本发明涉及异种金属激光焊接领域,具体涉及动力电池模组导电材料铜和镍的激光焊接技术。
背景技术：
在电动汽车上由于锂电池在容量、工艺等方面限制，不可能获得像铅酸电池和液体电池那样超大容量的单体，动力电池会以成组电池的形式给整车供电。为了便于生产电芯会先组成模组，然后模组和模组再进行连接组成电池。在这个成组过程中，最关键的是模组间的连接技术。有研究表明，电芯单体与模组母排之间的连接方式，不仅仅影响制造效率，是否可以实现自动化，对电池装车以后的性能表现同样会有不容忽视的影响。
对于当前的动力电池行业来说，电池模组的自动化程度要求都比较高，又因其工艺的复杂程度、工作环境的要求等，应用机器人和专用设备的优势显而易见。
虽然铜和镍的原子半径、晶格类型、密度及比热容等都很接近，铜与镍在固态和液态都能形成无限互溶，塑性很好，这对铜与镍的焊接是有利。然而，铜和镍的化学成分、导热性能、线膨胀系数及电阻率等差别较大，给焊接带来了很大困难。其中，镍的熔点比铜高378℃，当铜熔化时镍还没熔化，此时镍母材金属过热而使晶粒粗化；当镍熔化时，液态铜过热，使低熔点合金元素烧损、蒸发和流失，导致焊缝力学性能降低。焊接时，铜母材金属侧容易形成铜与铅、铜与铋、铜与氧化亚铜的低熔点共晶体。镍母材金属侧容易形成镍与硫、镍与磷、镍与砷、镍与铅的低熔点共晶体。这些共晶体导致焊缝产生裂纹。铜与镍焊接时，氧、氢在液态镍中的溶解度很大，冷却时溶解度变小，会有大量气体外逸。另外，母材金属清理不干净，填充材料潮湿，焊接区保护不严以及熔池冷却速度快等均能使焊缝产生气孔。
技术实现要素：
本发明的目的是为了实现铜与镍的可靠连接，并实现自动化生产，从而提供一种铜和镍的激光焊接方法。
本发明所述的一种铜和镍的激光焊接方法，该方法包括：
步骤一、采用激光清洗铜片和镍片；
步骤二、在焊接区域装配铜片和镍片；
步骤三、设置激光焊接设备的焊接参数，对铜片和镍片进行焊接。
优选的是，步骤一具体为：
编制运行轨迹，确定激光焊接设备的枪头行走的路线；调整枪头高度，使激光的焦点在铜片和镍片的表面；设置激光焊接设备的清洗参数；进行清洗。
优选的是，步骤一中，清洗参数具体为：焊接功率为100w～200w、焊接速度为500mm/min～1500mm/min。
优选的是，步骤一中，当铜片和镍片反射光束时清洗结束。
优选的是，步骤一中还包括，清洗过程中采用气体过滤器对操作空间的空气过滤。
优选的是，步骤二中的装配方式为搭接装配。
优选的是，步骤三的焊接参数包括焊接速度、离焦率和焊接功率；
焊接速度为1800mm/min～2000mm/min，离焦率为0mm，焊接功率为800w～1200w。
优选的是，步骤三中，焊接过程中对熔化区和热影响区进行惰性气体保护，惰性气体流量为15l/min～20l/min。
优选的是，步骤三中，搭接焊缝为连续焊缝，焊缝余高为0mm～0.6mm。
本发明的有益效果：
本发明的一种铜和镍的激光焊接方法实现了高质量、高强度的连接，抗剪强度可达97mpa，同时减少了工序，有利于实际生产应用，易于实现自动化。本发明对解决类似铜和镍的焊接问题具有极大的借鉴和参考意义。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施方式的一种铜和镍的激光焊接方法，该方法包括：
步骤一、采用激光清洗铜片和镍片，去除表面油污水分；
编制运行轨迹，确定激光焊接设备的枪头行走的路线；调整枪头高度，使激光的焦点在铜片和镍片的表面；设置激光焊接设备的清洗参数，焊接功率为100w～200w、焊接速度为500mm/min～1500mm/min；进行清洗。
步骤二、通过机械装置输送铜片和镍片到焊接区域进行装配，装配方式为搭接装配，不留间隙。
步骤三、确认焊接位置，焊枪重新定位，设置激光焊接设备的焊接参数，对铜片和镍片进行焊接。焊接速度为1800～2000mm/min，离焦率为0mm，焊接功率为800w～1200w，焊接过程中需要对熔化区和热影响区进行惰性气体保护，惰性气体流量为15l/min～20l/min。焊接时间根据焊缝长度调整，也可以采用自动化集成设置。
步骤一中由于焊接前工件不需要大功率激光除锈，只需要小范围去除油污水分，因此激光清洗和焊接可以采用同一激光焊接设备。铜片和镍片的厚度均为0.2～1mm。铜材料为纯铜及其合金，镍材料为镍基合金，如inconel718镍基合金。
实施例：
对紫铜和镍基合金inconel718进行激光焊接，紫铜和镍基合金尺寸规格相同，为500*300*0.5(mm)，使用激光清洗待焊接表面，防止表面油污水分导致焊接的不稳定性，出现夹杂气孔等缺陷。清洗时，先编制运行轨迹，确定激光枪头所走的路线；调整激光器发射高度，使激光的焦点在铜片和镍片的表面；焊接功率设置为100w～200w，焊接速度设置为500mm/min～1500mm/min，确认上述参数，开始清洗。在激光系统中激光脉冲每秒集中分布在上万的污染层上，强大的单脉冲激光束偏转和放置均会对污染层有影响。大多数的激光能量被表层吸收，直接转化为热能，这个能量足以汽化并移除工件上的污染物，吸光系数越大，效率越高；基体材料在正常情况下不会像污染物那样容易被汽化，而是反射激光光束，一旦有反射光束，激光清洗过程停止；为了减少激光清洗时产生的烟尘颗粒对环境和人身健康的影响，采用气体过滤器对空气过滤。做好焊接准备之后对铜片和镍片进行工装，保证焊接装配界面不留间隙。焊枪自动找到焊接位置，开始焊接。经过反复试验，在激光焊接工艺参数为：焊接功率800w～1200w，焊接速度为1800～2000mm/min，离焦率为0mm，在氩气保护下，保护气体流量在15l/min～20l/min，焊接质量好。通过此焊接工艺流程，对铜镍异质接头进行力学试验，接头抗剪强度达97mpa。