一种铜薄材超声波点焊连接方法技术

本发明专利技术提供了一种铜薄材超声波点焊连接方法，在对铜薄材进行超声波点焊连接时，在铜薄材之间添加一厚度为2～50μm的纳米铜颗粒，在铜薄材之间添加纳米铜颗粒进行超声波点焊连接时，其焊接时间为0.2～1.6s，焊接压力为20～70psi，焊接振幅为20～65μm；本发明专利技术采用纳米铜颗粒作为中间层来解决超声波点焊过程中存在的问题，具体表现为解决在之前的薄材铜超声波点焊的研究中，在提高焊接界面的结合面积的同时，焊接接头的有效厚度大幅度下降的问题；本发明专利技术能够实现提高超声波点焊界面结合面积的同时而不牺牲焊接接头有效厚度的目标，从而达到提高超声波点焊接头力学性能的目的。

A Method of Ultrasound Spot Welding for Copper Thin Material

The invention provides an ultrasonic spot welding method for copper sheet. When the copper sheet is joined by ultrasonic spot welding, a nano-copper particle with thickness of 2-50 um is added between the copper sheets, and nano-copper particles are added between the copper sheets for ultrasonic spot welding. When the copper sheet is joined by ultrasonic spot welding, the welding time is 0.2-1.6 s, the welding pressure is 20-70 psi, and the welding amplitude is 20-65 um. The nano-copper particles are used as the intermediate layer to solve the problems in the process of ultrasonic spot welding, which are embodied in solving the problem that the effective thickness of the welded joint decreases greatly while the bonding area of the welded interface is increased in the previous research on ultrasonic spot welding of thin copper, and the invention can realize the improvement of the bonding area of the ultrasonic spot welding interface without sacrificing the welding joint. The objective of effective thickness of the head is to improve the mechanical properties of ultrasonic spot welding joint.

【技术实现步骤摘要】
一种铜薄材超声波点焊连接方法
本专利技术属于焊接
，具体涉及一种铜薄材超声波点焊连接方法。
技术介绍
近年来随着世界环境污染、气候变暖及全球能源危机的不断加剧，节能减排、绿色发展等环保问题越来越受到人们的重视。纯电动汽车具有无尾气排放、节能环保、使用成本低等优点，已成为现代汽车工业发展的一个重要方向。动力锂离子电池组作为纯电动汽车的核心部件，其质量和容量决定着纯电动汽车的稳定性、供电性能及安全性。根据纯电动汽车对动力锂离子电池组功率和容量的要求，动力锂离子电池组一般有几百甚至上千个锂离子电池单体组成。同时，一定数量的电池单体通过串联和并联构成一个电池单元，然后电池单元通过导电条连接进而组成电池组。在动力锂离子电池组装制造过程中有大量的焊接接头，当焊接接头强度不足时，将造成电池组内部电阻增大，不能有效的供电；当焊接过度，导致焊接热量过大、电池芯电极盖被焊穿，容易造成电解液泄漏和电池组电路短路，电池组可能发生燃烧或爆炸，严重影响到使用者的安全，因此焊接质量其对电池组的性能起着决定性的作用。铜薄材是锂电池极片的主要原材料，因此，在锂电池组中有大量的铜薄材与铜薄材之间的焊接接头。超声波点焊较电阻点焊、搅拌摩擦点焊、熔焊的焊接时间短、能耗低、环保、无焊接气孔等优点，适用于薄材铜之间的连接。在之前的薄材铜超声波点焊的研究中，通常通过改变焊接工艺参数（焊接时间/能量、焊接压力、焊接振幅）及焊头或焊接底座的形状尺寸来提高焊接界面的结合面积，从而提高焊接接头的力学性能。但是，在提高焊接界面的结合面积的同时，焊接接头的有效厚度将大幅度下降，其不利于焊接接头力学性能的提高。因此亟需采用一种既能提高焊接界面的结合面积，同时又不牺牲焊接接头有效厚度的焊接方法，从而达到提高焊接接头力学性能的目的。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种铜薄材超声波点焊连接方法，提高超声波点焊界面结合面积的同时而不牺牲焊接接头有效厚度，从而达到提高超声波点焊接头力学性能的目的。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供一种铜薄材超声波点焊连接方法，其特征在于：在待焊接的铜薄材之间添加纳米铜颗粒，添加的纳米铜颗粒的厚度为2～50μm；纳米铜颗粒添加之后，对添加纳米铜颗粒的铜薄材进行超声波点焊连接，焊接时间为0.2～1.6s，焊接压力为20～70psi，焊接振幅为20～65μm。进一步的，所述铜薄材的材质为纯铜、镀镍铜中的一种。进一步的，所述铜薄材厚度为0.1～3.5mm。进一步的，所述纳米铜颗粒的粒径为5～100nm。进一步的，所述纳米铜颗粒通过印刷的方式涂覆到待焊接的铜薄材表面。进一步的，铜薄材之间的连接方式为搭接，搭接为两层铜薄材或多层铜薄材之间的连接，搭接为两层铜薄材或多层铜薄材时，纳米铜颗粒添加于两层或相邻的两层铜薄材之间。进一步的，所述超声波焊机的焊头形状为圆形、正方形、长方形和多边形中的一种。为了提高超声波点焊接头的力学性能，本专利技术采用纳米铜颗粒作为中间层来解决上述超声波点焊过程中存在的问题，具体表现为解决在之前的薄材铜超声波点焊的研究中，在提高焊接界面的结合面积的同时，焊接接头的有效厚度大幅度下降的问题。本专利技术的有益效果为：本专利技术的一种铜薄材超声波点焊连接方法，采用超声波点焊的方法焊接添加有纳米铜中间层的铜薄材，在提高超声波点焊界面结合面积的同时而不牺牲焊接接头有效厚度：首先，纳米铜颗粒的硬度较母材铜的硬度大，在超声波点焊时可以活化母材表面，使更多的新鲜金属表面裸露出来；其次，硬度大的纳米铜颗粒可以提高焊接界面的摩擦系数，在超声波点焊时能够产生更多的能量，从而提高焊接界面的温度，降低薄材铜的屈服强度，使薄材铜软化，产生较大的塑性形变，促使焊接界面机械互锁现象的产生，机械互锁现象的产生有利于焊接接头力学性能的提高；再次，由于纳米铜颗粒的熔点较低，在焊接后期其将熔化或半熔化，有利于填充焊接界面的空洞等缺陷区域，使超声波点焊界面的结合面积增大，从而使超声波点焊接头的力学得到提高；最后，由于本专利技术添加的中间层为纳米铜颗粒，在超声波点焊接头界面中间层中无金属间化合物生成，其有利于电的传导。具体实施方式为了本领域的技术人员能够更好地理解本专利技术所提供的技术方案，下面结合具体实施例进项阐述。实施例1在对0.7mm的纯铜薄材进行超声波点焊连接时，在铜薄材之间添加一厚度为20μm的纳米铜颗粒，其粒径为40nm，所采用的焊头形状为正方形，焊接时间为0.9s，焊接压力为45psi，焊接振幅为50μm，超声波点焊工艺结束后，即得到本专利技术技术的铜薄材超声波点焊接头，既能提高焊接界面的结合面积，同时又不牺牲焊接接头的有效厚度。超声波点焊接头的性能参数：T型剥离力为236.7N，其较没有纳米铜颗粒中间层的超声波点焊接头的T型剥离力提高了29.4%。实施例2在对0.8mm的纯铜薄材进行超声波点焊连接时，在铜薄材之间添加一厚度为25μm的纳米铜颗粒，其粒径为48nm，所采用的焊头形状为正方形，焊接时间为1.2s，焊接压力为50psi，焊接振幅为55μm，超声波点焊工艺结束后，即得到本专利技术技术的铜薄材超声波点焊接头。超声波点焊接头的性能参数：T型剥离力为216.3N，其较没有纳米铜颗粒中间层的超声波点焊接头的T型剥离力提高了34.2%。实施例3在对0.9mm的纯铜薄材进行超声波点焊连接时，在铜薄材之间添加一厚度为15μm的纳米铜颗粒，其粒径为30nm，所采用的焊头形状为正方形，焊接时间为1.5s，焊接压力为60psi，焊接振幅为60μm，超声波点焊工艺结束后，即得到本专利技术技术的铜薄材超声波点焊接头。超声波点焊接头的性能参数：T型剥离力为208.7N，其较没有纳米铜颗粒中间层的超声波点焊接头的T型剥离力提高了31.8%。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本专利技术。本专利技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提供一种铜薄材超声波点焊连接方法，其特征在于：在待焊接的铜薄材之间添加纳米铜颗粒，添加的纳米铜颗粒的厚度为2～50 μm；纳米铜颗粒添加之后，对添加纳米铜颗粒的铜薄材进行超声波点焊连接，焊接时间为0.2～1.6 s，焊接压力为20～70 psi，焊接振幅为20～65 μm。

【技术特征摘要】
1.本发明提供一种铜薄材超声波点焊连接方法，其特征在于：在待焊接的铜薄材之间添加纳米铜颗粒，添加的纳米铜颗粒的厚度为2～50μm；纳米铜颗粒添加之后，对添加纳米铜颗粒的铜薄材进行超声波点焊连接，焊接时间为0.2～1.6s，焊接压力为20～70psi，焊接振幅为20～65μm。2.根据权利要求1所述的一种铜薄材超声波点焊连接方法，其特征在于：所述铜薄材的材质为纯铜、镀镍铜中的一种。3.根据权利要求1或2所述的一种铜薄材超声波点焊连接方法，其特征在于：所述铜薄材的厚度为0.1～3.5mm。4.根据权利要求1所述的一种铜薄材超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪增磊，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41