[发明专利]金属构件的焊接构造以及焊接方法

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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，发明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。