[发明专利]用于焊接至少两个部件的焊接设备及方法

说明书

本发明描述了一种焊接设备(1)以及一种用于焊接至少两个部件(7)的方法。该焊接设备(1)具有超声波焊接装置(3)和激光焊接装置(5)且配置为借助于超声波焊接装置(3)通过超声波焊接将至少两个部件(7)在第一区域(21)中相互焊接，并在超声波焊接期间借助于激光焊接装置(5)通过激光焊接将两个部件(7)在第二区域(23)中相互焊接，第二区域(23)小于第一区域(21)且布置在第一区域(21)的外边界之内和/或邻近第一区域的外边界。为此，超声波焊接装置(3)可以具有超声波变幅杆(9)和/或砧座(11)，其在第一区域(21)之内具有通孔(19)，并且激光焊接装置(5)可以配置为引导激光束(17)穿过通孔(19)到达两个部件(7)的第二区域(23)上，从而通过激光焊接将两个部件(7)相互补焊。

技术领域

本发明涉及一种用于焊接至少两个部件的焊接设备及方法。

背景技术

对于各种技术应用，可能需要两个部件牢固地相互连接。例如，鉴于电池单元生产方面，多个薄金属箔通常必须相互连接和/或连接到具有良好导电性和机械可靠性的金属片。

例如，为了在两个部件之间形成牢固且可承受高机械负载的耦合，它们可以采取材料配合方式相互连接。尤其是可以通过将两个部件相互焊接来建立材料配合连接。

可以采用多种技术将由相同材料制成或由不同材料制成的部件相互焊接。这类技术均可能需要某些边界条件和/或具备某些优缺点。

例如，众所周知，部件可以通过所谓的摩擦焊接相互连接。在此情形下，用作接合偶的部件在这两个部件之间的界面处相互摩擦。根据边界条件，例如摩擦期间施加的压力和/或两个部件在摩擦期间相对于彼此位移的程度或速度，在部件之间建立材料配合连接。

所谓的超声波焊接是指一种特殊类型的摩擦焊接。待焊接的部件(又称焊缝金属)作为接合偶经表面相互抵接并在低压和高频机械振动下相对移动。可以借助于超声波变幅杆产生振动，其中超声波振动在通常20kHz至50kHz的频率下产生并传递到接合偶中的至少一个。超声波焊接既可用于焊接金属的接合偶，又可用于焊接由其他材料、特别是塑料制成的接合偶。当用超声波焊接金属时，振动通常水平引入到接合偶，即平行于待相互焊接的表面，使得接合偶相互摩擦。例如，在粗糙度峰值剪切粗糙度峰值和/或氧化层破裂之后，基本上通过接合偶靠近表面的互锁和/或互卡来创建连接。这一般是通过塑性流动塑性流动来完成，而无需材料熔融。这尤其有利于焊接金属箔、薄金属片和/或金属丝。除了点焊之外，还可以利用滚动式超声波变幅杆来进行缝焊。超声波焊接的特点还在于，通常焊接时间很短，经济效益很经济效益高。不同的材料可以相互连接。待焊接的部件通常仅在焊接区域略微加热，从而多数情况下不会损伤周围的材料。

另一种公知的焊接技术为激光焊接，有时又称激光束焊接。类似于摩擦焊接，激光焊接一般是在不添加焊接填料的情况下实施。激光器发出的激光辐射通过光学器件进行聚焦。工件表面的对接边、即待焊接的部件的接合处紧邻光学器件的焦点，即位于焦斑中。焦点相对于部件表面的位置(即上方或下方)在多数情况下作为重要的焊接参数，也规定了焊接深度。焦斑的典型直径为十分之几毫米，如果所用的激光器具有典型的几千瓦激光功率，则会发生极高的能量集中。激光功率的吸收导致部件表面上的温度急剧升高到超过例如部件用金属的熔融温度，从而形成熔体。由于快速冷却，这样产生的焊缝视材料而变得非常坚硬，通常会失去韧性。

目前已经针对不同的用途目的开发了公知焊接方法的各种组合。

例如，提出了通过例如超声波焊接等第一种焊接方法产生焊接，事后或事先局部地通过例如激光焊接等另一种焊接方法产生焊接加以补充。以此方式，各种这些焊接方法可实现的优点可以至少部分地相结合。

目前还已针对不同的用途目的开发了公知焊接方法的各种修改。

例如，专利文献CN 107570872 A描述了一种超声波振动支持的激光焊接方法。专利文献CN 108381039 A和CN 108326429 A描述了类似的方法。

发明内容