纯铝和纯镍焊接方法与流程

1.本发明涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种纯铝和纯镍焊接方法。


背景技术：

2.目前，在激光焊接纯铝和纯镍时，一般通过激光焊接设备根据恒定的功率输出的激光束进行焊接，但由于纯铝的熔点与纯镍的熔点不一致，进而在低熔点材料熔化时，高熔点材料仍然处于固体状态，这时已融化的材料容易渗入过热区的晶界，造成低熔点材料流失，焊接成功率较低。
3.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供了一种纯铝和纯镍焊接方法，旨在解决现有技术中按照恒定的功率对纯铝和纯镍进行焊接容易导致低熔点材料流失，焊接成功率较低的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种纯铝和纯镍焊接方法，所述方法包括以下步骤：
6.根据待焊接纯铝材料的厚度和待焊接纯镍材料的厚度确定初始焊接功率；
7.基于所述初始焊接功率按照预设波形规则生成锯齿功率波形；
8.控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行焊接。
9.可选地，所述控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束的步骤之前，还包括：
10.根据所述待焊接纯铝材料的材料特性和所述待焊接纯镍材料的材料特性对所述锯齿功率波形进行调整，获得带有缓升功率波段的锯齿功率波形；
11.控制激光焊接设备根据所述缓升功率波段输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行升温。
12.可选地，所述基于所述初始焊接功率按照预设波形规则生成锯齿功率波形的步骤之后，还包括：
13.根据所述待焊接纯铝材料的材料特性和所述待焊接纯镍材料的材料特性对所述锯齿功率波形进行调整，获得带有缓降功率波段的锯齿功率波形；
14.相应地，所述控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束的步骤之后，还包括：
15.控制所述激光焊接设备根据所述缓降功率波段输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行降温。
16.可选地，所述根据待焊接纯铝材料的厚度和待焊接纯镍材料的厚度确定初始焊接
功率的步骤之前，还包括：
17.将待焊接纯铝材料和待焊接纯镍材料叠放，并通过压合设备对所述待焊接纯镍材料和所述待焊接纯铝材料进行压合。
18.可选地，所述将待焊接纯铝材料和待焊接纯镍材料叠放，并通过预设压合设备对所述待焊接纯镍材料和所述待焊接纯铝材料进行压合的步骤之后，还包括：
19.确定压合后的所述待焊接纯镍材料的待焊接点位；
20.相应地，所述控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束的步骤，包括：
21.控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形向所述待焊接点位输出对应的激光束。
22.可选地，所述激光焊接设备包括：激光器、准直器、振镜以及场镜；
23.所述激光器发射的激光束通过所述准直器、振镜和场镜输出至所述待焊接点位。
24.可选地，所述激光器输出的激光束波长为1070nm。
25.可选地，所述控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行焊接的步骤之后，还包括：
26.对焊接后的所述待焊接点位进行检测；
27.在所述待焊接点位满足焊接工艺需求时，获得焊接材料。
28.可选地，所述对焊接后的所述待焊接点位进行检测的步骤，包括：
29.对焊接后的所述待焊接点位进行焊点检测；
30.在所述焊点检测完成后，对所述待焊接点位进行金相切片检测；
31.相应地，所述焊接工艺需求为所述待焊接点位无飞溅、无炸点、无裂纹，所述待焊接点位的熔池无气孔、无塌陷、无裂纹。
32.可选地，所述在所述待焊接点位满足焊接工艺需求时，获得焊接材料的步骤之后，还包括：
33.对所述焊接材料进行拉力检测，在所述拉力检测满足预设拉力条件时完成焊接，所述预设拉力条件为所述焊接材料的单点拉拔力大于70n。
34.本发明是根据待焊接纯铝材料的厚度和待焊接纯镍材料的厚度确定初始焊接功率；基于所述初始焊接功率按照预设波形规则生成锯齿功率波形；控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行焊接。由于本发明是通过锯齿功率波形使激光焊接设备输出对应的激光束进行焊接，相比于现有的激光焊接设备按照恒定的功率输出激光束，本发明可根据锯齿功率波形输出对应的激光束进行焊接，减少低熔点材料的蒸发流失，提升焊接成功率。
附图说明
35.图1为本发明纯铝和纯镍焊接方法第一实施例的流程示意图；
36.图2为本发明纯铝和纯镍焊接方法第一实施例中锯齿功率波形示意图；
37.图3为本发明纯铝和纯镍焊接方法第二实施例的流程示意图；
38.图4为本发明纯铝和纯镍焊接方法第二实施例中待焊接点位焊接完成后的示意图。
39.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
40.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.本发明实施例提供了一种纯铝和纯镍焊接方法，参考图1，图1为本发明纯铝和纯镍焊接方法第一实施例的流程示意图。
42.本实施例中，所述纯铝和纯镍焊接方法包括以下步骤：
43.步骤s10：根据待焊接纯铝材料的厚度和待焊接纯镍材料的厚度确定初始焊接功率。
44.需要说明的是，本实施例提供的上述方法可以是应用于对纯铝和纯镍进行焊接的场景中，上述纯铝可以是1100纯铝，其化学成分可包括：99％铝、0.45％硅、0.05～0.2％铜、0.01％锌、0.035％锰、0.05％钒以及0.35％铁；上述纯镍可以是n6纯镍，其化学成分可包括：99.5％镍、0.06％铜、0.1％铁、0.05％锰、0.1％碳、0.1％硅以及0.005％硫。
45.可理解的是，上述纯铝和纯镍均可用于动力电池领域，例如，电芯极耳与极柱的焊接、电池壳体的焊接、电芯极耳的焊接、电芯极耳与盖顶的焊接等。
46.应理解的是，上述待焊接纯铝材料可以是1100纯铝材料，其熔点为660℃，沸点为2327℃，比热容为232j/(kg
·
k)，热导率为222w/(m*k)，线膨胀系数为23.6
×
(10^(-6)/k)；上述待焊接纯镍材料可以是n6纯镍材料，其熔点为1435℃，沸点为2732℃，比热容为473j/(kg
·
k)，热导率为71.4w/(m*k)，线膨胀系数为13.3
×
(10^(-6)/k)。
47.需要说明的是，在现有的激光焊接中，由于上述两种异种金属的熔点不同，低熔点材料熔化时，高熔点材料仍处于固体状态，这时已熔化的材料容易渗入过热区的晶界，造成低熔点材料流失，合金元素烧损及蒸发，使焊缝化学成分发生变化，力学性能难以控制。
48.同时由于异种金属线膨胀系数不同导致熔池结晶时产生较大焊接应力与焊接变形，由于焊缝两侧承受的应力状态不同，容易导致焊缝及热影响区产生裂纹，甚至导致焊缝金属与母材剥离。
49.其次由于异种金属材料的热导率和比热容不同，导致焊缝金属结晶条件变坏，晶粒粗大，并影响难熔金属的润湿性能，并且由于线膨胀系数、热导率和比热容等热物性参数随温度的变化而变化，使得异种金属材料激光焊接过程更为复杂。
50.再次由于异种金属焊接容易产生金属间化合物，同时发生组织的变化，导致焊接接头力学性能下降，尤其是热影响区容易产生裂纹，结合上述理由，进而本实施例提供一种纯铝和纯镍的焊接方法以解决上述问题。
51.可理解的是，上述初始焊接功率可以是在对纯铝和纯镍进行焊接时的恒定功率，由于现有的在对纯铝和纯镍进行焊接时是采用恒定功率，进而上述初始焊接功率可以是上述恒定功率。
52.应理解的是，由于不同的厚度所需的焊接功率不同，厚度越大所需的初始焊接功率可能会越大，厚度越小所需的初始焊接功率可能会越小，进而在本实施例中，可先根据待焊接纯铝材料的厚度以及待焊接纯镍材料的厚度确定初始焊接功率。
53.进一步地，为了防止在焊接过程中待焊接纯铝材料和待焊接纯镍材料发生位置移动，进而在本实施例中，上述步骤s10之前，还包括：
54.步骤s01：将待焊接纯铝材料和待焊接纯镍材料叠放，并通过压合设备对所述待焊接纯镍材料和所述待焊接纯铝材料进行压合。
55.需要说明的是，上述叠放可以是将待焊接纯镍材料叠放至待焊接纯铝材料顶部，上述压合设备可以是焊接时用于进行压合固定的设备，且在焊接过程中可通过上述压合设备持续进行压合，具体设备本实施例不加以限制。
56.在具体实现中，可先将待焊接纯镍材料叠放至待焊接纯铝材料顶部，并通过压合设备进行压合，再根据待焊接纯铝材料的厚度和待焊接纯镍材料的厚度确定初始焊接功率。
57.步骤s20：基于所述初始焊接功率按照预设波形规则生成锯齿功率波形。
58.可理解的是，上述预设波形规则可以是对初始焊接功率进行调整的规则，为了便于理解，参照图2进行说明，图2为本发明纯铝和纯镍焊接方法第一实施例中锯齿功率波形示意图，如图2所示，其中横坐标表示时间，单位为ms，纵坐标表示功率，单位为w，在锯齿功率波形中设置4个坐标点进行说明，分别为a、b、c和d，图中虚线可以是上述初始焊接功率，上述预设波形规则则可基于初始焊接功率进行功率增加或功率降低，进而可获得作为锯齿功率波形的bc波段。
59.需要强调的是，上述预设波形规则对初始焊接功率的增加数值或降低数值本实施例不加以限制。
60.在具体实现中，在确定初始焊接功率之后，可按照预设波形规则对初始焊接焊接功率进行调整，生成锯齿功率波形。
61.步骤s30：控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行焊接。
62.应理解的是，上述激光焊接设备可以是用于进行纯铝材料和纯镍材料激光焊接的设备。
63.在具体实现中，控制激光焊接设备按照图2中bc波段的锯齿功率波形输出对应的激光束，进而在焊接过程中搅动熔池，防止低熔点材料蒸发汽化流失，减少焊接应力，同时可减少焊接过程中杂质的产生，提升焊接质量。
64.进一步地，由于在待焊接纯铝材料和待焊接纯镍材料时，可采用点焊的方式，进而在上述步骤s01之后，还包括：确定压合后的所述待焊接纯镍材料的待焊接点位；相应地，上述步骤s30，包括：控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行焊接。
65.需要说明的是，上述待焊接点位的确定位置可根据实际情况自行设置，本实施例不加以限制。
66.还需要说明的是，本实施例上述激光焊接设备可包括：激光器、准直器、振镜以及场镜；所述激光器发射的激光束依次通过所述准直器、振镜和场镜输出至所述待焊接点位。其中上述激光器可采用波长为1070nm、光纤芯径为14um、脉宽为毫秒级的单模qcw(准连续)激光器，使用上述激光器的目的为激光束质量较好，发散度小于1.2，有利于突破材料的吸收阈值。
67.可理解的是，上述准直器可选用f120准直器，场镜可选用f210场镜，采用这种小芯径、大准直以及大场镜的目的可使聚焦光斑更小，获得更高的功率密度和穿透性能，选择振镜的目的是速度较快，单个焊点所需的时间可以小于0.2秒，加工速度快，效率较高，有利于工业化量产需求。
68.本实施例先根据待焊接纯铝材料的厚度和待焊接纯镍材料的厚度确定初始焊接功率，再基于初始焊接功率按照预设波形规则生成锯齿功率波形，最后控制激光焊接设备根据生成的锯齿功率波形输出对应的激光束，以对待焊接纯铝材料和待焊接纯镍材料进行焊接。相比于现有的根据恒定功率进行焊接，本实施例根据锯齿功率波形输出对应的激光束进行焊接，在焊接过程中搅动熔池，防止低熔点材料蒸发汽化流失，减少焊接应力，同时可减少焊接过程中杂质的产生，提升焊接质量。
69.进一步地，为了在焊接过程中使材料更好地吸收激光束的能量，现有的一般直接在焊接开始时根据锯齿功率波形输出激光束，参考图3，图3为本发明纯铝和纯镍焊接方法第二实施例的流程示意图。如图3所示，在本实施例中，上述步骤s30之前，还包括：
70.步骤s301：根据所述待焊接纯铝材料的材料特性和所述待焊接纯镍材料的材料特性对所述锯齿功率波形进行调整，获得带有缓升功率波段的锯齿功率波形。
71.需要说明的是，上述材料特性可以是材料的熔点、沸点、比热容、热导率、线膨胀系数等特性，在本实施例中，可根据待焊接纯铝材料的材料特性和待焊接纯镍材料的材料特性对锯齿功率波形的开始时间进行调整，为了便于理解，继续参照图2进行说明，图2中ab波段即为上述缓升功率波段。
72.需要强调的是，上述缓升功率波段对应的时间可根据材料特征自行设置，本实施例不加以限制。
73.步骤s302：控制激光焊接设备根据所述缓升功率波段输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行升温。
74.在具体实现中，可根据材料特征对锯齿功率波形进行调整，并控制激光焊接根据缓升功率波段输出对应的激光束，缓升功率波段可使材料缓慢升温，为后续材料更好吸收激光束能量做准备。
75.进一步地，考虑到在锯齿功率波段结束后，一般为直接停止输出激光束，进而导致熔池产生气孔、裂纹等，影响焊接质量，进而在本实施例中，上述步骤s20之后，还包括：
76.步骤s21：根据所述待焊接纯铝材料的材料特性和所述待焊接纯镍材料的材料特性对所述锯齿功率波形进行调整，获得带有缓降功率波段的锯齿功率波形。
77.可理解的是，缓降功率波段对应的时间也可根据材料特性设置，具体设置方式本实施例不加以限制，继续参照图2进行说明，图2中cd波段即为上述缓降功率波段。
78.相应地，所述控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束的步骤之后，还包括：控制所述激光焊接设备根据所述缓降功率波段输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行降温。
79.为了便于理解，可参照图4进行说明，图4为本发明纯铝和纯镍焊接方法第二实施例中待焊接点位焊接完成后的示意图；
80.从图4中可以得到，经过上述方法焊接之后的待焊接点位无气孔、无裂纹、焊接质量较好。
81.在具体实现中，当bc波段的锯齿功率波形结束后，可控制激光焊接设备根据cd波段对应的缓降功率波段输出对应的激光束，使熔池缓慢冷却，防止气孔、裂纹的产生。
82.进一步地，为了检验焊接质量，在本实施例中，上述步骤s30之后，还包括：
83.步骤s40：对焊接后的所述待焊接点位进行检测；
84.步骤s50：在所述待焊接点位满足焊接工艺需求时，获得焊接材料。
85.应理解的是，在对待焊接点位进行检测时，可具体包括：对焊接后的所述待焊接点位进行焊点检测；在所述焊点检测完成后，对所述待焊接点位进行金相切片检测；相应地，所述焊接工艺需求为所述待焊接点位无飞溅、无炸点、无裂纹，所述待焊接点位的熔池无气孔、无塌陷、无裂纹。
86.需要说明的是，上述焊点检测可检测待焊接点位有无飞溅、有无炸点、有无裂纹，上述金相切片检测可检测待焊接点位的熔池有无气孔、有无塌陷、有无裂纹。
87.进一步地，还需对焊接材料进行拉力检测，具体流程为：所述在所述待焊接点位满足焊接工艺需求时，获得焊接材料的步骤之后，还包括：对所述焊接材料进行拉力检测，在所述拉力检测满足预设拉力条件时完成焊接，所述预设拉力条件为所述焊接材料的单点拉拔力大于70n。
88.需要强调的是，上述焊点检测、金相切片检测以及拉力检测的设备本实施例均可根据实际情况自行选择，本实施例均不加以限制。
89.本实施例可通过缓升功率波段和缓降功率波段控制激光焊接设备输出对应的激光束，进一步提升焊接质量。
90.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
91.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器/随机存取存储器、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
92.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种纯铝和纯镍焊接方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：根据待焊接纯铝材料的厚度和待焊接纯镍材料的厚度确定初始焊接功率；基于所述初始焊接功率按照预设波形规则生成锯齿功率波形；控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行焊接。2.如权利要求1所述的纯铝和纯镍焊接方法，其特征在于，所述控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束的步骤之前，还包括：根据所述待焊接纯铝材料的材料特性和所述待焊接纯镍材料的材料特性对所述锯齿功率波形进行调整，获得带有缓升功率波段的锯齿功率波形；控制激光焊接设备根据所述缓升功率波段输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行升温。3.如权利要求1或2所述的纯铝和纯镍焊接方法，其特征在于，所述基于所述初始焊接功率按照预设波形规则生成锯齿功率波形的步骤之后，还包括：根据所述待焊接纯铝材料的材料特性和所述待焊接纯镍材料的材料特性对所述锯齿功率波形进行调整，获得带有缓降功率波段的锯齿功率波形；相应地，所述控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束的步骤之后，还包括：控制所述激光焊接设备根据所述缓降功率波段输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行降温。4.如权利要求1所述的纯铝和纯镍焊接方法，其特征在于，所述根据待焊接纯铝材料的厚度和待焊接纯镍材料的厚度确定初始焊接功率的步骤之前，还包括：将待焊接纯铝材料和待焊接纯镍材料叠放，并通过压合设备对所述待焊接纯镍材料和所述待焊接纯铝材料进行压合。5.如权利要求4所述的纯铝和纯镍焊接方法，其特征在于，所述将待焊接纯铝材料和待焊接纯镍材料叠放，并通过预设压合设备对所述待焊接纯镍材料和所述待焊接纯铝材料进行压合的步骤之后，还包括：确定压合后的所述待焊接纯镍材料的待焊接点位；相应地，所述控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束的步骤，包括：控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形向所述待焊接点位输出对应的激光束。6.如权利要求5所述的纯铝和纯镍焊接方法，其特征在于，所述激光焊接设备包括：激光器、准直器、振镜以及场镜；所述激光器发射的激光束通过所述准直器、振镜和场镜输出至所述待焊接点位。7.如权利要求6所述的纯铝和纯镍焊接方法，其特征在于，所述激光器输出的激光束波长为1070nm。8.如权利要求5所述的纯铝和纯镍焊接方法，其特征在于，所述控制激光焊接设备根据所述锯齿功率波形输出对应的激光束，以对所述待焊接纯铝材料和所述待焊接纯镍材料进行焊接的步骤之后，还包括：对焊接后的所述待焊接点位进行检测；
在所述待焊接点位满足焊接工艺需求时，获得焊接材料。9.如权利要求8所述的纯铝和纯镍焊接方法，其特征在于，所述对焊接后的所述待焊接点位进行检测的步骤，包括：对焊接后的所述待焊接点位进行焊点检测；在所述焊点检测完成后，对所述待焊接点位进行金相切片检测；相应地，所述焊接工艺需求为所述待焊接点位无飞溅、无炸点、无裂纹，所述待焊接点位的熔池无气孔、无塌陷、无裂纹。10.如权利要求9所述的纯铝和纯镍焊接方法，其特征在于，所述在所述待焊接点位满足焊接工艺需求时，获得焊接材料的步骤之后，还包括：对所述焊接材料进行拉力检测，在所述拉力检测满足预设拉力条件时完成焊接，所述预设拉力条件为所述焊接材料的单点拉拔力大于70n。

技术总结
本发明涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种纯铝和纯镍焊接方法，该方法包括：根据待焊接纯铝材料的厚度和待焊接纯镍材料的厚度确定初始焊接功率；基于初始焊接功率按照预设波形规则生成锯齿功率波形；控制激光焊接设备根据锯齿功率波形输出对应的激光束，以对待焊接纯铝材料和待焊接纯镍材料进行焊接。由于本发明是通过锯齿功率波形使激光焊接设备输出对应的激光束进行焊接，相比于现有的激光焊接设备按照恒定的功率输出激光束，本发明可根据锯齿功率波形输出对应的激光束进行焊接，减少低熔点材料的蒸发流失，提升焊接成功率。提升焊接成功率。提升焊接成功率。


技术研发人员：张念 徐宁 韩德 李慧 袁铁青 李岩 扶俊伟 盛辉 周学慧 张凯
受保护的技术使用者：深圳泰德激光技术股份有限公司
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/20