CN116197529A - 一种铜-铝异种金属激光叠接焊接方法与系统 - Google Patents

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Abstract

一种铜‑铝异种金属激光叠接焊接方法与系统，之一的铜‑铝异种金属激光叠接焊接系统，包括夹具、高频电流系统、激光焊接系统；之一的铜‑铝异种金属激光叠接焊接方法，包括以下步骤；步骤1，提供待焊的铝板、铜板，采用夹具将待焊的铝板、待焊的铜板组成上下叠接接头；步骤2，提供高频电流系统；步骤3，提供激光焊接系统；步骤4，启动高频电流系统，高频电流系统分别向待焊的铝板和待焊的铜板馈入高频电流；步骤5，启动激光焊接系统，激光焊接系统输出聚焦的激光束辐照待焊的铝板，同时激光焊接系统向焊接区吹送焊接保护气体，实施高频电流辅助激光焊接；步骤6，激光焊接头移动到末端点，关闭高频电流系统和激光焊接系统，完成焊接过程。

Description

一种铜-铝异种金属激光叠接焊接方法与系统
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体地为一种铜-铝异种金属激光叠接焊接方法与系统。
背景技术
新能源汽车是我国的战略发展产业。新能源汽车的电池包是由大量的电芯连接而成，而电芯则是由外壳、电解液、隔膜和两个电位差不同的金属构成。对于具有较大能量密度的锂电芯，其极耳通常是铝和铜，而用来连接电极的材料有铝、铜、镀镍铜等。因此，在电池制造过程中，需要将铜-铝异种金属进行连接。
铝和铜的物理化学性能(如导热性、热膨胀系数及熔点)差异较大，传统的焊接方法难以实现铝和铜的有效焊接。由于常温下铝、铜之间有限互溶，铝铜熔焊的接头在焊接处形成脆性金属间化合物的界面层，因此，焊接接头强度及塑性减小并容易萌生裂纹，影响电池包的使用性能。
对于铜-铝异种金属叠接接头，通常需要依靠添加冶金粉末改善界面化合物相，辅助工艺较复杂，且易残留粉末颗粒，影响使用安全性。此外，由于铜铝材料的高导热率和对常规激光的高反射率，使得采用连续高功率激光束直接辐照在铜-铝异种金属叠接接头的焊接方法，易造成界面处材料过渡熔化生成大量脆性金属间化合物，导致接头性能严重恶化的问题。从而行业专家寄希望于短波长激光如蓝光和绿光激光进行铜-铝激光焊接，但其脆性金属间化合物仍难以消除，且激光器成本高昂。此外，当前激光焊接主要针对的板材厚度在1mm以下，较厚的铜-铝异种金属叠接接头难以实现可靠连接。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种铜-铝异种金属激光叠接焊接方法与系统。
本发明之一所要解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种铜-铝异种金属激光叠接焊接方法，包括以下步骤；
步骤1，提供待焊的铝板、铜板，将待焊的铝板需要焊接位置预先弯折形成凹型，将待焊的铜板需要焊接位置预先弯折形成凸型，并采用夹具将待焊的铝板、待焊的铜板组成上下叠接接头；
步骤2，提供高频电流系统，所述高频电流系统包括高频电源、第一接触电极和第二接触电极，所述第一接触电极和所述第二接触电极分别与待焊的铝板和待焊的铜板连接；
步骤3，提供激光焊接系统，所述激光焊接系统包括激光器、传输光纤、激光焊接头、焊接保护气体喷嘴；
步骤4，启动高频电流系统，第一接触电极和第二接触电极分别向待焊的铝板和待焊的铜板馈入高频电流；
步骤5，启动激光焊接系统，激光焊接头输出聚焦的激光束辐照待焊的铝板，焊接保护气体喷嘴向焊接区吹送焊接保护气体，实施高频电流辅助激光焊接；
步骤6，激光焊接头移动到末端点，关闭高频电流系统和激光焊接系统，完成焊接过程。
进一步地，所述待焊的铝板和所述待焊的铜板的厚度均为1～2mm。
进一步地，所述铝板和铜板之间的两端设有可伸缩垫块，所述可伸缩垫块用于调整待焊的铝板焊接区和待焊的铜板焊接区之间的间隙δ，且用于调整间隙δ为0.1～0.5mm。
进一步地，所述激光器为高亮度抗高反光纤激光器。
进一步地，所述激光焊接头为光束摆动激光焊接头。
进一步地，所述步骤4中，馈入所述待焊的铝板和待焊的铜板的高频电流频率为400～700kHz，阳极电压为1～3kV，阳极电流为1～3A。
进一步地，所述步骤5中，激光器的激光功率为3000～6000W，焊接速度为3～6m/min。
本发明之一所要解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种铜-铝异种金属激光叠接焊接系统，包括夹具、高频电流系统、激光焊接系统；所述高频电流系统包括高频电源、第一接触电极和第二接触电极；所述激光焊接系统包括激光器、传输光纤、激光焊接头、焊接保护气体喷嘴。
在一个实施方式中，所述夹具还包括可伸缩垫块。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明通过将常规铜-铝叠接接头设计成凹凸相对的上下铜-铝叠接接头，在高频电流的作用下，由于高频电流的邻近效应和趋肤效应在凸起的叠接区产生较强的电阻热，大大降低了铜铝异种金属叠接焊接的热输入，进而减少了接头脆性化合物层的厚度，提高了接头性能。
附图说明
图1为本发明实施例1的设备布置结构示意图。
图中：10、铝板，20、铜板，30、夹具，35、可伸缩垫块，40、激光器，41、传输光纤，42、激光焊接头，43、激光束，44、焊接保护气体喷嘴，50、高频电源，51、第一接触电极，52、第二接触电极，60、焊接熔池。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例包括提供一种铜-铝异种金属激光叠接焊接系统，包括夹具30、高频电流系统、激光焊接系统；所述高频电流系统包括高频电源50、第一接触电极51和第二接触电极52，第一接触电极51和第二接触电极52分别与待焊的铝板10和待焊的铜板20连接；所述激光焊接系统包括激光器40、传输光纤41、激光焊接头42、焊接保护气体喷嘴44，激光焊接头42通过传输光纤41与激光器40连接，焊接保护气体喷嘴44连接有保护气体源；且夹具30还包括可伸缩垫块35。
实施例2
本实施例提供一种铜-铝异种金属激光叠接焊接方法，包括以下步骤；
步骤1，提供1mm待焊的铝板10、铜板20，将待焊的铝板10需要焊接位置预先弯折形成凹型，将待焊的铜板20需要焊接位置预先弯折形成凸型，并采用夹具35将待焊的铝板10、待焊的铜板20组成上下叠接接头；在本实施例中，待焊的铝板10和待焊的铜板20之间的两端设有可伸缩垫块35，可伸缩垫块35调整待焊的铝板10焊接区和待焊的铜板20焊接区之间的间隙δ，间隙δ为0.3mm；
步骤2，提供高频电流系统，所述高频电流系统包括高频电源50、第一接触电极51和第二接触电极52，所述第一接触电极51和所述第二接触电极52分别与待焊的铝板10和待焊的铜板20连接；
步骤3，提供激光焊接系统，所述激光焊接系统包括激光器40、传输光纤41、激光焊接头42、焊接保护气体喷嘴44；在本实施例中，激光器40为高亮度抗高反光纤激光器，激光焊接头42为光束摆动激光焊接头；
步骤4，启动高频电流系统，第一接触电极51和第二接触电极52分别向待焊的铝板10和待焊的铜板20馈入高频电流；在本实施例中，馈入待焊的铝板10和待焊的铜板20的高频电流频率为550kHz，阳极电压为2kV，阳极电流为2A；
步骤5，启动激光焊接系统，激光焊接头42输出聚焦的激光束43辐照待焊的待焊的铝板10，焊接保护气体喷嘴44向焊接区吹送焊接保护气体，实施高频电流辅助激光焊接；在本实施例中，激光器40的激光功率为5000W，焊接速度为4m/min。
步骤6，激光焊接头42移动到末端点，关闭高频电流系统和激光焊接系统，完成焊接过程。
实施例3
本实施例提供一种铜-铝异种金属激光叠接焊接方法，包括以下步骤；
步骤1，提供2mm待焊的铝板10、铜板20，将待焊的铝板10需要焊接位置预先弯折形成凹型，将待焊的铜板20需要焊接位置预先弯折形成凸型，并采用夹具30将待焊的铝板10、待焊的铜板20组成上下叠接接头；在本实施例中，待焊的铝板10和待焊的铜板20之间的两端设有可伸缩垫块35，可伸缩垫块35调整待焊的铝板10焊接区和待焊的铜板20焊接区之间的间隙δ，间隙δ为0.5mm；
步骤2，提供高频电流系统，高频电流系统包括高频电源50、第一接触电极51和第二接触电极52，第一接触电极51和第二接触电极52分别与待焊的铝板10和待焊的铜板20连接；
步骤3，提供激光焊接系统，激光焊接系统包括激光器40、传输光纤41、激光焊接头42、焊接保护气体喷嘴44；在本实施例中，激光器40为高亮度抗高反光纤激光器，激光焊接头42为光束摆动激光焊接头；
步骤4，启动高频电流系统，第一接触电极51和第二接触电极52分别向待焊的铝板10和待焊的铜板20馈入高频电流；在本实施例中，馈入待焊的铝板10和待焊的铜板20的高频电流频率为550kHz，阳极电压为3kV，阳极电流为3A；
步骤5，启动激光焊接系统，激光焊接头42输出聚焦的激光束43辐照待焊的铝板10，焊接保护气体喷嘴44向焊接区吹送焊接保护气体，实施高频电流辅助激光焊接；在本实施例中，激光器40的激光功率为5500W，焊接速度为6m/min。
步骤6，激光焊接头移动到末端点，关闭高频电流系统和激光焊接系统，完成焊接过程。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明技术方案进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。

Claims (9)

1.一种铜-铝异种金属激光叠接焊接方法，其特征在于：包括以下步骤；
步骤1，提供待焊的铝板(10)、铜板(20)，将待焊的铝板(10)需要焊接位置预先弯折形成凹型，将待焊的铜板(20)需要焊接位置预先弯折形成凸型，并采用夹具(30)将待焊的铝板(10)、待焊的铜板(20)组成上下叠接接头；
步骤2，提供高频电流系统，所述高频电流系统包括高频电源(50)、第一接触电极(51)和第二接触电极(52)，所述第一接触电极(51)和所述第二接触电极(52)分别与待焊的铝板(10)和待焊的铜板(20)连接；
步骤3，提供激光焊接系统，所述激光焊接系统包括激光器(40)、传输光纤(41)、激光焊接头(42)、焊接保护气体喷嘴(44)；
步骤4，启动高频电流系统，第一接触电极(51)和第二接触电极(52)分别向待焊的铝板(10)和待焊的铜板(20)馈入高频电流；
步骤5，启动激光焊接系统，激光焊接头(42)输出聚焦的激光束(43)辐照待焊的铝板(10)，焊接保护气体喷嘴(44)向焊接区吹送焊接保护气体，实施高频电流辅助激光焊接；
步骤6，激光焊接头移动到末端点，关闭高频电流系统和激光焊接系统，完成焊接过程。
2.根据权利要求1所述的铜-铝异种金属激光叠接焊接方法，其特征在于：所述待焊的铝板(10)和所述待焊的铜板(20)的厚度均为1～2mm。
3.根据权利要求2所述的铜-铝异种金属激光叠接焊接方法，其特征在于：所述待焊的铝板(10)和待焊的铜板(20)之间的两端设有可伸缩垫块(35)，所述可伸缩垫块(35)用于调整待焊的铝板(10)焊接区和待焊的铜板(20)焊接区之间的间隙δ，且用于调整间隙δ为0.1～0.5mm。
4.根据权利要求3所述的铜-铝异种金属激光叠接焊接方法，其特征在于：所述激光器(40)为高亮度抗高反光纤激光器。
5.根据权利要求4所述的铜-铝异种金属激光叠接焊接方法，其特征在于：所述激光焊接头(42)为光束摆动激光焊接头。
6.根据权利要求5所述的铜-铝异种金属激光叠接焊接方法，其特征在于：所述步骤4中，馈入所述待焊的铝板(10)和待焊的铜板(20)的高频电流频率为400～700kHz，阳极电压为1～3kV，阳极电流为1～3A。
7.根据权利要求6所述的铜-铝异种金属激光叠接焊接方法，其特征在于：所述步骤5中，激光器(40)的激光功率为3000～6000W，焊接速度为3～6m/min。
8.一种铜-铝异种金属激光叠接焊接系统，其特征在于：包括夹具(30)、高频电流系统、激光焊接系统；所述高频电流系统包括高频电源(50)、第一接触电极(51)和第二接触电极(52)；所述激光焊接系统包括激光器(40)、传输光纤(41)、激光焊接头(42)、焊接保护气体喷嘴(44)。
9.根据权利要求8所述的铜-铝异种金属激光叠接焊接系统，其特征在于：所述夹具(30)还包括可伸缩垫块(35)。
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