一种高反异质材料焊接方法技术

本公开通过焦距实时补偿系统对高反异种材料在激光焊接过程中根据焊接材料不同的光反射率和熔值对焦距实行进行调整补偿，平衡焊接材料对激光的有效吸收，使高反异质材料在熔融过程中具有同一性，进而保证熔池的顺利成型。在此基础上，通过焊接头、激光芯径、焊接角度、离焦量、功率进一步对焊接质量进行控制。通过上述方式使高反异质材料在激光焊接过程中可以达到较高的焊接强度，且焊缝表面光滑、饱满，成型质量好。成型质量好。成型质量好。

【技术实现步骤摘要】
一种高反异质材料焊接方法


[0001]本公开焊接
，具体涉及一种高反异质材料的激光焊接方法。

技术介绍

[0002]目前，随着电动汽车的大力发展，电动汽车在汽车市场中占比逐步增多。有关电动汽车的安全问题也越来越多的引发人们的关注和讨论，特别是近年来，电动汽车自燃或者爆炸的事故时有发生。究其原因，主要是电池技术尚不够成熟，存在一些安全隐患。现今市场中，电池外壳、正、负极材料多以钢、铝、铜为主。但钢、铝、铜等金属材料对光的反射率较高，且物理、化学特性相差较大，在使用激光技术进行焊接过程中，由于异质材料的物理、化学性质差别较大，使熔池成型困难，焊接结构存在脆化、裂纹、虚焊等工艺缺陷。
[0003]公开号为：CN108188579A的专利申请公开了一种钢/铝异种材料的激光焊接方法。通过在铝合金表面预置Ni/B混合粉，在惰性气体混合CO2/O2混合气体或空气气氛下实施激光焊接；通过Ni/B混合粉中的Ni改善熔池内的冶金反应，有效阻碍了Fe
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Al冶金反应的发生，抑制了焊接接头界面处Fe
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Al金属间化合物的析出；B粉熔化进入焊接熔池中提高了因Ni加入后生成的Al
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Ni金属间化合物的韧性；采用O2和CO2中的一种或两种与惰性气体混合或在单纯空气环境下直接焊接，提高焊接熔池的氧分压，使得进入熔池内的Al元素与O元素结合形成对焊接接头强韧性无影响的Al2O3，降低界面处Fe
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Al金属间化合物的厚度，实现钢/铝异种焊接接头的强韧化，获得高质量的激光焊接接头。通过加入中间作用物及采用气体保护的方式，对铝/铁异种金属进行焊接。
[0004]公开号为：CN113001024A的专利申请公开了一种异种材料的激光焊接方法。通过预备需焊接异种材料，预备中间材料，将中间材料固定在第一种金属材料和第二金属材料的接合面之间，通过设置中间材料使异种材料之间进行焊接结合。
[0005]现有技术中，对异种材料的激光焊接多采用叠加中间材料、采用辅助材料或者使用保护气体等方式，存在中间熔融物。一方面，增大电池的内阻，导致电池在使用过程中局部热量产生堆积，容易造成电池自燃，存在安全隐患；另一方面，中间材料或者辅助材料的粉末容易掉入电池内部电芯中，使电池存在安全隐患。而且在电池外壳、正、负极材料激光焊接过程中，钢、铝、铜等金属材料对光的反射率和熔点各不相同，如铝和铜的焊接过程中，由于不同的反射率导致异种材料对激光能量的吸收并不相同，且由于熔点也不相同，需要吸收达到异种材料熔值极限的热量也不相同。导致焊接过程中，熔池的成形比较困难，存在一种材料已经熔融而另一种材料仍处于固化状态的情形，最终导致熔池质量较差，使焊接结构存在脆化、裂纹、虚焊等缺陷。

技术实现思路

[0006]本公开针对利用激光焊接技术对高反异质材料进行焊接的过程中，激光有效吸收率较差，熔池成型困难的技术问题，提供了一种高反异质材料的激光焊接方法，使焊缝表面光滑、饱满，焊接结构成型质量好。
[0007]本公开的构思之一是在于，采用焦距实时补偿的方式对焊接过程中焦距实时进行调节，提高异质材料对激光的有效吸收，从而促进熔池的成型。
[0008]具体的，在高反异质材料焊接过程中，由于高反异质材料的光反射率与熔点并不相同，导致其对光的吸收率和达到其熔值极限需要吸收的能量也不相同。在实际焊接过程中，随着焊接深度逐步加深，激光的功率密度也慢慢降低。为了保证激光在焊接过程中功率密度满足焊接高反异质材料的需求，采用实时对激光焦距进行改变的方法，保证高反异质材料在熔池成型过程中对激光能量的有效吸收，顺利形成熔池，进而提高高反异质材料的焊接强度和质量。
[0009]进一步的，本公开的另一构思在于，通过实时的信息对激光器的焦距进行控制，满足实际生产过程中的需求。
[0010]具体的，焦距实时信息中包括焊接的深度和焊接的材质，焊接材质中主要是焊接材料对光的吸收率信息和熔点信息。在此基础上，焦距实时信息还包括焦距调节的时间信息和调节的大小信息。通过这些信息共同实现对焦距的实时调节。
[0011]进一步的，本公开的另一构思在于，通过焦距变化的持续的时间，实现对异质材料在不同焊接深度下的激光有效吸收率的一致性。
[0012]具体的，焦距在变化过程中，有一个起始的时间，和稳定的时间。通过时间上的控制，避免相同的焦距在焊接过程中持续时间过长，当焊接深度发生改变或者焊接材料发生改变时，焊接材料的激光能量吸收率会发生变化，从而破坏焊接材料在焊接过程中的一致性。通过焦距持续时间的控制，可以使焦距在焊接过程中实时变化，同时在一定时间内是稳定输出的，保证了高反异质材料在焊接时间内对激光能量的吸收率具有一致性。
[0013]进一步的，本公开的另一构思，通过焊接材料的上表面的信息确定焦距的预设大小，保证焦距实时变化具有一致性。
[0014]具体的，在焊接初始时，有一个初始的焦距大小。该焦距大小根据焊接材料的光吸收率、熔点以及该焊接材料的上表面确定。用于快速突破焊接材料的熔值极限，使焊接材料开始熔化。
[0015]进一步的，本公开的另一构思在于，通过焊接材料的种类、厚度、光的反射率以及熔点信息，用于对焦距进行调节，保证不同材料焊接过程中的一致性。
[0016]具体的，焊接过程中，焊接材料的光吸收率是与光的反射率有关的，同时随着焊接过程中材料的变化，对激光能量的吸收率开始发生变化，同时由于熔点的不同，对激光能量的吸收量也是不同的。为了使焦距的变化更好的适应不同材料在不同厚度下对激光能量的吸收率，焦距调节信息中应包括焊接材料的种类、熔点、光的反射率以及厚度等信息，使焦距的变化能更好的满足实际过程中的使用需求。
[0017]进一步的，本专利技术的另一构思在于，选用合适的焊接头对焦距进行精确调节。。
[0018]具体的，不同材质、不同厚度以及不同焊接深度的高反异质材料对焦距的变化率和变化范围是不同的，根据需要的焦距变化范围和变化的精度，选用合适的激光焊接头，以实现对不同情况下焦距变化需求的精准控制，提高高反异质材料对激光的有效吸收率，促进熔池的成型。
[0019]再进一步的，本专利技术的另一构思在于，通过焦距调节的时间信息控制激光的输出时间。
[0020]具体的，根据焦距调节信息中焦距的持续时间控制激光器在该焦距下的输出时间。
[0021]进一步的，通过激光芯径控制激光的质量。
[0022]具体的，由于焊接材料的不同，对激光的功率密度需求不同。对于低熔点或者焊深精度要求较低的焊接材料，可以选用合适芯径的激光器。
[0023]进一步的，本公开的另一构思在于，通过焊接角度对高反异质材料的焊接深度进行控制，进而更好的不同厚度的焊接材料进行焊接。
[0024]具体的，激光焊接过程中，焊接的有效深度和焊接的角度有关。由于高反异质材料对光的反射率较高，为了既保证焊接有效深度，又避免光在反射过程中进入激光镜头中造成破坏，采用30
°‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高反异质材料的激光焊接方法，该方法应用于高反异质材料的焊接，其特征在于，所述方法包括：确定焦距实时补偿信息，其中，根据焊接深度和焊接材质确定焦距实时补偿信息；所述的焦距实时补偿信息包括焦距调节的时间信息和焦距调节的大小信息；启动激光焊接，是指启动激光器对待焊接材料进行焊接；利用焦距实时补偿信息对激光焊接过程进行控制。2.如权利要求1所述的一种高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，所述的焦距调节时间信息包括焦距调节的起始时间、焦距稳定的恒定时间。3.如权利要求1所述的一种高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，所述的焦距调节的大小信息包括初始焦距大小信息；所述初始焦距大小信息根据突破焊接材料外表面的熔点确定。4.如权利要求1所述的一种高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，所述根据焊接深度和焊接材质确定焦距实时补偿信息中的焊接材质包括焊接材料种类、焊接材料厚度、焊接材料反光度、焊接材料的熔点信息中的至少一种。5.如权利要求1所述的一种高反异质材料的激光焊接方法，其特征在于，选用合适的焊接头对焦距进行精确调节。6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴轩，丛长波，雷波，姜涛，
申请(专利权)人：武汉逸飞激光股份有限公司，
类型：发明
国别省市：