專利名稱：在兩個(gè)構(gòu)件之間生成抗腐蝕激光焊接連接的方法和由兩個(gè)相互焊接的構(gòu)件組成的設(shè)置單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在兩個(gè)構(gòu)件之間生成抗腐蝕激光焊接連接的方法。另外本發(fā)明還涉及一種由兩個(gè)借助激光焊接連接而相互連接的構(gòu)件組成的設(shè)置單元。
背景技術(shù)：
借助激光焊接連接，兩個(gè)構(gòu)件可以持久可靠地相互連接在一起。根據(jù)相互焊接在一起的構(gòu)件的材料、這些構(gòu)件的使用區(qū)域以及應(yīng)用的情況可能會(huì)在激光焊接連接的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生導(dǎo)致激光焊接連接的緩慢變壞或者甚至損壞的腐蝕。倘若激光焊接連接形成電連接和機(jī)械連接的話，這可能會(huì)導(dǎo)致電氣裝置失效。
在機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域，存儲(chǔ)模塊被應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車供電和/或驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車。這樣的存儲(chǔ)模塊包括多個(gè)存儲(chǔ)電池和/或雙層電容器，它們通過其接線端子相互并聯(lián)和/或與存儲(chǔ)模塊相互電連接。存儲(chǔ)模塊的存儲(chǔ)電池的接線端子由鋼構(gòu)成。在這種情況下使用所謂的電池連接片實(shí)施兩個(gè)相鄰的存儲(chǔ)電池的兩個(gè)不同極性的接線端子之間的電連接和機(jī)械連接。電池連接片在最簡單的情況下為鋁制或者銅制的段或者小片，它們通過鋼制或者鎳合金制的金屬中間襯墊與鋼制的接線端子被激光焊接在一起，其中中間襯墊例如借助超聲波焊接被連接在電池連接片上。涂覆在由非抗腐蝕的鋼構(gòu)成的接線端子上的抑制腐蝕的涂層(例如鎳)形成了防氧化保護(hù)，該防氧化保護(hù)通過激光焊接連接被破壞。在實(shí)施激光焊接連接后的事后防護(hù)不再是可能的。由于特別是在上述應(yīng)用情況中存儲(chǔ)模塊遭受各種極端不同的環(huán)境條件影響，在相應(yīng)的空氣濕度和/或含鹽的空氣中可能會(huì)發(fā)生導(dǎo)致激光焊接連接的變壞或者甚至損壞的腐蝕。這可能導(dǎo)致整個(gè)存儲(chǔ)模塊失效，這不符合對(duì)機(jī)動(dòng)車的經(jīng)濟(jì)性要求。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，提供一種用于生成激光焊接連接的方法，該激光焊接連接在機(jī)械強(qiáng)度和腐蝕方面具有持久的穩(wěn)定性。另外還提供ー種由兩個(gè)借助激光相焊接的構(gòu)件組成的設(shè)置單元，該設(shè)置単元在所述要求方面具有終身持久的可靠性。這個(gè)目的通過符合權(quán)利要求I特征的方法以及符合權(quán)利要求15特征的設(shè)置單元得以實(shí)現(xiàn)。有益的設(shè)計(jì)分別可由各從屬權(quán)利要求得出。本發(fā)明提供一種用于在兩個(gè)構(gòu)件之間生成抗腐蝕激光焊接連接的方法。該方法包括以下步驟提供第一構(gòu)件，該第一構(gòu)件在要建立連接的區(qū)域內(nèi)包括由第一金屬、特別是非抗腐蝕的金屬構(gòu)成的聯(lián)接面，其中至少第一構(gòu)件的聯(lián)接面配置有由第二金屬構(gòu)成的特別抑制腐蝕的金屬層；提供具有由第三金屬構(gòu)成的主體的第二構(gòu)件，在該第二構(gòu)件上在要建立連接的區(qū)域內(nèi)敷設(shè)由第四金屬構(gòu)成的、具有聯(lián)接面的焊接輔件；在第一和/或第二構(gòu)件的聯(lián)接面上設(shè)置抗腐蝕的焊料層，該焊料層所具有的熔化溫度低于在需相互焊接的構(gòu)件的焊接區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的溫度；使第一和第二構(gòu)件在它們的聯(lián)接面的區(qū)域內(nèi)面狀接觸；在焊料層的焊料熔化的情況下實(shí)施激光焊接連接，使焊料填滿在第一金屬、第四金屬與所產(chǎn)生的焊接區(qū)域之間通過熔焊而產(chǎn)生的縫隙。通過設(shè)置在第一和/或第二構(gòu)件的聯(lián)接面上的焊料層能夠持久避免第一構(gòu)件的特別是非防腐蝕的第一材料與環(huán)境接觸，通過這種方式可以避免氧化過程。在上述條件下，保障了兩個(gè)構(gòu)件之間的激光焊接連接的持久穩(wěn)定性，由此提高了接合處的使用壽命。在本發(fā)明的方法中，作為第一構(gòu)件的第一材料使用鋼或者鐵合金。例如第一構(gòu)件所涉及的可以是存儲(chǔ)模塊用的存儲(chǔ)電池，特別是機(jī)動(dòng)車的存儲(chǔ)模塊用的存儲(chǔ)電池，其聯(lián)接面由鋼制的或者鐵合金制的接線端子構(gòu)成。在第一構(gòu)件的聯(lián)接面上作為第二金屬使用鎳或者鎳合金，它用作第一構(gòu)件的聯(lián)接面的防氧化保護(hù)。作為第二構(gòu)件的主體的第三金屬使用鋁、鋁合金或者銅。第二構(gòu)件所涉及的可以是所謂的電池連接片，通過該電池連接片兩個(gè)存儲(chǔ)電池(第一構(gòu)件構(gòu)成該存儲(chǔ)電池)的兩個(gè)接線端子電連接。在為了與第一構(gòu)件連接而設(shè)置的第二構(gòu)件主體的側(cè)面上例如借助超聲波焊接敷設(shè)由第四材料構(gòu)成的焊接輔件，該焊接輔 件通過其聯(lián)接面能夠與第一構(gòu)件的第一材料實(shí)現(xiàn)激光焊接連接。作為第二構(gòu)件的焊接輔件的第四材料使用鋼或者鎳合金。在熔焊區(qū)域內(nèi)，由第一、第二和第四材料產(chǎn)生ー種混合物，其中典型地達(dá)到1200°C至1400°C的溫度。因此需引入的焊料的熔點(diǎn)必須在1200°C以下，這樣保障在第一金屬與焊接輔件之間通過熔焊產(chǎn)生的縫隙被所述焊料填滿。焊料層符合目的地由具有約210°C與230°C之間的熔點(diǎn)的焊料構(gòu)成。例如作為焊料可以使用在上述溫度范圍內(nèi)熔化的含錫焊料。作為可選方案，焊料層可以由具有約800°C至900°C之間的熔點(diǎn)的焊料構(gòu)成。這里特別是作為焊料可以考慮含銀的焊料或者鋁基的焊料。為了降低焊料被燒焦的危險(xiǎn)，焊料層也可以由具有1000°C左右的工作溫度的焊料構(gòu)成。鎳基或者銅基的焊料具有這種工作溫度。在所有情況下均保障焊料層的焊料所具有的熔化溫度低于在需要相互焊接連接在一起的構(gòu)件的焊接區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的溫度。焊料層的焊料可以選擇地通過涂抹、噴射或者印刷被涂覆在第一和/或第二構(gòu)件的聯(lián)接面上。焊料層以小于10 μ m的厚度被涂覆在第一和/或第二構(gòu)件的聯(lián)接面上被證明是適宜的。特別是還可以規(guī)定焊料層包括由多個(gè)焊料層構(gòu)成的層序列，所述多個(gè)焊料層相繼地被涂覆在第一和/或第二構(gòu)件的聯(lián)接面上。在此，這些涂層可以具有不同的或者相同的熔點(diǎn)。另外，本發(fā)明還提供一種設(shè)置単元，該設(shè)置単元通過上述方法制成。特別是，第一構(gòu)件為存儲(chǔ)模塊用的存儲(chǔ)電池，特別是機(jī)動(dòng)車的存儲(chǔ)模塊用的存儲(chǔ)電池，其聯(lián)接面由鋼制或者鐵合金制的接線端子構(gòu)成。第二構(gòu)件為鋁制、鋁合金制或者銅制的電池連接片，該電池連接片具有鋼制或者鎳制的焊接輔件，通過該電池連接片，不同極性的兩個(gè)存儲(chǔ)電池的接線端子相互電連接。另外本發(fā)明的設(shè)置單元的特點(diǎn)是，該設(shè)置単元在焊接區(qū)域內(nèi)包括焊料的元素(Elemente)。


下文將參照附圖所示的實(shí)施例進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。唯一附圖示出的是在兩個(gè)構(gòu)件10、20之間建立的激光焊接連接。
具體實(shí)施例方式利用附圖標(biāo)記10示出的是第一構(gòu)件，例如存儲(chǔ)模塊的存儲(chǔ)電池，特別是機(jī)動(dòng)車的存儲(chǔ)模塊的存儲(chǔ)電池。在附圖中以縱剖視圖示出的存儲(chǔ)電池10具有柱形的，例如圓形的或者棱形的橫截面，其中在終端面上構(gòu)造有接線端子。在實(shí)施例中示出了構(gòu)成聯(lián)接面11的接線端子。該聯(lián)接面11包括設(shè)于中央的區(qū)域12，該區(qū)域由于存儲(chǔ)電池10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因不得與第二構(gòu)件20焊接在一起。中央?yún)^(qū)域12如同圍繞它的區(qū)域13 —樣由鋼或者鐵合金構(gòu)成。環(huán)形區(qū)域13能夠與第二構(gòu)件20焊接在一起。在如所敘述的那樣完全由鋼或者鐵合金構(gòu)成的聯(lián)接面11上布置有抑制腐蝕的金屬層14，例如鎳層。鎳金屬層14具有約ΙΟμπι的高度并且為了防止鋼制聯(lián)接面11的氧化而被涂覆。與附圖的圖示不同，鎳層14不僅能夠被涂覆在存儲(chǔ)電池10的端面的接線端子或者聯(lián)接面11上，而且也可以至少部分地被涂覆在存儲(chǔ)電池10的外表面上。
第二構(gòu)件20例如表示的是鋁制、鋁合金制或者銅制的電池連接片。以橫截面被示出的電池連接片例如具有矩形的鋁制體21，該鋁制體在例如與存儲(chǔ)電池10的橫截面相匹配的開ロ 24的區(qū)域內(nèi)的端部上設(shè)置有例如經(jīng)超聲波焊接的鋼制或者鎳制的焊接輔件22，其聯(lián)接面(23)允許通過第一構(gòu)件10的聯(lián)接面11與第一構(gòu)件10激光焊接連接而不需通過鋁制體焊接。在此，焊接輔件22具有至少與存儲(chǔ)電池10的聯(lián)接面11的寬度相當(dāng)?shù)膶挾?。為了制造存?chǔ)電池10與電池連接片20之間的激光焊接連接，使兩個(gè)構(gòu)件10、20相互面狀接觸。利用激光器由電池連接片20的一側(cè)穿過鋁制體21的開ロ 24在存儲(chǔ)電池10的(環(huán)形的或者直線的)區(qū)域13內(nèi)實(shí)施激光焊接連接。在實(shí)施激光焊接時(shí)，涂覆在聯(lián)接面11上的防氧化鎳層14被破壞。在這種情況下接線端子或者聯(lián)接面11的非抗腐蝕的鋼與環(huán)境接觸，由此在存儲(chǔ)電池的整個(gè)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生腐蝕。在這種情況下，激光焊接連接實(shí)施后的事后防護(hù)是不可能的。在激光焊接連接中，設(shè)置單元的以附圖標(biāo)記40被標(biāo)示出的焊接區(qū)域熔化，與此同時(shí)形成鎳和鐵的混合物。在焊接過程中，在焊接區(qū)域40內(nèi)與此同時(shí)產(chǎn)生1200°C與1400°C之間的溫度。在已經(jīng)言及的、形成于焊接區(qū)域40的邊緣區(qū)域內(nèi)的縫隙中可能同時(shí)會(huì)侵入濕氣，并且導(dǎo)致非預(yù)期的腐蝕。為了避免腐蝕，因此根據(jù)本發(fā)明或在存儲(chǔ)電池10的鎳層14上或在電池連接片20的焊接輔件22的聯(lián)接面23上或在兩個(gè)表面14、23上涂覆抗腐蝕的焊料層30。該焊料層30由ー種焊料構(gòu)成，該焊料具有的熔化溫度低于出現(xiàn)在焊接區(qū)域40內(nèi)的1200°C至1400°C范圍內(nèi)的溫度。例如可以使用含錫的焊料，該焊料在210°C與230°C之間的溫度范圍內(nèi)熔化。作為可選，可以使用一種含銀的焊料或者ー種鋁基焊料，該焊料在約800°C至900°C熔化。為了降低焊料在焊接過程中燒焦的危險(xiǎn)，焊料層也可以由工作溫度在約1000°C的焊料制成。具有這種工作溫度的是鎳基或者銅基的焊料。厚度優(yōu)選小于10 μ m的焊料層30可以通過涂抹、噴射或者印刷被涂覆在存儲(chǔ)電池10或者電池連接片20的聯(lián)接面11、23之一上。焊料層30可選地可以作為唯一的涂層被涂覆或者作為由多個(gè)焊料層構(gòu)成的層序列被涂覆。在多個(gè)焊料層的情況下每層焊料層可以由具有不同熔化溫度的不同的焊料構(gòu)成。在實(shí)施激光焊接連接的過程中，焊料層30的焊料熔化，這樣這些焊料填滿在焊接區(qū)域40與存儲(chǔ)電池10的鋼之間通過熔焊產(chǎn)生的縫隙。這一點(diǎn)在附圖中用附圖標(biāo)記31標(biāo)出，其中，焊料通過熔化呈彎月面貼靠在充滿焊料的焊接區(qū)域的邊緣上，并且平行于構(gòu)件10和20的接合面貼靠。由于焊料層30的焊料通過在激光焊接過程中引入的熱量熔化并且填滿構(gòu)件之間的縫隙，所以焊縫40不論是在連接的內(nèi)側(cè)面上還是在外側(cè)面上都被包裹起來而與外圍隔絕，這樣盡管鎳層14被破壞也不會(huì)導(dǎo)致接線端子的鋼材氧化。其結(jié)果是通過這種方式能夠改善焊接連接，并得到隨之出現(xiàn)的由兩個(gè)構(gòu)件組成的設(shè)置單元的提高的使用壽命O通過使用通過激光焊接的熔焊熱而熔化的焊料，不需要在制造過程中采取另外的エ藝步驟在兩側(cè)對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行持久的防腐。改良的激光焊接連接僅僅通過在實(shí)施激光焊接連接前被涂覆在需相互連接在一起的聯(lián)接 面上的焊料得以實(shí)現(xiàn)。附圖標(biāo)記列表10 第一構(gòu)件11 聯(lián)接面12 設(shè)于中央的區(qū)域13 設(shè)于中央的區(qū)域的圍繞區(qū)域14 金屬層20 第二構(gòu)件21 鋁制體22 焊接輔件23 聯(lián)接面24 開ロ30 焊料層31 熔化的焊料40 焊接區(qū)域
權(quán)利要求
1.用于在兩個(gè)構(gòu)件(10，20)之間生成激光焊接連接的方法，具有如下步驟 -提供第一構(gòu)件(10)，該第一構(gòu)件在要建立連接的區(qū)域內(nèi)包括由第一金屬構(gòu)成的聯(lián)接面(11)，其中，至少所述第一構(gòu)件(10)的聯(lián)接面(11)配置有由第二金屬構(gòu)成的金屬層(14)； -提供具有由第三金屬構(gòu)成的主體(21)的第二構(gòu)件(20)，在該第二構(gòu)件上，在要建立連接的區(qū)域內(nèi)敷設(shè)由第四金屬構(gòu)成的、具有聯(lián)接面(23)的焊接輔件(22)； -在第一和/或第二構(gòu)件(10，20)的聯(lián)接面上設(shè)置抗腐蝕的焊料層(30)，該焊料層所具有的熔化溫度低于在相互要焊接的構(gòu)件(10，20)的焊接區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的溫度； -使第一和第二構(gòu)件(10，20)在聯(lián)接面的區(qū)域內(nèi)面狀接觸，以及， -在焊料層(30)的焊料熔化的情況下實(shí)施激光焊接連接，使所述焊料填滿在第一和第四金屬與焊接區(qū)域之間通過熔焊所產(chǎn)生的縫隙。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于使用鋼或者鐵合金作為第一構(gòu)件(10)的第一金屬。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于使用鎳或者鎳合金作為第一構(gòu)件(10)的聯(lián)接面(11)上的第二金屬。
4.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于使用鋁、鋁合金或者銅作為第ニ構(gòu)件(20)的第三金屬。
5.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于使用鋼或者鎳合金作為第二構(gòu)件(20)的焊接輔件(22)的第四金屬。
6.如權(quán)利要求I至5之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述焊料層(30)由熔點(diǎn)在約210°C至230°C之間的焊料構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于使用含錫的焊料作為焊料。
8.如權(quán)利要求I至5之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述焊料層(30)由熔點(diǎn)在約800 V至900 V之間的焊料構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于使用含銀的焊料或者鋁基的焊料作為焊料。
10.如權(quán)利要求I至5之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述焊料層(30)由具有約1000°C的熔點(diǎn)的焊料構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于使用銅基或者鎳基的焊料作為焊料。
12.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于焊料通過涂抹、噴射或者印刷被涂覆到第一和/或第二構(gòu)件(10，20)的聯(lián)接面(11，23)上。
13.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述焊料層(30)以小于ΙΟμπι的厚度被涂覆到第一和/或第二構(gòu)件(10，20)的聯(lián)接面(11，23)上。
14.如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述焊料層(30)包括由多個(gè)焊料層構(gòu)成的層序列，所述多個(gè)焊料層相繼地被涂覆到第一和/或第二構(gòu)件的聯(lián)接面(11，23)上。
15.通過如前述權(quán)利要求之任一項(xiàng)所述的方法而制成的設(shè)置單元。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)置単元，其特征在于第一構(gòu)件(10)為用于存儲(chǔ)模塊的存儲(chǔ)電池，特別是用于機(jī)動(dòng)車的存儲(chǔ)模塊的存儲(chǔ)電池，其聯(lián)接面(11)由鋼制的或者鐵合金制的接線端子構(gòu)成，以及，第二構(gòu)件(20)為鋁制的、鋁合金制的或者銅制的電池連接片，該電池連接片帶有鋼制的或者鎳合金制的焊接輔件(22)，通過該電池連接片，不同極性的兩個(gè)存儲(chǔ)電池的接線端子相互電連接和機(jī)械連接。
17.如權(quán)利要求15或16所述的設(shè)置単元，其特征在于該設(shè)置単元在焊接區(qū)域內(nèi)包括焊料的元素。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在兩個(gè)構(gòu)件(10，20)之間生成激光焊接連接的方法，具有如下步驟提供第一構(gòu)件(10)，它在要建立連接的區(qū)域內(nèi)包括由第一金屬構(gòu)成的聯(lián)接面(11)，至少第一構(gòu)件(10)的聯(lián)接面(11)配置有由第二金屬構(gòu)成的金屬層(14)；提供具有由第三金屬構(gòu)成的主體(21)的第二構(gòu)件(20)，在其上在要建立連接的區(qū)域內(nèi)敷設(shè)由第四金屬構(gòu)成的、具有聯(lián)接面(23)的焊接輔件(22)；在第一和/或第二構(gòu)件(10，20)的聯(lián)接面上設(shè)置抗腐蝕的焊料層(30)，該焊料層所具有的熔化溫度低于在相互要焊接的構(gòu)件(10，20)的焊接區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的溫度；使第一和第二構(gòu)件(10，20)在聯(lián)接面的區(qū)域內(nèi)面狀接觸；在焊料層(30)的焊料熔化的情況下實(shí)施激光焊接連接，使焊料填滿在第一和第四金屬與焊接區(qū)域(40)之間通過熔焊所產(chǎn)生的縫隙。
文檔編號(hào)B23K26/20GK102695576SQ201180005097
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者H·格斯曼, P·佩茨, S·蘭杜阿 申請(qǐng)人:寶馬股份公司