本公開涉及一種金屬板激光焊接夾具以及一種使用該金屬板激光焊接夾具來連接金屬板的方法。

背景技術(shù)：

激光焊接是用于通過使用激光束來連接多個金屬板的技術(shù)。激光束提供聚集的熱源，允許窄的、深的焊接以及高的加熱速率和冷卻速率。在許多應(yīng)用中，為了形成適當(dāng)?shù)暮附?，金屬板必須沿著激光焊縫的整個長度對齊并且連續(xù)接觸。為了實現(xiàn)對齊，已經(jīng)設(shè)計了多種焊接夾具。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

公開了一種金屬板激光焊接夾具。所述夾具包括具有激光焊接部的激光波長透明體。激光焊接部包括上實體部，所述上實體部用于將激光波長透射至下腔部，下腔部用于在激光焊接操作過程中與金屬板相互作用。下腔部可具有沿其長度的軸向方向。下腔部具有沿其長度的輪廓。下腔部的輪廓沿著下腔部的輪廓的長度可以是不變的。下腔部的輪廓可以是大致半圓形輪廓。下腔部的輪廓可以是梯形輪廓。下腔部可具有包括突起的表面，所述突起的長度可以是大約0.1μm至大約0.015mm。金屬板激光焊接夾具可包括接觸激光焊接部的上實體部的表面的防反射材料。激光焊接部可包括低吸收性材料。

在另一實施例中，公開了一種金屬板激光焊接夾具。所述激光焊接夾具可包括具有激光焊接部和多個圍壁的激光波長透明體。激光焊接部可包括上實體部，所述上實體部用于將激光波長透射至下腔部，所述下腔部用于在激光焊接操作過程中與金屬板相互作用。激光焊接部還可包括從下腔部延伸至所述多個圍壁中的一個或更多個的一個或更多個通道。下腔部和所述一個或更多個通道均可具有沿其長度的輪廓。下腔部和所述一個或更多個通道的輪廓可以是不變的。下腔部和所述一個或更多個通道均可具有沿其長度的軸向方向。下腔部和所述一個或更多個通道的軸向方向可以是對齊的。所述一個或更多個通道可包括一個或更多個互連通道。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種金屬板激光焊接夾具，包括：激光波長透明體，具有激光焊接部和多個圍壁，激光焊接部可包括上實體部，所述上實體部用于將激光波長透射至下腔部，所述下腔部用于在激光焊接操作過程中與金屬板相互作用；一個或更多個通道，從下腔部延伸至所述多個圍壁中的一個或更多個。

公開了一種激光焊接多個金屬板的方法。所述方法可包括如下步驟：利用具有透明體和腔的夾具壓緊多個金屬板；使激光通過透明體和腔透射在所述多個金屬板上以在所述多個金屬板的焊接位置處形成焊縫。透明體是激光波長透明體。透射的步驟可從多個金屬板形成液態(tài)金屬飛濺。透射的步驟還可包括將液體金屬飛濺容納在腔中。透射的步驟可在腔中產(chǎn)生氣體，并還包括從腔排出氣體。排氣的步驟可包括使氣體通過一個或更多個通道從腔排出。

附圖說明

圖1描繪了根據(jù)一個或更多個實施例的激光焊接夾具和將被焊接的多個金屬板的透視示意圖；

圖2A描繪了圖1的激光焊接夾具的側(cè)視圖，描繪了可供選擇的輪廓；

圖2B描繪了圖1的激光焊接夾具的側(cè)視圖，描繪了可供選擇的輪廓和可供選擇的板厚度；

圖3描繪了根據(jù)一個或更多個實施例的具有腔和多個通道的夾具的透視示意圖；

圖4示出了圖3的夾具的仰視圖；

圖5A示出了根據(jù)一個或更多個實施例的夾具和在相對側(cè)上交疊的多個板的示意性側(cè)視圖；

圖5B示出了根據(jù)至少一個實施例的夾具和在相同側(cè)上交疊的多個板的示意性側(cè)視圖；

圖6A示出了根據(jù)一個或更多個實施例的夾具的具有部分延伸通過下腔部的長度的腔的透視示意圖；

圖6B描繪了圖6A的夾具的仰視圖；

圖6C描繪了圖6A的夾具的包括多個通道的可選實施例的仰視圖。

具體實施方式

在此描述了本公開的多個實施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，公開的實施例僅僅為示例并且其它實施例可采取各種和可替代的形式。附圖不一定按比例繪制；一些特征可被放大或最小化以顯示特定部件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種方式利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，參考任一附圖說明和描述的各種特征可與一幅或更多幅其它附圖中說明的特征結(jié)合，以產(chǎn)生未明確說明或描述的實施例。說明的特征的組合提供了用于典型應(yīng)用的代表性實施例。然而，可能期望與本申請的教導(dǎo)一致的特征的各種組合和變型用于特定應(yīng)用或?qū)嵤┓绞健?/p>

除非明確地指明以外，否則在本描述中指示尺寸或材料特性的所有數(shù)值量都應(yīng)被理解為由詞語“大約”來修飾，以描述本公開的最寬的范圍。

首字母縮略詞或其它縮寫的首次限定適用于在說明書中所有后續(xù)使用的相同縮寫，并且經(jīng)適當(dāng)?shù)男薷倪m用于最初限定的縮寫的正常語法變化。除非明確地規(guī)定為相反的以外，否則屬性的測量值通過與之前或之后說明同一屬性相同的技術(shù)來確定。

激光焊接是用于使用激光束來連接多個金屬板的高能過程。激光束目標(biāo)在于焊接接合表面。在焊接接合的表面上，光能的聚集轉(zhuǎn)化成熱能。然后，出現(xiàn)表面熔化并且通過熱傳導(dǎo)而進(jìn)行焊接接合。為了在特定應(yīng)用中獲得足夠的機(jī)械焊接特性，金屬板應(yīng)沿著激光焊縫的整個長度連續(xù)接觸并精確對齊，從而避免金屬板之間的間隙，該間隙會導(dǎo)致焊接強度不足。已研發(fā)了多種激光焊接夾具來保持金屬板彼此接觸。示例性的激光焊接夾具是在第4,847,467號美國專利中的夾具，其公開的內(nèi)容通過引用而包含于此。

先前設(shè)計的夾具具有多個缺點。例如，這些夾具不能應(yīng)對焊接位置處形成的焊接飛濺(噴濺)。飛濺是指從焊接位置噴出的熔融金屬液滴。因為飛濺的液滴會導(dǎo)致焊接缺陷，所以對減少在激光焊接期間(尤其是在脈沖激光焊接期間)的飛濺存在極大的興趣。焊接缺陷可包括未焊滿、咬邊、密集氣孔、弧坑、氣孔或爆裂，全部的這些焊接缺陷都會對焊縫的機(jī)械特性有不利的影響。對于焊接飛濺的典型的建議性方案涉及降低功率、降低焊接溫度、增大噴嘴距離(nozzle stand-off)、使激光束散焦、改變脈沖波形或調(diào)節(jié)氣壓以降低焊接的功率密度。然而，這些方案已被證明是不合適的，這是因為它們會限制可達(dá)到的焊接速度或焊透深度和/或?qū)е聝H部分防止噴濺形成。

先前設(shè)計的激光焊接夾具在焊接期間還不能充分地應(yīng)對排氣。在激光使焊接位置的金屬材料和/或各種雜質(zhì)蒸發(fā)時會形成氣體。在焊接過程中諸如鋁合金的某些物質(zhì)會排出氣體并會導(dǎo)致焊接位置處不令人期望的形成氣泡、氣孔和裂縫。這種形成由于潛在地?fù)p害焊接的質(zhì)量因而是不希望的。

期望開發(fā)一種能應(yīng)對焊接位置處的飛濺的形成和/或提供用于焊接位置的排氣的激光焊接夾具。還將期望提供一種將允許激光束聚焦的靈活性增加的夾具，這將不會限制可達(dá)到的焊接速度或不需要降低功率密度。

根據(jù)一個或更多個實施例，提供了一種透明的激光焊接夾具，其包括具有激光焊接部的激光波長透明體(laser wavelength transparent body)。激光焊接部包括上實體部和下腔部。上實體部使激光波長透射至下腔部。下腔部在激光焊接過程中與金屬板相互作用、使飛濺包含在腔部中和/或提供排氣。在此公開的實施例還提供一種利用本公開的夾具進(jìn)行激光焊接的過程。

圖1描繪了具有激光波長透明體12的激光焊接夾具10的非限制性示例，該激光波長透明體12具有激光焊接部14。激光波長透明體12由使工作的激光波長能夠通過激光焊接部14透射至焊接位置16的材料制成。對于不同激光的工作波長(operational wavelength)，夾具10的激光波長透明體12可以是透明的。

每種激光的工作波長取決于激光增益介質(zhì)。增益介質(zhì)是由向激光系統(tǒng)提供能量的泵浦源(pump source)激發(fā)的材料。被激發(fā)的增益介質(zhì)產(chǎn)生自發(fā)的和受激的光子發(fā)射，這致使光增益或光放大。增益介質(zhì)的化學(xué)成分決定激光的工作波長。增益介質(zhì)可包括諸如染料激光的液體，其中，染料的化學(xué)成分決定工作波長。該液體可以是有機(jī)化學(xué)溶劑，諸如包含染料(諸如香豆素、羅丹明、熒光素)的甲醇、乙醇、乙二醇。增益介質(zhì)可包括諸如CO₂、Ar、Kr的氣體和/或諸如He-Ne的氣體混合物。增益介質(zhì)可以是諸如Cu、HeCd、HeHg、HeSe、HeAg或Au的金屬蒸汽。增益介質(zhì)可包括諸如晶體和玻璃的固體(通常摻雜有諸如Cr、Nd、Er或Ti離子的雜質(zhì))。固態(tài)晶體可包括YAG(釔鋁柘榴石)、YLF(釔鋰氟化物)、LiSAF(鋰鍶鋁氟化物)或藍(lán)寶石(氧化鋁)。摻雜有雜質(zhì)的固態(tài)增益介質(zhì)的非限制性示例包括Nd:YAG、Cr:藍(lán)寶石、Cr:LiSAF、Er:YLF、Nd:玻璃或Er:玻璃。增益介質(zhì)可包括具有均勻的摻雜劑分布的半導(dǎo)體或具有不同摻雜劑水平的材料，其中，電子的運動導(dǎo)致激光作用。半導(dǎo)體增益介質(zhì)的非限制性示例可包括InGaAs、GaN、InGaN或InGaAsP。

因為工作波長取決于增益材料的成分，所以不同類型的激光的工作波長明顯不同。因此，夾具10由對于在特定應(yīng)用中使用的激光的工作波長來說是可透射的材料形成。激光波長透明體12對于從大約238nm至大約10.6μm的一個或更多個激光波長來說可以是透明的。激光波長透明體12能夠透射遠(yuǎn)紫外光譜、近紫外光譜、可見光譜、近紅外光譜和/或遠(yuǎn)紅外光譜中的激光波長。下面的表1列出了激光波長透明體12能夠透射的示例性激光的工作波長。

表1：示例性的激光及其工作波長

對所使用的激光的工作波長來說是透明的任何材料可用于生產(chǎn)激光波長透明體12。示例性的非限制性材料可包括各種光學(xué)材料，諸如具有低折射率的硼硅酸鹽玻璃或硼硅酸鹽冕玻璃、石英(二氧化硅)、熔融石英(合成的非晶態(tài)二氧化硅)、紅外級氟化鈣、氟化鎂、硒化鋅、各種類型的陶瓷等。材料可以是非晶態(tài)的或晶態(tài)的。期望的是材料基本上不含各種雜質(zhì)、裂紋、氣泡和夾雜物(會干涉激光波長通過夾具10的透射率)。

材料可具有大約1.46至大約1.8或更高的高折射率均一性。折射率指當(dāng)光經(jīng)過光學(xué)材料時光變慢多少的比率。材料可以是相對較硬的，這是因為硬度在將材料制成特定形狀期間會有影響，其不僅影響生產(chǎn)成本，還影響光學(xué)材料的耐久性。材料的硬度可以為根據(jù)莫氏硬度分度法的大約6-7或更大、根據(jù)努氏硬度測試測量的大約800kgf/mm²至820kgf/mm²、或者根據(jù)維氏硬度測試測量的大約950kgf/mm²至1000kgf/mm²或更大。材料應(yīng)具有足夠的硬度，使得夾具10能夠在金屬板18上反復(fù)地施加足夠的壓力以使其被恰當(dāng)?shù)睾附?。相對硬度還影響材料的抗劃傷性。材料可顯示良好的抗劃傷性、良好的耐機(jī)械沖擊和熱沖擊性和/或具有總體上較高的損傷閾值。材料對輻射(尤其是紫外輻射)的累積性暴露可具有良好抗性。材料可以是熱穩(wěn)定的并具有在20℃時測量的大約0.54×10^-6K^-1至大約3.2×10^-6K^-1或更低的相對低的熱膨脹系數(shù)。材料可具有在20℃時測量的大約1W/mK至大約1.46W/mK的導(dǎo)熱系數(shù)。在一個或更多個實施例中，材料對各種化學(xué)物質(zhì)(諸如氟)可具有良好的耐化學(xué)性。材料可具有相對低的密度，以至于不會致使夾具10太重。示例性的材料密度可以從大約1g/cm³或更低至大約3g/cm³或更高。

材料應(yīng)對于所使用的激光的工作波長具有優(yōu)異的透射率，諸如大約至少70％或更多、80％或更多、90％或更多、或者95％或更多。材料可具有低吸收系數(shù)，低吸收系數(shù)使材料適合于與高功率激光一起使用。材料的示例性的吸收系數(shù)可以為在190nm時測量的大約0.01cm^-1至大約0.05cm^-1，或者為在2800nm時測量的大約0.03cm^-1至大約0.07cm^-1。材料可具有更窄或更寬的波長范圍，諸如從遠(yuǎn)紫外光譜至遠(yuǎn)紅外光譜或這二者之間的任何期望范圍。

取決于特定應(yīng)用，激光波長透明體12和激光焊接部14可具有各種形狀、尺寸和構(gòu)造。激光波長透明體12和激光焊接部14的截面可以是但不限于正方形、矩形、三角形等。激光波長透明體12和激光焊接部14的截面可以是有角度的、規(guī)則的、不規(guī)則的等。激光波長透明體12和激光焊接部14可具有任何形狀，只要夾具10能夠透射激光波長即可。

在至少一個實施例中，如圖1所描繪的，激光焊接部14包括上部20和下部22。上部20可以是實體的。上部20使激光波長透射至下部22。當(dāng)激光束24接觸夾具10時，激光束24與上部20的頂表面26相互作用。

下部22包括腔28以形成下腔部30。腔28位于焊接位置16之上。在至少一個實施例中，在一個腔28下方設(shè)置兩個或更多個焊接位置16是可能的?；蛘?，下腔部30可包括位于不止一個焊接位置16之上的不止一個腔28。

如在圖1至圖5中可以看到，下腔部30可具有沿其長度或其長度的一部分的輪廓。輪廓沿著下腔部30的長度限定將在夾具材料中形成的形狀的外形。輪廓可具有任何的尺寸、形狀和構(gòu)造。輪廓可以是但不限于半圓形、半卵形、半橢圓形、正方形、梯形、三角形、矩形、類平行四邊形、菱形、偏菱形、不規(guī)則四邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形、九邊形、十邊形或具有不止十個側(cè)邊的形狀。例如，輪廓可具有曲邊側(cè)并且成形為曲邊矩形、曲邊正方形、曲邊梯形等。輪廓可具有圓形的邊緣或尖的邊緣。腔28的輪廓可有助于在準(zhǔn)確性方面增加靈活性，從而激光束24必須被指向焊接位置16。例如，圖1中描繪的半圓形輪廓、圖2A中描繪的曲邊矩形或圖2B中描繪的梯形輪廓允許激光束24瞄準(zhǔn)焊接位置16的不止一個點，同時實現(xiàn)得到的焊縫32的令人滿意的質(zhì)量。

在一個或更多個實施例中，下腔部30可具有沿其長度的軸向方向。包括腔28的下腔部30可延伸至一個或更多個圍壁(perimeter wall)34。腔28可延伸通過夾具10的整個長度?；蛘撸?8可僅延伸穿過夾具10的一部分，使得腔不延伸至任何圍壁34。這種腔28可具有任意的輪廓，如上所列舉的。例如，腔28可僅位于下腔部30的中央部分，并具有半圓形輪廓以形成能夠在腔內(nèi)容納飛濺的圓頂，如圖6A和圖6B中所示的。

激光束24可以是產(chǎn)生點焊縫的點激光束，如圖6A所描繪的?；蛘撸す馐?4可沿著金屬板堆18的長度行進(jìn)，如圖1所描繪的。腔28具有容納焊接位置16處的激光束24的寬度w_l的尺寸。如圖2A所示，腔28的寬度可以和與焊接位置16相互作用的激光束24的寬度w_l一樣?；蛘?，如在圖2B中可見的，腔的寬度可比與焊接位置16相互作用的激光束24的寬度w_l寬。與焊接位置16相互作用的激光束24的寬度w_l可計算為激光束24的焦點尺寸。激光束24的寬度w_l的尺寸可以是從大約千分之幾英寸至百分之幾英寸、從大約0.1mm至大約0.8mm或大約0.2mm至大約0.4mm。

在至少一個實施例中，腔28具有超過焊接位置16處的焊縫的寬度w_w的寬度w_c。腔28的寬度w_c可超過焊接位置16處的焊縫32的寬度w_w大約1％至大約500％或更多、大約50％至大約250％、大約100％至大約175％。腔的寬度w_c可以是焊接位置16處的焊縫32的寬度w_w的大約1.5倍、2倍、5倍或10倍或者更多。焊縫32的寬度w_w可以是大約0.2mm至2mm。腔28的寬度w_c可以是大約0.3mm至20mm?；蛘?，焊縫的寬度w_w可超過焊接位置16處的腔的寬度w_c大約小于1％至大約50％或更多。

腔具有這樣的寬度w_c和高度h_c：它能防止飛濺的液滴33在焊接位置16形成未焊滿、咬邊、密集氣孔、裂紋、弧坑、氣孔或爆裂和/或提供足夠的空間使得來自焊接位置16的氣體可從焊縫32有效地釋放。腔28可實現(xiàn)防止噴濺和排氣的雙重功能或僅實現(xiàn)這些功能中的一者。腔28的形狀和尺寸將決定這一點。例如，形成在下腔部30的中央部分中的圓頂形的腔28(如圖6A和圖6B所描繪的)可防止噴濺形成，而延伸夾具10的整個長度的腔28(如圖1至圖5所描繪的)可防止噴濺并提供至少一個排氣路徑。

為了進(jìn)一步促進(jìn)排氣，夾具10的下腔部30可包括一個或更多個通道36，通道36從下腔部30延伸至多個圍壁34中的一個或更多個。一個或更多個通道36為在焊接位置16處形成的氣體提供排出路徑。一個或更多個通道36可為焊接位置16處形成的氣體提供唯一的排出路徑(諸如在圖6C中)，或者還在氣體可通過腔28排出時提供額外的排氣通道(諸如在圖1至圖5中)。

一個或更多個通道36具有沿其長度的輪廓。一個或更多個通道36的輪廓可具有如上所述的腔輪廓的形狀中的一種。一個或更多個通道36的輪廓可與腔28的輪廓基本上相同或不同。下腔部30的輪廓和一個或更多個通道36的輪廓可以是不變的，但不必須是不變的。在至少一個實施例中，通道36中的至少一些通道具有與其余通道36不同的輪廓。下腔部30和一個或更多個通道36均可具有沿其長度的軸向方向。下腔部30和一個或更多個通道36的軸向方向可以對齊但不必須對齊。在一個或更多個實施例中，一個或更多個通道36可包括一個或更多個互連通道38。互連通道38可與具有與互連通道38相同或不同的尺寸的多個額外的通道連接。互連通道38可形成格子(lattice)。在至少一個實施例中，如圖4所描繪的，下腔部30的一部分可包括互連通道38，而另一部分可包括一個或更多個通道36?；蛘?，整個下腔部30可包括互連通道38?；蛘撸麄€下腔部30可包括一個或更多個通道36。

為了提供工作波長的優(yōu)異的透射率，可期望夾具的至少一些表面具有平滑表面(其為平坦的、沒有脊、沒有不平、沒有突起、沒有突變或沒有隆起)。表面可以是粗糙的并包括長度可能為大約0.1μm至大約0.015mm的突起。在這個范圍內(nèi)的表面粗糙度在激光與夾具10的上部的頂表面26、腔的內(nèi)表面27或這二者相互作用時尤其有用。在這個范圍內(nèi)的粗糙度提供基本上沒有突起和雜質(zhì)(會轉(zhuǎn)移激光束、使激光束失焦或吸收激光束)的表面?？墒褂酶鶕?jù)MIL-PRF-13830B的劃痕-麻點性能標(biāo)準(zhǔn)(其通過引用而全部包含于此)來評定夾具的表面質(zhì)量，并因此評定其粗糙度。在受控制的光照條件下，通過將被評定的表面上的劃痕與一組標(biāo)準(zhǔn)劃痕進(jìn)行比較來確定劃痕設(shè)計。麻點設(shè)計與表面中的小的凹點有關(guān)并被計算為以微米乘以10為單位的凹點的直徑。因此，夾具表面應(yīng)具有大約80-50的劃痕-麻點標(biāo)準(zhǔn)(這被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量)、大約60-40的劃痕-麻點標(biāo)準(zhǔn)(這被認(rèn)為是精度質(zhì)量)或大約20-10的劃痕-麻點標(biāo)準(zhǔn)(這被認(rèn)為是高精度質(zhì)量)。

因為所有的金屬(尤其是諸如金、銀、銅和鋁)都會在某些程度上反光，所以金屬板18會難以焊接，通常需要從高能尖脈沖獲得極強的能量。選擇具有較短的工作波長的激光(諸如1.06μm工作波長的Nd:YAG激光，其比諸如10.6μm的較長工作波長的CO₂激光更易于被吸收)使得某些激光更適于焊接高反射性金屬板18。此外，吸光材料(諸如石墨)可應(yīng)用于焊縫32的接合表面以降低金屬板18的反射性。吸光材料可被用作涂層。根據(jù)所使用的激光的工作波長來選擇吸光涂層。示例性的吸光材料可具有在紫外光譜、可見光譜和紅外光譜內(nèi)的任何位置的峰值波長。

或者，在一個或更多個實施例中，可期望在夾具10的至少一個表面上設(shè)置一個或多個低吸收性、低折射性和/或防反射性層40或使夾具10的至少一些部分(諸如上部20、下部22、激光焊接部14或上述部分的組合)由具有低吸收性、低折射性和/或防反射性特性的材料制成，以獲得優(yōu)異的透射性(諸如超過大約90％)。圖2B示出了接觸激光焊接部14的上實體部20的表面的防反射材料層40。圖3另一方面示出了包括低吸收性材料40的激光波長透明體12。低吸收性材料可具有大約0-50％的吸收性。制成激光焊接部14的材料的類型將確定對低吸收性、低折射性和/或防反射性的層的需求。具有低的折射率的材料(諸如氟化鎂)可能不需要防反射層。在另一方面，諸如硒化鋅的材料(其具有高的折射率)可能需要防反射層來獲得高透射性。示例性的防反射性涂層可包括對激光焊接部14的工作波長具有小于0.25％至1.5％的反射率R_ave的材料。

如上所述，夾具10足夠硬以向金屬板18提供足夠的夾緊壓力。如果金屬板18對齊且被壓緊為保持對齊，則產(chǎn)生足夠的壓力以在焊接位置16處產(chǎn)生基本上無間隙的連接。如果在焊接過程中金屬板18保持對齊，則夾緊力是足夠的。在焊接操作過程中金屬板18缺少緊密接觸會降低導(dǎo)電焊接的總面積，這是不利的，特別是在一些應(yīng)用中。這些應(yīng)用包括但不限于需要在大約10秒內(nèi)以大約500安培充電而不產(chǎn)生局部瞬時熱的事件(諸如，高電壓電池的DC快速充電)的應(yīng)用。如果在堆疊的激光焊接的板之間不出現(xiàn)大于大約50μm的間隙，則金屬板18的堆基本上無間隙。對于預(yù)期的目的，大于大約50μm的間隙會導(dǎo)致沿著焊縫32的長度使焊縫32的機(jī)械性能降低以及受損的焊接質(zhì)量。

金屬板18可位于夾具10和基板42之間。基板42可由多種材料制成，諸如公開的用于金屬板18自身的材料(下面提到的)?；?2可由需要比金屬板18高的溫度熔化的材料制成?；?2必須足夠硬并具有抗溫性以承受激光焊接過程而不會破裂。期望基板42是不變形的?；?2可附著到固定裝置以在焊接過程中防止其移動并因此防止金屬板18不對齊。

通過激光焊接連接的金屬板18可具有多種尺寸。示例性的金屬板18可具有小于大約0.2mm至大于大約0.8mm的厚度。金屬板18可以是箔。夾具10可用于連接具有相同厚度的一個或更多個金屬板18(如能從圖1和圖2A中觀察到的)，或者可用于連接具有不同厚度的一個或更多個金屬板18(如圖2B和圖3中所示出的)。夾具10還可用于微電子的微型焊接。因此，金屬板18可具有微尺度級的尺寸。

取決于特定應(yīng)用，金屬板18的材料可不同。一個或更多個金屬板18的示例性材料包括但不限于鋁、銀、金、銅、錫、鎳、鈦、諸如不銹鋼的鋼等，或者它們的合金。雖然提到的板18是作為金屬板18，但預(yù)期夾具10能用在包含諸如熱塑性塑料的其它材料的板的激光焊接過程中。

本公開的夾具10和相關(guān)方法可用于在各種應(yīng)用(諸如醫(yī)療設(shè)備、生物科技、電子學(xué)、汽車工業(yè)、航空航天、替代能源/光電)中連接板18。夾具10的示例性使用可以是在高電壓電池的極耳與極耳焊接和極耳與匯流條焊接中。夾具10的非限制性示例性使用可以是用于電池電動車輛的高電壓電池中的電端子的激光焊接。預(yù)期使用本公開的夾具10將可對包括小于0.2mm的厚度的多個板18的金屬板18堆進(jìn)行激光焊接。由此產(chǎn)生的激光焊接電池單體極耳可替代電池超聲波焊接的金屬板堆。雖然在與超聲波焊接比較時，本公開的方法可能需要相對較高的先期成本，但是本方法可由于較快和高度重復(fù)的激光束定位而導(dǎo)致較低的單位成本以及比超聲波焊接低的維護(hù)成本。夾具10及其相關(guān)的使用方法也可用于燃料電池應(yīng)用，諸如在焊接用于燃料電池的金屬分隔件時。這種應(yīng)用可能需要在大約0.15mm寬的區(qū)域上的窄的凹部進(jìn)行焊接。

本公開還提供一種通過利用夾具10壓緊金屬板18來對多個金屬板18進(jìn)行激光焊接的方法，其中，夾具10具有激光波長透明體12和腔28。壓緊的步驟可包括將多個金屬板18放置在夾具10與一個或更多個基板42之間。該過程還包括使激光通過激光波長透明體12和腔28透射在金屬板18上以在金屬板18的焊接位置16處形成焊縫32的步驟。透射的步驟從多個金屬板18形成液態(tài)金屬飛濺33。該過程包括使液態(tài)金屬飛濺33容納在腔28中的步驟。透射的步驟還在腔28中產(chǎn)生氣體。該方法還提供從腔28排出氣體的步驟。排氣的步驟可包括通過一個或更多個通道36或者一個或更多個互連通道38將氣體從腔28排出。

該方法還可包括在使用夾具10的同時形成電池極耳和/或電池匯流條。圖5A和圖5B示出了通過使金屬板18交疊而形成電池極耳。圖5A示出了將被焊接的兩個金屬板18的相對端的交疊。圖5B示出了將被焊接的兩個金屬板18的相同側(cè)交疊。

雖然上面描述了示例性實施例，但是并不意味著這些實施例描述了本公開的所有可能形式。更確切地，說明書中使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，并且應(yīng)該理解的是，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，可以做出各種改變。此外，各個實現(xiàn)的實施例的特征可組合以形成本公開的進(jìn)一步實施例。