CN113967787B - 一种激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的激光焊接方法包括：设置待焊接的第一金属与第二金属，以使第一金属的待焊接表面与第二金属的待焊接表面相对设置；通过蓝色激光照射至第一金属与第二金属，以使第一金属与第二金属形成液态熔池；通过两束红外激光分别作用于第一金属上的液态熔池与第二金属上的液态熔池，以分别在第一金属上形成第一焊接匙孔和在第二金属上形成第二焊接匙孔；直至第一焊接匙孔和第二焊接匙孔扩大并融合。本发明采用蓝色激光和两束红色激光焊接的方式，使得整体激光利用率较高，利用较低的总功率即可完成激光焊接，不易出现虚焊问题，焊接无飞溅产生，保证焊缝的过流能力，完成第一金属与第二金属的高效且无飞溅的焊接。

Description

一种激光焊接方法

【技术领域】

本发明涉及激光焊接领域，特别是涉及一种铜材料和包含铜材料的异种材料的激光焊接方法。

【背景技术】

近年来，作为减少焊接时产生飞溅、气孔等激光焊接时的方法成为重要的研究方向，常规的近红外双纤芯光纤激光器的应用越来越广，双纤芯光纤激光器包含高亮度的中心光束和低亮度的环形光束，中心光束可以迅速产生匙孔，环形光束可以加热匙孔周边的区域，所以可以同时进行匙孔焊接和热导型焊接的混合焊接。这种混合焊接工艺，在匙孔周围的区域也被加热，因此匙孔开口的表面张力增加，可以像喇叭口一样展开，顺畅地排出金属蒸气，因此可以大大减少飞溅，特别是在铝焊接等方面，焊接效果较好。而且，由于匙孔周边也被加热，焊接熔融的金属内的金属蒸气在排出之前，熔池不凝固，所以可以大大减少内部气孔，实现了高质量焊接。

然而，铜材对近红外光的反射率高达95%，因此，基于近红外光的双纤芯光纤激光器，在匙孔周围的加热区域，因为功率密度低，几乎被铜材表面全部反射，导致加热不足，并不能很好的实现减少飞溅、气孔的目的。

【发明内容】

综上所述，本发明为了解决上述问题，其目的在于解决铜材或者铜材混合其他材料焊接时的飞溅，气孔等缺陷，继而提高焊接质量，而提供一种激光焊接方法。

为了解决所述技术问题，本发明提供了一种激光焊接方法。所述激光焊接方法包括：设置待焊接的第一金属与第二金属，以使所述第一金属的待焊接表面与所述第二金属的待焊接表面相对设置；通过蓝色激光照射至所述第一金属与所述第二金属，以使所述第一金属与所述第二金属形成液态熔池；通过两束红外激光分别作用于所述第一金属上的所述液态熔池与所述第二金属上的所述液态熔池，以分别在所述第一金属上形成第一焊接匙孔和在所述第二金属上形成第二焊接匙孔；直至所述第一焊接匙孔和所述第二焊接匙孔扩大并融合。

另外，本发明提供的上述技术方案中的一种激光焊接方法还可以具有如下附加技术特征：

优选地，所述通过蓝色激光照射至所述第一金属与所述第二金属，以使所述第一金属与所述第二金属形成液态熔池表面的步骤，包括：通过蓝色激光照射至所述第一金属与所述第二金属的端面中心位置；在所述第一金属与所述第二金属的端面形成的所述液态熔池均为半圆形。

金属在常温下对蓝色激光（430~470nm）吸收率远高于红外激光（1030~1090nm），因此以蓝色激光作为焊接光源能大幅提高能量利用率以及焊接过程的可控性。作为即将连接的第一金属与第二金属，其位置相互平行靠近，间隙为0～0.5毫米。蓝色激光照在第一金属与第二金属端部中心位置的光斑直径为2mm，使得第一金属与第二金属均得以照射。其在各自金属上光斑形状为半圆形，使金属表面迅速升温达到材料熔点，开始形成液态熔池，液态熔池形状也为半圆形。

优选地，在所述设置待焊接的第一金属与第二金属，以使所述第一金属的待焊接表面与所述第二金属的待焊接表面相对设置的步骤之前，还包括：对所述第一金属与所述第二金属进行预处理；其中，所述预处理包括将所述第一金属与所述第二金属进行端面整平、使所述第一金属的待焊接表面与所述第二金属的待焊接表面进行漆包层激光清洗。

焊接开始前，需要对所述第一金属与所述第二金属进行预处理，首先要用焊接夹具将第一金属与所述第二金属端面整齐，待焊接区域经过激光清洗，以去除掉漆包层实现整齐贴合；同时，对金属表面的漆包层进行清洗，避免漆包层的薄膜被激光照射后，爆炸燃烧，产生烟尘和飞溅物。

优选地，所述第一金属的待焊接表面与所述第二金属的待焊接表面相对设置时，所述第一金属的待焊接表面与所述第二金属的待焊接表面之间的贴合间隙≤0.5mm。

在进行焊接前，第一金属的待焊接表面与所述第二金属的待焊接表面相对贴合设置，第一金属与第二金属待焊接表面贴合间隙需要≤0.5mm，保证蓝色激光能够同时照射两种金属，在两个金属表面产生熔池，同时并且保证熔池能够填充该间隙达到熔池结合的效果。

优选地，所述蓝色激光的波长为430nm~470nm。

由于金属对波长500nm以下的蓝色激光吸收能力较强，因此采用较小功率即可在金属表面产生液态熔池，即可选择波长为430nm~470nm的蓝色激光进行焊接。

优选地，所述蓝色激光的功率≥500W。

限定蓝色激光的功率≥500W，其目的是为有足够的能力照射在金属表面，使产生的液态熔池具有适当大小和深度。

优选地，所述蓝色激光的光斑直径≥1mm。

限定蓝色激光的光斑直径≥1mm，能够覆盖第一金属与第二金属端面的间隙,同时在两种金属表面均产生液态熔池，而且产生1mm以上光斑的蓝色激光设备的价格相对便宜。

优选地，所述红外激光波长为1030nm~1090nm。

优选地，两束所述红外激光功率比例为1：1。

优选地，两束所述红外激光总功率≥1000W。

优选地，两束所述红外激光间距≥0.6mm。

优选地，所述通过两束红外激光分别作用于所述第一金属上的所述液态熔池与所述第二金属上的所述液态熔池的步骤，包括：通过两束红外激光分别斜向照射于所述第一金属上的所述液态熔池与所述第二金属上的所述液态熔池。

因第一金属和第二金属之间距离设置为0-0.5mm，存在空隙，红外激光的斜向照射，能防止空隙中的薄膜被照射后，爆炸燃烧，产生大量烟尘和飞溅物。

优选地，所述第一金属和所述第二金属至少一种的材质为铜。

优选地，所述第一金属和所述第二金属均为电机线圈中的扁线。

优选地，所述第一金属和所述第二金属的端面尺寸为2 mm×3mm。

本发明的有益效果在于：首先通过夹具使两根经过预处理的第一金属与第二金属整齐贴合，然后先用蓝色激光照射至第一金属与第二金属端面中心位置，因金属对蓝色激光的吸收率较高，达到50%以上，使第一金属与第二金属端面中心附近迅速升温达到材料熔点，表面开始形成液态熔池。该过程通过热传导的方式进行，熔池极为稳定，无飞溅产生。但此时熔池分别形成于第一金属与第二金属上，宽度和深度均较小，无法构成足够的熔池流动性使两熔池结合。此时再增加两束高功率密度的红外激光分别位于第一金属与第二金属表面上形成液态熔池区域，液态熔池对于红外激光的吸收率已经由固态的2%左右上升至20%左右，此时只需较小的功率即可形成焊接匙孔，增加熔池宽度及深度。由于叠加的蓝色激光的预热作用，匙孔的开口的表面张力变得很强，开口呈喇叭状大开，使匙孔产生的铜蒸汽顺利排出，因此几乎不会发生因堵塞而飞溅的现象。液态熔池吸收红外激光后稳定无飞溅的快速扩大，直至形成在第一金属与第二金属上的熔池合二为一，然后激光停止出光，合并的熔池逐渐冷却形成焊点，完成第一金属与第二金属的高效且无飞溅的焊接。

【附图说明】

图1(a)、图1（b）是本发明实施例1中铜材料连接方法的示意图；

图1(c)是图1(b)的A-A剖视图；

图2(a)、图2(b)、图2(c)是本发明实施例1中铜材料连接方法的示意图;

图3(a)、图3（b）、图3（c）、图3（d）、图3（e）为本发明的连接原理图；

图4(a)是铜杆的焊接方法的俯视图;

图4(b)是焊接后的俯视图；

图4(c)是焊接时的侧视图；

图4(d)为焊接后A-A部分的侧视图；

图5(a)是仅用蓝色激光照射一矩形铜棒的示意图；

图5(b)是焊接过程的侧视图；

图6（a）和图6(b)是蓝色激光束和单焦点光纤激光束混合焊接的示意图；

图7（a）和图7(b)是光纤激光束焦点在蓝色激光束焦点中振荡焊接的示意图；

图8(a)和图8(b)是光纤激光束焦点在蓝色激光束焦点中旋转焊接的示意图；

图9示出了根据本发明一个实施例的激光焊接方法的流程示意图；

图10示出了根据本发明又一个实施例的激光焊接方法的流程示意图；

图11示出了根据本发明再一个实施例的激光焊接方法的流程示意图；

图12示出了铝（Al）、银（Ag）、金（Au）、铜（Cu）和镍（Ni）五种金在常温下不同激光波长对应吸收率的示意图；

图13示出了本发明中采用蓝色激光+红外激光焊接的焊缝示意图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不会构成任何限制。下面结合附图对本发明的技术方案进行详细地描述：

下面参照图1至图3描述根据本发明一些实施例激光焊接方法。

如图1所示，本发明提供了一种激光焊接方法。激光焊接方法包括：

S102；设置待焊接的第一金属与第二金属，以使第一金属的待焊接表面与第二金属的待焊接表面相对设置；

S104；通过蓝色激光照射至第一金属与第二金属，以使第一金属与第二金属形成液态熔池；

S106；通过两束红外激光分别作用于第一金属上的液态熔池与第二金属上的液态熔池，以分别在第一金属上形成第一焊接匙孔和在第二金属上形成第二焊接匙孔；

S108；直至第一焊接匙孔和第二焊接匙孔扩大并融合。

本发明所提供的激光焊接方法，首先通过夹具使两根经过预处理的第一金属与第二金属整齐贴合，然后先用蓝色激光照射至第一金属与第二金属端面中心位置，因金属对蓝色激光的吸收率较高，达到50%以上，使第一金属与第二金属端面中心附近迅速升温达到材料熔点，表面开始形成液态熔池。该过程通过热传导的方式进行，熔池极为稳定，无飞溅产生。但此时熔池分别形成于第一金属与第二金属上，宽度和深度均较小，无法构成足够的熔池流动性使两熔池结合。此时再增加两束高功率密度的红外激光分别位于第一金属与第二金属表面上形成液态熔池区域，液态熔池对于红外激光的吸收率已经由固态的2%左右上升至20%左右，此时只需较小的功率即可形成焊接匙孔，增加熔池宽度及深度。由于叠加的蓝色激光的预热作用，匙孔的开口的表面张力变得很强，开口呈喇叭状大开，使匙孔产生的铜蒸汽顺利排出，因此几乎不会发生因堵塞而飞溅的现象。液态熔池吸收红外激光后稳定无飞溅的快速扩大，直至形成在第一金属与第二金属上的熔池合二为一，然后激光停止出光，合并的熔池逐渐冷却形成焊点，完成第一金属与第二金属的高效且无飞溅的焊接。

如图2所示，本发明提供了一种激光焊接方法。激光焊接方法包括：

S202；设置待焊接的第一金属与第二金属，以使第一金属的待焊接表面与第二金属的待焊接表面相对设置；

S204；通过蓝色激光照射至第一金属与第二金属的端面中心位置；

S206；在第一金属与第二金属的端面形成的液态熔池均为半圆形；

S208；通过两束红外激光分别作用于第一金属上的液态熔池与第二金属上的液态熔池，以分别在第一金属上形成第一焊接匙孔和在第二金属上形成第二焊接匙孔；

S210；直至第一焊接匙孔和第二焊接匙孔扩大并融合。

在该技术方案中，金属在常温下对蓝色激光（430~470nm）吸收率远高于红外激光（1030~1090nm），因此以蓝色激光作为焊接光源能大幅提高能量利用率以及焊接过程的可控性。作为即将连接的第一金属与第二金属，其位置相互平行靠近，间隙为0～0.5毫米。蓝色激光照在第一金属与第二金属端部中心位置的光斑直径为2mm，使得第一金属与第二金属均得以照射。其在各自金属上光斑形状为半圆形，使金属表面迅速升温达到材料熔点，开始形成液态熔池，液态熔池形状也为半圆形。

如图3所示，本发明提供了一种激光焊接方法。激光焊接方法包括：

S302；对第一金属与第二金属进行预处理；

S304；设置待焊接的第一金属与第二金属，以使第一金属的待焊接表面与第二金属的待焊接表面相对设置；

S306；通过蓝色激光照射至第一金属与第二金属，以使第一金属与第二金属形成液态熔池；

S308；通过两束红外激光分别作用于第一金属上的液态熔池与第二金属上的液态熔池，以分别在第一金属上形成第一焊接匙孔和在第二金属上形成第二焊接匙孔；

S310；直至第一焊接匙孔和第二焊接匙孔扩大并融合；

其中，预处理包括将第一金属与第二金属进行端面整平、使第一金属的待焊接表面与第二金属的待焊接表面进行漆包层激光清洗。

在该技术方案中，焊接开始前，需要对第一金属与第二金属进行预处理，首先要用焊接夹具将第一金属与第二金属端面整齐，待焊接区域经过激光清洗，以去除掉漆包层实现整齐贴合；同时，对金属表面的漆包层进行清洗，避免漆包层的薄膜被激光照射后，爆炸燃烧，产生烟尘和飞溅物。

在上述技术方案中，优选地，第一金属的待焊接表面与第二金属的待焊接表面相对设置时，第一金属的待焊接表面与第二金属的待焊接表面之间的贴合间隙≤0.5mm。

在该技术方案中，在进行焊接前，第一金属的待焊接表面与第二金属的待焊接表面相对贴合设置，第一金属与第二金属待焊接表面贴合间隙需要≤0.5mm，保证蓝色激光能够同时照射两种金属，在两个金属表面产生熔池，同时并且保证熔池能够填充该间隙达到熔池结合的效果。

在上述技术方案中，优选地，蓝色激光的波长为430nm~470nm。

在该技术方案中，由于金属对波长500nm以下的蓝色激光吸收能力较强，因此采用较小功率即可在金属表面产生液态熔池，即可选择波长为430nm~470nm的蓝色激光进行焊接。

优选地，蓝色激光的功率≥500W。

在该技术方案中，限定蓝色激光的功率≥500W，其目的是为有足够的能力照射在金属表面，使产生的液态熔池具有适当大小和深度。

优选地，蓝色激光的光斑直径≥1mm。

在该技术方案中，限定蓝色激光的光斑直径≥1mm，能够覆盖第一金属与第二金属端面的间隙,同时在两种金属表面均产生液态熔池，而且产生1mm以上光斑的蓝色激光设备的价格相对便宜。

优选地，红外激光波长为1030nm~1090nm。

优选地，两束红外激光功率比例为1：1。

优选地，两束红外激光总功率≥1000W。

优选地，两束红外激光间距≥0.6mm。

在该技术方案中，由于蓝色激光产生的液态熔池深度较浅，两金属没有深度融合，大电流无法流过。需要进一步，使用高功率的红外激光进行进一步照射。红外激光较之蓝色激光，比较容易的能够获得100μm以下的聚光能力，因此对于30-50μm的小焊点，焊接宽度限制在几百μm的小型铜材，也能够从容应对。两束红外激光总功率≥1000W，能够确保熔池中产生焊接匙孔，产生较大和较深的熔池，使液态金属流动性增强，最终使两熔池结合。

优选地，通过两束红外激光分别作用于第一金属上的液态熔池与第二金属上的液态熔池的步骤，包括：通过两束红外激光分别斜向照射于第一金属上的液态熔池与第二金属上的液态熔池。

在该技术方案中，因第一金属和第二金属之间距离设置为0-0.5mm，存在空隙，红外激光的斜向照射，或者直接作用于第一金属和第二金属上，能防止空隙中的薄膜被照射后，爆炸燃烧，产生大量烟尘和飞溅物。

优选地，第一金属和第二金属至少一种的材质为铜。

优选地，第一金属和第二金属均为电机线圈中的扁线。

优选地，第一金属和第二金属的端面尺寸为2 mm×3mm。

如图4所示可知，铜材在常温下对蓝色激光（430~470nm）吸收率远高于光纤激光（1030~1090nm），因此以蓝色激光作为主要焊接光源能大幅提高焊接过程的可控性。

如图5所示，本发明中采用蓝色激光+红外激光焊接扁铜线的焊缝示意图中，可知利用蓝色激光进行扁铜线焊接时，焊接过程熔池极为稳定，无明显波动，无飞溅，孔洞产生，焊缝较为平整，一致性良好。

实施例：

下面以铜材料为例，用以介绍本发明内容。

图1(a)、图1(b) 、图1(c)是本发明实施例1中铜材料连接方法的示意图。

采用方形铜杆101作为铜材，需要连接的金属是与铜杆101形状相同的2x3毫米的方形铜杆102。

相互对接排列，间隙d=0.3mm。

加热铜棒101和铜棒102的激光对铜的吸收波长为45%～50%。

激光束为455nm，1KW蓝色激光103。

蓝色激光斑104的直径为D＝2毫米，在对接处105附近照射。

此外，在蓝色激光斑104内，在各铜杆101、102的端面附近照射波长为1070nm、焦斑尺寸为30μm的高功率红外激光106、107。

根据该配置，由红外激光106、107产生的焊接匙孔108作为热源，使匙孔108周围的铜变成液体，如图1(b)所示，对接处105的间隙d可以通过形成凝固的焊缝110来连接，以填充部分109的焊缝。图1(c)是图1(b)的A-A剖视图。

图2(a)、图2(b)、图2(c)是本发明实施例2中铜材料连接方法的示意图。

图2显示了可应用于本发明的各种形状的铜材料。图2(a)是两根铜条101、102方向成90度的情况。图2(b)是两根铜条平行的情况，两根铜条101和102的方向相同，相距较近，且端面平齐。如图2(c)所示，两根铜杆101、102呈正交方向，且铜杆102距离铜杆101两侧均有一段距离。在这两种情况下，蓝色激光103的直径为D＝2毫米，蓝色激光斑104的端面与红外激光的端面接触。在这两种情况下，蓝色激光103的蓝色激光斑104的直径为D＝2mm，此外，蓝色激光斑104内，激光发生器产生波长为1070nm、焦斑尺寸为30μm的红外激光106，107，照射在每根铜杆101、102上，并可按图1中同样的方式进行焊接。

虽然到目前为止已经用铜材料解释了金属102，但很明显，455nm波长的蓝色激光103同样可以焊接铁和铝，因为它同样比近红外光有更高的吸收率，所以也可以实现高质量的焊接。

此外，由于铜材料的导热系数非常高，所以在大尺寸的情况下，其散热性非常高，虽然熔化非常困难，但本发明是热传导和深熔焊相结合的方法。所以可以在热量逸散到周边之前将其熔化。因此，虽然上面采用的是2x3毫米的方形铜材的形状，但即使是更大的铜材、平面材料和更厚的铜板也可以焊接。另一方面，如果尺寸小于2x3mm，由于热容量小，显然可以熔接。

接下来，将利用图3(a)、图3(b)、图3(c)、图3(d)和图3(e)进一步详细说明本发明的连接原理。

图3(a)是俯视图，图3(b)是侧视图，此外，图3(c)、图3(d)和图3(e)是按焊接时间顺序显示。

首先，将端面漆包层经过激光清洗的预处理铜棒301和302，放在相互靠近的位置，它们之间的间隙为0～0.5毫米。蓝色激光103照射在预处理铜棒301和302的两端。

在预处理铜棒301和302的两侧照射的蓝色激光103的蓝色激光斑104直径D=2毫米。在蓝色激光斑104中，高功率红外激光106、107与蓝色激光103同时照射在每个预处理铜棒301和蓝色激光103的附近，通过蓝色激光103的吸收加热，红外激光106、107在蓝色激光斑104上各产生一个匙孔。

由于红外激光106、107的作用是在蓝色激光斑104上产生焊接匙孔，因此红外激光只需照射到蓝色激光斑104中的预处理铜棒301和302的两端，红外激光对预处理铜棒301和302的变化具有很强的适应性，也能实现高强度和高稳定的焊接特性。

此外，如果光斑尺寸为30μm以下的单模，焊接匙孔的生成速度可以达到毫秒级，甚至更高。

图3(c)为激光照射10毫秒后焊接匙孔304、305的液化情况。

由于红外激光106、107在匙孔内部多次反射所产生的密闭效应，且高温状态下的液体铜的吸收率从1-2%明显增加到20-30%，所以焊接匙孔304、305内部对近红外激光几乎是100%的吸收。而且由于产生了超过6000摄氏度的高温等离子体，焊接匙孔304、305本身就成了一个非常高温的热源，可以瞬间熔化附近的固体铜，并一次有效地产生大量的液态铜。

在这种情况下，由于叠加的蓝色激光斑104的预热作用，焊接匙孔304、305的开口的表面张力变得很强，开口呈喇叭状大开，使焊接匙孔304、305产生的铜蒸汽顺利排出，因此几乎不会发生因堵塞而飞溅的现象。

虽然铜与其它金属相比具有很高的导热性，热量立即逸出，但当蓝色激光104的功率上升到1KW，光斑直径为2mm时，如本实施例中，铜被加热到熔点的速度比热量逸出的速度快，可以在几十毫秒内瞬间熔化。

1KW蓝色激光103的一部分通过间隙308进入两根铜棒301和302之间，接触绝缘膜303。蓝色激光是一种低亮度激光，即使是1KW，曝光时间也很短，不到几十毫焦，所以对绝缘膜303的损害可以减少到没有问题的程度。因为碳化的过程中，薄膜的碳化程度是很高的。此外，在空隙308中，产生焊接匙孔的红外激光106、107由于没有进入空隙308，所以没有产生喷溅物。

图3(d)显示，再过几十毫秒后，由于蓝色激光103的吸收增加，熔融的液态铜变得更热，且粘度降低，变得像水一样流动，所以在重力的作用下，可以填满了305的间隙。

因为液态铜307的流动，蓝色激光103照射的区域变得更大，铜材内部的两个表面306，由于铜的高热导特性，热量很快被传导至两个表面306，并且开始变热熔化，温度极高的液体铜307能快速的扩散至两个表面306，可以得到如图（3）所示的大体积接头307.

此外，由于蓝色激光103和红外激光106、107的协同作用，在100～200毫秒内完成加工。由于其持续时间短，可以减少铜氧化作用，即使没有氮气或氩气等辅助气体，也能实现无飞溅、无空隙的高质量焊接。

另外，如果增加蓝光和近红外光的输出时序，可以实现更多的焊接效果，例如，可以先照射蓝色激光束103，后照射光纤激光束106、107，以增加预热效果，或者反之，可以延迟蓝色激光束103的照射完成，以通过热传导增加焊接量，也可以保持液态，直到匙孔304、305尖端产生的气泡完全逸出到大气中，以彻底消除吹孔。

很明显，激光功率可以根据接头材料和尺寸进行调整，不局限于上述数值。

接下来，将使用图4和图5，以及更进一步的图10和图11，它们是常规的例子，来解释本发明的发明性。

图4(a)是铜杆301和302的焊接方法的俯视图，图4(b)是焊接后的俯视图。

输出光束401有6KW、100μm的高强度近红外激光光，使铜上产生一个匙孔，匙孔反射了大部分近红外激光光。

在这种方法中，即使小于1ms，铜杆301和302之间的间隙404中的绝缘膜303上的键孔也是由近红外激光束引起的。 当薄膜被照射后，瞬间爆炸燃烧，产生大量烟尘和飞溅物。为了防止这种情况发生，加压夹具405将铜杆301、302尖端406压下，使铜杆301、302尖端接触。 控制压力的大小和位置，使其不产生间隙。

在此接触控制后，高速扫描双点407和408，使双点407和408同时击中两根铜杆301和302的端面，形成接头409。

图4(c)为焊接时的侧视图，图4(d)为焊接后A-A部分的侧视图。

虽然现在有一些方法，通过二次加工改变接头的形状，使得铜棒的尖端不会泄露激光束到涂层303上面，但是这样可能会导致加工麻烦，成本大幅度上涨等问题，导致产品竞争力下降的问题。

上述传统方法需要复杂的焊接工艺，还存在以下诸多问题。

(1)在扫描过程中，用于产生匙孔的近红外激光光会立即冷却导热铜。 因此，需要4～6KW的大功率激光。

（2）对于30-50μm的小焊点，焊接宽度一般被限制在几百μm内，熔融后的焊点体积小，不能承受后期的大电流应用。所以的焊点尺寸需要大于100μm，因此也需要4-6KW的近红外激光器，然而该系统必须非常昂贵和规模庞大。

(3)用于加热匙孔周围区域的激光403最多只被铜表面的百分之几吸收。 由于加热不充分，预热时减少飞溅物的效果很低，无法防止飞溅物的发生。为了防止飞溅物造成的短路，必须进行全面检查。

(4)由于加热匙孔周围区域的激光403的缓冷效果也很低，熔融的铜在金属蒸汽逸出之前会迅速凝固， 难以避免气孔等焊接缺陷 ．

（5）铜的强烈反射使6KW激光束的大部分能量被散射到周围区域，设备还需要采取复杂的遮挡措施，以防止激光打到产品上。

（6）为了减少铜的反射，有一种对铜有很好吸收的绿色激光，是经过波长转换的。但是，在没有预热的情况下，也会产生飞溅物。 因此，具有预热效果的双纤芯绿光激光器似乎正在研发，但一直没有成功，预计它将变得更加复杂和昂贵。

（7）同样的，铜吸收率较高的蓝光半导体激光器，也有使用WBC（波长合束技术）的公司推出KW级的100um高亮度蓝光激光器，但是和高亮度绿光激光器一样，虽然吸收率很高，但是飞溅的问题同样存在。

还有一种方法是使用高功率的蓝色激光器，利用热传导焊接的方法来避免飞溅。但是，存在一个问题，就是由于匙孔的穿透力较浅，无法形成大体积的焊接区域，导致无法适应后端的大电流应用。

本发明通过图3(a)、图3（b）、图3（c）、图3（d）、图3（e）所示的配置和原理，解决了上述(1～7)的所有常规问题，而且，即使是间隙更大的焊接应用，也可以高质量地在0.1～0.3秒的短时间内完成焊接，且焊后体积大，焊接强度高，导电率好，更好的满足后端的应用。

对于以上7个问题，对仅使用蓝色激光器的常规例子的问题进行详细说明。

图5（a）是单束蓝光焊接的常规案例的侧视图，单侧材料是宽度约1-2mm的小铜棒，图5（b）是焊接过程的侧视图。由于1mm的蓝色激光束103的强度较低，两根薄的剥蚀铜棒501、502之间的空隙，即使绝缘子503有所损坏，也跟之前提到的一样，是在可以接受的范围内。即使间隙也有0-0.5mm，任然能形成一个圆润的凝固段504，这就使得良好的铜杆焊接成为可能。

传统的蓝色、绿光激光器在千瓦级时很难聚焦到100μm以下。 它的价格非常昂贵，因为它需要一个复杂的光学系统。 另一方面，本发明中使用的约1mm的低亮度蓝色激光器可以用简单的光学器件和高效制造，消除了简单与质量改进之间的矛盾。

此外，还可以提高焊接速度，无需通过识别进行高精度、实时、精确的位置修正，从而大大提高了生产效率和性价比。

另外的焊接方法详细如下：

方法一，如图6所示，蓝色激光束603环绕一个光斑的光纤激光束601。

光纤激光束601通过斜向照射，不会直接击中间隙中的涂层部分605。

依次移动601、602、603，焊接效果好，涂层部分605不会损坏。

方法二：如图7（a）和图7(b)所示，光纤激光束701在蓝色激光束104内部移动。实现了两根分离的铜棒301和302两端的704和705表面的焊接。这也是蓝光激光束和光纤激光束一起应用的方法。通过一定角度照射，光纤激光束701不会直接照射到间隙中的涂层706。光纤激光束701可以按照701、702和703的顺序移动，而不会损坏涂层部分706，实现了高质量的焊接。因为光束移动的时候，匙孔也跟着移动，所以也可以实现图4一样的效果。

方法三：如图8（a）和图8(b)所示，光纤激光束801在蓝色激光束104中旋转，使两个分离的铜杆301、302的端面804、805表面实现焊接。同样，通过一定角度照射，光纤激光束801不会直接照射到间隙中的涂层806，而不会损坏涂层部分706，实现了高质量的焊接。

这些模式可以解决上述1-6的所有常规问题。

虽然本发明的方法和装置已经以有限的方式描述了铜材料和金属的接触或缝隙中的连接，但本发明由于蓝色光加热对除铜以外的大多数金属都有很强的吸收能力，所以可以适用于铜以外的金属，如铁、黄铜等，也可以适用于相同或不同种类的金属。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。

Claims (9)

1.一种激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接方法包括：

设置待焊接的第一金属与第二金属，以使所述第一金属的待焊接表面与所述第二金属的待焊接表面相对设置；

通过蓝色激光照射至所述第一金属与所述第二金属，以使所述第一金属与所述第二金属形成液态熔池；

通过两束红外激光分别作用于所述第一金属上的所述液态熔池与所述第二金属上的所述液态熔池，以分别在所述第一金属上形成第一焊接匙孔和在所述第二金属上形成第二焊接匙孔；

直至所述第一焊接匙孔和所述第二焊接匙孔扩大并融合；

所述第一金属和所述第二金属外均包覆有绝缘膜；

所述第一金属的待焊接表面与所述第二金属的待焊接表面相对设置时，所述第一金属的待焊接表面与所述第二金属的待焊接表面之间的贴合间隙≤0.5mm。

2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述通过蓝色激光照射至所述第一金属与所述第二金属，以使所述第一金属与所述第二金属形成液态熔池表面的步骤，包括：

通过蓝色激光照射至所述第一金属与所述第二金属的端面的中心位置；

在所述第一金属与所述第二金属的端面形成半圆形的液态熔池。

3.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，在所述设置待焊接的第一金属与第二金属，以使所述第一金属的待焊接表面与所述第二金属的待焊接表面相对设置的步骤之前，还包括：

对所述第一金属与所述第二金属进行预处理；

所述预处理包括将所述第一金属与所述第二金属进行端面整平、使所述第一金属的待焊接表面与所述第二金属的待焊接表面进行漆包层激光清洗。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，所述蓝色激光的波长为430nm～470nm；和/或

所述蓝色激光的功率≥500W；和/或

所述蓝色激光的光斑直径≥1mm。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，所述红外激光波长为1030nm～1090nm；和/或

两束所述红外激光功率比例为1：1；和/或

两束所述红外激光总功率≥1000W；和/或

两束所述红外激光间距≥0.6mm。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，所述通过两束红外激光分别作用于所述第一金属上的所述液态熔池与所述第二金属上的所述液态熔池的步骤，包括：

通过两束红外激光分别斜向照射于所述第一金属上的所述液态熔池与所述第二金属上的所述液态熔池。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，

所述第一金属和所述第二金属至少一种的材质为铜。

8.根据权利要求7所述的激光焊接方法，其特征在于，

所述第一金属和所述第二金属均为电机线圈中的扁线。

9.根据权利要求8所述的激光焊接方法，其特征在于，

所述第一金属和所述第二金属的端面尺寸为2mm×3mm。