金属构件的焊接构造以及焊接方法技术

在金属焊接构造中，相对于与焊接的进行方向成直角的方向上的剖面，具有由照射的能量大的激光的照射造成的距重叠位置的深度深的凝固部和由照射的能量小的激光的照射造成的距重叠位置的深度浅的凝固部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属构件的焊接构造以及焊接方法
本专利技术涉及层叠不同的金属板而进行了焊接的焊接构造及其焊接方法。尤其涉及电池的电极与将电极间进行连接的金属之间的焊接构造及其焊接方法。
技术介绍
在电池系统中，能够将多个电池单元串联连接来提高输出电压。此外，在电池系统中，能够将多个电池单元并联连接来增大充放电的电流。例如，在使用于使汽车行驶的电机的电源的大电流、大输出用的电池系统中，将多个电池单元串联连接来提高输出电压。在使用于该用途的电池系统中，将多个电池单元用金属板的汇流条连接。汇流条与构成电池系统的电池单元的电极端子进行激光焊接而进行连接。在该连接构造中，在汇流条设置缺口部，并在该处插入电池单元的电极端子，对插入的电极端子与汇流条的边界照射激光，使电极端子和汇流条的双方在边界熔融而进行连接。电池存在正极和负极，通常在正极侧使用铝的端子，在负极侧使用镀镍的铜端子。在一个汇流条有至少两个缺口部。两个缺口部分别插通到相邻的电池单元的电极端子。结果，汇流条能够将电池单元串联连接或并联连接。在作为汇流条而使用了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。在该情况下，分别是同种金属彼此的焊接，技术上没有特别困难的地方。然而，该包层材料将铝和铜的薄板分别重叠，使得接合部重叠，并在加热的同时施加压力而进行压接。因此，工序所需的费用高，此外，直接材料费也昂贵。结果，存在汇流条与电极的接合的成本不能低成本化这样的问题。因此，通过在汇流条使用廉价的铝，从而能够生产廉价且轻的电池系统。但是，在使用铝的汇流条的情况下，正极侧是铝的汇流条与铝端子的同种材料焊接，因此没有问题，但是负极侧是铝的汇流条与镀镍的铜端子的不同种材料焊接，稳定地实现高品质的焊接是非常困难的。在不同种材料焊接中，在使不同的金属材料同时熔融并混合之后，使其凝固，从而进行焊接。但是，关于铝和铜的不同种材料焊接，若其合金被充分加热而在某个温度以上熔融一定的时间，则形成铝和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且非常硬的层，但是若施加应力，则较脆，会破碎。因此，并不是仅使铝和铜的熔融体积增加即可得到高的接合强度，存在生产中的各种各样的间隙等偏差因素，稳定地实现高品质的焊接是非常困难的。在不同种材料焊接中，作为其强度对策的构造，专利技术了在焊接的进行方向上交替地重复层叠高硬度层和低硬度层而成的焊接构造(参照专利文献1)。用图12A、图12B的剖视图对专利文献1的方法进行说明。图12B是图12A的A-A线处的剖视图。将铁氧体类不锈钢或低碳钢的第一构件21和马氏体类不锈钢或高碳钢的第二构件22相互重叠，并对第一构件21的表面照射激光。如图12B所示，用斜线的区域示出的熔融凝固部在与激光的照射方向成直角的方向上的剖面中具有宽度从第一构件21的表面侧起朝向内部渐渐地变窄的倒三角形的剖面构造。此外，熔融凝固部在该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在焊接进行方向上交替地重复层叠第一层25和硬度比其低的第二层26而构成。作为该焊接构造的制作方法，对第一构件21的表面以脉冲方式照射激光。首先，通过第一脉冲的激光，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。接下来，在第一熔融部的凝固的生长达到激光轴的移动距离的1/2的时间点，使位置偏移，并开始第二脉冲的激光的照射。由此，形成第二熔融部，使得一部分与第一熔融部重叠。依次同样地一边将第三以后的脉冲的激光以给定的间隔进行开、关一边进行照射，从而形成焊接构造。作为该焊接构造的特征，如前所述，与焊接的进行方向成直角的方向上的剖面(图12B)成为倒三角形的构造。此外，进行方向上的剖面(图12A)在进行方向上重复层叠了第一层25和第二层26，第一层25和第二层26的熔深大致恒定。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
技术实现思路
在本专利技术的一个实施方式中，在将连接多个电池单元的汇流条和单元的端子进行焊接时，通过实现焊接强度高的稳定的焊接，从而制造高性能且低成本的电池系统。为了上述目的，本专利技术的金属构件的焊接构造包括第一构件和层叠在第一构件的第二构件。进而，包括：从第一构件的表面延伸到内部的第一凝固部；跨越第一构件和第二构件而熔融的第二凝固部；以及跨越第一构件和第二构件而熔融的第三凝固部。第三凝固部位于比第二凝固部靠近第二构件的非层叠面侧。在本专利技术的金属构件的第一焊接方法中，以如下扫描条件至少分别各扫描一次：呈直线状扫描激光的第一扫描条件；以及在与通过上述第一扫描条件进行扫描的激光的轨道不同的轨道上，呈直线状扫描输出比上述第一激光低的激光的第二扫描条件。在本专利技术的金属构件的第二焊接方法中，以如下扫描条件至少分别各扫描一次：呈直径不同的同心圆状扫描激光，从而呈圆状扫描激光的第一扫描条件；以及与上述第一激光的轨道不同，且呈圆状扫描输出比上述第一激光低的激光的第二扫描条件。在本专利技术的金属构件的第三焊接方法中，以如下扫描条件至少分别各扫描一次：呈直线状扫描激光的第三扫描条件；以及在与通过上述第三扫描条件进行扫描的激光的轨道不同的轨道上，呈直线状扫描速度比上述第三激光快的激光的第四扫描条件。在本专利技术的金属构件的第四焊接方法中，以如下扫描条件至少分别各扫描一次：呈直径不同的同心圆状扫描激光，从而呈圆状扫描激光的第三扫描条件；以及与上述第三激光的轨道不同，且呈圆状扫描速度比上述第三激光快的激光的第四扫描条件。根据本实施方式，在对连接电池系统中的多个电池单元的低成本的铝汇流条和单元的端子进行焊接的工序中，能够在全部的焊接点实现稳定的高品质、高速的焊接。因此，能够制造高容量、高可靠性且低成本的电池系统，有助于混合动力车、电动汽车等环保车的普及。附图说明图1A是示出实施方式1和实施例1、8的激光照射图案的顶视图。图1B是示出实施方式1和实施例1、8的没有间隙的情况下的焊接构造的与扫描方向成直角的方向上的剖视图。图1C是示出实施方式1和实施例1、8的有间隙的情况下的焊接构造的与扫描方向成直角的方向上的剖视图。图2A是示出实施方式1和实施例2、9的激光照射图案的顶视图。图2B是示出实施方式1和实施例2、9的没有间隙的情况下的焊接构造的与扫描方向成直角的方向上的剖视图。图2C是示出实施方式1和实施例2、9的有间隙的情况下的焊接构造的与扫描方向成直角的方向上的剖视图。图3A是示出实施方式1和实施例3、10的激光照射图案的顶视图。图3B是示出实施方式1和实施例3、10的没有间隙的情况下的焊接构造的与扫描方向成直角的方向上的剖视图。图3C是示出实施方式1和实施例3、10的有间隙的情况下的焊接构造的与扫描方向成直角的方向上的剖视图。图4是示出拉伸强度与深度的比率的关系的图。图5A是示出比较例1的激光照射图案的顶视图。图5B是示出比较例1的没有间隙的情况下的焊接构造的与扫描方向成直角的方向上的剖视图。图5C是示出比较例1的有间隙的情况下的焊接构造的与扫描方向成直角的方向上的剖视图。图6A是示出比较例2的激光照射图案的顶视图。图6B是示出比较例2的没有间隙的情况下的焊接构造的与扫描方向成直角的方向上的剖视图。图6C是示出比较例2的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属构件的焊接构造，是第一构件和与所述第一构件层叠的第二构件的金属构件的焊接构造，包括：第一凝固部，其从所述第一构件的表面延伸到内部；第二凝固部，其跨越所述第一构件和所述第二构件而熔融；以及第三凝固部，其跨越所述第一构件和所述第二构件而熔融，所述第三凝固部位于比所述第二凝固部靠近所述第二构件的非层叠面侧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.15 JP 2015-1814511.一种金属构件的焊接构造，是第一构件和与所述第一构件层叠的第二构件的金属构件的焊接构造，包括：第一凝固部，其从所述第一构件的表面延伸到内部；第二凝固部，其跨越所述第一构件和所述第二构件而熔融；以及第三凝固部，其跨越所述第一构件和所述第二构件而熔融，所述第三凝固部位于比所述第二凝固部靠近所述第二构件的非层叠面侧。2.根据权利要求1所述的金属构件的焊接构造，所述第三凝固部有多个。3.根据权利要求2所述的金属构件的焊接构造，所述第二凝固部有多个，多个所述第三凝固部和多个所述第二凝固部位于交替的位置。4.根据权利要求1～3中的任一项所述的金属构件的焊接构造，所述第三凝固部的层叠面方向上的长度为所述第二凝固部的层叠面方向上的长度的1.5倍以上。5.根据权利要求1～4中的任一项所述的金属构件的焊接构造，所述第二凝固部和所述第三凝固部通过焊接形成，相对于与所述焊接的进行方向垂直的剖面，交替地形成有所述第二凝固部和所述第三凝固部。6.根据权利要求1～5中的任一项所述的金属构件的焊接构造，所述第一构件为铝，所述第二构件为铜。7.一种金属构件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊泽诚二，田中知实，盐贺大辅，芦田高之，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP