CN109093249B - 激光焊接方法和激光焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光焊接方法和激光焊接装置。提供了能够防止形成气孔并获得良好的焊接状态的激光焊接方法和激光焊接装置。实施方式是针对待焊接部件(40)的激光焊接方法，待焊接部件(40)包括夹在第一金属部件(40a)与第二金属部件(40b)之间的第三金属部件(40c)，其中，通过沿与第三金属构件(40c)被夹持的方向垂直的第一方向扫描激光束，将金属部件焊接至彼此，其中，通过施加第一激光束(12a)同时沿第一方向扫描第一激光束(12a)从而熔化并然后固化待焊接部件(40)来形成焊接部分(42)。

Description

激光焊接方法和激光焊接装置

技术领域

本公开内容涉及激光焊接方法和激光焊接装置。例如，本公开内容涉及其中箔片层压件被夹在两个板状端子之间并且箔片层压件和板状端子在被夹持的箔片层压件的端面上被焊接在一起的激光焊接方法和激光焊接装置。

背景技术

公开号为第2015-217422号的日本未审查专利申请(以下称为专利文献1)公开了一种激光焊接方法，用于通过使用激光束以一体化的方式焊接包括夹在上电荷收集板与下电荷收集板之间的层压箔片的待焊接部件。在专利文献1中公开的激光焊接方法中，从上电荷收集板的上方施加具有相对低功率的第一激光束。此外，具有比第一激光束的功率高的功率的第二激光束和第三激光束包括在第一激光的内侧。第二激光束和第三激光束用于小孔焊接，使得熔池在深度方向上扩展。专利文献1中公开的技术通过向熔池施加上述第二激光束和第三激光束来防止飞溅和孔腔(气孔)的形成。

发明内容

本发明人已经发现以下问题。在向待焊接部件施加激光束的激光焊接方法中，接合部分的状态可能变成使得金属氧化物膜的碎片在熔池与位于熔池周围的固体金属之间的界面处偏析(segregate)。此外，当金属氧化物膜中存在水分时，会形成气孔。当多个金属氧化物膜的碎片存在于焊接部分的金属界面处时或当气孔残留在金属界面处时，可能发生例如焊接强度下降和电阻增加的问题。

已经做出本公开内容以解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种能够防止形成气孔并且获得良好的接合界面的激光焊接方法和激光焊接装置。

第一示例性方面是一种用于待焊接部件的激光焊接方法，待焊接部件包括第一金属部件、第二金属部件以及夹在第一金属部件与第二金属部件之间的第三金属部件，其中，通过在待焊接部件的端面上沿与第三金属部件被夹在第一金属部件与第二金属部件之间的方向垂直的第一方向扫描激光束，并且使用激光束照射第三金属部件的至少端面部分来将待焊接部件的金属部分焊接至彼此，其中，通过向第三金属部件的端面部分施加第一激光束同时沿第一方向扫描第一激光束从而熔化然后固化待焊接部件来形成焊接部分，第一激光束在端面上具有预定的集中光束直径，以及在向端面上的焊接部分的端面部分施加第二激光束同时跨焊接部分的端面部分沿除了第一方向以外的方向以及第一方向扫描第二激光束从而使在通过施加第二激光束来熔化焊接部分时形成的熔池晃动之后，待焊接部分被固化从而被焊接，第二激光束在端面上具有比第一激光束的集中光束直径小的集中光束直径，并且具有使熔池距端面的深度变得大致等于焊接部分的深度的这样的输出功率。通过上述配置，可以防止形成气孔，并且通过熔池的晃动来获得使位于接合界面附近的金属氧化物膜碎片分散的接合状态，因此可以获得良好的焊接状态。

另一示例性方面是一种激光焊接装置，其被配置成：针对包括第一金属部件、第二金属部件以及夹在第一金属部件与第二金属部件之间的第三金属部件的待焊接部件，在待焊接部件的端面上沿与第三金属部件被夹持在第一金属部件与第二金属部件之间的方向垂直的第一方向上扫描激光束，使用激光束照射第三金属部件的至少端面部分，从而将金属部件焊接至彼此，激光焊接装置包括：第一焊接头，其被配置成向第三金属部件的端面部分施加第一激光束，第一激光束在端面上具有预定的集中光束直径；第二焊接头，其被配置成向待焊接部件施加第二激光束，第二激光束在端面上具有比第一激光束的集中光束直径小的集中光束直径；第一激光头控制单元，其被配置成控制第一焊接头；以及第二激光头控制单元，其被配置成控制第二焊接头，其中，第一激光头控制单元控制第一焊接头，使得通过向第三金属部件的端面部分施加第一激光束同时沿第一方向扫描第一激光束从而熔化然后固化待焊接部分来形成焊接部分，第二激光头控制单元控制第二激光束的输出功率，使得在通过施加第二激光束来熔化焊接部分时形成的熔池距端面的深度变得大致等于焊接部分的深度，以及第二激光头控制单元控制第二焊接头，使得向端面上的焊接部分的端面部分施加第二激光束同时跨焊接部分的端面部分沿除了第一方向以外的方向以及沿第一方向扫描第二激光束从而使熔池晃动之后，待焊接部件被固化从而被焊接。通过上述配置，可以通过熔池的晃动来得到使位于接合界面附近的金属氧化物膜碎片分散的接合状态，从而获得良好的焊接状态。

根据本公开内容，可以提供一种能够防止形成气孔并获得良好的焊接状态的激光焊接方法和激光焊接装置。

根据下文中给出的详细描述和仅以说明的方式给出的附图将更全面地理解本公开内容的上述以及其他目的、特征和优点，并且因此不应被认为限制本公开内容。

附图说明

图1是示出根据实施方式的激光焊接装置的配置的示例的配置图；

图2是示出根据实施方式的激光焊接方法的配置的示例的流程图；

图3示出了表示根据实施方式的待焊接部件的示例的截面图，即图1中的平面A的截面图；

图4示出了表示根据实施方式的被第一激光束照射的待焊接部件的端面的示例的平面图，即图1中的平面B的平面图；

图5示出了表示根据实施方式的被第一激光束照射的待焊接部件的示例的截面图，即图4中的沿着线V-V截取的截面图；

图6示出了表示根据实施方式的被第二激光束照射的待焊接部件的端面的示例的平面图，即图1中的平面B的平面图；

图7示出了表示根据实施方式的被第二激光束照射的待焊接部件的示例的截面图，即图6中的沿着线VII-VII截取的截面图；

图8是示出通过根据比较示例1的激光焊接方法焊接的待焊接部件的示例的截面图；

图9是示出通过根据比较示例2的激光焊接方法焊接的待焊接部件的示例的截面图；

图10是示出通过根据实施方式的激光焊接方法焊接的待焊接部件的示例的截面图；

图11是示出通过第一激光束和第二激光束形成的焊接部分的深度与其焊接质量之间的关系的示例的曲线图，其中，横轴指示热输入密度，纵轴指示焊接部分的深度；

图12示出了发生不良熔合及其残留的机理的示例；

图13示出了发生气孔及其残留的机理的示例；

图14示出了通过根据比较示例3的焊接方法焊接的待焊接部件的示例；

图15是示出通过根据比较示例3的焊接方法焊接的待焊接部件的示例的截面图，即图14中的沿着线XV-XV截取的截面图；

图16示出了通过根据实施方式的激光焊接方法焊接的待焊接部件的示例；

图17是示出通过根据实施方式的激光焊接方法焊接的待焊接部件的示例的截面图，即图16中的沿着线XVII-XVII截取的截面图；

图18是示出根据实施方式的修改示例1的被第二激光束照射的待焊接部件的端面的示例的平面图；以及

图19是示出根据实施方式的修改示例2的被第二激光束照射的待焊接部件的端面的示例的平面图。

具体实施方式

下面参照附图来说明用于执行本公开内容的最佳实现方式。然而，本公开内容不限于下面示出的实施方式。此外，为了阐明说明，适当地简化了下面的描述和附图。

(实施方式)

下面说明根据实施方式的激光焊接方法和激光焊接装置。首先，说明根据该实施方式的激光焊接装置。之后，将说明激光焊接方法。

(激光焊接装置)

首先，说明激光焊接装置的配置。图1是示出根据实施方式的激光焊接装置的配置的示例的配置图。

如图1所示，激光焊接装置1包括第一激光振荡器10a、第二激光振荡器10b、第一激光头控制单元20a、第二激光头控制单元20b、第一焊接头30a以及第二焊接头30b。第一激光振荡器10a通过光缆11a连接至第一焊接头30a。第二激光振荡器10b通过光缆11b连接至第二焊接头30b。第一激光振荡器10a生成第一激光束12a。第二激光振荡器10b生成第二激光束12b。

注意，为了防止重复说明，在第一激光振荡器10a和第二激光振荡器10b不需要彼此区分的情况下，将它们统称为激光振荡器10。在它们需要彼此区分的情况下，将它们分别称为第一激光振荡器10a和第二激光振荡器10b。类似地，第一激光头控制单元20a和第二激光头控制单元20b统称为激光头控制单元20。第一焊接头30a和第二焊接头30b统称为焊接头30。光缆11a和光缆11b统称为光缆11。第一激光束12a和第二激光束12b统称为激光束12。

第一激光振荡器10a通过信号线13与第一激光头控制单元20a连接，并且第一激光头控制单元20a通过信号线13连接至第一焊接头30a。此外，第二激光器振荡器10b通过信号线13与第二激光头控制单元20b连接，并且第二激光头控制单元20b通过信号线13连接至第二焊接头30b。激光焊接装置1是通过激光即通过使用激光束12照射待焊接部件40来焊接待焊接部件40的装置。激光振荡器10生成例如具有1070nm的波长作为其中心波长的激光束12。

由第一激光振荡器10a生成的第一激光束12a在待焊接部件40的端面41上具有预定的集中光束直径。为了使第一激光束12a具有预定的集中光束直径，例如，将光缆11a的直径调整为预定的直径。可替选地，调整第一激光束12a在光轴上的焦点。在该实施方式中，激光束12的集中光束直径是指在端面41上的集中光束直径。

此外，第一激光束12a具有预定的输出功率。第一激光束12a被施加至待焊接部件40的端面41上。待焊接部件40的被第一激光束12a照射的部分被熔化然后固化，并且变成焊接部分。待焊接部件40的焊接部分距端面41具有预定的深度。施加第一激光束12a，同时监测从照射部分发射的热辐射光的强度，使得待焊接部件40的焊接部分距端面41具有预定的深度。可替选地，可以预先获得焊接部分的深度与第一激光束12a的振荡条件之间的对应关系。振荡条件包括输出功率、集中光束直径、波长等。在该实施方式中，焊接部分的深度是指距端面41的深度。

由第二激光振荡器10b生成的第二激光束12b具有比第一激光束12a的集中光束直径小的集中光束直径。例如，通过将光缆11b的直径调整至预定的直径来使第二激光束12b的集中光束直径小于第一激光束12a的集中光束直径。可替选地，调整第二激光束12b在光轴上的焦点。

此外，第二激光束12b具有预定的输出功率。第二激光束12b被施加至端面41上的已通过第一激光束12a形成的焊接部分。被第二激光束12b照射的焊接部分被熔化并形成熔池。在被第二激光束12b照射之后，熔池固化并变成焊接部分。调整第二激光束12b的输出功率，使得熔池距端面41的深度变得大致等于由第一激光束12a形成的焊接部分的深度。施加第二激光束12b，同时监测从熔池发射的热辐射光的强度，使得熔池距端面41的深度变得大致等于由第一激光束12a形成的焊接部分的深度。可替选地，可以预先获得熔池的深度与第二激光束12b的振荡条件之间的对应关系。在该实施方式中，熔池的深度是指距端面41的深度。

注意，虽然在上面的说明中第一激光振荡器10a和第二激光振荡器10b分别生成第一激光束12a和第二激光束12b，但是本公开内容不限于该示例。具有第一激光振荡器10a和第二激光振荡器10b二者的功能的激光振荡器可以生成第一激光束12a和第二激光束12b。

光缆11将由激光振荡器10生成的激光束12引导至焊接头30。信号线13用于将从激光头控制单元20输出的控制信号传输至激光振荡器10和焊接头30。注意，代替使用信号线13，可以无线地传输控制信号。

每个焊接头30包括光学部件，例如电流镜31、透镜以及镜子。焊接头30将已通过光纤电缆11被引导的激光束12施加至待焊接部件40。焊接头30通过使用电流镜31来改变激光束12被施加在端面41上的位置。焊接头30可以通过使用光学部件来改变激光束12的集中光束直径。焊接头30可以通过使用光学部件例如光闸来改变激光束12的输出功率。

第一焊接头30a将具有预定集中光束直径的第一激光束12a施加至待焊接部件40。第一焊接头30a施加第一激光束12a，同时在端面41上沿一个方向扫描第一激光束12a(即，使第一激光束12a沿一个方向在端面41上横穿)。以这种方式，待焊接部件40被熔化然后固化，从而形成焊接部分。

第二焊接头30b将具有比第一激光束12a的集中光束直径小的集中光束直径的第二激光束12b施加至待焊接部件40。第二焊接头30b将第二激光束12b施加至待焊接部件40，第二激光束12具有使在通过施加第二激光束12b来熔化焊接部分时所形成的熔池的深度变得大致等于焊接部分的深度的这样的输出功率。第二焊接头30b将第二激光束12b施加至端面41上的焊接部分的端面部分，同时跨焊接部分的端面部分沿除了所述一个方向以外的方向以及所述一个方向扫描第二激光束12b(即，使第二激光束12b横穿)。因此，熔池被晃动并且之后固化，从而待焊接部件40被焊接。

注意，虽然在上面的说明中第一焊接头30a和第二焊接头30b分别将第一激光束12a和第二激光束12b施加至待焊接部件40，但是本公开内容不限于该示例。具有第一焊接头30a和第二焊接头30b二者的功能的焊接头可以将第一激光束12a和第二激光束12b施加至待焊接部件40。

激光头控制单元20通过向激光振荡器10发送控制信号来控制激光振荡器10。激光头控制单元20通过信号线13向激光振荡器10发送控制信号，从而控制激光振荡器10以控制激光束12的生成、停止、输出功率等。

注意，第一激光头控制单元20a和第二激光头控制单元20b可以分别控制第一激光振荡器10a和第二激光振荡器10b。可替选地，具有第一激光头控制单元20a和第二激光头控制单元20b二者的功能的激光头控制单元可以控制第一激光振荡器10a和第二激光振荡器10b。此外，具有第一激光头控制单元20a和第二激光头控制单元20b二者的功能的激光头控制单元可以控制具有第一激光振荡器10a和第二激光振荡器10b二者的功能的激光振荡器。

激光头控制单元20通过向焊接头30发送控制信号来控制焊接头30。激光头控制单元20控制焊接头30以在端面41上扫描激光束12。激光头控制单元20可以通过使用焊接头30的光学部件例如光闸来控制激光束12的施加、停止以及输出功率。

注意，第一激光头控制单元20a和第二激光头控制单元20b可以分别控制第一焊接头30a和第二焊接头30b。可替选地，具有第一激光头控制单元20a和第二激光头控制单元20b二者的功能的激光头控制单元可以控制第一焊接头30a和第二焊接头30b。此外，具有第一激光头控制单元20a和第二激光头控制单元20b二者的功能的激光头控制单元可以控制具有第一焊接头30a和第二焊接头30b二者的功能的焊接头。

(激光焊接方法)

接下来，说明激光焊接方法。在根据该实施方式的激光焊接方法中，通过将激光束12施加至待焊接部件40来将待焊接部件40的金属部件焊接至彼此。图2是示出根据该实施方式的激光焊接方法的示例的流程图。激光焊接方法被分为制备待焊接部件40(步骤S11)、施加第一激光束(步骤S12)以及施加第二激光束(步骤S13)。在下文中逐一说明这些步骤。(步骤S11：制备焊接部件)

下面说明制备待焊接部件40。图3示出了表示根据实施方式的待焊接部件40的示例的截面图，即图1中的平面A的截面图。

如图2中的步骤S11以及图1和图3所示，首先制备待焊接部件40。待焊接部件40包括第一金属部件40a、第二金属部件40b以及第三金属部件40c。第三金属部件40c夹在第一金属部件40a与第二金属部件40b之间。

待焊接部件40例如是安装在EV(电动车辆)或HEV(混合动力电动车辆)中的锂离子电池的电极部件。第一金属部件40a和第二金属部件40b例如是板状端子。第三金属部件40c例如是箔片聚集体。根据该实施方式的激光焊接方法是通过T形对接焊接来将待焊接部件40的部件焊接至彼此的方法，在待焊接部件40中，箔片聚集体被夹在板状端子之间。注意，第一金属部件40a和第二金属部件40b不限于板状端子。第三金属部件40c不限于箔片聚集体。待焊接部件40不限于锂离子电池的电极部件。

在待焊接部件40中形成端面41。在待焊接部件40的端面41上，第三金属部件40c的端面部分41c在第一金属部件40a的端面部分41a与第二金属部件40b的端面部分41b之间沿一个方向延伸。

在此，为了说明待焊接部件40引入了XYZ正交坐标系。将与待焊接部件40的端面41垂直的方向定义为Z轴方向。将在垂直于Z轴方向的平面上彼此正交的两个方向定义为X轴方向和Y轴方向。

第一金属部件40a包括面向Z轴方向的端面部分41a。第一金属部件40a例如是沿X轴方向延伸的方块形的板状端子。注意，第一金属部件40a的形状不限于方块形，只要它包括面向Z轴方向的端面部分41a即可。第二金属部件40b包括面向Z轴方向的端面部分41b。第二金属部件40b例如是沿X轴方向延伸的方块形的板状端子。注意，第二金属部件40b的形状不限于方块形，只要它包括面向Z轴方向的端面部分41b即可。

第三金属部件40c包括面向Z轴方向的端面部分41c。第三金属部件40c例如是多个箔片彼此层压并在Y轴方向上聚集的箔片聚集体。注意，第三金属部件40c不限于箔片聚集体，只要它包括面向Z轴方向的端面部分41c即可。

包括第一金属部件40a、第二金属部件40b以及第三金属部件40c的待焊接部件40包括例如作为锂离子电池的正极侧上的部件的铝或铝合金。可替选地，待焊接部件40包括作为锂离子电池负极侧上的部件的铜或铜合金。注意，待焊接部件40不限于包括铝、铜等的部件。

第一金属部件40a和第二金属部件40b沿Y轴方向以其间具有间隔的方式来布置。此外，第一金属部件40a和第二金属部件40b将第三金属部件40c夹在其间。例如，它们在Y轴方向上夹持第三金属部件40c。第三金属部件40c的端面部分41c沿X轴方向在第一金属部件40a的端面部分41a与第二金属部件40b的端面部分41b之间延伸。制备了形成上述端面41的待焊接部件40。然后，将待焊接部件40布置成使得它的端面41面向焊接头30的发射激光束12的发射口。

(步骤S12：施加第一激光束)

接下来，说明施加第一激光束12a。图4示出了表示根据实施方式的被第一激光束12a照射的待焊接部件40的端面41的示例的平面图，即图中1的平面B的平面图。图5示出了表示根据实施方式的被第一激光束12a照射的待焊接部件40的示例的截面图，即图4中的沿着线V-V截取的截面图。

如图2中的步骤S12以及图1、图4以及图5所示，施加第一激光束12a。具体地，第一激光头控制单元20a向第一激光振荡器10a发送控制信号，以使第一激光振荡器10a生成第一激光束12a。接收到控制信号，第一激光振荡器10a生成第一激光束12a。从第一激光振荡器10a发射的第一激光束12a穿过光缆11a并且到达第一焊接头30a。

第一激光头控制单元20a向第一焊接头30a发送控制信号，使得第一焊接头30a将具有预定的集中光束直径L1的第一激光束12a施加到至少端面部分41c。接收到控制信号后，第一焊接头30a将具有预定集中光束直径L1的第一激光束12a施加至待焊接部件40的端面部分41c。

注意，第一激光头控制单元20a可以向第一激光振荡器10a发送控制信号，而不是向第一焊接头30a发送控制信号。在这样的情况下，接收到控制信号，第一激光振荡器10a生成具有预定的集中光束直径L1的第一激光束12a。

第一激光束12a的预定集中光束直径L1例如是如在端面41上测量的等于第三金属部件40c在Y轴方向上的长度的60％至100％的直径。例如，第一激光束12a的集中光束直径L1是箔片聚集体的厚度的60％至100％。第一激光束12a以第三金属部件40c的端面部分41c在Y轴方向上的长度的60％到100％的集中光束直径L1被施加至端面41。

通过将具有集中光束直径L1的第一激光束12a施加至端面41，待焊接部件40通过热传导被焊接。

热传导焊接是下述方法。即，第一激光束12a在端面41中被解除从而被转换成热。因此，热量从端面41传递至待焊接部件40，因此待焊接部件40被熔化。然后，熔化部分被冷却从而固化，因此待焊接部件40被焊接。例如，通过将第一激光束12a的集中光束直径调整至预定的集中光束直径L1，待焊接部件40通过热传导被焊接。如上所述，第一激光束12a在端面41上的集中光束直径L1是以该集中光束直径通过热传导来焊接待焊接部件40的集中光束直径L1。

此外，第一激光头控制单元20a向第一激光振荡器10a发送控制信号，使得第一激光束12a具有使待焊接部件40熔化至距端面41预定的深度D1的这样的输出功率。接收到控制信号后，第一激光振荡器10a调整第一激光12a的输出功率，使得待焊接部件40熔化至预定的深度D1。

注意，第一激光头控制单元20a可以向第一焊接头30a发送控制信号，使得第一激光束12a具有使待焊接的部件40被熔化至距端面预定的深度D1的这样的输出功率。在这种情况下，接收到控制信号后，第一焊接头30a调整第一激光束12a的输出功率，使得待焊接部件40熔化至预定的深度D1。

此外，第一激光头控制单元20a向第一焊接头30a发送控制信号，使得第一焊接头30a将第一激光束12a施加至第三金属部件40c的端面部分41c，同时在第一方向上扫描第一激光束12a(即，使第一激光束12a在第一方向上横穿)。

第一方向是在待焊接构件40的端面41上的与第三金属构件40c被夹持在第一金属构件40a与第二金属构件40b之间的方向垂直的方向。例如，端面41平行于XY平面，夹持方向平行于Y轴方向。因此，第一方向平行于X轴方向。注意，与夹持方向垂直的方向不限于相对于夹持方向正好形成90°角的方向。即，从技术目的的角度来看，它可以包括一定范围的角度。此外，第一方向是与第三金属部件40c在被激光束照射的区域中被夹持的方向垂直的方向。因此，取决于第三金属部件40c与第一金属部件40a和第二金属部件40b之间的界面的形状，第一方向可以根据照射区域改变。

接收到控制信号后，第一焊接头30a将第一激光束12a施加至第三金属部件40c的端面部分41c，同时沿第一方向扫描第一激光束12a。例如，第一焊接头30a通过操作电流镜31在第三金属部件40c的端面部分41c上沿第一方向扫描第一激光束12a。以这种方式，待焊接部件40被熔化然后固化，因此形成焊接部分42。第一方向例如是端面部分41c延伸并且平行于X轴方向的方向。焊接部分42的深度变为深度D1。

此外，第一激光头控制单元20a向第一焊接头30a发送控制信号，使得第一焊接头30a在Y轴方向上向端面部分41c的整个宽度上施加第一激光束12a。接收到控制信号后，第一焊接头30a在Y轴方向上将第一激光束12a施加在端面部分41c的整个宽度上。例如，当第一激光束12a的集中光束直径L1小于端面部分41c在Y轴方向上的宽度时，第一焊接头30a优选地通过执行旋转扫描等沿着除了第一方向以外的Y轴方向来扫描第一激光束12a。当第一激光束12a的集中光束直径L1等于端面部分41c在Y轴方向上的宽度时，第一焊接头30a可以在X轴方向上沿直线扫描第一激光束12a。

(步骤S13：施加第二激光束)

接下来，说明施加第二激光束12b。图6示出了表示根据实施方式的被第二激光束12b照射的待焊接部件40的端面41的示例的平面图，即图1中的平面B的平面图。图7示出了表示根据实施方式的被第二激光束12b照射的待焊接部件40的示例的截面图，即沿图6中的线VII-VII截取的截面图。

如图2中的步骤S13以及图1、图6以及图7所示，施加第二激光束12b。具体地，第二激光头控制单元20b向第二激光振荡器10b发送控制信号，使得第二激光振荡器10b生成第二激光束12b。接收到控制信号后，第二激光振荡器10b生成第二激光束12b。从第二激光振荡器10b发射的第二激光束12b穿过光缆11b并且到达第二焊接头30b处。

第二激光头控制单元20b向第二焊接头30b发送控制信号，使得第二焊接头30b向焊接部分42施加具有比第一激光束12a的集中光束直径L1小的集中光束直径L2(L2<L1)的第二激光束12b。接收到控制信号后，第二焊接头30b将具有比第一激光束12a的集中光束直径L1小的集中光束直径L2的第二激光束12b施加至焊接部分42。

注意，第二激光头控制单元20b可以向第二激光振荡器10b发送控制信号，使得第二激光振荡器10b生成具有比第一激光束12a的集中光束直径L1小的集中光束直径L2的第二激光束12b。在这样的情况下，接收到控制信号后，第二激光振荡器10b生成具有比第一激光束12a的集中光束直径L1小的集中光束直径L2的第二激光束12b。

第二激光束12b的集中光束直径L2是等于端面41上第三金属部件40c在Y轴方向上的长度的5％至25％的直径。例如，第二激光束12b的集中光束直径L2为箔片聚集体的厚度的5％至25％。因此，第二激光束12b以端面部分41c在Y轴方向上的长度的5％至25％的集中光束直径L2被施加至端面41。

通过施加第二激光束12b，焊接部分42被熔化。因此，形成熔池43。通过使用具有集中光束直径L2的第二激光束12b来执行小孔焊接。

小孔焊接是其中第二激光束12b的能量密度较高的焊接方法。小孔焊接是这样的焊接方法：在该焊接方法中，由于能量集中在被第二激光束12b照射的熔池43中的一部分上，所以发生剧烈的蒸发，并且通过激光的热量和蒸发反应力而在被处理的点处形成孔。例如，通过将第二激光束12b的集中光束直径调整为预定的集中光束直径L2来在待焊接部件40上执行小孔焊接。在热传导焊接状态下，在激光束12的集中光束直径逐渐减小的情况下，当集中光束直径变为特定直径时，焊接状态突然改变为小孔焊接状态。因此，以小于焊接状态改变为小孔焊接的上述特定集中光束直径的预定集中光束直径L2来执行小孔焊接。如上所述，第二激光束12b在端面41上的集中光束直径L2是以该集中光速直径来对焊接部分42进行小孔焊接的集中光束直径L2。

此外，第二激光头控制单元20b向第二激光振荡器10b发送控制信号，使得第二激光振荡器10b生成具有如下的输出功率的第二激光束12b，该输出功率使在通过施加第二激光束12b已熔化焊接部分42时形成的熔池43的深度D2变得大致等于焊接部分42的深度D1。接收到控制信号后，第二激光振荡器10b生成具有使熔池43的深度D2变得大致等于焊接部分42的深度D1的这样的输出功率的第二激光束12b。

注意，第二激光头控制部20b可以向第二焊接头30b发送控制信号，使得第二焊接头30b施加具有使熔池43的深度D2变得大致等于焊接部分42的深度D1的这样的输出功率的第二激光束12b。在这种情况下，接收到控制信号后，第二焊接头30b施加具有使熔池43的深度D2变得大致等于焊接部分42的深度D1的这样的输出功率的第二激光束12b。注意，表述“大致相等的深度”不限于正好相等的深度。即，从技术目的的角度来看，它们可以包括一定程度上的误差。

通过使由施加第二激光束12b而形成的熔池43的深度D2大致等于焊接部分42的深度D1，可以使焊接部分42完全重新熔化。

此外，第二激光头控制单元20b向第二焊接头30b发送控制信号，使得第二焊接头30b将第二激光束12b施加至端面41上的焊接部分42的端面部分上，同时跨焊接部分42的端面部分沿着除了第一方向以外的方向以及沿第一方向扫描第二激光束12b(即，使第二激光束12b横穿)。接收到控制信号后，第二焊接头30b将第二激光束12b施加至端面41上的焊接部分42的端面部分上，同时跨焊接部分42的端面部分沿着除了第一方向以外的方向以及沿第一方向扫描第二激光束12b。

例如，第二焊接头30b施加第二激光束12b，同时通过执行织造辐照(weavingirradiation)沿着除了第一方向以外的方向以及沿第一方向扫描第二激光束12b。织造辐照是这样的照射方法：在该照射方法中，施加第二激光束12b，同时跨焊接部分42的端面部分在第一方向上扫描第二激光束12b，并且同时沿与第一方向相交的第二方向摆动第二激光束12b。例如，第一方向是X轴方向，第二方向是Y轴方向。例如，这是使用第二激光束12b根据该扫描图案以Z字形进行扫描(即进行横穿)的扫描图案，使得它具有沿X轴方向和Y轴方向的分量的照射方法。第二方向上的摆动宽度可以是端面部分41c在Y轴方向上的长度的1.5倍至2.5倍。

通过如上所述施加第二激光束12b同时沿着除了第一方向以外的方向以及沿第一方向扫描，熔池43晃动，并且之后熔池43固化，因此金属部件被焊接至彼此。

表述“熔池43晃动”是指熔池43移动，就好像它由于第二激光束12b的扫描或者由于第二激光束12b的输出功率的变化而摇动(即晃动)。熔池43的晃动可以例如通过使用高速摄像机来观察。例如，在第二激光束12b沿第二方向摆动的情况下，熔池43在被照射的部分保持熔化状态至少达第二激光束12b沿第二方向进行一次往返的持续时间。由第二激光束12b进行的焊接是小孔焊接。也可以解释为，通过由小孔焊接导致的熔池43中的熔化金属的蒸发而形成的蒸汽使熔化金属移动(即晃动)。因为在熔池43的液面上形成的孔(即小孔)移动，所以熔池43移动，好像它被摇动(即晃动)一样。

以这种方式，待焊接部件40的金属部件可以被焊接至彼此。

接下来，说明该实施方式的有益效果。通过将该实施方式与比较示例1至比较示例4进行比较来说明该实施方式的有益效果。首先，说明比较示例1和比较示例2，然后通过将该实施方式与比较示例1和比较示例2进行比较来说明上述实施方式的有益效果。

(与比较示例1和比较示例2的比较)

图8是示出通过根据比较示例1的激光焊接方法焊接的待焊接部件140的示例的截面图。在比较示例1中，第二激光束12b的集中光束直径L2被调整为第三金属构件40c的端面部分41c在Y轴方向上的长度的35％。如图8所示，在根据比较示例1的待焊接部件140的截面图中观察到不良熔合44。在比较示例1中，第二激光束12b的集中光束直径不在5％至25％的范围内。因此，焊接不会变成小孔焊接，所以熔池43不会晃动。

因此，残留有不良熔合44。

图9是示出通过根据比较示例2的激光焊接方法焊接的待焊接部件240的示例的截面图。在比较示例2中，在通过施加第二激光束12b熔化焊接部分42时所形成的熔池43的深度D2小于通过施加第一激光束12a焊接的焊接部分42的深度D1(D1>D2)。如图9所示，在根据比较示例2的待焊接部件240的截面图中观察到气孔45。在比较示例2中，熔池43的深度D2并非大致等于焊接部分42的深度D1。因此，焊接部分42包括未被第二激光束12b重新熔化的部分。因此，残留有气孔45。

图10是示出通过根据本公开内容的实施方式的激光焊接方法焊接的待焊接部件40的示例的截面图。如图10所示，在通过根据本公开内容的实施方式的激光焊接方法焊接的待焊接部件40的截面图中未观察到不良熔合44。此外，未观察到气孔45。如上所示，在该实施方式中，可以防止形成气孔45并且防止发生不良熔合44。

图11是示出由第一激光束12a和第二激光束12b形成的焊接部分42的深度与其焊接质量之间的关系的示例的曲线图，其中，横轴指示热输入密度，纵轴指示焊接部分42的深度。热输入密度是指供给至焊接部分42的每单位体积的热量。

如图11所示，随着第二激光束12b的热输入密度从值0开始增加，由第二激光束12b形成的焊接部分42的深度D2以恒定速率增加。

另一方面，在第一激光束12a从值0到预定值的范围内，通过第一激光束12a形成的焊接部分42的深度D1比通过第二激光束12a形成的焊接部42的深度D2大((通过第一激光束12a形成的深度D1)>(通过第二激光束12b形成的深度D2))。该范围对应于图9中所示的比较示例2，其中，在焊接部分42中残留有气孔45。

当第一激光束12a和第二激光束12b的热输入密度为预定值时，通过第一激光束12a形成的焊接部分42的深度D1大致等于通过第二激光束12b形成的焊接部分42的深度D2((通过第一激光束12a形成的深度D1)＝(通过第二激光束12b形成的深度D2))。该范围对应于图10中所示的实施方式，其中，在焊接部分42中不存在气孔。

当第一激光束12a的热输入密度超过预定值时，通过第一激光束12a形成的焊接部分42的深度D1变得小于通过第二激光束12b形成的焊接部分42的深度D2((通过第一激光束12a形成的深度D1)<(通过第二激光束12b形成的深度D2))。在这种情况下，在焊接部分42的比深度D1更深的部分中形成新的气孔45。

接下来，说明在比较示例1和比较示例2中观察到的不良熔合44和/或气孔45如何发生和残留的机理的示例，然后说明根据本公开内容的实施方式的激光焊接方法的机理。

图12示出了不良熔合44如何发生并残留的机理的示例。如图12所示，待焊接部件40包括第一金属部件40a、第二金属部件40b以及第三金属部件40c。待焊接部件40包含铝或铜作为其材料。金属氧化物膜46形成在铝或铜的表面上。当将激光束12施加至待焊接部件40时，被照射的部分熔化。此时，金属氧化物膜46的碎片悬浮在熔池43中以及熔池43周围的界面上。然后，当熔池43固化时，金属氧化物膜46的碎片在该界面上粘附在一起并在界面处偏析。然后，当熔池43固化并因此形成焊接部分42时，不良熔合44形成在焊接部分42中以及焊接部分42周围的界面处。如上所述，认为由于金属氧化物膜46的碎片在焊接部42的界面处偏析而形成不良熔合44。

在根据比较示例1的激光焊接方法中，第二激光束12b的集中光束直径不在第三金属部件40c的厚度的5％至25％的范围内。因此，焊接不会变成小孔焊接，从而熔池43无法像它被摇动一样地移动。因此，残留有不良熔合44。

与之相比，在本公开内容的实施方式中，第二激光束12b的集中光束直径在第三金属部件40c的厚度的5％至25％的范围内。因此，焊接变成小孔焊接，从而熔池43可以像它被摇动一样地移动。此外，通过第二激光束12b形成的熔池43的深度D2大致等于焊接部分42的深度D1。因此，第二激光束12b可以到达残留在焊接部分42以及焊接部分42周围的界面上的金属氧化物膜46处。因此，可以分散金属氧化物膜46，从而防止金属氧化物膜46偏析。因此，可以防止残留有不良熔合44。

图13示出了气孔如何形成并残留的机理的示例。如图13所示，在一些情况下，水分47、油等粘附或吸附在第一金属部件40a、第二金属部件40b以及第三金属部件40c的表面上形成的金属氧化物膜46中。当将激光束12施加至形成有金属氧化物膜46的待焊接部件40时，由于存在水分47而导致在熔池43中形成微孔48。微孔48包含例如氢。此外，其中包含微孔48的气孔45最终残留在由于熔池43固化而形成的焊接部分42中。

在根据比较示例2的激光焊接方法中，通过第二激光束12b形成的熔池43的深度D2并非大致等于焊接部分42的深度D1。因此，焊接部分42包括未被第二激光束12b重新熔化的部分。因此，不能防止残留气孔45。

与之相比，在本公开内容的实施方式中，通过第二激光束12b形成的熔池43的深度D2大致等于焊接部分42的深度D1。因此，焊接部分42被第二激光束12b重新熔化。因此，可以防止残留气孔45。

当焊接部分42中残留有不良熔合44和气孔45时，焊接强度下降并且焊接部分42的电阻增加。因此，不能提高待焊接部件的质量。然而，由于本公开内容的实施方式能够防止残留不良熔合44和气孔45，所以可以获得良好的接合界面。此外，可以提高焊接强度，防止焊接部分42的电阻变化，并且提高待焊接部件40的质量。

(与比较示例3的比较)

接下来，说明比较示例3。首先说明比较示例3，然后通过将本公开内容的实施方式与比较示例3进行比较来说明该实施方式的有益效果。

图14示出了通过根据比较示例3的焊接方法焊接的待焊接部件340的示例。图15是示出通过根据比较示例3的焊接方法焊接的待焊接部件340的示例的截面图，即图14中沿着线XV-XV截取的截面图。图16示出了通过根据本公开内容的实施方式的激光焊接方法焊接的待焊接部件40的示例。图17是示出通过根据实施方式的激光焊接方法焊接的待焊接部件40的示例的截面图，即图16中沿着线XVII-XVII截取的截面图。

如图14和图15所示，根据比较示例3的焊接方法是使用电阻或超声波的焊接方法。待焊接部件40被夹在工具300的尖端之间。通过跨工具300的尖端馈送电流来焊接被夹持的待焊接部件40。可替选地，通过跨工具300的尖端生成超声波来焊接待焊接部件40。在根据比较示例3的焊接方法中，需要将待焊接部件40夹在工具300的尖端之间，并且需要与工具300的尖端的直径相对应的用于接合的重叠宽度H。因此，第三金属部件340c中的非电生成部件340d的尺寸大。

与之相比，如图16和图17中所示，在本公开内容的实施方式中，通过将激光束12施加至待焊接部件40的端面41上来焊接待焊接部件40。因此，不需要通过工具300等来夹持待焊接部件40。用于接合的重叠宽度H所需的宽度为与焊接部分42距端面41的深度相等的宽度。因此，可以减小第三金属部件40c中的非电生成部件40d的尺寸。

此外，通过使用具有不同集中光束直径的激光束12执行两次扫描。以这种方式，可以使端面部分41c中的箔片集合体中的箔片的端面41之间的变化趋于均匀，从而使焊接部分42的表面均匀。因此，可以提高焊接强度并使电阻均匀。

(与比较示例4的比较)

接下来，说明比较示例4。首先说明比较示例4，然后通过将本公开内容的实施方式与比较示例4进行比较来说明该实施方式的有益效果。

比较示例4是专利文献1中公开的激光焊接方法，其中，施加了第一激光束至第三激光束。第二激光束和第三激光束中的每一个均位于第一激光束的内侧，并且具有比第一激光束的输出功率更高的输出功率。此外，根据比较示例4的激光焊接方法包括：第一熔化步骤，通过将第一激光束从第一部件的侧面施加至其中层压有第一部件至第三部件的待焊接部件来形成熔化部分；第二熔化步骤，将第二激光束施加至熔化部分，从而沿第二激光束形成具有较高温度的第一小孔；以及第三熔化步骤，将第三激光束施加至熔化部分，从而沿第三激光束形成具有较高温度的第二小孔。以这种方式，在根据比较示例4的激光焊接方法中，第一部件至第三部件被熔化，从而待焊接部件被焊接。

然而，在根据比较示例4的激光焊接方法中，需要通过使用第一激光束至第三激光束在每个部件中形成熔化部分的同时在深度方向上执行焊接。因此，需要很长的处理时间。此外，由于被第一激光束照射而未被第二激光束和第三激光束照射的部分不会被重新熔化，所以那里残留有气孔。此外，未采取措施来防止由金属氧化物膜的偏析引起的不良熔合。因此，根据比较示例4的激光焊接方法不能防止形成气孔。此外，它也不能防止由金属氧化物膜的偏析引起的不良熔合。

与之相比，在本公开内容的实施方式中，由第一激光束12a焊接的焊接部分42被第二激光束12b完全重新熔化。因此，可以消除气孔45，并且可以防止形成和残留气孔45。

此外，具有比第一激光束12a的集中光束直径L1小的集中光束直径L2的第二激光束12b被施加至熔池43，以使得熔池43晃动。以这种方式，可以搅动熔池43，从而破坏否则会导致不良熔合44的金属氧化物膜46。因此，可以获得良好的接合界面。

(实施方式的修改示例1)

接下来，说明实施方式的修改示例1。图18是示出根据实施方式的修改示例1的被第二激光束12b照射的待焊接部件40的端面41的示例的平面图。在上述实施方式中，作为用于使熔池43晃动的方法，沿第一方向移动被施加第二激光束12b的位置，同时在端面41上沿与第一方向相交的第二方向摆动第二激光束12b。

如图18所示，在修改示例1中，转动被施加第二激光束12b的位置(即旋转扫描)。即，施加第二激光束12b，同时沿第一方向扫描第二激光束12b并同时以圆形图案在焊接部分42的端面部分上旋转第二激光束12b。即使在这种情况下，也可以使熔池43晃动。因此，可以搅动熔池43，从而破坏否则会导致不良熔合44的金属氧化物膜46。此外，在该修改示例中，第二激光束12b在平行于端部41的平面上沿每个方向进行扫描，而非仅沿第一方向和第二方向扫描。此外，熔池43被搅动以使其旋转。以这种方式，可以更有效地破坏否则会在界面处偏析的金属氧化物膜46。因此，可以防止由金属氧化物膜46的偏析引起的不良熔合44。修改示例提供了与上述实施方式的有益效果类似的其他有益效果。

(实施方式的修改示例2)

接下来，说明实施方式的修改示例2。图19是示出根据实施方式的修改示例2的被第二激光束12b照射的待焊接部件40的端面41的示例的平面图。

如图19所示，在修改示例2中，第二激光束12b具有脉冲输出功率。即，间歇地施加第二激光束12b。换句话说，施加第二激光束12b，同时沿第一方向扫描第二激光束12b并同时以间歇的方式改变其输出功率。通过改变第二激光束12b的输出功率，也可以使熔池43在深度方向上晃动。因此，可以改善破坏将导致不良熔合的金属氧化物膜46的效果。注意，当第二激光束12b的集中光束直径L2小于焊接部分42在Y轴方向上的长度时，施加第二激光束12b，同时沿除了第一方向以外的方向以及第一方向扫描第二激光束12b。该修改示例提供了与上述实施方式的有益效果类似的其他有益效果。

上面已经说明了本公开内容的实施方式。然而，本公开内容不限于上述配置，并且可以在不偏离本公开内容的技术构思的情况下对其进行修改。

因此根据所描述的公开内容，将明显的是，本公开内容的实施方式可以以许多方式进行变化。这样的变型不应被认为是偏离本公开内容的精神和范围，并且对于本领域技术人员来说明显的是，所有这样的修改旨在包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种待焊接部件的激光焊接方法，所述待焊接部件包括第一金属部件、第二金属部件以及夹在所述第一金属部件与所述第二金属部件之间的第三金属部件，其中，通过以下操作将所述待焊接部件的金属部件焊接至彼此：在所述待焊接部件的端面上沿与所述第三金属部件被夹持在所述第一金属部件与所述第二金属部件之间的方向垂直的第一方向扫描激光束，并且使用所述激光束照射所述第三金属部件的至少端面部分，其中

通过以下操作来形成焊接部分：向所述第三金属部件的端面部分施加第一激光束，同时沿所述第一方向扫描所述第一激光束，从而熔化并然后固化所述待焊接部件，所述第一激光束在所述端面上具有预定的集中光束直径，并且

在以下操作之后所述待焊接部件被固化并且从而被焊接：向所述端面上的焊接部分的端面部分施加第二激光束，同时跨所述焊接部分的端面部分沿除了所述第一方向以外的方向以及沿所述第一方向扫描所述第二激光束，从而使在通过施加所述第二激光束来熔化所述焊接部分时形成的熔池晃动，所述第二激光束在所述端面上具有比所述第一激光束的集中光束直径小的集中光束直径，并且所述第二激光束具有使所述熔池距所述端面的深度变得大致等于所述焊接部分的深度的这样的输出功率。

2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其中，通过以下操作来使所述熔池晃动：向所述焊接部分的端面部分施加所述第二激光束，同时跨所述焊接部分的端面部分沿所述第一方向扫描所述第二激光束，并且同时沿第二方向摆动所述第二激光束，所述第二方向与所述第一方向相交。

3.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其中，通过以下操作来使所述熔池晃动：向所述焊接部分的端面部分施加所述第二激光束，同时沿所述第一方向扫描所述第二激光束，并且同时在所述焊接部分的端面部分上以圆形图案旋转所述第二激光束。

4.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其中，通过以下操作来使所述熔池晃动：施加所述第二激光束，同时沿所述第一方向扫描所述第二激光束，并且同时以间歇的方式改变所述第二激光束的输出功率。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光焊接方法，其中，所述第一激光束在所述端面上的集中光束直径是通过热传导焊接所述待焊接部件的集中光束直径，并且所述第二激光束在所述端面上的集中光束直径是所述焊接部分被小孔焊接的集中光束直径。

6.一种激光焊接装置，其被配置成：针对包括第一金属部件、第二金属部件以及夹在所述第一金属部件与所述第二金属部件之间的第三金属部件的待焊接部件，在所述待焊接部件的端面上沿与所述第三金属部件被夹持在所述第一金属部件与所述第二金属部件之间的方向垂直的第一方向扫描激光束，使用所述激光束照射所述第三金属部件的至少端面部分，并且从而将金属部件焊接至彼此，

所述激光焊接装置包括：

第一焊接头，其被配置成向所述第三金属部件的端面部分施加第一激光束，所述第一激光束在所述端面上具有预定的集中光束直径；

第二焊接头，其被配置成向所述待焊接部件施加第二激光束，所述第二激光束在所述端面上具有比所述第一激光束的集中光束直径小的集中光束直径；

第一激光头控制单元，其被配置成控制所述第一焊接头；以及

第二激光头控制单元，其被配置成控制所述第二焊接头，其中，

所述第一激光头控制单元控制所述第一焊接头，使得通过以下操作来形成焊接部分：向所述第三金属部件的端面部分施加所述第一激光束，同时沿所述第一方向扫描所述第一激光束，从而熔化并然后固化所述待焊接部件，

所述第二激光头控制单元控制所述第二激光束的输出功率，使得在通过施加所述第二激光束来熔化所述焊接部分时形成的熔池距所述端面的深度变得大致等于所述焊接部分的深度，以及

所述第二激光头控制单元控制所述第二焊接头，使得在向所述端面上的焊接部分的端面部分施加所述第二激光束同时跨所述焊接部分的端面部分沿除了所述第一方向以外的方向以及沿所述第一方向扫描所述第二激光束从而使所述熔池晃动之后，所述待焊接部件被固化从而被焊接。

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