距的变化能更好的满足实际过程中的使用需求。

进一步的，本发明的另一构思在于，选用合适的焊接头对焦距进行精确调节。。

具体的，不同材质、不同厚度以及不同焊接深度的高反异质材料对焦距的变化率和变化范围是不同的，根据需要的焦距变化范围和变化的精度，选用合适的激光焊接头，以实现对不同情况下焦距变化需求的精准控制，提高高反异质材料对激光的有效吸收率，促进熔池的成型。

再进一步的，本发明的另一构思在于，通过焦距调节的时间信息控制激光的输出时间。

具体的，根据焦距调节信息中焦距的持续时间控制激光器在该焦距下的输出时间。

进一步的，通过激光芯径控制激光的质量。

具体的，由于焊接材料的不同，对激光的功率密度需求不同。对于低熔点或者焊深精度要求较低的焊接材料，可以选用合适芯径的激光器。

进一步的，本公开的另一构思在于，通过焊接角度对高反异质材料的焊接深度进行控制，进而更好的不同厚度的焊接材料进行焊接。

具体的，激光焊接过程中，焊接的有效深度和焊接的角度有关。由于高反异质材料对光的反射率较高，为了既保证焊接有效深度，又避免光在反射过程中进入激光镜头中造成破坏，采用30°-40°的焊接角度对高反异质材料进行焊接，其中，实际的焊接角度根据焊接材料的厚度，以及实时变焦的难以程度进行选择。

进一步的，本公开的另一构思在于，通过激光的离焦量控制焊缝表面的成型质量，达成提高焊接质量的目的。

具体的，激光的离焦量由激光的焦距确定，但是在高反异质材料焊接的过程中，焦距是实时变化的。在进行离焦量的选择时，应尽可能根据激光焦距的实时变化范围进行确定，保证焊接过程中焊缝表面的质量，使焊缝表面更光滑、饱满，提高焊接结构的质量。

本公开提供了一种高反异质材料的激光焊接方法，方法包括：

确定焦距实时补偿信息，其中，根据焊接深度和焊接材质确定焦距实时补偿信息；

所述的焦距实时补偿信息包括焦距调节的时间信息和焦距调节的大小信息；

启动激光焊接；是指启动激光器对待焊接材料进行焊接；

利用焦距实时补偿信息对激光焊接过程进行控制。

基于上述技术方案，通过焦距实时补偿信息对激光器的焦距进行控制，通过焦距的改变满足异质材料在焊接过程中对激光能量吸收率以及开始熔化的一致性，使熔池顺利成型。

进一步的，高反异质材料的激光焊接方法，还包括：

所述的焦距调节时间信息包括焦距调节的起始时间、焦距稳定的恒定时间。

基于上述技术方案，对每个需要的焦距的运行时间进行控制，避免运行时间过长或者过短，不满足高反异质材料的使用需求。

进一步的，高反异质材料的激光焊接方法，还包括：

所述的焦距调节的大小信息包括初始焦距大小信息；所述初始焦距大小信息根据突

破焊接材料外表面的熔点确定。

基于上述技术方案，初始的焦距大小用于突破焊接材料外表面的熔点极限，使焊接

材料开始熔化。

进一步的，高反异质材料的激光焊接方法，还包括：

所述根据焊接深度和焊接材质确定焦距实时补偿信息中的焊接材质包括焊接材料

种类、焊接材料厚度、焊接材料反光度、焊接材料的熔点信息中的至少一种。

基于上述技术方案，使焦距实时补偿信息具有更好的适配性。

进一步的，高反异质材料的激光焊接方法，还包括：选用合适的焊接头对焦距进行精确调节。

基于上述技术方案，通过焊接头实现对焦距范围和焦距变化的精确控制。

进一步的，高反异质材料的激光焊接方法，还包括：

所述的利用焦距实时补偿信息对激光焊接过程进行控制包括，当焊接达到预设焦距

时，焊接头对按照焦距稳定的恒定时间对焊点进行输出。

基于上述技术方案，确定焦距持续的时间。

进一步的，高反异质材料的激光焊接方法，还包括：

选择激光头的激光芯径，其中，所述的激光芯径据所述异质材料的光反射率和熔点以及所述焊接深度选择。

基于上述技术方案，通过芯径的选择，控制高反异质材料的激光能量的有效吸收率和能量吸收量。

进一步的，高反异质材料的激光焊接方法，还包括：

确定焊接角度，其中，所述焊接角度为30°-40°。

基于上述技术方案，通过焊接角度，控制焊接的有效熔深，同时避免因光的反射进入激光器的镜头中，造成光学器件被破坏。

进一步的，高反异质材料的激光焊接方法，还包括：

调节离焦量；其中，离焦量用于调节焊接的质量。

基于上述技术方案，根据焦距的变化范围，合理对离焦量进行选择，可以使焊缝表面更光滑、饱满。

进一步的，高反异质材料的激光焊接方法，还包括：

调节功率；其中，功率保证激光能量的输出。

技术上述技术方案，根据异质材料在材质变化或者焊接深度变化过程中，对功率进行调节，满足高反异质材料在焊接过程中对激光能量的需求。

本公开通过上述技术方案，解决了高反异质材料焊接过程中激光有效吸收率较差，熔池成型困难的技术问题，消除了焊接结构存在脆化、裂纹、虚焊等工艺缺陷，使高反异质材料焊接结构具有较高的焊接强度、焊缝表面光滑、饱满，成型质量好。

附图说明

以下将结合附图和优选实施例来对本公开进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本公开范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。

图1本发明中焦距实时补偿系统流程图。

具体实施方式

下面结合附图1，对本公开作详细的说明。

为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本公开，并不用于限定本公开。

本申请提供的一种高反异质材料焊接方法，具有较高的焊接强度、焊缝表面光滑、饱满，成型质量好等优点。

图1是本公开的一个具体实施例1。

具体的，通过焦距的实时变化对高反异质材料的激光能量吸收进行平衡。首先确定异质材料的光反射率和熔点，得到其激光能量的吸收率和吸收量的情况。再确定两种材料的焊接厚度，进一步确定不同材料对激光能量的需求量。然后对焊接深度进行确认，得到激光焊接过程中总的激光能量的需求。最后对焊接的实时深度进行检测，根据实时焊接深度的情况，对激光的焦距进行调节，以满足该深度下，不同材料对激光能量的需求。随着深度的逐渐加深，激光焦距不断变小，当材料发生改变时，焦距也跟着改变，如光吸收率变小时，焦距变小；反之，则焦距变大。如熔点变小时，焦距变大，反之，则焦距变小。一般而言，在穿透焊和搭接焊中，熔点高的材料再上，熔点低的材料在下，避免低熔点的焊接材料先融化，而高熔点的焊接材料仍处于固化状态，使熔池成型困难。

如图1所示先通过焊接材质、厚度以及焊接深度先对焦距信息进行初次的确认，然后检测焊接实时深度，根据焊接的实时深度去确定焦距具体的补偿信息，包括时间信息和大小信息。通过确定时间信息和大小信息对激光焊接过程中的焦距进行调节。在运行一段时间，再次检测焊接的实时深度再去确定焦距的时间信息和大小信息，再对焦距进行调节，以此往复进行实时对激光焦距进行改变，平衡不同材料之间的激光有效吸收率，使不同材料之间熔融物的成型具有相对的同一性，进而使两种熔融物稳定结合，提高焊接结构的强度与质量。

进一步，在具体实施例1的基础上，进一步对焦距调节时间信息进行确定，形成具体实施例2。

具体的，焦距时间信息中含有起始时间和持续时间，起始时间用于确定焦距开始进行调节的时间，持续时间用于确定焦距稳定的时间。确保在一定焦距下有一段持续时间，用于保持激光能量的合理输出。

进一步的，在具体实施例1的基础上，进一步对焦距的初始信息进行确认，形成具体实施例3。

具体的，由于焦距是实时变化的，但在激光焊接开始需要一个初始焦距。因此根据焊接材料的上表面熔点及光的反射率对初始的焦距进行确认，用于初始焦距能够顺利突破焊接材料外表面的熔值极限。

进一步，在具体实施例1的基础上，对确定焦距信息的焊接材质的信息进行限定，形成具体实施例4。

具体的，焦距信息是根据焊接材料的种类、厚度、反光率、熔点等确定。针对焊接材料厚度的不同、其能量需要的吸收率也不同，且材质的反光率决定焊接材料对激光能量的吸收率，焊接材料的熔点确定激光能量的吸收量。通过上述信息对焦距信息进行确认，可以更好的实现对焦距的准确控制，满足实际使用的需求。

进一步，在具体实施例1的基础上，进一步对激光焊接头进行选择，形成的具体实施例5。

具体的，由于焦距实时补偿系统需要对焦距实时进行改变，激光头的焊接尤为重要。通过焦距的变化范围和实际需求的精度，选择一个合适的激光头，有助于焦距的实时转换。使其再变换过程中，其范围是合适的，且其精度满足要求。例如：对于焊接深度较大，或者焊接材料的光反射率、熔点相差较大时，选用焦距调节范围较大的激光头，调节精度可以适当降低，反之选用焦距调节范围较小，调节精度较高的激光头。通过激光头的合理选用，可以更好对激光焊接过程中的焦距进行实时调节，使高反异质材料对有效激光能量的吸收更平衡，熔池成型质量更好。

进一步的，在上述实施例的基础上，根据焦距恒定信息对焊接材料进行输出，形成具体的实施例6.

具体的，通过焦距的持续时间满足焊接材料对激光能量的需求。

进一步，在上述实施例的基础上，对激光器的芯径进行选择，形成具体的实施例7。

具体的，激光器的芯径可以有效控制激光能量的输出率。例如：对于焊接深度较大，或者焊接材料的光反射率、熔点相差较大时，激光器的芯径应尽可能小，提高其单位时间的功率输出，避免焦距调节范围过大，加重激光器的负担；反之则可选择相对较大的激光器芯径，避免功率输出过高，不利于焊接深度的实时控制，导致焊接材料被焊穿。

进一步，在上述实施例的基础上，对激光器的焊接角度进行确定，形成的具体实施例8。

具体的，由于高反材料对光的反射率较高，为避免反射光直射进行激光器镜头造成破坏，需要对激光的焊接角度进行一定的调节。同时，焊接角度也影响焊接的有效深度，根据材料需求焊接深度的不同选用合适的焊接角度。焊接角度在30°-40°之间时，既可以起到保护激光器镜头的目的，同时也可以有效控制焊接深度。例如，焊接深度较大时，可以根据情况选择35°-40°之间的焊接角度；反之，则选用30°-35°之间的焊接角度。通过焊接角度的选择控制高反异质材料在激光焊接过程中的有效焊接深度。

进一步，在上述实施例的基础上，对离焦量进行控制，形成的具体实施例9。

具体的，离焦量和激光焊接过程中的焦距有关。当焦距较小时，离焦量相对较大，而焦距较大时，离焦量应相对较小。由于，本公开中焦距是实时变化的，离焦量根据焊接的深度进行选择。当焊接深度较大时，离焦量应尽可能小，当不要低于焊接材料的上表面；反之离焦量可以相对大一些。通过离焦量的合理选用可以保证焊缝的成型，使焊缝表面更均匀，美观。

更进一步，在上述实施例的基础上，进一步对激光器的输出功率进行控制，形成的具体实施例10。

具体的，激光的功率越高，焊接材料对激光能量的吸收量越多。因此，对于熔点较高的高反材料，如铜，可以适当增大激光器的输出功率；反之，则降低激光器的输出功率。通过异质材料熔点的不同，通过对激光器功率的调节，使高反异质材料对激光能量的吸收更平衡，有利于异质材料熔融物的有效成型，提高焊接质量。

以上对本公开进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高反异质材料的激光焊接方法，该方法应用于高反异质材料的焊接，其特征

在于，所述方法包括：

确定焦距实时补偿信息，其中，根据焊接深度和焊接材质确定焦距实时补偿信息；

所述的焦距实时补偿信息包括焦距调节的时间信息和焦距调节的大小信息；

启动激光焊接，是指启动激光器对待焊接材料进行焊接；

利用焦距实时补偿信息对激光焊接过程进行控制。

2.如权利要求1所述的一种高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，所述的焦距

调节时间信息包括焦距调节的起始时间、焦距稳定的恒定时间。

3.如权利要求1所述的一种高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，所述的焦距

调节的大小信息包括初始焦距大小信息；

所述初始焦距大小信息根据突破焊接材料外表面的熔点确定。

4.如权利要求1所述的一种高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，所述根据焊

接深度和焊接材质确定焦距实时补偿信息中的焊接材质包括焊接材料种类、焊接材料厚度、焊接材料反光度、焊接材料的熔点信息中的至少一种。

5.如权利要求1所述的一种高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，选用合适的

焊接头对焦距进行精确调节。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，所

述的利用焦距实时补偿信息对激光焊接过程进行控制包括，当焊接达到预设焦距时，焊接头对按照焦距稳定的恒定时间对焊点进行输出。

7.如权利要求1-5任一项所述的高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，还包括：

选择激光头的激光芯径，其中，所述的激光芯径据所述异质材料的光反射率和熔点以及所述焊接深度选择。

8.如权利要求1-5任一项所述的高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，还包括：

确定焊接角度，其中，所述焊接角度为30°-40°。

9.如权利要求1-5任一项所述的高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，还包括：调节

离焦量；其中，离焦量用于调节焊接的质量。

10.如权利要求1-5任一项所述的高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，还包括：调

节功率；其中，功率保证激光能量的输出。

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