一种铜及铜合金材料的焊接方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种铜及铜合金材料的焊接方法及装置，该方法包括：通过主波段激光器输出主波段激光；通过次波段激光器输出次波段激光；通过激光转接头输出复合激光，以使得所述复合激光对待焊接区域进行焊接，所述复合激光包括所述主波段激光和所述次波段激光，且所述主波段激光和所述次波段激光同轴，所述待焊接区域对所述主波段激光的吸收率大于所述待焊接区域对所述次波段激光的吸收率。本发明专利技术因为激光束的能量利用率提高了，所以同样的激光功率水平下，可以实现更高速度的焊接，而高速焊接有利于铜及铜合金的凝固成型，从而可以利用复合焊接的方法实现铜及铜合金的高速稳定的焊接，同时还可以保证焊缝成型以及焊缝质量。

【技术实现步骤摘要】
一种铜及铜合金材料的焊接方法及装置
本专利技术涉及激光焊接
，尤其涉及一种铜及铜合金材料的焊接方法及装置。
技术介绍
汽车动力电池是指应用于电动车辆的电池，具有较大的存储容量和输出功率，可用作电动车辆的驱动电源。目前市面上常用的汽车动力电池是锂电池(电池组)，其制作工序非常多，其中需要用到激光焊接的有：防爆阀密封焊接、极耳焊接、软连接焊接、安全帽焊接、壳体封口密封焊接、模组焊接、PACK包焊接、电极极柱焊接、汇流排焊接等等，其材质主要是纯铜、铝及铝合金、不锈钢等。铜及铜合金具有优异的导电性能，所以在汽车动力电池中不可避免的需要使用铜及铜合金，但是铜及铜合金的传统激光焊接方式在焊接时存在一系列的问题，具体为：①对激光器的功率上限要求较大，因为大部分能量会被反射进而被浪费，不利于控制设备成本；②焊接速度不够快，通常只有80mm/s左右，超过120mm/s时会产生严重的焊缝缺陷；③容易产生气孔，焊缝成型不均匀。所以非常有必要进行焊接技术的创新。综上，传统的铜及铜合金的焊接过程中，焊接时存在焊缝成型差、气孔多、焊接速度慢以及对激光器功率上限要求高的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种铜及铜合金材料的焊接方法及装置，用以解决现有技术中焊接时存在焊缝成型差、气孔多、焊接速度慢以及对激光器功率上限要求高的问题。第一方面，本专利技术实施例提供一种铜及铜合金材料的焊接方法，包括：通过主波段激光器输出主波段激光；通过次波段激光器输出次波段激光；通过激光转接头输出复合激光，以使得所述复合激光对待焊接区域进行焊接，所述复合激光包括所述主波段激光和所述次波段激光，且所述主波段激光和所述次波段激光同轴，所述待焊接区域对所述主波段激光的吸收率大于所述待焊接区域对所述次波段激光的吸收率，所述待焊接区域为铜与铜的接触区域、铜合金与铜合金的接触区域、铜与铜合金的接触区域中的一种。第二方面，本专利技术实施例提供一种铜及铜合金材料的焊接装置，该装置包括：主波段激光器、次波段激光器和激光转接头，其中：所述主波段激光器用于输出主波段激光；所述次波段激光器用于输出次波段激光；所述激光转接头用于输出复合激光，以使得所述复合激光对待焊接区域进行焊接，所述复合激光包括所述主波段激光和所述次波段激光，且所述主波段激光和所述次波段激光同轴，所述待焊接区域对所述主波段激光的吸收率大于所述待焊接区域对所述次波段激光的吸收率，所述待焊接区域为铜与铜的接触区域、铜合金与铜合金的接触区域、铜与铜合金的接触区域中的一种。本专利技术实施例提供的一种铜及铜合金的焊接方法及装置，通过使用两种波长不同的两束激光对待焊接区域进行焊接，由于待焊接区域对主波段激光的吸收率较高，可以实现较低功率时即可熔化待焊接区域，并将待焊接区域由固态变为液态熔池。而液态的待焊材料熔池金属对次波段激光的吸收率会大幅提高，进而实现次波段激光功率能够有效作用于熔池金属以进一步增加熔池深度，扩大熔池体积，导致熔池凝固时间变长，有利于气泡从熔池中逸出，防止在焊缝内形成气孔。因为激光束的能量利用率提高了，所以同样的激光功率水平下，可以实现更高速度的焊接，而高速焊接有利于铜及铜合金的凝固成型，从而可以利用复合焊接的方法实现铜及铜合金的高速稳定的焊接，同时还可以保证焊缝成型以及焊缝质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种铜及铜合金材料的焊接方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种铜及铜合金材料的焊接装置的结构示意图；图3为本专利技术一实施例两块铜及铜合金汽车动力电池材料焊接接头为叠焊时的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的一种铜及铜合金材料的焊接方法的流程图，如图1所示，该方法包括：S1，通过主波段激光器输出主波段激光；S2，通过次波段激光器输出次波段激光；S3，通过激光转接头输出复合激光，以使得所述复合激光对待焊接区域进行焊接，所述复合激光包括所述主波段激光和所述次波段激光，且所述主波段激光和所述次波段激光同轴，所述待焊接区域对所述主波段激光的吸收率大于所述待焊接区域对所述次波段激光的吸收率，所述待焊接区域为铜与铜的接触区域、铜合金与铜合金的接触区域、铜与铜合金的接触区域中的一种。本专利技术实施例中的焊接材料为铜或者是铜合金，本专利技术实施例以对两块紫铜焊接为例进行说明。使用本专利技术实施例对焊接材料进行焊接前，需要进行相关的准备操作，根据焊接材料的焊接位置，进行去污去油清洗，然后将待焊接材料组装并固定在工作台上，使得两块紫铜的待焊接处相接触，并允许接触处局部存在≤0.1mm的间隙量，形成待焊接区域。同时准备一种焊接装置，包括两台激光器，其分别为主波段激光器和次波段激光器，调整主波段激光器和次波段激光器的输出功率，控制符合激光的能量。符合激光中主波段激光功率和次波段激光功率确定后，在焊接过程中的稳定阶段均保持不变。并且调整激光转接头的位置和倾斜角，使激光转接头与待焊接区域之间的距离为预设距离，激光转接头发射的复合激光与待焊接区域之间的角度为预设入射角度。预设距离和预设入射角度确定之后，在焊接过程中均保持不变。在焊接时，通过主波段激光器输出主波段激光，次波段激光器输出次波段激光，主波段激光的聚焦光斑直径和次波段激光的波长不同。在激光转接头部分对主波段激光和次波段激光进行处理，使得最后得到的复合激光为一束光，也就是说主波段激光和次波段激光同轴。本专利技术实施例提供的一种铜及铜合金的焊接方法，通过使用两种波长不同的两束激光对待焊接区域进行焊接，由于待焊接区域对主波段激光的吸收率较高，可以实现较低功率时即可熔化待焊接区域，并将待焊接区域由固态变为液态熔池。而液态的待焊材料熔池金属对次波段激光的吸收率会大幅提高，进而实现次波段激光功率能够有效作用于熔池金属以进一步增加熔池深度，扩大熔池体积，导致熔池凝固时间变长，有利于气泡从熔池中逸出，防止在焊缝内形成气孔。因为激光束的能量利用率提高了，所以同样的激光功率水平下，可以实现更高速度的焊接，而高速焊接有利于铜及铜合金的凝固成型，从而可以利用复合焊接的方法实现铜及铜合金的高速稳定的焊接，同时还可以保证焊缝成型以及焊缝质量。在上述实施例的基础上，所述激光转接头在焊接过程中与所述待焊接区域之间的距离为预设距离，所述预设距离通过离焦量确定，所述激光转接头在焊接过程中与所述待焊接区域之间的角度为预设入射角度，所述预设入射角度通过光束倾角确定，所述预设距离和所述预设入射角在焊接过程中均保持不变。具体地，焊接转接头与待焊接区域之间的保持预设距离，预设距离的值是通过焊接过程中的工艺参数--离焦量来确定的，激光转接头发射出的激光在焊接过程中与待本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜及铜合金材料的焊接方法，其特征在于，包括：通过主波段激光器输出主波段激光；通过次波段激光器输出次波段激光；通过激光转接头输出复合激光，以使得所述复合激光对待焊接区域进行焊接，所述复合激光包括所述主波段激光和所述次波段激光，且所述主波段激光和所述次波段激光同轴，所述待焊接区域对所述主波段激光的吸收率大于所述待焊接区域对所述次波段激光的吸收率，所述待焊接区域为铜与铜的接触区域、铜合金与铜合金的接触区域、铜与铜合金的接触区域中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种铜及铜合金材料的焊接方法，其特征在于，包括：通过主波段激光器输出主波段激光；通过次波段激光器输出次波段激光；通过激光转接头输出复合激光，以使得所述复合激光对待焊接区域进行焊接，所述复合激光包括所述主波段激光和所述次波段激光，且所述主波段激光和所述次波段激光同轴，所述待焊接区域对所述主波段激光的吸收率大于所述待焊接区域对所述次波段激光的吸收率，所述待焊接区域为铜与铜的接触区域、铜合金与铜合金的接触区域、铜与铜合金的接触区域中的一种。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述主波段激光的波长范围为375nm～500nm，所述次波段激光的波长范围为800nm～1100nm；当所述待焊接区域为固态时，所述主波段激光被所述待焊接区域的吸收率为50％以上，所述次波段激光被所述待焊接区域的吸收率为10％以下；当所述待焊接区域为液态时，所述次波段激光被所述待焊接区域的吸收率位20％以上。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述激光转接头在焊接过程中与所述待焊接区域之间的距离为预设距离，所述预设距离通过离焦量确定，所述激光转接头在焊接过程中与所述待焊接区域之间的角度为预设入射角度，所述预设入射角度通过光束倾角确定，所述预设距离和所述预设入射角在焊接过程中均保持不变。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述主波段激光的功率为第一预设功率值，所述次波段激光的功率为第二预设功率值，在焊接过程中的稳定阶段保持不变。5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述主波段激光在焊接开始时均使用所述第一预设功率值的第一预设比例开始出射激光，并逐渐线性增大，在之后的第一预设时间段内激光功率达到所述第一预设功率值，保持所述第一预设功率值直到焊接过程结束前第二预设时间段，之后激光功率开...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泽锋，汪伟，高辉，周晚君，
申请(专利权)人：武汉锐科光纤激光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42