[发明专利]用于激光焊接的方法和设备

说明书

本发明题为“用于激光焊接的方法和设备”。描述了用于经由激光焊机将第一工件接合到第二工件的装置和相关方法。这包括将第一工件和第二工件布置成叠堆，包括将第一工件的部分与第二工件的部分重叠。该激光焊机生成第一激光束并同时控制激光焊机以横穿设置在第一工件的顶部表面上的期望焊接路径。该激光装置生成第二激光束并同时控制激光焊机以穿过所述期望焊接路径。经由激光焊机生成第一激光束包括以脉冲操作并在第一功率水平下操作激光焊机。经由激光焊机生成第二激光束包括以连续操作并在第二功率水平下操作激光焊机。

背景技术

激光焊接是一种接合工艺，其中激光束被引导至金属工件叠堆，以提供能够在重叠金属工件之间生成融合焊缝的浓缩能量源。该激光束将金属工件中的温度增加到与等离子体状态或液态相关联的水平，以实现融合焊接。激光焊接可采用传导焊接、过渡/键孔焊接和穿透/键孔焊接的形式，这取决于由激光束生成的焦点尺寸内所包含的功率密度。

金属工件的层可相对于彼此堆叠和对准，使得它们的结合表面重叠，以在预期焊接位点内建立结合界面(或多个结合界面)。然后，激光束被引导在工件叠堆的顶部表面处或附近。由激光束供应的能量吸收生成的热量引发金属工件的熔融，并且在工件叠堆内建立熔融的焊接池。熔融焊接池穿过由激光束照射的金属工件并进入下面的一个或多个金属工件中至与所建立的接合界面相交的深度。

激光束在照射工件叠堆的顶部表面时快速生成熔融的焊接池。在熔融焊接池形成并且稳定之后，激光束沿工件叠堆的顶部表面前进，同时跟踪预定的焊接路径。激光束的此类前进使熔融焊接池沿相对于工件叠堆的顶部表面的相应路线平移，并且在前进的焊接池之后留下熔化的工件材料，该焊接池包括来自工件叠堆中的金属工件层的材料。此类穿透熔融工件材料冷却并固化以形成焊缝，该焊缝由来自金属工件的所有层的再固化材料构成。来自金属工件的重叠层的材料的此类融合形成焊缝。

当激光束撞击或照射工件的顶部表面时，入射激光束的一部分可被反射、吸收或透射。入射激光束被反射、吸收和透射的部分的相对大小取决于工件的顶部面条件和材料特性。

已知来自激光焊接的热作用在工件层上，以使工件变形并且由于加热和蒸发而在工件之间生成局部材料空隙。局部材料空隙，可表现为工件叠堆中的层之间的间隙和/或表现为一个或多个工件中的空隙，可影响焊缝的使用寿命，并且从而影响包括焊缝的部件的使用寿命。当工件叠堆包括焊接到电池接片的电池单元箔时，局部材料空隙的出现可能影响一个或多个电池单元箔与电池接片之间的电传导率。

发明内容

本公开描述了一种用于经由激光焊机将第一工件连接到第二工件的装置和相关方法，其中第一工件和第二工件被构造作为片材，并且其中第一工件包括顶部表面和底部表面。该方法包括将第一工件和第二工件布置成叠堆，包括将第一工件的部分与第二工件的部分重叠。该激光焊机生成第一激光束并同时受控以横穿设置在第一工件的顶部表面上的期望焊接路径。该激光装置生成第二激光束并同时控制激光焊机以横穿设置在第一工件的顶部表面上的该期望焊接路径。经由激光焊机生成第一激光束包括以脉冲操作并在第一功率水平下操作激光焊机。经由激光焊机生成第二激光束包括以连续操作并在第二功率水平下操作激光焊机。

本公开的一个方面包括经由激光焊机通过控制第一激光器生成第一激光束以具有设置在第一工件的顶部表面下方的焦点。

本公开的另一方面包括在占空比和功率水平下操作激光焊机，该占空比和功率水平是基于第一工件的顶部表面的反射率水平来确定的。

本公开的一个方面包括当第一工件是由铜制成的时在50％的占空比下操作激光焊机。

本公开的另一方面包括在占空比和功率水平下操作激光焊机，该占空比和功率水平是基于第一工件的顶部表面的吸收率来确定的。

本公开的另一方面包括与第二激光束相关联的第二功率水平小于与第一激光束相关联的第一功率水平。本公开的另一方面包括基于与第二工件的蒸发相关联的温度来选择与第二激光束相关联的第二功率水平。