金属构件的焊接结构以及焊接方法与流程

本公开涉及在第二构件上重叠地焊接第一构件的金属构件的焊接结构以及焊接方法。

背景技术：

电池系统通过金属板的汇流条连接多个电池单元。汇流条通过激光焊接与构成电池系统的电池单元的电极端子连接。该连接结构在电池单元的电极端子的平坦部分上配置汇流条，从汇流条的表面侧照射激光束，熔融并连接电极端子和汇流条这两者。

电池有正极和负极，通常正极侧使用铝的端子，负极侧使用镀镍的铜端子。汇流条将相邻的电池单元串联或并联连接，因此，在1个汇流条上至少连接2个电池单元的电极端子。

在汇流条中使用被称为包层材料的铝和铜的结合构件的情况下，正极侧的铝端子与包层材料的铝侧焊接，负极侧的铜端子与包层材料的铜侧焊接即可，因此，分别是同种金属彼此的焊接，没有特别技术上困难的问题。

然而，由于该包层材料分别重叠铝和铜的薄板以使得接合部重叠，一边施加热量一边施加压力地进行压接，因此，工序所花费的费用高，另外，直接材料成本也昂贵，因此，无法实现低成本化。

因此，通过在汇流条中使用廉价的铝，能够生产廉价且轻的电池系统。但是，在使用铝汇流条的情况下，正极侧在铝汇流条与铝端子的同种材料焊接中没有问题，但负极侧成为铝汇流条与镀镍的铜端子的异种材料焊接，实现稳定且高品质的焊接是非常困难的。

异种材料焊接是通过将不同的金属材料一起熔融、混合后使其凝固而进行焊接。关于铝和铜的异种材料焊接，如果该合金被充分加热，在某温度以上熔融一定的时间，则形成铝与铜的组成为一定比率的金属间化合物。该金属间化合物是晶格缺陷少、非常硬的层，但若施加应力则脆而破裂。因此，如果单纯地增加熔融体积，则不能得到高接合强度，难以稳定地得到高接合强度。特别是在电池系统的制造中，难以全部完全无间隙地配置铝汇流条和镀镍的铜端子，即使有一定程度的间隙，或者即使没有间隙，也总是非常难以稳定地实现得到高接合强度的高品质的焊接。

在异种材料焊接中，作为其强度对策的结构，公开了在焊接的行进方向上交替地反复层叠高硬度层和低硬度层而形成的焊接结构(参照专利文献1)。

在图10a以及图10b的剖视图中示出专利文献1的方法。图10b是图10a的a-a线的剖视图。将铁素体系不锈钢或低碳钢的第一构件21与马氏体系不锈钢或高碳素钢的第二构件22重叠，对第一构件21的表面照射激光束。

如图10b所示，斜线区域所示的熔融凝固部在与激光束的照射方向成直角的方向的截面中，具有从第一构件21的表面侧向内部宽度逐渐变窄的倒三角形的截面构造。

此外，熔融凝固部在其表面侧具有低硬度层23，在内部侧具有高硬度层24。并且，高硬度层24是在焊接行进方向上交替地反复层叠第一层25和硬度比第一层25低的第二层26而成的。

作为该焊接结构的制作方法，对第一构件21的表面脉冲性地照射激光束。首先，通过第一脉冲的激光束形成使第一构件21以及第二构件22熔融而成的第一熔融部。

接着，在第一熔融部的凝固的生长达到激光光轴的移动距离的1/2的时刻，稍微错开位置，开始第二脉冲的激光束的照射。由此，形成第二熔融部，以使与第一熔融部一部分重叠。之后，依次同样地，一边以规定的间隔开/关一边照射第三以后的脉冲的激光束，由此形成焊接结构。

作为该焊接结构的特征，如前所述，与焊接的行进方向成直角的方向的截面(图10b)成为倒三角形的结构，行进方向的截面(图10a)在行进方向上反复层叠第一层25和第二层26。第一层25和第二层26的熔融深度大致相同。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-239888号公报

公开内容

发明概要

本公开的金属构件的焊接结构具有第一构件、第二构件、第一凝固部、第二凝固部和第三凝固部。

第一构件具有第一面和第一面的相反一侧的第二面，且包括金属构件。

第二构件层叠于第一构件的第二面，包括金属构件。

第一凝固部从第一构件的第一面延及到第二面地存在。

第二凝固部的第一端存在于第二构件内，第二端与第一凝固部连接。

第三凝固部的第一端存在于第二构件内，第二端与第一凝固部连接。

第三凝固部比第二凝固部短。

第二凝固部以及第三凝固部在第二构件内相互分离。

此外，本公开的金属构件的焊接方法是包括金属构件的第一构件与包括金属构件的第二构件的焊接方法。

第一构件具有第一面和第一面的相反一侧的第二面。

第二构件层叠于第一构件的第二面。

金属构件的焊接方法具有：

第一扫描，沿第一轨道扫描第一激光束；和

第二扫描，以比第一激光束高的输出或低的速度沿着与第一轨道不同的第二轨道扫描第二激光束，

至少分别每次1次交替地进行第一扫描和第二扫描。

通过第一扫描和第二扫描，使第一构件的金属从第一构件的第一面延及到第二面熔融后凝固而形成第一凝固部。

通过第一扫描，在形成第一凝固部时使第二构件的金属熔融后凝固，而形成第一端存在于第二构件内、第二端与第一凝固部连接的第二凝固部。

通过第二扫描，在形成第一凝固部时使第二构件的金属熔融后凝固，而形成第一端存在于第二构件内、第二端与第一凝固部连接的第三凝固部。

在接着第一扫描进行第二扫描时，利用移动至第一扫描所引起的第二构件的熔融部能够相互分离的距离的第二轨道进行基于第二激光束的第二扫描。

附图说明

图1a是表示实施方式1的实施例1的激光照射图案的俯视图。

图1b是表示实施例1的没有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图2是表示实施例1的有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图3a是表示实施方式1中的实施例2的没有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图3b是表示实施例2的有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图4a是表示实施方式1中的实施例3的没有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图4b是表示实施例3的有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图5a是表示实施方式2中的实施例4的激光照射图案的俯视图。

图5b是表示实施例4的没有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图5c是表示实施例4的有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图6a是表示实施方式2中的实施例5的激光照射图案的俯视图。

图6b是表示实施例5的没有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图6c是表示实施例5的有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图7a是表示实施方式2中的实施例6、7、8的激光照射图案的俯视图。

图7b是表示实施例6、7、8的没有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图7c是表示实施例6、7、8的有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图8a是表示比较例1的没有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图8b是表示比较例1的有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图9a是表示比较例2的没有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图9b是表示比较例2的有间隙的情况下的焊接结构的与扫描方向成直角方向的剖视图。

图10a是表示以往的焊接结构的扫描方向的剖视图。

图10b是表示以往的焊接结构的与扫描方向成直角方向的图10a的a-a线的剖视图。

具体实施方式

但是，专利文献1所示的现有技术的焊接结构由于第一层25与第二层26的焊接深度相同，因此，对于因工序的偏差而产生的间隙弱。在几乎没有间隙的情况下，由于一方的层较深地熔入另一方的层而使熔融体积增加，因此，形成较多的金属间化合物，接合强度变弱。为了提高接合强度，需要使焊接深度变浅来抑制金属间化合物的生成。但是，若使焊接深度变浅，则在产生间隙的情况下，焊接深度进一步变浅，焊接强度降低。以下，参照附图对本实施方式进行说明。为了简化说明，用相同的附图标记表示实质上具有相同功能的构成要素。

将与实施方式1～2分别对应的实施例的关系总结在表1中。

[表1]

以下，对各实施方式进行说明。

(实施方式1)

在本实施方式1中，第一构件的一个例子是包括铝的金属构件，第二构件的一个例子是包括铜的金属构件。更具体而言，将连接电池单元的汇流条作为第一构件的一例，将单元的端子作为第二构件的一例。第一构件和第二构件只要是形成合金的金属彼此即可。

图1是说明本实施方式1中的电池的镀镍的铜端子与铝汇流条的焊接结构或焊接结构体的图。图1a是从铝汇流条侧观察焊接结构体的俯视图。图1b是图1a的a-a’的剖视图。

在作为第二构件的一例的镀镍的铜端子1上重叠作为第一构件的一例的铝汇流条2的连接部地配置。此时，虽然在图1b中未图示，但通过铝汇流条2的不照射激光的表面部分从图1b的上方朝向下方按压的夹具，使铝汇流条2与镀镍的铜端子1之间的间隙尽可能小。

接着，作为第一扫描，一边照射设定为任意的输出的第一激光束6a，一边沿着图1a所示的直线的轨道7，从图1a的上方向下的方向、即从图1b的里侧向近前侧以任意的速度进行扫描。由此，图1b的右端的铝汇流条2的被照射第一激光束6a的附近进行熔融。

之后，通过第一激光束6a远离铝汇流条2，由第一激光束6a熔融的铝凝固，从铝汇流条2的表面接近镀镍的铜端子1的界面的部分的铝汇流条2成为作为第一凝固部的一例的第一凝固部3。另一方面，镀镍的铜端子1的界面近旁从铝汇流条2与镀镍的铜端子1的界面附近进行了熔融的部分在铝、镍和铜进行了熔融的状态下混合，第一激光束6a远离铝汇流条2，由此成为深度(即，长度)浅的合金的第三凝固部4。在此，所谓浅，是指为了抑制金属间化合物生成的影响，作为一个例子浅5mm左右的情况。

接着，作为第二扫描，沿着与直线的轨道7平行且轨道7的相邻的图1a所示的直线的轨道8，将比轨道7的第一激光束6a高输出的第二激光束6b与第一激光束6a同样地从图1a的上方向下的方向即图1b的里侧向近前侧扫描。另外，将第二激光束6b的输出设为至少第一激光束6a的105％以上。

之后，通过使第二激光束6b远离铝汇流条2，由第二激光束6b熔融的铝凝固，从铝汇流条2的表面接近镀镍的铜端子1的界面的部分的铝汇流条2成为铝的第一凝固部3。另一方面，从铝汇流条2与镀镍的铜端子1的界面附近熔融了镀镍的铜端子1的界面附近的部分在铝与作为镀敷的微小的镍和铜进行了熔融的状态下，更深地混合到第二激光束6b的输出比第一激光束6a的输出高的量为止，通过第二激光束6b远离铝汇流条2，从而成为深度深的合金的第二凝固部5。

此时，调整第一激光束6a的轨道7与第二激光束6b的轨道8的间隔，使得铝汇流条2的第一凝固部3相互接合在一起而成一块，且镀镍铜端子1的内部的第三凝固部4和第二凝固部5位于相互分离的位置。在此，例如，第一激光束6a的输出为1600w，第二激光束6b的输出为2000w，第三凝固部4与第二凝固部5的间隔为0.25mm，铝汇流条的厚度为1mm。在第一激光束6a扫描了轨道7后，由第一激光束6a熔融的熔融部被迅速冷却而成为第三凝固部4，但在下一个第二激光束6b扫描轨道8时，在第三凝固部4中仍保持较高的温度。因此，由第二激光束6b熔融的熔融金属部通过来自第三凝固部4的热传导，比只扫描1次第二激光束6b时的熔融温度高。然而，通过第二激光束6b所熔融的熔融金属部的温度，由于相距第三凝固部4有距离，且在第三凝固部4与熔融金属部之间存在未熔融的铜，因此，通过向与该部分的激光扫描方向平行的方向的热传导，向熔融金属部的热传导量衰减，温度上升被很大程度地抑制。

接着，作为第三扫描，在图1b中，与第二激光束6b同样，一边沿着与已经扫描的轨道8相邻的轨道8照射第三激光束6b一边进行扫描。由此，在铝汇流条2的靠近表面的部分形成铝的第一凝固部3，在铝汇流条2与镀镍的铜端子1的界面近旁形成深度深的合金的第二凝固部5。

之后，作为第四以后的扫描，依次错开激光束而同样地利用第四～第n(n为5以上的整数)的激光束6b来扫描与轨道8平行的轨道8，由此成为图1b所示的第三凝固部4或第二凝固部5相互分离的焊接结构。在此，在接着基于第一激光束6a的第一扫描而进行基于第二激光束6b的第二扫描时，在移动至通过第一扫描进行的镀镍的铜端子1的熔融部能够相互分离的距离的第二轨道8，进行基于第二激光束6b的第二扫描。同样地，在接着基于第二激光束6b的第二扫描而进行基于第三激光束6b的第三扫描时，移动至基于第二扫描的镀镍的铜端子1的熔融部能够相互分离的距离的第三轨道8，进行基于第三激光束6b的第三扫描。以后也同样。

在图1b中，由于第一激光束6a的输出比第二激光束6b的输出低，因此，深度浅的合金的第三凝固部4的熔融时的温度低。因此，若第一激光束6a移动而从熔融部离开，则该熔融部迅速凝固。因此，该熔融部的熔融时间短，难以生成金属间化合物，通常的合金(即存在大量晶格缺陷的固溶体)成为主要的成分，相对于拉伸应力，晶格的偏移简单地发生，为了缓和应力，成为强度高的焊接。

另一方面，第二～第n激光束6b的输出较高的第二凝固部5与第三凝固部4相比输出较高，因此，熔融时的温度较高。因此，在第二～第n激光束6b移动而从各自的熔融部离开后凝固之前时间足够长，形成大量几乎没有晶格缺陷的金属间化合物。即，在第二凝固部5中，与第三凝固部4相比，存在更多的金属间化合物。与此相对，通过形成为相邻的第二凝固部5相互分离，能够从熔融部经由未熔融部释放热量，因此，与使凝固部紧贴的情况相比，能够抑制金属间化合物的产生。根据上述结构，图1b中的镀镍铜端子1内的第三凝固部4或第二凝固部5相互离开而空出间隔，从而形成接合部。因此，第三凝固部4和第二凝固部5分别通过第一激光束6a和第二激光束6b熔融后凝固时，难以受到之前的轨道7、8的蓄热的影响，能够抑制温度上升。因此，能够抑制在各凝固部大量生成金属间化合物，能够进行接合强度高的异种材料焊接。另外，占据第二凝固部5的截面的金属间化合物的面积比例期望为大于0％且为10％以下。

另外，多个第二凝固部5以及多个第三凝固部4与同一第一凝固部3连接。

根据实施方式1的结构，如图1b所示，即使在镀镍的铜端子1上几乎没有铝汇流条2的间隙9的情况下，也能够通过第三凝固部4维持较高的强度。此外，由于生产的偏差，如图2所示，在镀镍的铜端子1上产生了铝汇流条2的间隙9的情况下，深度浅的第三凝固部4几乎不与铜端子1熔融，几乎没有第三凝固部4所引起的拉伸强度。然而，在这种情况下，深度较深的多个第二凝固部5以较大的面积与铜端子1熔融，单个的第二凝固部5的拉伸强度低，但作为整体能够形成具有较大的拉伸强度的焊接结构的接合部。这样，本公开的焊接结构相对于与焊接的行进方向成直角方向的截面，分别具有至少1处以上的较深的第二凝固部5和第三凝固部4。第二凝固部5通过进行照射的能量大的第二激光束6b的照射，距重合位置的深度深。第三凝固部4通过进行照射的能量小的第一激光束6a的照射，距重合位置的深度浅。由此，即使在由于生产的偏差而在镀镍的铜端子1上几乎没有铝汇流条2的间隙9的情况下，或者在产生了大的间隙9的情况下，也能够使用廉价的按压夹具来制作接合强度高的稳定的焊接。

若深度浅的第三凝固部4为1处，则如上所述那样在几乎没有间隙9的情况下，具有维持接合强度的效果。但是，深度浅的第三凝固部4在2处以上时，应力不集中于一处而被分散，因此优选。在这种情况下，由于与存在间隙9的情况相同的理由，深度深的第二凝固部5也优选为2处以上。作为其一例，图3a、图3b表示深度深的第二凝固部5在中央有5处、且深度浅的第三凝固部4在两端有两处的情况。图3a表示没有间隙9的情况，图3b表示存在间隙9的情况。另外，在图3a以及图3b中，在两端具有深度浅的第三凝固部4，但第三凝固部4的位置不限于此，此外，第三凝固部4也可以是3处以上。

将第三凝固部4与第二凝固部5交替配置的情况示于图4a、图4b。图4a表示没有间隙9的情况，图4b表示存在间隙9的情况。沿着与激光束6a、6b的扫描方向交叉的方向(例如正交的方向)，深度浅的第三凝固部4和深度深的第二凝固部5交替地配置。而且，在第三凝固部4与第二凝固部5的数量相同或差为±1个的情况下，由于拉伸的应力均等地分散于焊接部整体，因此，应力不集中，对破坏的耐性提高而稳定，因此优选。

(实施例1)

在实施方式1中，对以下的具体的实施例进行说明。在图1b中，在实施了镀敷厚度6μm镀镍的厚度2mm的铜端子1上重叠厚度1mm的铝汇流条2。而且，利用从铝汇流条2的上方朝向下方按压的夹具(未图示)，配置成尽量不打开铜端子1与铝汇流条2之间的间隙9。沿着用于形成深度距铝汇流条2的表面浅的第三凝固部4的轨道7，一边以800mm/s的速度照射10mm的距离一边扫描从光纤激光器振荡出的输出1600w的第一激光束6a。

接着，相对于轨道7仅横向偏移0.25mm，沿着用于形成深度深的第二凝固部5的轨道8，与第一激光束6a同样地以800mm/s的速度对2000w的第二激光束6b扫描10mm的距离。

之后，一边依次一个一个地错开0.25mm，一边与第二激光束6b同样地，对激光束6b进行总计6次扫描。测定此时的向图1b的上方的拉伸强度(剥离强度)，结果在同样地制作的3个样品中为202n、157n、168n，均显示超过150n的高拉伸强度。

接着，如图2所示，在镀镍的铜端子1上将铝汇流条2配置为使间隙9打开0.1mm，与上述同样地进行焊接。此时的拉伸强度在同样地制作的3个样品中为198n、207n、232n，即使在间隙9为0.1mm的情况下，也显示超过150n的高拉伸强度。

此外，变更激光照射图案以使深度浅的第三凝固部4从图1b的最右侧的位置成为从右侧起第四个位置，并进行了同样的焊接。其结果是，在没有间隙9的情况和间隙9为0.1mm的情况这两者中，同样地得到超过150n的拉伸强度。

进而，变更激光照射图案以使深度浅的第三凝固部4的位置位于最左侧的位置，并进行同样的焊接。其结果是，在没有间隙9的情况和间隙9为0.1mm的情况这两者中，同样地得到超过150n的拉伸强度。

这样，通过使接合部成为形成至少1处深度浅的第三凝固部4和多个深度较深的第二凝固部5的焊接结构，即使没有间隙9，也能够实现稳定的焊接。

另外，在本实施例1中，示出了镀敷厚度、端子的厚度以及汇流条的厚度的一个例子。但是，本公开的内容不限于该值。此外，激光器输出、焊接速度、或者扫描间隔等条件依赖于焊接的金属构件的材料、表面状态、板厚、或包括夹具在内的总热容量，因此，不限于上述条件。

此外，在本实施例1中，仅对深度浅的第三凝固部4在最右侧的位置、从右侧起第四个位置以及最左侧的位置这3处进行了说明。但是，无论配置在哪个部位都能够得到同样的效果。

在本实施例1中，作为激光器振荡器使用了光纤激光器，但即使使用得到高输出的盘激光器、yag激光器、co2激光器或半导体激光器等其他激光器，也能够得到同样的效果。

在本实施例1中，记载了镀镍铜端子和铝汇流条的事例。但是，如果是形成合金的金属彼此的组合，则在其他的金属的组合中也能够得到同样的效果。

(实施例2)

除了形成深度浅的第三凝固部4的第一激光束6a的轨道7和形成深度深的第二凝固部5的第二激光束6b的轨道8的配置以外，与实施例1同样地进行焊接。

如图3a所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使不存在间隙9。然后，变更为深度浅的第三凝固部4形成在接合部的最右侧的位置和最左侧的位置这两处的激光照射图案，并同样地进行焊接。测定此时的拉伸强度(换言之接合强度)，结果在同样地制作的3个样品中为170n、196n、173n，均得到超过150n的高接合强度。

接着，如图3b所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使间隙9为0.1mm之后，进行同样的焊接。测定此时的拉伸强度，结果在同样地制作的3个样品中为221n、190n、199n，均得到超过150n的高接合强度。

接着，变更激光照射图案，使深度浅的第三凝固部4从图3a的最右侧的位置和最左侧的位置成为最右侧的位置和从右侧起第四个位置，并进行了同样的焊接。其结果是，在没有间隙9的情况和间隙9为0.1mm的情况这两者中，得到了150至230n之间的高拉伸强度。

进而，变更激光照射图案，使深度浅的第三凝固部4成为从右侧起第四个位置和最左侧的位置，并进行同样的焊接。其结果是，在没有间隙9的情况和间隙9为0.1mm的情况这两者中，同样地得到150至230n之间的高拉伸强度。

这样，通过形成接合部为2处深度浅的第三凝固部4和除此以外的多个部位的深度较深的第二凝固部5的焊接结构，从而无论有无间隙9，都能够实现更稳定的焊接。

另外，在本实施例2中，仅对深度浅的第三凝固部4配置在最右侧的位置和最左侧的位置、最右侧的位置和从右侧起第四个位置、以及从右侧起第四个位置和最左侧的位置这3个配置进行了说明。但是，即使将第三凝固部4配置在任意的部位，也能够得到同样的效果。

(实施例3)

除了形成深度浅的第三凝固部4的第一激光束6a的轨道7和形成深度深的第二凝固部5的第二激光束6b的轨道8的配置以外，与实施例1同样地进行焊接。

如图4a所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使不存在间隙9。然后，沿着与激光束6a、6b的扫描方向交叉的方向(例如正交的方向)，在最右侧的位置形成深度浅的第三凝固部4，在其左侧的位置形成深度深的第二凝固部5。而且，在其左侧的位置形成有深度浅的第三凝固部4，在其左侧的位置形成有深度深的第二凝固部5。这样，以成为深度浅的第三凝固部4和深度较深的第二凝固部5交替地被配置的焊接结构的激光照射图案，同样地进行了焊接。测定此时的拉伸强度，结果同样地制作的3个样品中为211n、201n、233n，均得到超过150n的高接合强度。

接着，如图4b所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使间隙9为0.1mm。然后，进行同样的焊接。测定此时的拉伸强度，结果在同样地制作的3个样品中为198n、226n、201n，均得到超过150n的高接合强度。

这样，通过将接合部做成将深度浅的第三凝固部4和深度深的第二凝固部5交替地配置的焊接结构，从而无论有无间隙9，都能够实现更稳定的焊接。

另外，在本实施例3中，将深度浅的第三凝固部4配置在最右侧的位置，接着依次形成了深度深的第二凝固部5。但是，先形成深度深的第二凝固部5，然后，依次形成深度浅的第三凝固部4，也能够得到同样的效果。

(比较例1)

除了不形成深度深的第二凝固部5而仅形成深度浅的第三凝固部4以外，与实施例1同样地进行焊接。

如图8a所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使不存在间隙9。之后，变更激光照射图案以使只形成深度浅的第三凝固部4，并同样地进行焊接。测定此时的拉伸强度，结果在同样地制作的3个样品中为224n、215n、231n，均得到超过200n的非常高的接合强度。

接着，如图8b所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使间隙9为0.1mm之后，进行同样的焊接。测定此时的拉伸强度，结果在同样地制作的3个样品中为26n、52n、9n，均为小于100n的低接合强度。

在只有深度浅的第三凝固部4的焊接结构中，没有间隙9时，金属间化合物的生成被抑制，成为应力强的通常的合金层，因此，能够缓和拉伸应力并得到高接合强度。另一方面，在存在间隙9的情况下，与镀镍的铜端子1生成合金的熔融量变得极少，接合强度显著降低。这样，若能够消除间隙9，则能够得到较高的接合强度，但在实际的生产中难以稳定且可靠地消除间隙9，因此，无法进行稳定的生产。

(比较例2)

除了不形成深度浅的第三凝固部4而仅形成深度深的第二凝固部5以外，与实施例1同样地进行焊接。

如图9a所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使不存在间隙9。之后，变更激光照射图案以使只形成深度深的第二凝固部5，并同样地进行焊接。测定此时的拉伸强度，结果在同样地制作的3个样品中为103n、149n、144n，均为不足150n的接合强度。

接着，如图9b所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使间隙9为0.1mm。然后，进行同样的焊接。测定此时的拉伸强度，结果在同样地制作的3个样品中为188n、204n、212n，均得到150n以上的高接合强度。

在仅深度深的第二凝固部5的焊接结构中，没有间隙9时，金属间化合物大量生成，无法缓和拉伸应力。因此，与比较例1的无间隙9的状态相比，接合强度变低。另一方面，在存在间隙9的情况下，能够缓和在镀镍的铜端子1内大量地形成金属间化合物。因此，与没有间隙9的情况相比，成为高接合强度。这样，如果提高照射的激光束的输出，则在没有间隙9的情况下、存在间隙9的情况下，都能够稳定地得到某固定程度的接合强度。但是，无法以狭窄的接合面积稳定地获得较高的接合强度，在需要较高的接合强度的汇流条焊接中，需要增大焊接面积，从而难以以低成本进行生产。

由此，在实施例1、实施例2以及实施例3的焊接中，在存在间隙9的情况下、没有间隙9的情况下，与比较例相比，都能够实现稳定的焊接，能够实现成品率高且为低成本的焊接。

(实施方式2)

图5a、5b、5c是说明本实施方式2中的、电池的镀镍的铜端子与铝汇流条的焊接图案的图。

如图5b所示，在镀镍的铜端子1上重叠铝汇流条2的连接部地配置。此时，虽然未图示，但通过将铝汇流条2的不照射激光的表面部分从图5b的上方朝向下方按压的夹具，使铝汇流条2与镀镍的铜端子1的间隙9尽可能小。

接着，一边照射设定为任意的输出的第一激光束6c，一边沿着图5a所示的直线的轨道10从图5a的上方向下的方向、即图5b的里侧向近前侧以任意的速度进行扫描。由此，铝汇流条2的被照射第一激光束6c的近旁进行熔融。

之后，通过第一激光束6c远离铝汇流条2，从而由第一激光束6c熔融的铝凝固，从铝汇流条2的表面接近镀镍的铜端子1的界面的部分的铝汇流条2成为铝的第一凝固部3。另一方面，镍镀敷的铜端子1的界面近旁从铝汇流条2与镀镍的铜端子1的界面附近进行了熔融的部分在铝与作为镀敷的微小的镍、铜熔融的状态下混合。而且，通过第一激光束6c远离铝汇流条2，从而形成深度浅的合金的第三凝固部4。

接着，沿着与直线的轨道10平行且与轨道10相邻的图5a所示的直线的轨道11，将与第一激光束6c相同的输出即第二激光束6d从图5a的上方向下的方向、即图5b的里侧向近前侧扫描。在此，第二激光束6d与第一激光束6c相比，以至少慢25％、优选以慢50％的速度进行扫描。

之后，通过第二激光束6d远离铝汇流条2，从而由第二激光束6d进行了熔融的铝凝固，从铝汇流条2的表面接近镀镍的铜端子1的界面的部分的铝汇流条2成为铝的第一凝固部3。另一方面，从铝汇流条2与镀镍的铜端子1的界面附近熔融了镀镍的铜端子1的界面附近的部分，在铝和作为镀敷的微小的镍、铜熔融的状态下，熔融时间变长第二激光束6d的扫描速度比第一激光束6c的扫描速度慢所产生的时间。因此，通过混合得更深，第二激光束6d远离铝汇流条2，从而成为深度深的合金的第二凝固部5。

此时，第一激光束6c的轨道10与第二激光束6d的轨道11的间隔成为，铝汇流条2的第一凝固部3彼此接合在一起而成为一块，并且，镀镍铜端子1的内部的第三凝固部4与第二凝固部5位于相互分离的位置。这里，例如，第一激光束6c以及第二激光束6d的输出为1600w。第一激光束6c的扫描速度为800mm/sec，第二激光束6d的扫描速度为500mm/sec。第一激光束6c和第二激光束6d的间隔为0.25mm。铝汇流条2的厚度为1mm。在第一激光束6c扫描了轨道10后，由第一激光束6c熔融的熔融部被迅速冷却而成为第三凝固部4。但是，在下一个第二激光束6d扫描轨道11时，在第三凝固部4中仍保持较高的温度。因此，由第二激光束6d熔融的熔融金属部通过来自第三凝固部4的热传导，比只扫描1次第二激光束6d时的熔融温度高。然而，由第二激光束6d熔融的熔融金属部的温度，由于相距第三凝固部4有距离，且在第三凝固部4与熔融金属部之间存在未熔融的铜，因此，通过向与该部分的激光扫描方向平行的方向的热传导，向熔融金属部的热传导量衰减，温度上升被很大程度地抑制。

接着，在图5b中，与第二激光束6d同样，一边沿着与已经扫描的轨道相邻的轨道照射第三激光束6d一边进行扫描，同样地，在铝汇流条2的接近表面的部分形成铝的第一凝固部3，在铝汇流条2与镀镍的铜端子1的界面附近形成深度深的合金的第二凝固部5。之后，依次错开激光而同样地利用第四～第n(n为5以上的整数)的激光束6d来扫描与轨道11平行的轨道8，由此成为图5b所示的第三凝固部4或第二凝固部5相互分离的焊接结构。

在图5b中，由于第一激光束6c的扫描速度比第二激光束6d的扫描速度快，因此，深度浅的合金的第三凝固部4的加热时间短，熔融时的温度低。因此，若第一激光束6c移动而从熔融部离开，则该熔融部迅速地凝固。因此，该熔融部的熔融时间短，未成为金属间化合物而成为通常的合金(即大多数存在晶格缺陷的状态)，相对于拉伸应力，品格的偏移简单地发生，为了缓和应力，成为强度高的焊接。

另一方面，第二～第n激光束6d的扫描速度慢的第二凝固部5与第三凝固部4相比，由于扫描速度慢，加热时间变长，熔融时的温度高，因此，即使第二～第n激光束6d移动而从各自的熔融部离开，在凝固之前时间也足够长，大量形成几乎没有晶格缺陷的金属间化合物。该金属间化合物相对于拉伸应力难以产生晶格的偏移，无法缓和应力，因此，具有以比第三凝固部4低的拉伸力产生晶格间的剥离、拉伸强度低的特征。

根据上述实施方式2的结构，如图5b所示，即使在镀镍的铜端子1上几乎没有铝汇流条2的间隙9的情况下，也能够通过第三凝固部4维持较高的强度。此外，由于生产的偏差，如图5c所示，在镀镍的铜端子1上产生铝汇流条2的间隙9的情况下，深度浅的第三凝固部4几乎不与铜端子1熔融，几乎没有第三凝固部4所引起的拉伸强度。然而，在这种情况下，深度较深的多个第二凝固部5以较大的面积与铜端子1熔融，单个的第二凝固部5的拉伸强度低，但作为整体能够形成具有较大的拉伸强度的焊接结构的接合部。这样，分别形成至少1处以上的第二凝固部5和第三凝固部4。在此，第二凝固部5相对于与焊接的行进方向成直角方向的截面，从照射的能量较大的第二激光束6d的照射所导致的距重合位置的深度较深。此外，第三凝固部4相对于与焊接的行进方向成直角方向的截面，照射的能量较小的第一激光束6c的照射所导致的距重合位置的深度较浅。通过采用这样的结构，即使在由于生产的偏差而在镀镍的铜端子1上几乎没有铝汇流条2的间隙9的情况下，或者在产生了大的间隙9的情况下，都能够使用廉价的按压夹具来制作接合强度高的稳定的焊接。

此外，若深度浅的第三凝固部4为1处，则在如上所述几乎没有间隙9的情况下，具有维持接合强度的效果。但是，深度浅的第三凝固部4为2处以上时，应力不集中于一处而被分散，因此优选。在这种情况下，由于与存在间隙9的情况相同的理由，优选深度深的第二凝固部5也为2处以上。作为其一例，关于在深度深的第二凝固部5在中央具有5处且深度浅的第三凝固部4在两端具有两处的情况，在图6b中示出没有间隙9的情况，在图6c中示出存在间隙9的情况。此外，在图6a中示出从此时的上表面观察到的激光束的照射图案。另外，在图6b以及图6c中，虽然在两端具有深度浅的第三凝固部4，但浅的第三凝固部4的位置可以是任何位置，此外，第三凝固部4也可以是3处以上。关于图6a、图6b、图6c，在实施例5中详细地进行说明。

将深度浅的第三凝固部4和深度深的第二凝固部5交替地配置的例子示于图7a、7b、7c。图7b示出没有间隙9的情况，图7c示出存在间隙9的情况。此外，在图7a中示出从此时的上表面观察到的激光束的照射图案。这样，在深度浅的第三凝固部4和深度深的第二凝固部5被交替地配置，其数量相同或差为±1个的情况下，由于拉伸的应力均匀地分散于焊接部整体，因此，应力不集中，对于破坏的耐性提高且稳定，因此最优选。关于图7a、7b、7c，在实施例6中详细地进行说明。

(实施例4)

在实施方式2中，对以下的具体的实施例进行说明。

在图5b中，在实施了镀敷厚度6μm的镀镍的厚度2mm的铜端子1上重叠厚度1mm的铝汇流条2。而且，通过从铝汇流条2的上方朝向下方按压的夹具(未图示)，配置成尽量不打开铜端子1与铝汇流条2之间的间隙9。沿着用于形成深度距铝汇流条2的表面浅的第三凝固部4的轨道10，一边以800mm/s的速度照射10mm的距离一边扫描从光纤激光器振荡出的输出1600w的第一激光束6c。

接着，沿着相对于轨道10仅横向偏移0.25mm且用于形成深度深的第二凝固部5的轨道11，以500mm/s的速度对1600w的第二激光束6d扫描10mm的距离。

之后，一边依次一个一个地错开0.25mm，一边与第二激光束6d同样地，对激光束6d进行总计6次扫描。测定此时的向图5b的向上方的拉伸强度(剥离强度)，结果在同样地制作的3个样品中为177n、167n、195n，均显示超过150n的高拉伸强度。

接着，如图5c所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2以使间隙9打开0.1mm，与上述同样地进行焊接。此时的拉伸强度在同样地制作的3个样品中为212n、210n、200n，即使在间隙9为0.1mm的情况下，也显示超过200n的非常高的拉伸强度。

变更激光照射图案以使深度浅的第三凝固部4从图5b的最右侧的位置成为从右侧起的第四个位置，并进行同样的焊接。其结果是，在没有间隙9的情况和间隙9为0.1mm的情况这两者中，同样地得到超过150n的拉伸强度。

进而，变更激光照射图案并进行同样的焊接，以使深度浅的第三凝固部4的位置位于最左侧的位置。其结果是，在没有间隙9的情况和间隙9为0.1mm的情况这两者中，同样地得到超过150n的拉伸强度。

这样，通过使接合部成为形成至少1处深度浅的第三凝固部4和多个深度较深的第二凝固部5的焊接结构，没有间隙9、有间隙9都能够实现稳定的焊接。

另外，在本实施例4中，示出了镀敷厚度、端子的厚度以及汇流条的厚度的一个例子，但不限于该值。此外，激光器输出、焊接速度、或者扫描间隔等条件依赖于焊接的金属构件的材料、表面状态、板厚、或包括夹具在内的总热容量，因此，不限于上述条件。

此外，在本实施例4中，仅对深度浅的第三凝固部4在最右侧的位置、从右侧起第四个位置以及最左侧的位置这3处进行了说明。但是，无论配置在哪个部位都能够得到同样的效果。

在本实施例4中，作为激光振荡器使用了光纤激光器，但即使使用得到高输出的盘激光器、yag激光器、co2激光器或半导体激光器等其他激光器，也能够得到同样的效果。

(实施例5)

除了形成深度浅的第三凝固部4的第一激光束6c的轨道10和形成深度深的第二凝固部5的第二激光束6d的轨道11的配置以外，与实施例4同样地进行焊接。

如图6b所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使不存在间隙9。然后，变更为图6a所示的激光照射图案以使将深度浅的第三凝固部4形成在接合部的最右侧的位置和最左侧的位置这两处，并同样地进行焊接。测定此时的拉伸强度，结果在同样地制作的3个样品中为207n、228n、210n，均得到超过200n的非常高的接合强度。

接着，如图6c所示，配置成在镀镍的铜端子1上铝汇流条2的间隙9为0.1mm后，进行同样的焊接。测定此时的拉伸强度，结果在同样地制作的3个样品中为211n、208n、209n，均得到超过200n的非常高的接合强度。

接着，变更为激光照射图案以使得将深度浅的第三凝固部4从图6b的最右侧的位置和最左侧的位置变为最右侧的位置和从右侧起的第四个位置，并进行同样的焊接。其结果是，在没有间隙9的情况和间隙9为0.1mm的情况这两者中，得到200n以上的高拉伸强度。

进而，变更激光照射图案，以使深度浅的第三凝固部4位于从右侧起第四个位置和最左侧的位置，并进行同样的焊接。其结果是，在没有间隙9的情况和间隙9为0.1mm的情况这两者中，同样地得到200n以上的高拉伸强度。

这样，通过形成接合部为2处深度浅的第三凝固部4和除此以外的多个部位的深度较深的第二凝固部5的焊接结构，有间隙9、没有间隙9都能够实现更稳定的焊接。

另外，在本实施例5中，仅对深度浅的第三凝固部4配置在最右侧的位置和最左侧的位置、最右侧的位置和从右侧起的第四个位置、以及从右侧起的第四个位置和最左侧的位置这3个配置进行了说明。但是，即使配置在任意的部位，也能够得到同样的效果。

(实施例6)

除了形成深度浅的第三凝固部4的第一激光束6c的轨道10和形成深度深的第二凝固部5的第二激光束6d的轨道11的配置以外，与实施例4同样地进行了焊接。

如图7b所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使不存在间隙9。然后，成为将深度浅的第三凝固部4设为最右侧的位置，在其左侧的位置形成深度深的第二凝固部5的激光照射图案。进而采用如图7a所示的激光照射图案以使得在其左侧的位置形成深度浅的第三凝固部4，在其左侧的位置形成深度深的第二凝固部5，并同样地进行焊接。这样，形成将深度浅的第三凝固部4和深度深的第二凝固部5交替地配置的焊接结构。测定此时的拉伸强度，结果在同样地制作的3个样品中为224n、249n、230n，均得到超过200n的非常高的接合强度。

接着，如图7c所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使间隙9为0.1mm之后，进行同样的焊接。测定此时的拉伸强度，结果在同样地制作的3个样品中为207n、236n、222n，均得到超过200n的非常高的接合强度。

这样，通过使接合部成为将深度浅的第三凝固部和深度较深的第二凝固部交替地配置的焊接结构，有间隙9、没有间隙9都能够实现更稳定的焊接。

另外，在本实施例6中，将深度浅的第三凝固部4配置在最右侧的位置，接着依次形成深度深的第二凝固部。但是，先形成深度深的第二凝固部5，然后，依次形成深度浅的第三凝固部4，也能够得到同样的效果。

(实施例7)

调查深度浅的第三凝固部4的深度与深度深的第二凝固部5的深度的比率与接合强度的关系。

作为接合强度的评价，进行图7b中的铝汇流条2向上方的拉伸强度(剥离强度)的测定。将镀镍的铜端子1用台钳(vice)固定，通过安装在固定于计测机架(拉伸试验机)的测力计的夹具，将铝汇流条2的未焊接的部位向上方向以一定速度拉伸，将剥离时的测力计的显示值作为拉伸强度。

如图7b所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使没有间隙9后，将深度浅的第三凝固部4设为最右侧的位置，在下一位置形成深度深的第二凝固部5。进而，在其下一个位置形成深度浅的第三凝固部4。这样，第三凝固部4和第二凝固部5交替地形成。将用于形成此时的深度浅的第三凝固部4的第一激光束6c的输出设为1600w，将激光束的扫描速度设为800mm/s。用于形成深度深的第二凝固部5的第二激光束6d的输出与第一激光束6c相同，为1600w，将扫描速度设为700mm/s、600mm/s、500mm/s、400mm/s、300mm/s、200mm/s、100mm/s。接着，如图7c所示，在镀镍的铜端子1上配置铝汇流条2，以使间隙9为0.1mm后，进行同样的焊接。

将此时的激光扫描速度、深度(即长度)与拉伸强度的关系示于表2。

[表2]

另外，深度设为关于各自的凝固部深度的最深的深度。在深度深、扫描速度为100mm/s、没有间隙的情况下，拉伸强度的强度高，没有问题。但是，在镀镍的铜端子的背面看到变色，在实际的电池中，有时在背面配置树脂的构件，因此，判定为×(即，不合格)。

根据表2，用于形成深度深的第二凝固部5的激光束6d的扫描速度为700mm/s，在存在间隙9的情况下，深度较浅为0μm～8μm，接合强度低至0n。若将扫描速度降低至600mm/s，则有间隙的情况下深度为10μm～35μm，无间隙的情况下深度为38μm～57μm，在双方的情况下，深度变深。此外，接合强度分别提高至205n和186n。根据扫描速度为600mm/s的有间隙的事例，能够确认深度浅的熔融部(凝固后相当于第三凝固部4)的深度(长度)为10μm以上时，接合强度进一步提高的效果。另一方面，在深度浅的熔融部(凝固后，相当于第三凝固部4)的深度为84μm以下的情况下，抑制金属间化合物的生成而能够保持较高的接合强度，因此优选。

另外，在本实施例7中，示出了激光器输出和扫描速度的设定的一例。但是，这些值根据镀敷厚度、端子的厚度、或汇流条的厚度而最佳值不同，此外依赖于焊接的金属构件的材料、表面状态、板厚、或者包括夹具在内的总热容量。因此，不限于该值。

(实施例8)

调查深度浅的第三凝固部4的深度与深度深的第二凝固部5的凝固部之间的距离与接合强度的关系。

焊接以及接合强度的评价方法除了轨道的间隔以外，与实施例4同样地进行。将轨道的间隔分别扩大至0.050mm、0.075mm、0.100mm、0.025mm，进行同样的焊接至0.300mm。另外，凝固部之间的距离在各个凝固部之间为最短的距离。

将此时的轨道的间隔与凝固部之间的最接近的距离与拉伸强度的关系示于表3。

[表3]

根据表3，在轨道的间隔为0.050mm以下的情况下，在无间隙和间隙9为0.1mm这两者中，凝固部之间的最近的距离小于10μm，拉伸强度为小于150n的低值。在轨道的间隔为0.075mm以上时，在间隙9为0.1mm的情况下，凝固部之间的最近的距离为10μm以上，拉伸强度也显示150n以上的高的值。但是，在无间隙的情况下，拉伸强度为小于150n的值。

这被认为是由于，若凝固部之间接合在一起而成为大块，则因扫描中的激光而熔融的金属部分的温度受到之前扫描的部位的蓄热的影响而变高，容易生成金属间化合物。此外，如果形成大的凝固部，则也会形成大的金属间化合物的块，成为拉伸强度降低的原因。

因此，第二凝固部5以及第三凝固部4优选分别相互分离，直至到达第一凝固部3。特别是若第二凝固部5与第三凝固部4之间的距离为10μm以上，则在未熔融的金属部分与扫描方向平行地通过热传导夺取热量，能够抑制熔融部分的温度上升，因此优选。另一方面，从防止凝固部过于分离而无法保持作为一个大的焊接部的功能的观点出发，期望第二凝固部5与第三凝固部4之间的距离为111μm以下。

另外，在本实施例8中，示出了激光器输出、扫描速度、以及轨道的间隔的设定的一例，但这些值根据镀敷厚度、端子的厚度、或汇流条的厚度而最佳值不同，此外取决于焊接的金属构件的材料、表面状态、板厚或包括夹具在内的总热容量。因此，不限于该值。

根据上述的实施方式，在焊接第一构件和第二构件时，通过实现焊接强度高的稳定的焊接，能够提供高性能且低成本的金属构件的焊接结构以及焊接方法。

此外，本实施方式涉及的技术能够应用于铝、镍、铁、铜、不锈钢、或它们的合金的焊接。作为可应用的不锈钢，有奥氏体系、铁素体系、马氏体系、奥氏体系/铁素体系(2相体系)。

另外，通过适当组合上述的各种实施方式或变形例中的任意的实施方式或变形例，能够起到各自具有的效果。此外，能够进行实施方式彼此的组合或实施例彼此的组合或实施方式与实施例的组合，并且也能够组合不同的实施方式或实施例中的特征彼此。

根据本公开，能够提供在焊接第一构件和第二构件时焊接强度高的稳定的金属构件的焊接结构以及焊接方法。

产业上的可利用性

根据本公开涉及的金属构件的焊接结构以及焊接方法，能够以高品质且低成本进行铝与镀镍的铜的异种材料焊接。因此，能够以低成本提供电池系统。进而，本公开涉及的金属构件的焊接结构能够应用于需要高输出的车载用电池或固定用蓄电系统。

附图标记说明

1：铜端子，

2：铝汇流条，

3：第一凝固部，

4：第三凝固部，

5：第二凝固部，

6a、6b、6c、6d：激光束，

7：轨道，

8：轨道，

9：间隙，

10：轨道，

11：轨道，

21：第一构件，

22：第二构件，

23：低硬度层，

24：高硬度层，

25：第一层，

26：第二层。