[發明專利]強勁反應冶金接合

在審

• 申請號: 201910347828.7
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN110508958A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 王宏亮;S·R·瓦格納;R·C·索科爾;J·G·施羅特
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02
• 代理公司: 44205 廣州嘉權專利商標事務所有限公司
• 代理人: 林偉峰<國際申請>=<國際公布>=<進入

公開了一種焊接組件和反應冶金焊接方法。該組件包括通過至少兩個重疊的焊接接頭附接在一起的第一金屬工件和第二金屬工件。重疊的焊接接頭為反應冶金接合(RMJ)焊接接頭，并且每個重疊的焊接接頭與另一重疊焊縫重疊10?75％。焊接的方法包括提供處于第一和第二工件之間并與之接觸的反應材料。在第一位置，工件和反應材料被擠壓在一起、加熱并保持在第一和第二工具之間，以在工件之間形成第一RMJ焊接接頭。然后，在第二位置，工件被擠壓在一起、加熱并保持在工具之間，以形成與第一RMJ焊接接頭重疊的第二RMJ焊接接頭。

技術領域

本公開總體涉及焊接工藝，并且更具體地涉及用于接合金屬或金屬合金(諸如鋁、銅或其合金)的工件的反應冶金焊接工藝。

引言

諸如鋁合金或銅合金的金屬的接合較復雜，因為快速形成的氧化物層的存在以及它們固有的高導電性和導熱性。電阻點焊可能比較困難，并且需要制備工件表面、高電流、高壓力，以及以機械上良好對準且穩定的電極。由于鋁工件合金與銅電極之間的反應或將銅工件合金焊接到銅電極，短壽命的電極較常見。當焊接薄工件時，這種相互作用最大，因為電極-工件接觸點接近接合界面處產生的最高溫度。鋁工件之間的最終焊接可以具有較高強度，但在某些情況下，具有較差的高周疲勞性能。

用于車輛應用的鋰電池需要將電池單元接合到導體或匯流條的過程。電池單元通常使用薄鋁板和銅板作為電極基板，也稱為集電器。這些電極板包含延伸部(被稱為接線片)，其延伸到電池包袋的外部并用于在電池組裝期間將電極板接合到銅導體或匯流條。電池結構中常用兩種類型接線片材料：鋁和銅。在一些情況下，銅接線片和/或銅導體可以涂覆薄鎳層，以增強耐腐蝕性和接合，而鋁接線片可涂覆陽極氧化層。

由于一些原因，將薄接線片材料接合到更厚的銅導體比較困難。首先，堆疊可能需要將幾個分離的金屬片一次性完成接合，例如，將三個分離的接線片接合到一個導體上。其次，堆疊中的一個包括已知形成脆性金屬間化合物的金屬組合物，即銅和鋁可形成CuAl₂。第三，導體總線通常比接線片厚得多，諸如兩倍厚甚至五倍厚或以上。

超聲焊接已經用于該應用并取得了一些成功。它能夠接合異種金屬，并且能夠接合在板厚度方面具有明顯差異的材料。然而，在對包含兩個以上的板的堆疊進行接合時存在相當大的困難，因為超聲波能量(即平行于板表面的振動)不能很好地跨越多個板界面傳遞。頂板可以與超聲波能量源很好地耦合，因為它與超聲變幅桿或砧座直接接觸。因此，它與相鄰的板反應強烈。然而，堆疊中位于較下的板(包括導體棒)不能盡可能多的接收超聲能量，并且最終的焊接可能不夠牢固。

還使用了諸如螺釘或鉚釘等機械緊固件。它們依靠非常低的接觸電阻來實現良好的導電性。然而，通過表面污染物(例如氧化物)的堆積或通過緊固件的劣化接觸電阻隨著時間劣化。

也可以使用釬焊接頭。然而，使用具有助熔劑的焊料(特別是對于鋁)可能導致形成腐蝕性焊藥殘余物，如果不通過清潔操作去除，則該殘余物隨著時間推移使周圍材料或接頭劣化。這些操作增加了成本，在某些情況下，根據組裝順序可能無法實現。