具有时间依赖扫描模式和能量输入的金属销对的激光焊接的制作方法

1.本发明总体上涉及金属销对的激光焊接，特别是矩形线定子的发夹和i形销。


背景技术：

2.激光焊接使用连续或脉冲激光束作为集中热源，局部熔化并连接两个通常由金属制成的部件。激光束可以聚焦到相对较小的点，从而产生高功率密度和小的热影响区。因此，当需要精度和高度控制时，激光焊接是一种有吸引力的技术。此外，激光焊接很容易实现自动化。
3.在激光焊接中，聚焦的激光束精确地定位每个焊点或线，同时最大限度地减少附带加热。区分两种主要的激光焊接状态是有用的。传导焊接在较低的激光功率和较低的激光器功率密度下发生。吸收的激光功率加热辐照材料，从而熔化待连接的每个部分中的材料，这些材料流动、混合，然后固化。锁孔焊接在较高激光功率和较高激光功率密度下进行，这些激光功率和密度足以蒸发一些辐照材料。汽化材料对周围熔化材料的压力打开了通过熔化材料的通道。该通道在本领域中被称为锁孔，具有特征性的窄而深的轮廓，这允许激光束的深度穿透。成品锁孔焊缝通常比导电焊缝更窄、更深、更牢固。
4.激光束焊接已用于焊接发夹形定子。通常，“定子”有一组与磁转子交换能量的电绕组。定子和转子共同构成电动机和发电机的基础。在电动机中，电流通过定子绕组产生旋转磁场，驱动磁性转子。在发电机中，定子将磁转子的旋转磁场转换成电流。发夹形定子使用厚的矩形棒线作为绕组。矩形棒线可以以比传统缠绕的圆线更高的填充系数填充在定子中。因此，对于需要相对紧凑的封装中的高扭矩和功率密度的电机，具有矩形棒线的定子是优选的解决方案。此外，矩形棒丝非常适合液体冷却。然而，厚的矩形棒线材不能像常规的圆形线材那样连续缠绕。相反，许多发夹形状的矩形棒线段从一侧插入定子环的槽中，发夹的端部从另一侧伸出定子环。然后将相邻的端部焊接在一起，以形成单个段的连续绕组。在某些情况下，使用所谓的i形销代替发夹。基本上，每个发夹都由两个i形销代替，定子环两侧需要焊接暴露端。
5.发明概述
6.本文公开了一种用于金属销对的激光焊接的方法。该方法特别适合于定子的发夹或i形销的焊接，因为该方法(a)最小化或甚至消除焊接过程中的飞溅，(b)防止或减少焊接熔核中的空隙的形成，以及(c)沿着两个金属销之间的界面最大化焊接熔核的深度和面积。飞溅是锁孔焊接中的一种不希望的效果，在锁孔焊接过程中，金属蒸发非常剧烈，金属液滴会在焊接过程中喷出。液滴的喷射以不规则且控制不佳的方式减少了熔核的体积。因此，飞溅会对焊缝的导电性产生不利影响，从而至少部分削弱了定子中使用矩形棒线的益处。孔洞的形成是锁孔焊接中的另一个不良影响，在熔化的金属凝固之前，金属气体气泡无法逸出到表面。孔洞阻碍焊接熔核的导电。将电流从一个金属销传递到另一个的能力也受到焊接熔核的几何方面的影响。例如，在两个金属销之间的界面处的焊接熔核的较大横截面积对应于两个金属销之间更好的整体导电性。本方法应用与时间相关的激光扫描图案和能量
输入来解决这些问题。
7.在一方面，一种用于激光焊接一对金属销的方法包括下列步骤：将激光束传送到所述一对金属销的工作侧，其中所述金属销的相应一对表面彼此相邻并且面向相同方向,(b)用所述激光束以每单位路径长度的第一能量传递速率在所述工作侧追踪第一路径，以通过锁孔焊接形成熔池，其中所述第一路径穿过所述金属销之间的界面，并且(c)在所述追踪第一路径步骤之后，用所述激光束以每单位路径长度的第二能量传递速率在所述工作侧追踪第二路径，所述第二能量传递速率至多为每单位路径长度的第一能量传递速率的2/3，其中所述第二路径穿过所述界面并且位于所述第一路径内。
8.附图简述
9.包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示意性地示出了本发明的优选实施例，并且与上面给出的一般描述和下面给出的优选实施方案的详细描述一起用于解释本发明的原理。
10.图1示出了根据一个实施例的用于焊接金属销对的一个激光焊接设备。
11.图2a-c示出了根据一个实施例的一对金属销和在该对金属销的激光焊接期间由激光束追踪的椭圆路径。
12.图3是根据实施例的用于焊接一对金属销的方法的流程图。
13.图4示出了根据图3的方法激光焊接的金属销对的示例。
14.图5示出了根据传统激光焊接工艺进行激光焊接的金属销对的示例。
15.图6示出了替代图2b的椭圆路径的封闭路径的示例。
16.图7示出了替代图2b的椭圆路径的混合封闭开放路径的示例。
17.图8a-e是示出根据图3的方法的金属销对的激光焊接的一个示例的一系列图。
18.图9a和9b示出了在图3的方法的一个步骤期间熔池的生长。
19.图10是深度与宽度的锁孔纵横比的图。
20.图11示出了根据一个实施例的一对金属销，它们被连接成使得它们各自的端面面向相反的方向。
21.图12示出了根据图3的方法与用于激光焊接的非平面工作侧接合的金属销对的一个示例。
22.发明详述
23.现在参考附图，其中相同的部件由相同的数字表示，图1示出了用于焊接金属销对的一个激光焊接设备100。在图1所示的示例使用场景中，激光焊接设备100焊接定子180的成对金属销182(1)和182(2)。每个金属销182可以是发夹或i形销。在定子180的一部分的特写190中提供了一些发夹对182(1,2)的更详细视图。激光焊接设备100包括激光源110和夹具120。激光源110产生激光束112。在一个实施例中，激光束112是脉冲或连续波，并且激光源110能够输送至少1千瓦的平均功率。激光束112可以是近红外或可见的(例如，绿色)。激光焊接设备100被配置为相对于定子180移动激光束112，以顺序地焊接每对金属销182(1,2)，其中激光束112在每对金属销182(1,2)的工作侧上追踪时间依赖的扫描图案。在一个实施方式中，夹具120以一个接一个的步骤旋转定子180，以将金属销对182(1,2)定位在激光束120的焦点处，并且激光源110使用光束扫描器来追踪每个金属销对182(1,2)的工作侧上的时间相关扫描图案。在另一实施方式中，所有移动都由激光源110完成。例如，激光源110
的光束扫描器的位置可以被移动以顺序地寻址每个金属销对182(1,2)，其中光束扫描器然后被操作以追踪每个金属销对182(1,2)的工作侧上的时间依赖扫描图案。
24.图2a-c示出了一对金属销200(1)和200(2)。金属销对200(1,2)例如是定子的发夹或i形销，例如定子180的金属销对182(1,2)。最常见的是，定子使用铜销。因此，金属销200(1)和200(2)可以由铜制成。或者，金属销200(1)和200(2)可以由铝或其他金属制成。图2a以透视图示出了金属销对200(1,2)。图2b是由金属销200(1)和200(2)的端面形成的工作侧220的俯视图。图2c是如图2a中的线2c-2c所示的金属销对200(1,2)的横截面侧视图。笛卡尔坐标系290指示图2a至2c中的每一个中的金属销对182(1,2)的方向。工作侧220面向正z轴方向。每个金属销200可以在负z-轴方向上延伸超过图2a和2c所示的范围，使得图2a和图2c仅示出每个金属销200的端部。此外，在图2a-c的视图之外，每个金属销200的非端部可以弯曲，例如，如发夹和i形销的常规。
25.金属销200(1)和200(2)彼此相邻地定位，在它们之间形成界面210。界面210平行于yz-平面。金属销200(1)和200(2)可以在界面210处彼此直接接触。在不脱离本文范围的情况下，金属销200(1)和200(2)之间的间隙可以存在于界面210的全部或部分处。如图2b所示，工作侧220分别由金属销200(1)和200(2)的端面204(1)、204(2)形成。图2a-c示出了每个端面204是平面的，并且端面204(1)和204(2)彼此共面。例如，发夹和i形销通常从矩形棒线材的长棒上切割而成，切割过程可能会在每个销的末端留下脊，并产生其他非平面性。此外，发夹和i形销的定位可能会受到制造公差的影响。
26.每个金属销200具有沿x-轴的宽度202w和沿y-轴长度202l。在一个示例中，宽度202w在1毫米至3毫米(mm)之间，并且长度202l在3毫米至10毫米之间。每个端面204可以具有圆形矩形形状，如图2a
–
c所示，真正的矩形形状，或者甚至非矩形梯形形状。
27.图3是用于焊接一对金属销的一种方法300的流程图。方法300可以用于焊接金属销对200(1,2)，并且可以由激光焊接设备100执行。方法300以时间相关的扫描图案和时间相关的能量传递速率在金属销对的工作侧上移动激光束。与时间相关的扫描模式和能量传递速率用于最小化或消除飞溅，并最大化焊接界面的面积。
28.图4和图5分别示出了根据方法300和传统激光焊接方法焊接的金属销对200(1,2)。图4以与图2c中使用的截面图相同的截面图示出了根据方法300激光焊接的金属销对200(1,2)。方法300形成跨过界面210并沿界面210(沿z-轴)具有深度474的焊接熔核470。图5以与图2c中使用的截面图相同的截面图示出了根据传统激光焊接工艺进行激光焊接的金属销对200(1,2)。传统的激光焊接工艺形成跨过界面210并沿界面210具有深度574的焊接熔核570。
29.焊接熔核570具有几个空隙572，这是由在常规激光焊接过程中金属气泡被截留在熔化的金属中引起的。在焊接熔核470的情况下，方法300消除或至少最小化空隙的存在。通过优化界面210处的熔化并减少或消除焊接熔核材料由于飞溅而造成的损失，方法300进一步使焊接熔核470的深度474最大化，使得焊接熔核470的深度474超过焊接熔核570的深度574。焊接熔核570的空隙572没有导电性，因此阻碍电流590在传统焊接的金属销200(1)和200(2)之间流动。焊接熔核570的较浅深度574可进一步阻碍电流590的流动。相比之下，通过焊接熔核470的电流490不被空隙阻碍(或至少仅被最小阻碍)，并且深度474可以足以不阻碍电流490超过与垂直于电流490流动的每个金属销200的横截面积相关联的阻抗。
30.再次参考图3，方法300包括步骤310、320和330。步骤310将激光束传送到金属销对的工作侧，其中金属销的相应一对表面彼此相邻并面向相同方向。在步骤310的一个示例中，激光源110将激光束112传送到金属销对200(1,2)的工作侧220。
31.步骤320在工作侧追踪第一路径以通过锁孔焊接形成熔池。第一路径穿过金属销之间的界面。在步骤320中，激光束功率和激光束沿第一路径行进的速度对应于第一路径的每单位长度的第一能量传递速率。这里，能量传递速率是指入射到金属部件上的激光辐射的能量，而不管激光辐射是被吸收还是被反射。在步骤320的一个示例中，激光束112追踪金属销对200(1,2)的工作侧220上的路径230(图2b中所示)。激光束112可以沿着路径230在工作侧220上形成一个电路、多个电路或部分电路。在执行步骤320一定持续时间之后，方法300切换到步骤330。
32.步骤330追踪工作侧的第二路径。第二路径穿过金属销之间的界面并且位于第一路径内。这里，第一路径内的术语包括第一路径未在工作侧220上完成全360度电路的情形。在这种情况下，第二路径在第一路径到全360度电路的外推范围内。在步骤330中，激光束功率和激光束沿第二路径行进的速度对应于第二路径的每单位长度的第二能量传递速率。第二能量传递速率低于步骤320的第一能量传递速率。在步骤330的一个示例中，激光源110追踪金属销对200(1,2)的工作侧220上的路径240(如图2b所示)。激光束112通常沿着路径240在工作侧220上形成多个电路。路径230比路径240更外围，并且路径240在路径230内。路径230和240的形状可以不同于图2b所示的椭圆。路径230和240中的每一个可以是闭合路径(例如，椭圆、圆或矩形)或开放路径(例如螺旋)。当路径是椭圆形时，椭圆形路径的长轴可以与金属销之间的界面对齐，或者与工作侧的较长尺寸对齐。
33.图6示出了替代图2b的椭圆路径的一个封闭路径。这里，第一路径630是其长轴沿着界面210对齐的圆形矩形，并且第二路径640是以界面210为中心的圆。
34.图7示出了替代图2b的椭圆路径的一种混合闭合开放路径。这里，椭圆形的第二路径240被从第一路径230向内螺旋的螺旋形第二路径740代替。
35.许多其他扫描模式也是可能的。例如，第一和第二路径可以是(a)相同向内螺旋的连续部分，(b)同心圆，或(c)同心矩形或圆形矩形。
36.图8a
–
e是示出根据方法300的金属销对200(1,2)的激光焊接的一个示例的一系列图。该示例使用椭圆路径230和240，但适用于第一和第二路径的其他形状，例如上面参考图6和7讨论的那些形状。图8a-e中的每一个是在方法300的相应阶段的金属销对200(1,2)的工作侧220的俯视图。在步骤320中，激光束112追踪路径230(见图8a)。激光束112沿着路径230进行的锁孔焊接导致形成熔池850，熔池850最初在激光束112沿路径230行进时追踪激光束112。在步骤320期间，熔池850生长(参见图8b)，并且在一段时间之后，不再类似于局部尾部尾随激光束112，而是形成覆盖路径230内并由路径230限定的区域的大部分的公共熔池(参见图8c)。方法300然后切换到步骤330。
37.从步骤320切换到步骤330需要两个改变，即(a)降低每单位路径长度的能量传递速率，以及(b)将激光束112的能量传递移动到工作侧220上的更中心区域(见图8d)。每单位路径长度的能量传递速率的降低至少部分地用于避免或减少飞溅，从而防止或最小化来自金属销对200(1,2)的材料损失。在步骤330期间，激光束112继续熔化金属销对200(1,2)以生长熔池850(见图8e)。步骤330中每单位路径长度的能量传递速率对于锁孔焊接来说是足
够的，然而处于避免或最小化飞溅的水平。当从步骤320切换到步骤330时，每单位路径长度的能量传递速率的降低可以通过增加激光束穿过工作侧的速度和/或减少激光束的功率来实现。因此，步骤330可以包括(i)以比步骤320中用于第一路径的速率更高的速率追踪第二路径的步骤334、以及(ii)使用比步骤320更低的激光束功率的步骤336中的一个或两个。为了实际的简单性和更容易控制的过程，速度的增加可能比激光束功率的减少更为可取。因此，在一个实施例中，方法330包括步骤334并省略步骤336，使得激光束功率在步骤320和330中相同。
38.激光束112向更中心区域的移动用于优先生长界面210处的熔池850的横截面积，同时至少在一段时间内受益于金属销对200(1,2)的更多未熔化外围部分对熔池850进行的限制。
39.图9a和9b示出了步骤330期间熔池850的生长。图9a和9b中的每一个都是类似于图2c中所用的金属销对200(1,2)的横截面图。如图9a所示，当激光束112沿着路径240行进并因此从相对居中的位置加热熔池850时，金属销200(1)和200(2)的未熔化的外围部分956至少在一段时间内形成有助于防止熔池850溢出工作侧220的边缘的屏障。最终，熔池850的生长可以包括外围部分956，并且熔池可以生长到覆盖所有工作侧220的最终尺寸，如图9b所示。在步骤330中，激光束112的相对中心位置使最终熔池850的深度374最大化，从而使熔核470最大化(并且使沿界面210的熔核470的总截面积最大化)。相反，如果激光束112以降低的每单位路径长度的能量输送速率沿着路径230继续，则工作侧220的周边附近的熔化材料可能会因飞溅或溢出周边而损失，使得熔池850不会沿着界面210获得相同的最终深度474。
40.在将方法300应用于由铜制成的金属销的样品对的应用中，我们已经发现，当沿着工作侧的第二路径的横向尺寸在沿着工作侧第一路径的相应横向尺寸的20％和80％之间时，可以获得最佳结果。参考图2b，在方法300的一个示例中，路径230具有x-维度的宽度232w和y-维度的长度232l，并且路径240具有相应的宽度242w和长度242l，其中(a)长度232l在每个金属销200的长度202l的60％和90％之间，并且宽度232w在每个金属销200的宽度202w的值的50％和90％之间，以及(b)长度242l和宽度242w中的每一个分别在长度232l和宽度232w的20％和80％之间。
41.再次参考图3，在步骤320和330之间每单位路径长度的能量传递速率的降低可进一步用于通过限制锁孔深度来减少或消除空隙形成。当远离表面形成时，金属气泡更容易被截留。因此，较浅的锁孔降低了空隙形成的风险。较浅的锁孔也降低了飞溅的风险。因此，步骤320和330可以分别包括将深度与宽度的锁孔纵横比保持在阈值以下的步骤322和332。
42.图10是示出深度与宽度的锁孔纵横比的图。激光束112入射到金属销200(1)和200(2)上的工作侧220上，并如箭头1090所示沿着工作侧220行进。激光束112在熔池850中形成锁孔1060，其中熔池850的大部分体积追踪锁孔1060。锁孔1060在负z-轴方向上从工作侧220的表面具有深度1062d。深度与宽度的锁孔纵横比是深度1062d除以宽度1062w。虽然宽度1062w可以沿z-轴变化，但宽度1062w通常与入射到工作侧220上的激光束112的光束大小相关。因此，对于大多数实际目的，深度与宽度的锁孔纵横比近似为深度1062d除以激光束112的直径(例如，当聚焦在工作侧220上时激光束112腰部的直径)。
43.我们发现，当锁孔深宽纵横比超过3.0时，容易发生飞溅和/或空洞形成。这一发现是基于对多个由铜制成的金属销对200(1,2)的研究，使用飞溅行为的实时成像、实时光学
相干断层扫描(以评估锁孔深度)和焊后横截面的组合。因此，在一个实现中，步骤322和332的阈值是3.0。在进一步降低飞溅风险的另一实施方式中，步骤322和332的阈值小于3.0。在此实现中，阈值可以是2.5、2.0或1.5。根据该阈值和飞溅公差，在整个方法300中，深度与宽度的锁孔纵横比保持在小于3.0、小于2.5、小于2.0或小于1.5的值。
44.步骤322和332虽然具有相同的目的，但通常与不同的要求相关联，因为在步骤320和330之间工作侧和熔池的状态不同。在一种实现方式中，步骤322包括将每单位长度的第一能量传递速率保持在或低于第一最大值，并且步骤332包括将每单元长度的第二能量传递速率维持在或低于第二最大值，该第二大值仅是步骤322中每单位长度第一能量传递速率的第一最大值的一小部分。我们已经发现，至少在包括步骤322和332并应用于由铜制成的一对金属销的方法300的实施例中的某些情况下，步骤332中的第二最大值大约是步骤322中的第一最大值的2/3。在相应的实施例中，步骤330中的每单位长度的第二能量传递速率至多为步骤320中的每单元长度的第一能量传递速率的2/3。在该实施例的示例中，步骤330实施步骤334，但不实施步骤336，以实现每单位长度的能量传递速率的期望降低，使得激光束以至少是步骤320中用于第一路径的速度的1.5倍的速度追踪第二路径。
45.我们已经进一步发现，至少在包括步骤322和332的方法300的实施例中的某些情况下，并且应用于由铜制成的一对金属销，优选将步骤330中的每单位长度的第二能量传递速率设置为步骤320中每单位长度第一能量传递速率的至少1/5。因此，在方法300的一个实施例中，步骤330中每单位长度的第二能量传递速率在步骤320中每单位长度的第一能量传递速率的1/5和2/3之间。在该实施例的示例中，步骤330实施步骤334，但不实施步骤336，以实现每单位长度的能量传递速率的期望降低。在该示例中，在步骤330中，激光束以在步骤320中用于第一路径的速度的1.5倍和5倍之间的速度追踪第二路径。在步骤320中用于第一路径的适当速度取决于其他参数，特别是激光束功率。在一个示例中，步骤320中用于第一路径的速度在每秒100至600毫米之间的范围内，并且激光束功率在1至10千瓦之间。
46.方法300可以利用用于何时从步骤320切换到步骤330的一个或多个标准。在一个实施例中，方法300实现在深度与宽度锁孔纵横比达到预定阈值之前切换到步骤330的标准390。方法300的这个实施例可以包括步骤322和332，并且标准390可以基于与步骤322和322中使用的阈值相同的阈值。
47.作为标准390的替代或结合标准390，方法300可以实现在锁孔到达第一路径上已经被熔池占据的位置之前从步骤320切换到步骤330的标准392。我们已经发现，如果允许锁孔(例如锁孔1060)在第一路径上行进足够长的时间，使得熔池生长到使得锁孔赶上熔池的已经存在的部分的尺寸，则锁孔深度基本上瞬间超过飞溅和/或空隙形成发生的极限。因此，如图8c中的示例所示并由十字890所示，标准392在激光束112到达路径230上已经被熔池850的先前形成部分占据的位置之前强制切换到步骤330。在一些情况下，根据标准392从步骤320切换到步骤330也确保满足标准390。尽管图3中未示出，方法300可以包括实时成像工作侧以识别何时需要根据标准392从步骤320切换到步骤330的步骤。方法300可以实现标准390和392两者。
48.标准390和392都对步骤320的持续时间施加上限。方法300可以进一步实施标准394，该标准394通过仅在熔池已经生长到占据第一路径内并由第一路径限定的区域的阈值部分之后才切换到步骤330来对步骤320的持续时间施加下限。在一个示例中，阈值分数为
50％。在另一示例中，阈值分数大于50％，例如在60％和80％之间的范围内。尽管图3中未示出，但方法300可以包括实时成像工作侧以识别何时可以根据标准394从步骤320切换到步骤330的步骤。
49.在缺乏实时成像能力来评估何时根据标准390、392和394中的一个或多个从步骤320切换到步骤330的情况下，可以对一个或更多个样本执行这样的研究，以确定确保根据标准390，392和1394中的某个或更多切换的机器参数。例如，这样的研究可以确定(i)第一路径上的持续时间和(ii)沿着第一路径的每单位长度的能量传递速率中的一个或两个的适当值。这些研究还可以确定步骤322额外需要的机器参数的适当值，例如(i)第一路径的大小，(ii)沿着第二路径的每单位长度的能量传递速率，以及(iii)第二路径大小。因此，方法300可以根据标准390、392和394中的一个或多个来实现预定义的机器参数以执行步骤320和330，并在它们之间切换。
50.在某些实施例中，步骤330的持续时间超过步骤320的持续时间，以防止步骤320中的飞溅，同时允许步骤330中的熔池实质上生长。包括步骤320和330的总焊接时间可以小于200毫秒或小于100毫秒。
51.方法300不限于具有与金属销对200(1,2)相同几何形状的金属销对。相反，方法300通常适用于金属部件的边缘焊接，并且特别适合于矩形棒丝的焊接。只要两个金属部件的两个相应表面彼此相邻以形成用于焊接的工作侧，矩形棒线对或销对可以以不同于金属销对200(1,2)的几何形状连接。
52.图11示出了一对金属销1100(1)和1100(2)，它们被连接成使得它们各自的端面1104(1)、1104(2)面向相反的方向。如图11所示，金属销1100(1)和1100(2)可以是相应发夹或i形销的端部。金属销对1100(1,2)表示不同于金属销对200(1,2)。用于根据方法300进行焊接的工作侧1102分别由金属销1100(1)和1100(2)的两个相邻侧表面1108(1)、1108(2)提供。在方法300的示例中，当应用于金属销对1100(1,2)时，激光束112首先在步骤320中追踪较大的路径1130，随后在步骤330中追踪较小的路径1140。
53.图12以类似于图2c中所用的横截面侧视图的方式示出了根据方法300的与非平面工作侧接合的用于激光焊接的金属销对的一个示例。在该示例中，两个金属销1200(1)和1200(2)终止于相应的脊1206(1)、1206(2)，从而形成v形工作侧1220。由金属销1200(1)和1200(2)形成的工作侧1220的各个部分仍然被认为面向相同的方向，在图12中。
54.以上根据优选实施例和其他实施例描述了本发明。然而，本发明不限于本文描述和描绘的实施例。相反，本发明仅受所附权利要求的限制。

技术特征：
1.一种用于激光焊接一对金属销的方法，包括以下步骤：将激光束传送到所述一对金属销的工作侧，其中所述金属销的相应一对表面彼此相邻并且面向相同方向；用所述激光束以每单位路径长度的第一能量传递速率在所述工作侧追踪第一路径，以通过锁孔焊接形成熔池，所述第一路径穿过所述金属销之间的界面；和在所述追踪第一路径步骤之后，用所述激光束以每单位路径长度的第二能量传递速率在所述工作侧追踪第二路径，所述第二能量传递速率至多为每单位路径长度的第一能量传递速率的2/3，所述第二路径穿过所述界面并且位于所述第一路径内。2.根据权利要求1所述的方法，包括在所述锁孔焊接的锁孔的深度与宽度纵横比达到3的值之前，从所述追踪第一路径步骤切换到所述追踪第二路径步骤。3.根据权利要求2所述的方法，还包括在所述追踪第一路径步骤和所述追踪第二路径步骤的整个过程中，将深度与宽度纵横比保持在小于3。4.根据权利要求2所述的方法，还包括在所述追踪第一路径步骤和所述追踪第二路径步骤的整个过程中，将深度与宽度的纵横比保持在小于2。5.根据权利要求2所述的方法，所述熔池在从所述追踪第一路径步骤切换到所述追踪第二路径步骤之前跨越所述界面。6.根据权利要求2所述的方法，包括在所述锁孔到达所述第一路径上被所述熔池占据的位置之前，从所述追踪第一路径步骤切换到所述追踪第二路径步骤。7.根据任一前述权利要求所述的方法，所述追踪第二路径步骤包括增加所述界面处的所述熔池的深度的步骤。8.根据任一前述权利要求所述的方法，所述一对金属销是定子的发夹或i形销。9.根据任一前述权利要求所述的方法，所述一对金属销由铜制成。10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中：在所述追踪第一路径步骤中，所述激光束以第一速度和第一功率追踪所述第一路径；和在所述追踪第二路径步骤中，所述激光束以第二速度和第一功率追踪所述第二路径，所述第二速度高于所述第一速度。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二速度是所述第一速度的至少1.5倍，并且所述激光束在所述追踪第一路径步骤和所述追踪第二路径步骤中具有相同的功率。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二速度是所述第一速度的至多5倍。13.根据任一前述权利要求所述的方法，其中：在所述追踪第一路径步骤中，所述激光束具有第一功率；和在所述追踪第二路径步骤中，所述激光束具有低于所述第一功率的第二功率。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述激光束以相同的速度追踪所述第一路径和所述第二路径。15.根据权利要求1至9所述的方法，其中：在所述追踪第一路径步骤中，所述激光束具有第一功率并以第一速度追踪所述第一路径；和在所述追踪第二路径步骤中，所述激光束具有低于所述第一功率的第二功率，并且以
高于所述第一速度的第二速度追踪所述第二路径。16.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述第二路径的工作侧上的横向尺寸在所述第一路径的工作侧上的相应横向尺寸的20％和80％之间。17.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述追踪第二路径步骤的持续时间超过所述追踪第一路径步骤的持续时间。18.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述第一路径是闭合路径。19.根据权利要求18所述的方法，包括在所述熔池已经生长到占据所述闭合路径内并由其限定的区域的至少一半之后执行所述切换步骤。20.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一路径和所述第二路径中的每一个都是椭圆。21.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二路径是从所述第一路径开始的向内螺旋。22.根据权利要求1至17所述的方法，其中所述第一路径是开放路径。

技术总结
一种用于激光焊接一对金属销(182,200)的方法，将激光束(112)传送到所述一对金属销(182,200)的工作侧(220)，其中所述金属销(182,200)的相应一对表面(204)彼此相邻并且面向相同方向。激光束(112)首先沿着工作侧(220)的第一路径追踪(230,630)，以通过锁孔焊接形成熔池(850)。第一路径(230,630)穿过属销(182,200)之间的界面(210)。在追踪第一路径(230,630)之后，激光束(112)被切换成以小于用于第一路径(230,630)的每单位路径长度的能量传递速率在工作侧(220)追踪第二路径(240,640)。第二路径(240,640)穿过界面(210)并位于第一路径(230,630)内。该方法非常适用于定子的发夹或I形销的焊接。的发夹或I形销的焊接。的发夹或I形销的焊接。


技术研发人员：P
受保护的技术使用者：可利雷斯股份有限公司
技术研发日：2021.08.09
技术公布日：2023/8/9