铜铝焊接的激光焊接方法与流程

本发明涉及激光焊接的技术领域，特别是涉及铜铝焊接的激光焊接方法。

背景技术

在新能源电池行业，一直在寻求一种高效可靠的铜铝连接技术。由于铜和铝的理化性质差异较大，使用熔焊铜和铝会产生脆性相，导致铜铝焊接处脆化且极易产生裂纹的问题，即通过熔焊得到的铜铝连接结构的强度极低。

为了规避铜铝熔焊连接的缺陷，传统的铜铝连接逐渐采用固相连接技术，如超声波焊接和摩擦焊接技术，然而，采用固相连接技术焊接得到的铜铝连接结构的焊接效率较低且可靠性较差。

技术实现要素：

基于此，有必要针对采用固相连接技术焊接得到的铜铝连接结构的焊接效率较低且可靠性较差的问题，提供一种铜铝焊接的激光焊接方法。

一种铜铝焊接的激光焊接方法，用于对铜件和铝件进行焊接，所述铜铝焊接的激光焊接方法包括：

对铜件和铝件进行定位，使铜件与铝件之间形成有焊缝；

通过高频调制脉冲点焊对所述焊缝进行焊接，使激光束作用于所述焊缝处气化以形成熔池；以及

通过控制所述脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，同时对所述焊缝吹保护气体。

上述的铜铝焊接的激光焊接方法，首先对铜件和铝件进行定位，使铜件与铝件之间形成的焊缝保持恒定；然后通过高频调制脉冲点焊对焊缝进行焊接，使激光束作用于焊缝处气化以形成熔池，即在焊接过程中利用激光束较高的功率与功率密度的特点使焊缝处的金属表面气化以形成熔池；最后通过控制脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，即通过控制脉冲点焊的占空比来控制激光束的热输入，减少焊缝的热积累同时配合适宜的预定焊接速度，同时对焊缝吹保护气体以保护焊缝；上述的铜铝焊接的激光焊接方法采用高频调制方式的激光焊接方法，即通过调整高频调制脉冲的频率及占空比来控制激光束的输出，并配合预定焊接速度实现铜件和铝件的焊缝焊接；上述的铜铝焊接的激光焊接方法利用前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热来降低熔池的冷却速度，保证当前焊点的焊接质量，然后配合高频的出光模式使熔池始终处于一个前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热的环境中，保证了铜件与铝件焊接形成的铜铝连接结构的焊接质量，避免铜件与铝件焊接处的裂纹的产生，解决了传统的采用固相连接技术焊接得到的铜铝连接结构的焊接效率较低且可靠性较差的问题。

在其中一个实施例中，所述高频调制的频率大于或等于5000hz，使激光束的功率与功率密度较高。

在其中一个实施例中，所述脉冲点焊的焊接频率为5000hz～15000hz，使激光束对焊缝进行较好地焊接。

在其中一个实施例中，在通过高频调制脉冲点焊对所述焊缝进行焊接的步骤之前，以及在对铜件和铝件进行定位的步骤之后，还包括步骤：

采用有机物对所述焊缝及所述焊缝的周边进行清洁，以去除焊缝及焊缝周边处的杂质。

在其中一个实施例中，所述有机物为酒精或水基有机物，可以有效地清除焊缝及焊缝周边处的杂质。

在其中一个实施例中，在通过控制所述脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，同时对所述焊缝吹保护气体之前，以及在通过高频调制脉冲点焊对所述焊缝进行焊接之后，还包括步骤：

对所述焊缝预吹所述保护气体1s～2s，可以更好地对焊缝处熔池进行保护。

在其中一个实施例中，所述保护气体为氩气。

在其中一个实施例中，所述占空比为70％～90％，使焊缝的焊接质量较好。

在其中一个实施例中，所述激光束的功率为1kw～2kw。

在其中一个实施例中，所述预定焊接速度为20mm/s～60mm/s，使脉冲点焊的焊接速率与焊接过程中的出光频率相适应，配合控制的占空比可以更好地减少焊缝的热积累及提高焊缝的焊接质量。

附图说明

图1为一实施例的铜铝焊接的激光焊接方法的焊接示意图；

图2为一实施例的铜铝焊接的激光焊接方法的流程图；

图3为另一实施例的铜铝焊接的激光焊接方法的流程图；

图4为又一实施例的铜铝焊接的激光焊接方法的流程图；

图5为采用一实施例铜铝焊接的激光焊接方法对焊缝焊接之后的表面微观图；

图6为采用一实施例铜铝焊接的激光焊接方法对焊缝焊接之后的截面微观图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对铜铝焊接的激光焊接方法进行更全面的描述。附图中给出了铜铝焊接的激光焊接方法的首选实施例。但是，铜铝焊接的激光焊接方法可以采用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对铜铝焊接的激光焊接方法的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在铜铝焊接的激光焊接方法的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

例如，一种铜铝焊接的激光焊接方法用于对铜件和铝件进行焊接，所述铜铝焊接的激光焊接方法包括：对铜件和铝件进行定位，使铜件与铝件之间形成有焊缝；通过高频调制脉冲点焊对所述焊缝进行焊接，使激光束作用于所述焊缝处气化以形成熔池；以及通过控制所述脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，同时对所述焊缝吹保护气体。

如图1所示，一实施例的铜铝焊接的激光焊接方法用于对铜件10和铝件20进行焊接。在本实施例中，铜件和铝件均为块状结构，即铜件为铜块，铝件为铝块。可以理解，在其他实施例中，铜件和铝件还可以为柱状结构或球状结构或其他形状结构。

如图2所示，所述铜铝焊接的激光焊接方法包括：

s101，对铜件和铝件进行定位，使铜件与铝件之间形成有焊缝30，确保铜件与铝件之间形成的焊缝保持恒定。例如，通过夹具对铜件和铝件进行定位，使铜件和铝件的定位简单可靠。

s103，通过高频调制脉冲点焊对所述焊缝进行焊接，使激光束40作用于所述焊缝处气化以形成熔池，即在焊接过程中利用激光束较高的功率与功率密度的特点使焊缝处的金属表面气化以形成熔池。

s105，通过控制所述脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，同时对所述焊缝吹保护气体，即通过控制脉冲点焊的占空比来控制激光束的热输入，减少焊缝的热积累同时配合适宜的预定焊接速度，同时对焊缝吹保护气体以保护焊缝。

例如，通过控制所述脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，同时对所述焊缝吹保护气体的步骤s105具体为：通过控制所述脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，同时对所述焊缝直吹保护气体，即采用直吹保护气体的吹气方式对所述焊缝吹保护气体，这样保护气体直接作用与焊缝的内表面，使保护气体更好地保护焊缝。

上述的铜铝焊接的激光焊接方法，首先对铜件和铝件进行定位，使铜件与铝件之间形成的焊缝保持恒定；然后通过高频调制脉冲点焊对焊缝进行焊接，使激光束作用于焊缝处气化以形成熔池，即在焊接过程中利用激光束较高的功率与功率密度的特点使焊缝处的金属表面气化以形成熔池；最后通过控制脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，即通过控制脉冲点焊的占空比来控制激光束的热输入，减少焊缝的热积累同时配合适宜的预定焊接速度，同时对焊缝吹保护气体以保护焊缝；上述的铜铝焊接的激光焊接方法采用高频调制方式的激光焊接方法，即通过调整高频调制脉冲的频率及占空比来控制激光束的输出，并配合预定焊接速度实现铜件和铝件的焊缝焊接；上述的铜铝焊接的激光焊接方法利用前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热来降低熔池的冷却速度，保证当前焊点的焊接质量，然后配合高频的出光模式使熔池始终处于一个前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热的环境中，保证了铜件与铝件焊接形成的铜铝连接结构的焊接质量，避免铜件与铝件焊接处的裂纹的产生，解决了传统的采用固相连接技术焊接得到的铜铝连接结构的焊接效率较低且可靠性较差的问题。

在其中一个实施例中，所述高频调制的频率大于或等于5000hz，使激光束的功率与功率密度较高，这样在焊缝处的金属表面快速气化以形成稳定的熔池。进一步地，所述高频调制的频率为5000hz～15000hz，使激光束的功率与功率密度较适中。

例如，所述脉冲点焊的焊接频率为5000hz～15000hz，使激光束的出光频率较高且对焊缝的焊接质量较好，确保熔池始终处于一个前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热的环境中，保证了铜件与铝件焊接形成的铜铝连接结构的焊接质量，避免铜件与铝件焊接处的裂纹的产生。例如，所述高频调制的频率大于或等于5000hz，且所述脉冲点焊的焊接频率为5000hz～15000hz，使激光束的出光频率较高且激光束的功率及功率密度较高，从而使激光束较好地焊接焊缝。高频调制配合高频的出光模式，可以更好地确保熔池始终处于一个前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热的环境中，使铜件与铝件焊接形成的铜铝连接结构的焊接质量更佳，从而更好地避免铜件与铝件焊接处的裂纹的产生。

如图3所示，在其中一个实施例中，在通过高频调制脉冲点焊对所述焊缝进行焊接的步骤s103之前，以及在对铜件和铝件进行定位的步骤s101之后，还包括步骤：

s102，采用有机物对所述焊缝及所述焊缝的周边进行清洁，以去除焊缝及焊缝周边处的杂质。可以理解，在其他实施例中，不仅限于采用有机物对所述焊缝及所述焊缝的周边进行清洁的步骤去除焊缝及其周边处的杂质，还可以通过其他手段去除焊缝及其周边处的杂质

例如，所述铜铝焊接的激光焊接方法包括：s101，对铜件和铝件进行定位，使铜件与铝件之间形成有焊缝；s102，采用有机物对所述焊缝及所述焊缝的周边进行清洁，以去除焊缝及焊缝周边处的杂质；s103，通过高频调制脉冲点焊对所述焊缝进行焊接，使激光束作用于所述焊缝处气化以形成熔池；s105，控制所述脉冲点焊的占空比以预定焊接速度进行焊接，同时对所述焊缝吹保护气体。铜铝焊接的激光焊接方法为：首先对铜件和铝件进行定位，使铜件与铝件之间形成的焊缝保持恒定；然后采用有机物对所述焊缝及所述焊缝的周边进行清洁，以去除焊缝及焊缝周边处的杂质，提高后续焊缝的焊接质量；然后通过高频调制脉冲点焊对焊缝进行焊接，使激光束作用于焊缝处气化以形成熔池，即在焊接过程中利用激光束较高的功率与功率密度的特点使焊缝处的金属表面气化以形成熔池；最后通过控制脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，即通过控制脉冲点焊的占空比来控制激光束的热输入，减少焊缝的热积累同时配合适宜的预定焊接速度，同时对焊缝吹保护气体以保护焊缝；上述的铜铝焊接的激光焊接方法采用高频调制方式的激光焊接方法，即通过调整高频调制脉冲的频率及占空比来控制激光束的输出，并配合预定焊接速度实现铜件和铝件的焊缝焊接；上述的铜铝焊接的激光焊接方法利用前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热来降低熔池的冷却速度，保证当前焊点的焊接质量，然后配合高频的出光模式使熔池始终处于一个前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热的环境中，保证了铜件与铝件焊接形成的铜铝连接结构的焊接质量，避免铜件与铝件焊接处的裂纹的产生，解决了传统的采用固相连接技术焊接得到的铜铝连接结构的焊接效率较低且可靠性较差的问题。

在其中一个实施例中，所述有机物为酒精或水基有机物，可以有效地清除焊缝及焊缝周边处的杂质。在本实施例中，所述有机物为酒精，使焊缝及其周边的杂质的清洁效果较好。

如图4所示，在其中一个实施例中，在通过控制所述脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，同时对所述焊缝吹保护气体之前，以及在通过高频调制脉冲点焊对所述焊缝进行焊接之后，还包括步骤：

s104，对所述焊缝预吹所述保护气体1s～2s，可以更好地对焊缝处熔池进行保护。

例如，所述铜铝焊接的激光焊接方法包括：s101，对铜件和铝件进行定位，使铜件与铝件之间形成有焊缝；s102，采用有机物对所述焊缝及所述焊缝的周边进行清洁，以去除焊缝及焊缝周边处的杂质；s103，通过高频调制脉冲点焊对所述焊缝进行焊接，使激光束作用于所述焊缝处气化以形成熔池；s104，对所述焊缝预吹所述保护气体1s～2s，可以更好地对焊缝处熔池进行保护；s105，通过控制所述脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，同时对所述焊缝吹保护气体。

在其中一个实施例中，所述保护气体为氩气。在其他实施例中，所述保护气体为氦气或二氧化碳或其他稀有气体。

例如，所述铜铝焊接的激光焊接方法包括：s101，对铜件和铝件进行定位，使铜件与铝件之间形成有焊缝；s102，采用有机物对所述焊缝及所述焊缝的周边进行清洁，以去除焊缝及焊缝周边处的杂质；s103，通过高频调制脉冲点焊对所述焊缝进行焊接，使激光束作用于所述焊缝处气化以形成熔池；s104，对所述焊缝预吹所述氩气1s～2s，可以更好地对焊缝处熔池进行保护；s105，通过控制所述脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，同时对所述焊缝吹所述氩气。

铜铝焊接的激光焊接方法为：首先对铜件和铝件进行定位，使铜件与铝件之间形成的焊缝保持恒定；然后采用有机物对所述焊缝及所述焊缝的周边进行清洁，以去除焊缝及焊缝周边处的杂质，提高后续焊缝的焊接质量；然后通过高频调制脉冲点焊对焊缝进行焊接，使激光束作用于焊缝处气化以形成熔池，即在焊接过程中利用激光束较高的功率与功率密度的特点使焊缝处的金属表面气化以形成熔池；然后对所述焊缝预吹所述保护气体1s～2s，可以更好地对焊缝处熔池进行保护；最后通过控制脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，即通过控制脉冲点焊的占空比来控制激光束的热输入，减少焊缝的热积累同时配合适宜的预定焊接速度，同时对焊缝吹保护气体以保护焊缝；上述的铜铝焊接的激光焊接方法采用高频调制方式的激光焊接方法，即通过调整高频调制脉冲的频率及占空比来控制激光束的输出，并配合预定焊接速度实现铜件和铝件的焊缝焊接；上述的铜铝焊接的激光焊接方法利用前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热来降低熔池的冷却速度，保证当前焊点的焊接质量，然后配合高频的出光模式使熔池始终处于一个前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热的环境中，保证了铜件与铝件焊接形成的铜铝连接结构的焊接质量，避免铜件与铝件焊接处的裂纹的产生，解决了传统的采用固相连接技术焊接得到的铜铝连接结构的焊接效率较低且可靠性较差的问题。

在其中一个实施例中，所述占空比为70％～90％，通过控制脉冲点焊的占空比控制激光束的热输入，减少焊缝的热积累同时配合适宜的预定焊接速度，同时对焊缝吹保护气体以保护焊缝，使焊缝的焊接质量较好。例如，所述脉冲点焊的焊接频率为5000hz～15000hz，使脉冲点焊的焊接效率较高，进一步降低熔池的冷却速度，这种高频的焊接出光模式使熔池始终处于一个前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热的环境中，保证了铜件与铝件焊接形成的铜铝连接结构的焊接质量，避免铜件与铝件焊接处的裂纹的产生。例如，所述高频调制的频率大于或等于5000hz，且所述脉冲点焊的焊接频率为5000hz～15000hz，且所述占空比为70％～90％，使激光束的出光频率较高且激光束的功率及功率密度更高，从而使激光束更好地焊接焊缝且焊接效率较高，同时可以减少焊缝的热积累。

在其中一个实施例中，所述激光束的功率为1kw～2kw。例如，所述激光束的波长为990μm～1120μm。又如，所述激光束的波长为1070μm，使焊缝形成的熔池较为稳定且焊缝焊接之后不会产生裂纹，多次反复检测焊接效果发现焊缝焊接之后表面质量较好，在高精度的显微镜下没有在焊缝的焊接处及其周边找到裂纹。例如，所述激光束的功率为1kw～2kw，且所述激光束的波长为1070μm，适当的激光束功率配合预设的波长，使激光束对焊缝的焊接质量较好。

在其中一个实施例中，所述预定焊接速度为20mm/s～60mm/s，使脉冲点焊的焊接速率与焊接过程中的出光频率相适应，配合控制的占空比可以更好地减少焊缝的热积累及提高焊缝的焊接质量。例如，所述预定焊接速度为20mm/s～60mm/s，且所述占空比为70％～90％，使脉冲点焊的热输入同时配合适宜的预定焊接速度，同时对焊缝吹保护气体，确保焊缝的焊接处平整美观，焊接后通过高精度显微镜进行观察，发现焊缝的焊接处的焊接深度能达到1～2mm，且没有可见缺陷。

在其中一个实施例中，所述激光束与所述焊缝的中心对准，使激光束的焦点位置与焊缝的中心处，从而使激光束更好地作用于焊缝处。例如，所述激光束的功率为1kw～2kw，所述激光束与所述焊缝的中心对准，且所述激光束的波长为1070μm，使激光束对焊缝的焊接质量较好。由于激光束与所述焊缝的中心对准，使激光束的焦点位置与焊缝的中心处，从而使激光束更好地作用于焊缝处。

例如，所述脉冲点焊的焊接接头为对接接头，使铜件和铝件之间的焊缝在焊接之后二者之间的配合无间隙，加上该铜铝焊接的激光焊接方法无需开玻口，使铜铝焊接的质量较好，体现在焊缝焊接处的表面均匀且无可见缺陷，即焊缝焊接之后无表面裂纹且平整美观。

例如，焊接接头的离焦量为0～5mm。又如，焊接接头的离焦量为3mm，使焊缝具有较好的焊接质量。例如，焊接接头的离焦量为0～5mm，且所述预定焊接速度为20mm/s～60mm/s，在焊接之后经过测试发现，铜件与铝件之间的焊接处的抗拉强度和抗压强度达到200mpa以上，即铜件与铝件之间的焊接处具有较高的抗拉强度和抗压强度，使焊缝具有更好的焊接质量。

例如，焊接接头的离焦量为0～5mm，所述预定焊接速度为20mm/s～60mm/s，且占空比为70％～90％，使脉冲点焊的焊接速率与焊接过程中的出光频率相适应，配合控制的占空比可以更好地减少焊缝的热积累，同时进一步地提高了焊缝的焊接质量。

上述的铜铝焊接的激光焊接方法，首先对铜件和铝件进行定位，使铜件与铝件之间形成的焊缝保持恒定；然后通过高频调制脉冲点焊对焊缝进行焊接，使激光束作用于焊缝处气化以形成熔池，即在焊接过程中利用激光束较高的功率与功率密度的特点使焊缝处的金属表面气化以形成熔池；最后通过控制脉冲点焊的占空比，以预定焊接速度进行焊接，即通过控制脉冲点焊的占空比来控制激光束的热输入，减少焊缝的热积累同时配合适宜的预定焊接速度，同时对焊缝吹保护气体以保护焊缝；上述的铜铝焊接的激光焊接方法采用高频调制方式的激光焊接方法，即通过调整高频调制脉冲的频率及占空比来控制激光束的输出，并配合预定焊接速度实现铜件和铝件的焊缝焊接；上述的铜铝焊接的激光焊接方法利用前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热来降低熔池的冷却速度，保证当前焊点的焊接质量，然后配合高频的出光模式使熔池始终处于一个前面焊点对焊缝的预热以及后面焊点对前面焊点的后热的环境中，保证了铜件与铝件焊接形成的铜铝连接结构的焊接质量，避免铜件与铝件焊接处的裂纹的产生，加上该铜铝焊接的激光焊接方法无需开玻口，使焊缝更加平整美观，解决了传统的采用固相连接技术焊接得到的铜铝连接结构的焊接效率较低且可靠性较差的问题。上述的铜铝焊接的激光焊接方法，焊接过程较稳定，焊缝表面均匀且无可见缺陷。图1为直线焊缝，但并不受此形状焊缝的限制，实际焊缝还可以是圆形或异形对接焊缝。图5为采用上述铜铝焊接的激光焊接方法对焊缝焊接之后的表面微观图，可见焊缝焊接之后无表面裂纹且平整美观。图6为采用上述铜铝焊接的激光焊接方法对焊缝焊接之后的截面微观图，其焊接深度达到1～2mm，且无可见缺陷。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。