[发明专利]一种铝/铜异种材料薄板激光高速螺旋点焊方法

说明书

本发明提供了一种铝/铜异种材料薄板激光高速螺旋点焊方法，该方法首先在铜板表面电镀一层厚度为1～3μm的金属镍，以减少在焊接过程中铝铜金属间化合物的形成，提高接头性能。然后采用铝板在上、铜板在下的搭接形式装配，最后采用高光束质量激光器和扫描振镜系统进行螺旋点焊焊接。本发明采用了熔化焊和熔钎焊相结合的接头形式，在扫描路径上产生部分熔化，在未搭接部分形成扩散连接，减少了焊点中缺陷的产生，提高接头性能的同时提高了焊接效率。

技术领域

本发明涉及一种激光焊接方法，特别是异种材料薄板的激光焊接方法，属于材料连接技术领域。

背景技术

中国社会科学院等单位联合发布的《产业蓝皮书：中国产业竞争力报告(2020)》指出，目前中国已成为新能源汽车保有量最多的国家，并建成了世界上规模最大的充电设施。根据预测，“十四五”期间，中国新能源汽车的产销总规模可达到千万辆。数据显示，2020年10月新能源汽车产销分别完成16.7万辆和16万辆，同比分别增长69.7％和104.5％。

锂离子电池具有能量比较高、使用寿命长、额定电压高、具备高功率承受力、重量轻、绿色环保等特点，可以实现稳定、便捷、轻量化等技术指标，所以现在主流的新能源汽车采用的动力电源为锂离子电池(磷铁酸锂电池、三元锂电池)。

新能源汽车电源采用的锂离子电池为电池包，新能源电池包是由大量的电芯连接而成，对于具有较大能量密度的锂电芯，其极耳通常是铝和铜。用来连接电极的BUSBAR材料有铝、铜、镀镍铜等。电池极耳的连接，极耳与BUSBAR的连接都是铝/铜异种材料的连接。由于铝、铜两种金属的材料物理参数差异较大，而且两者极易产生AlCu、Al₂Cu、Al₃Cu₄、Al₄Cu₉等铝铜金属间化合物，这些铝铜金属间化合物具有硬、脆、电阻大等特点，对焊缝接头的力学、电学性能有明显影响。国内外对薄板铝/铜异种材料焊接仍然未有有效的方法。

现有的激光熔化焊接、激光熔钎焊接分别采用了熔化焊与钎焊原理。熔化焊过程中，焊缝中不可避免地产生金属间化合物。接头强度随金属间化合物的增加而下降，在金属间化合物层处于连续致密状时接头静载荷强度下降尤为严重。而且通常采用如图所示1的扫描路径扩展焊缝连接面面积，这种工艺极易产生如图2焊缝纵截面所示的气孔缺陷，影响接头性能。而激光熔钎焊效率低，工艺窗口窄且接头强度亦不高。纳秒激光的高能量密度使得在焊接过程中出现剧烈的飞溅焊接缺陷，如图3所示，螺旋会进一步增加飞溅的产生，极大影响接头性能，还会导致工艺窗口狭窄等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝/铜异种材料薄板焊接方法，从而解决现有技术中的铝/铜异种材料薄板焊接接头性能和焊接效率问题。。

本发明的技术方案如下。

本发明提供了一种铝/铜异种材料薄板激光高速螺旋点焊方法，包括如下步骤：

步骤S1，在铜板表面电镀一层金属镍，并对铝板和镀镍铜板待焊部位表面进行清洗；

步骤S2，采用铝上、铜下的搭接形式进行装配；

步骤S3，采用扫描振镜按螺旋线扫描方式进行激光螺旋点焊焊接。

优选地，所述步骤S1中的金属镍的厚度为1～3μm。

优选地，所述步骤S3中激光焊接的激光功率为200-1000W。

优选地，所述步骤S3中激光焊接的聚焦光斑直径为20-100μm。

优选地，所述步骤S3中激光焊接的功率密度为(1～5)×10⁷W/cm²。

优选地，所述步骤S3中激光焊接的扫描速度为100-1000mm/s。