激光焊接方法技术

利用至少一束激光束（１０、１９、２０、２４）将两个或多个工件（２、３、１２、１３、１６、１７、１８）与另一个工件焊接在一起的激光焊接方法，其特征在于工件优选地呈金属薄片形，在向焊接区（１１）添加焊料（９）的同时激光束使焊接区（１１）暴露在热辐射之下，铜基合金用作焊料（９）。可行的焊料（９）是包含重量比至少占４０％的锌的黄铜焊料或包含重量比至少占４０％的锌和重量比大约占１０％的镍的镍银合金。更优选的焊料是ＣｕＳｉ↓［３］和ＣｕＡｌ↓［８］。同样十分有利的一种焊料是包含重量比占９％的锡、重量比占０．３％的锰和重量比占０．２５％的硅的铜焊料。还说明了本方法的优选参数。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是利用至少一束激光束将两个或多个工件彼此焊接在一起的，其中的工件优选地呈金属薄片形，在向焊接区添加焊料的同时激光束使焊接区暴露在热辐射之下。期望开发一种上述类型的，以便实现高作业速度。根据本专利技术利用铜基合金作为焊料可以实现这一目的。工件，例如呈金属薄片形的工件，相对于焊接区的相对速度选择在0.2米每分钟和10米每分钟之间，相对速度的优选值大约在4米每分钟附近。向焊接区添加焊料的速度优选地是工件相对速度的两倍。特别是在使用电镀金属薄片时，使用铜基合金作为焊料将形成局部的铜，这样焊缝呈装饰性的金色。根据本专利技术方法的优选实施方案，选用工作温度在650℃和1000℃之间的硬质焊料。焊料可以是包含重量比占40％的锌和微量锡的黄铜焊料。此外，还可以使用包含重量比至少占40％的锌、重量比大约占10％的镍和微量银的镍银焊料。同样适用的是包含硅、CuSi3混合物(即，包含重量比大约占97％的铜和重量比大约占3％的硅的焊料)的焊料，并已经被证明是有利的。另一种优选焊料包含铝、CuAl8混合物(即，包含重量比大约占92％的铜和重量比大约占8％的铝的焊料)的焊料，并已经被证明是有利的。同样特别适用的一种焊料包含铜以及重量比大约占0.3％的锰和重量比大约占0.25％的硅。可以使用一束激光束或者使用至少部分重叠的两束激光束实现本专利技术。此外，可以使用两束没有重叠或至少没有显著地重叠在一起的激光束实现本方法，其中激光束的焦点位于焊料与待焊接的金属薄片相接触的区域。这些焦点，例如，可以设计为沿金属薄片相对于焊接区的相对速度方向伸展的焦点线(focus line)。此外，还可以使用在与金属薄片相对于焊接区的相对速度方向垂直的方向往复地移过焊接区的扫描激光束。可以使用Nd:YAG或二氧化碳(CO2)激光器产生激光束，Nd:YAG激光器的激光功率在500W和10,000W之间，二氧化碳激光器的激光功率在1000W和40,000W之间。然而，还可以使用一个或多个半导体激光器产生激光束，例如一个或多个半导体激光器阵列。一个或多个半导体激光器的优选平均工作波长在800纳米左右。如果使用半导体激光器，激光功率优选地位于500W和10,000W之间，特别是在1000W和5000W之间。如果使用多个半导体激光器，特别是半导体激光器阵列，就可能有多种多样的焦点形状和光束的重叠。如在汽车工业中，可以使用助焊剂，特别是在焊接电镀金属薄片和油漆金属薄片的情况下。本专利技术可以在具有或没有保护气的情况下操作。氮气、氩气、氦气和/或二氧化碳均可以用作保护气。本专利技术可以产生矩形端面焊缝、填角焊缝和凸缘焊缝。本专利技术可以跨越或填充在待焊接金属薄片之间的、最高厚度等于所使用的焊线厚度的缝隙，该缝隙的宽度在0.4毫米和2毫米之间。本专利技术可以在具有或没有辅助电流的情况下操作，该电流，例如，由施加在焊线和金属薄片之间的电压产生。在优选电功率大约为10千瓦的情况下，辅助电流优选地在10安培和400安培之间，特别是在100安培和400安培之间。如果使用辅助电流，金属薄片和焊接区之间的相对速度以及向焊接区添加焊线的速度可以增加大约20％到50％。此外，通过下面对给出的优选示例性实施方案进行的描述，并参照附图，将会使本专利技术的其它优点和特点更加明显，其中附图说明图1是实施产生矩形端面焊缝的本专利技术的装置的透视简图；图2是实施产生填角焊缝的本专利技术的装置的透视简图；图3是实现本专利技术的装置的剖面简图，其中焊线位于背板上；图4a是在使用双光束技术焊接凸缘焊缝的情况下实施本专利技术的装置的剖面简图；图4b是沿图4a中的箭头Ⅳb方向得到的视图。图5是在使用扫描激光束焊接凸缘焊缝的情况下实施本专利技术的装置的剖面简图。图1简略地描绘了一种可以用来实施本专利技术的装置。指明图1中所示的角度方位的坐标系x、y、z简略地示例在图1的右手部分中。所示的装置包括一块平面背板1，在其上有两块沿矩形端面焊缝4彼此对接在一起的平面金属薄片2、3。因此，背板1平行于薄片金属工件2、3，平行于薄片金属工件2、3的接合区域上的切平面。包含激光束导入单元6(未示出)和相应的聚焦透镜系统7的焊头5简略地描绘在金属薄片2、3的上方。此外，焊线导入装置8安装在焊头5的内部，利用该焊线导入装置，呈焊线形的焊料9可以添加到焊接区11，该区域基本上与焊头5射出的激光束10的焦点区相对应。在y-z平面中金属薄片2、3的顶边与向焊接区11添加焊料的方向之间的夹角用α表示。在y-z平面中向焊接区11添加焊料的方向与激光束10的中心方向之间的夹角用γ表示。夹角δ定向在x-z平面内，表示激光束10的中心方向与在金属薄片2、3的表面上穿越垂直于焊缝4的焊接区11的线之间的夹角。图2简略地示例了两个金属薄片12、13相互重叠的情况。在这种情况下，本专利技术产生填角焊缝14。同样图2示例了一个坐标系x、y、z，在该情况下，与图1相同，y方向指示焊缝14的方向。从图2中可以看到在x-y平面内焊料9的添加方向与焊缝14或者与工件相对于焊接区的相对速度方向之间的夹角β。在焊接过程中金属薄片2、3或12、13相对于激光束10沿y方向移动的相对速度位于0.2米每分钟和10米每分钟之间，优选的速度值大约为4米每分钟。可以通过推动方式沿与金属薄片2、3或12、13相对于焊接区11的相对速度方向相同的方向添加焊料9。在该情况下，β=0°。此外，焊料9还可以通过拖动方式添加，即沿着与金属薄片2、3或12、13相对于激光束10的位置移动的速度方向相反的方向拖动。在该情况下，β=180°。对于矩形端面焊缝4,β=0°是优选的。对于填角焊缝14,β=30°-50°是优选的。对于凸缘焊缝(图4和图5)，角度β=0°或β=90°是优选的。焊料9的添加速度选择在0.2米每分钟和30米每分钟之间。优选地，在这里选择的速度是3米每分钟至15米每分钟。已经证明金属薄片2、3或12、13的前进速度与焊料9的前进速度间的比值为1∶2是特别有利的。可以使用辅助电流，在该情况下，例如，呈焊线形式的焊料9连接到电压源的正极端，金属薄片2、3或12、13连接到电压源的负极端。例如，对于大约为10千瓦的电功率，辅助电流的电流密度在100安培至400安培之间。通常，使用DC电压源是有利的，但是也可以使用AC电压源。附加的辅助电流可以使金属薄片2、3或12、13相对于激光束10的位置的相对速度和焊料9的前进速度提高大约20％至50％。在y-z平面中向焊接区11添加焊料9的角度α处于0°和90°之间，优选的是α=8°-30°。同时，在y-z平面内激光束10的注入方向与焊料9的添加方向之间的夹角范围在γ=0°和γ=180°之间，优选的是γ=30°-90°。图3示出一个实例，其中在y-z平面中焊料9的添加方向与金属薄片16的表面之间的夹角α等于0°，同时，激光束10的注入方向和焊料9的添加方向之间的夹角γ等于90°。在该图示出的示例性实施方案中，焊料9在金属薄片16上是弯曲的，这样它在焊接区附近压靠在金属薄片上。在X-Z平面中激光束10的注入方向相对于金属薄片表面的倾角δ处于0°至150°之间，在此优选的角度处于20°和90°之间。作为另一种情况，整个焊头5在X-Z平面内的倾斜角度δ大约在0°本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用至少一束激光束（１０、１９、２０、２３）将两个或多个工件（２、３、１２、１３、１６、１７、１８）彼此焊接的激光焊接方法，工件优选地呈金属薄片形，在焊料（９）添加到焊接区（１１）的同时激光束将焊接区（１１）暴露在热辐射之下，其特征在于铜基合金用作焊料（９）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T哈默，
申请(专利权)人：大众汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]