将线缆焊接至端子的方法以及由此获得的端子的制作方法
【专利摘要】本发明为一种将线缆焊接至端子(10)的焊接方法，线缆包括多根纤维(16)和包围多根纤维(16)的绝缘护套，该方法包括以下步骤：从线缆的端部区段(17)去除绝缘护套，使用按压机构(20)将多根纤维(16)按压至端子(10)并通过将激光(26)的至少一个脉冲施加至线缆的端部区段(17)上而在多根纤维(16)和端子(10)之间制造至少一个焊接连接体(28)，以及去除按压机构(20)。
【专利说明】将线缆焊接至端子的方法以及由此获得的端子
[0001]本发明涉及利用激光的至少一个脉冲将线缆焊接至端子的方法。
[0002]具有多根纤维的线缆可通过多种技术焊接至端子，例如压紧焊接。借助于激光技术的发展，开发了将线缆或导线激光焊接至端子的技术方案，其在下文中进行讨论。
[0003]在US4，774，394中公开了一种激光焊接技术，其中使用激光将单根金属导体导线焊接至U形金属夹具。在该方法中，单根导线的端部区段放置于夹具中并通过对准导线端部的激光焊接至夹具。
[0004]在US5，541，365和JP59-107786A中公开一种激光焊接方法，其中单根导线通过激
光束焊接至U形端子。
[0005]在US6，531，676B2中公开一种激光焊接方法，其中将单根导线焊接至由铜制成的U形载体或端子。
[0006]在US7, 128，620B2中公开一种多根纤维至端子的激光焊接方法。多根纤维在插入端子的狭缝中之前被压紧并成形。
[0007]在US4，966，565和US7，705, 265B2中公开一种激光焊接方法，其中线缆的多根纤维焊接至端子之前，将纤维压接至端子。在该两篇文献中，激光束的目标点选择不同。
[0008]以上文献中公开的方法具有多个缺陷。一方面，在相关方法中，即使在最简单的单根导线的情形下，也需要用于激光焊接的沟槽或凹口。另一方面，多根纤维的线缆仅在用于将每一根纤维保持在一起的额外的压紧或压接步骤之后才进行激光焊接。
[0009]鉴于以上文献中公开的已知方法，本发明的一个目标是提供一种将多根纤维的线缆激光焊接至端子的方法，其中既不需要纤维的压接，也不需要纤维的成形或压紧。本发明的另一个目的是提供一种焊接方法，其不具有现有技术方案的缺陷。
[0010]根据本发明的目标通过根据权利要求1的方法实现。本发明的优选实施方式限定在从属权利要求中。
[0011]下文中将参照附图描述本发明示例性的优选实施方式，其中
[0012]图1为用于根据本发明的焊接方法中的第一类型端子的侧面图，
[0013]图2为例示根据本发明的一种方法的步骤的侧面图，
[0014]图3为例示根据本发明的一种方法的处理步骤的三维示意图，
[0015]图4为例示根据本发明的一种方法的焊接步骤的三维示意图，
[0016]图5为例示已焊接状态的三维示意图，
[0017]图6为例示该方法的另一个实施方式的进一步焊接步骤的三维示意图，
[0018]图7为例示由图6的步骤获得的已焊接状态的三维示意图，
[0019]图8为用于根据本发明的焊接方法中的第二类型端子的顶面图，
[0020]图9为根据沿着平面B-B的图8的端子的截面图，
[0021]图10为类似于图2的顶视图，具有根据图8的端子，
[0022]图11为例示根据本发明的一种方法的按压步骤的三维示意图，
[0023]图12为例示根据本发明的一种方法的焊接步骤的三维示意图，
[0024]图13为例示已焊接状态的三维示意图，[0025]图14为例示该方法的另一个实施方式的进一步的焊接步骤的三维示意图，
[0026]图15为例示由图14的步骤获得的已焊接状态的三维示意图，
[0027]图16为用于根据本发明的焊接方法中的一系列第一类型端子的顶面图，以及
[0028]图17为用于根据本发明的焊接方法中的一些列第二类型端子的顶视图。
[0029]发明的方法具体地针对由铜制成的端子和用于具有多根纤维的铜线缆而开发，但本领域技术人员应理解的是该方法可应用于由其它材料制成的端子和线缆。用于根据本发明的方法中的端子和线缆可以可选地被镀锡。端子的目的是将电流从线缆传输至由端子的端头提供的连接体。
[0030]应用于发明的方法中的激光工作于脉冲模式。在脉冲模式中，可避免熔化的材料收缩。该收缩可能是存在表面张力而引起的后果。在线缆的纤维的端部中产生类似球形的膨胀体也可能是在焊接方法中在连续模式使用激光而引起的后果，并可能对焊接连接的制造方法不利。
[0031]发明的方法具有与端子本身的材料的压接不施加在待焊接的线缆的多根纤维上的优点。并非采用压接，而仅是通过按压机构临时按压多根纤维，其中该按压机构在焊接连接体形成之后被去除。通过发明的方法获得的焊接连接体一方面包括熔化的多根纤维的材料，而另一方面包括一些熔化的端子本身的材料，但在根据以下详述的本发明的方法中优选避免端子的材料的过度熔化。
[0032]图1示出了用于根据本发明的方法的优选实施方式中的端子10。端子10具有平坦焊接面12和端子端头14。使用具有平坦焊接面12的端子10允许发明的方法容易地推广至多种现有的端子，而不存在发明的方法中的端子必须满足的限制性特征。
[0033]图2示出了根据使用具有焊接面12的端子10的本发明的激光焊接方法的实施方式的第一步骤。在第一步骤中，将线缆15定位于端子10上，具体是在端子10的焊接面12上。线缆15包括多个多跟纤维16和包围多根纤维16的绝缘护套18。在所例示的方法的步骤之前，绝缘护套18从线缆15的端部区段17去除，且仅端部区段17定位于焊接面12。
[0034]图3示出了示例性激光焊接方法的按压步骤。在这一步骤中，使用按压机构20将多根纤维16向下按压至焊接面12。通过按压机构20，多根纤维16可顺序排列在焊接面12上，并且优选地，可避免出现松动的纤维。应强调的是，在发明的方法中不使用压接机构，即，多根纤维16不被端子本身的材料按压在一起。因此，有利地，与相关技术方案相比，发明的方法得到简化，而在发明的方法中没有压接或压紧步骤。一些种类的按压机构使用于本发明的全部实施方式中。在本实施方式中，按压机构20具有弯曲的按压表面以顺序排列布置在焊接面12上的多根纤维16。
[0035]图4示出了优选方法的焊接步骤，其中施加激光26的第一脉冲以熔化线缆15的端部区段17中的多根纤维16。激光26的脉冲由图4中的激光束24例示。激光束24具有位于多根纤维16上和端子10的临近部分上的作用区22。激光26的第一脉冲的作用区22的直径大于向下按压的多根纤维16的总宽度。在这一情形下，确保全部纤维16被熔化。多根纤维16被向下按压时的多根纤维16的总宽度大于不使用按压机构时的多根纤维16的总宽度。将作用区22的直径的尺寸调整成大于被向下按压的多根纤维16的总宽度也有助于避免焊接完成之后出现松动的纤维16。优选的是，激光26的第一脉冲的作用区22覆盖线缆15的端部，其也有助于避免松动的纤维。由于其是线缆15的离按压机构20最远的部分，因此松动的纤维最可能出现在线缆15的端部。如果作用区22覆盖线缆15的端部，并且此外，其直径大于被向下按压的多根纤维16的总宽度，则最终的松动的纤维将被激光束24熔化并将形成焊接连接体的一部分。
[0036]图5示出了已焊接状态。通过在线缆15的端部区段17上施加激光26的脉冲，在激光束24施加在线缆15上之后，多根纤维16的材料和端子10的截面的最多50%的材料熔化。当熔化的材料再次变成固体即冷却时，在端子10和多根纤维16之间形成焊接连接体28。期望焊接连接体28将全部多根纤维16连接至端子10而不存在任何松动的纤维。当激光26的脉冲的作用区22覆盖线缆15的端部且作用区22的直径大于被向下按压的多根纤维16的总宽度时可满足这一需求，如上所述。在焊接连接体28形成之后，按压机构20被去除。
[0037]在本发明的另一个实施方式中，可通过在端子10和多根纤维16之间制造第二焊接连接体28’来增强形成在多根纤维16和端子10之间的焊接连接体28。在本发明的这一实施方式中，可通过在图2至图5的步骤之后应用图6和图7中例示的两个进一步的步骤来形成第二焊接连接体28’。
[0038]图6示出了另一个焊接步骤，其中激光26的第二脉冲优选地施加在线缆15的端部区段17上，其中去除了绝缘护套18。激光26的第二脉冲由图6中的激光束24’例示。激光束24’具有位于多根纤维16和端子10的临近部分上的作用区22’，类似于作用区22，其直径大于被向下按压的多根纤维16的总宽度。在第二激光束24’的施加中,可分为两种选择。
[0039]在第一种选择的情形下，激光26的第二脉冲的作用区22’与激光26的第一脉冲的作用区22不具有交叠。在这一情形下，在线缆15和端子10之间形成分开的焊接连接体。在这一情形下，可有利地避免松动的纤维，因为当第一焊接连接的形成引起松动的纤维时，通过第二焊接连接的形成，可以熔化成焊接连接体。
[0040]在第二种选择的情形下，作用区22’与作用区22具有交叠。作为熔化多根纤维16的材料的结果，其反射度将比先前高。当激光束24的作用区22和激光束24’的作用区22’具有交叠时，先前形成的焊接连接体28的较高的反射属性会造成第二激光脉冲部分地被焊接连接体28的表面反射。为了补偿被已有的高反射率的焊接连接体28反射的功率，激光26的第二脉冲的功率优选大于激光26的第一脉冲的功率。在交叠的情形下，与通过第一种选择相比，可在各个部分之间形成总体较小的焊接连接体，即多根纤维16和端子10的较小部分变成刚性。这是为了避免使得端子10的的截面多于50%被熔化；必须相应地调节第一脉冲的功率和第二脉冲的功率。
[0041]在发明的方法的全部实施方式中，优选的是激光26的第一脉冲和第二脉冲均使用使得线缆15的端部区段17中的全部多根纤维16以及端子10截面最多50%被熔化的功率来施加。我们的试验表明如果端子10多于50%的截面被熔化而再次变成固体，则端子10变成刚性且易脆。如果截面最多50%被熔化，则端子10的稳定性和耐久性保持接受。
[0042]图7示出了已焊接状态，其中通过施加第二脉冲而在端子10和多根纤维16之间形成有焊接连接体28’。在图6和图7中，多根纤维16通过类似于图3至图5中例示的步骤的按压机构20被按压；按压机构20在焊接连接体28’形成之后被去除。
[0043]图8示出了可用于发明的方法进一步优选的实施方式中的另一个端子10’。端子10’具有焊接面12’和端子端头14’。图9示出了沿着平面B-B的焊接面12’的截面图。从图9可清楚地看出焊接面12’在B-B面上具有U形截面。具有U形截面的焊接面12’的端子10’的应用进一步降低了松动纤维出现的可能性。端子10’还具有多根纤维16被端子10’的材料更多地包围的优点，导致在更紧凑的焊接接合体和在避免松动的纤维方面更
高的效率。
[0044]用于发明的方法中的端子不限于图1和图8中示出的类型，即不限于具有平坦的焊接面的端子和具有U型的焊接面的端子，而是可使用任何类型的适当端子。
[0045]图10示出了使用端子10’的激光焊接方法的第一步骤。在这一实施方式中，端子10’具有U形截面的焊接面12’(如图9所示)。在该第一步骤中，线缆15的端部区段17被定位于端子10’的焊接面12’。端子10’的应用具有使线缆15的端部区段17中的多根纤维16被焊接面12’部分地包围的优点。U形截面的焊接面12’的向上弯曲部称作壁。U形截面的焊接面12’的应用有助于避免出现松动的纤维。
[0046]图11示出了这一实施方式的按压步骤，其中线缆15的端部区段17的多根纤维16被按压机构20’向下按压至端子10’，进入其焊接面12’，焊接面12’形成容纳多根纤维16的沟槽状形式。
[0047]图12示出了本发明这一实施方式的焊接步骤，其中施加激光26的第一脉冲以熔化线缆的端部区段17。激光26的脉冲由激光束24”例示，其具有位于多根纤维16和端子10’的临近部分上的作用区22”。激光26的第一脉冲的作用区22”的直径大于受到焊接面12’的宽度限制的被向下按压的多根纤维16的总宽度。激光26的第一脉冲的作用区22”覆盖线缆15的端部。
[0048]图13示出了已焊接状态，其中焊接连接体28”形成在端子10和多根纤维16之间。通过施加大于焊接面12’的宽度的作用区22’的激光束24”，焊接面12’的壁将至少部分地熔化。当壁的材料再次变成固体时，熔化的焊接面12’的壁增强焊接连接体28”。因此，期望焊接面12’的壁的熔化，但应强调的是必须施加使得线缆15的全部多根纤维16和端子10’的截面最多50%熔化的功率的激光束。如果壁即端子的材料熔化大于其截面50%，则可能导致刚性并由此引起焊接连接不稳定。
[0049]在本发明的另一个实施方式中，通过类似于图6和图7中例示的发明的方法的实施方式制造第二焊接连接体28”’，可增强端子10’和多根纤维16之间的焊接连接体28”。在本发明的这一实施方式中，在图10至图13的步骤之后可通过应用在图14和图15中例示的两个进一步的步骤来形成第二焊接连接体28”’。
[0050]图14示出了焊接步骤，其中激光26的第二脉冲施加在线缆15的端部区段17上。激光26的第二脉冲由具有作用区22”’的激光束24”’例示。作用区22”’位于多根纤维16和端子10’的临近部分上。激光26的第二脉冲的作用区22”’的直径大于被向下按压的多根纤维16的总宽度。
[0051]激光26的第一脉冲的作用区22”与激光26的第二脉冲的作用区22”’可具有交叠或不具有交叠。在具有交叠的情形下，激光26的第二脉冲的功率必须大于激光26的第一脉冲的功率。
[0052]图15示出了已焊接状态，其中在端子10和多根纤维16之间形成有第二焊接连接体28”’。在图11至图15中例示的步骤中，多根纤维16通过按压机构20’进行按压，按压机构20’在焊接连接体28”’形成之后被去除。
[0053]通常，如果激光26的脉冲仅在线缆15的端部区段17中的某些(点状)位置熔化多根纤维16且熔化的纤维材料构成位于纤维16和焊接面12、12’之间的焊接连接体28、28’、28”、28”’，则在全部实施方式中是优选的。以上详述的实施方式中的按压机构20、20’定位成向下按压从其去除了绝缘护套18的线缆的整个区段并且不妨碍激光束的施加。每一个焊接连接体28、28’、28”、28”’通过激光26的一个脉冲来形成。在施加激光26适当的脉冲之前，按压机构20、20’施加在多根纤维16上并在焊接连接体28、28’、28”、28”’形成之后被去除。
[0054]图16和图17例示了在其制造状态中分别通过承载带30、30’相互连接的端子10、10’。在应用根据本发明的焊接方法之前，去除承载带30、30’的连接部分以获得图1和图8中例示的端子10、10’
[0055]可使用下文中详述的尺寸应用发明的方法的特定实施方式。可使用0.1至0.8mm2截面的线缆。焊接面的厚度可在0.1至0.4_的范围，焊接面的宽带可为任何尺寸。激光束的作用区的直径可选择在0.7至2.5_的范围，其通常大于被向下按压的纤维的总宽度。通过选择激光束的作用区的直径的适当值，可确保激光束的热量到达多根纤维和端子。通过适当调整直径也可确保上不出现孔且焊接面任何部分都不在其总宽度上熔化。这些情况对导电性不利，同样可能导致耐用性较低的焊接连接体。
[0056]通过这些尺寸，用于该方法中的激光的峰值功率可从1200至5400W的范围选择并具有2000W的平均功率。依赖于可选地是否存在纤维的锡覆盖，可使用具有1064nm波长的Nd =YAG激光，工作在具有8至40ms激光脉冲周期的脉冲模式。施加第一激光束以便激光束的中心可选择在离线缆端部O至3nm的距离内。从这一范围选择特定值，使得线缆的端部在任何情形下均被覆盖。在优选的情形下，第一激光束的作用区的70%位于纤维上，而其30%位于焊接面上。第二脉冲的激光束的中心可从第一激光束的中心偏移I至4mm。在该方法的过程中，还优选在端子和多根纤维周围施加一些惰性气体，该惰性气体优选为氩气。应用惰性气体优选地有助于避免构成焊接连接的材料氧化。
[0057]当然，本发明并非限于以上详述的优选实施方式，而是在由权利要求限定的范围内，进一步的变形、修改和进一步的演化都是可能的。
【权利要求】
1.一种将线缆(15)焊接至端子(10、10’ )的焊接方法，该线缆(15)包括多根纤维(16)，该方法包括利用按压机构(20、20’)将多根纤维(16)按压至端子(10、10’)的步骤， 其特征在于进一步的步骤: -通过将激光(26)的至少一个脉冲施加至线缆(15)的端部区段(17)上，在多根纤维(16)和端子(10、10，)之间制造至少一个焊接连接体(28、28’、28”、28”，)，以及 -去除该按压机构(20、20，)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，施加所述激光(26)的第一脉冲，并且其中，所述激光(26)的第一脉冲的作用区(22、22”)的直径大于被向下按压的所述多根纤维(16)的总宽度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述激光(26)的第一脉冲的所述作用区(22、22”)覆盖所述线缆(15)的所述端部。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，使用使得所述线缆(15)的端部区段(17)中的全部所述多根纤维(16)和所述端子(10、10’)的截面最多50%熔化的功率来施加所述激光(26)的所述第一脉冲。
5.根据权利要求2至4任一项所述的方法，其中，将所述激光(26)的第二脉冲施加至所述线缆(15)的所述端部区段(17)上，其中，所述激光(26)的所述第二脉冲的作用区(22\22^ )的直径大于被向下按压的所述多根纤维(16)的总宽度。
6.根据权利要求5所述 的方法，其中，所述激光(26)的所述第二脉冲的所述作用区(22’、22”’ )与所述激光(26)的所述第一脉冲的所述作用区(22、22”)不具有交叠。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述激光(26)的所述第二脉冲的所述作用区(22\22^ )与所述激光(26)的所述第一脉冲的所述作用区(22、22”)具有交叠。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述激光(26)的所述第二脉冲的所述功率大于所述激光(26)的所述第一脉冲的所述功率。
9.根据权利要求5至8任一项所述的方法，其中，使用使得所述线缆(15)的所述端部区段(17)中的全部所述多根纤维(16)以及所述端子(10、10’)的截面最多50%熔化的功率来施加所述激光(26)的所述第二脉冲。
10.根据权利要求1至9任一项所述的方法，其中，应用具有平坦的焊接面的端子(10)。
11.根据权利要求1至9任一项所述的方法，其中，应用具有U形截面的焊接面的端子(10，)。
12.根据权利要求1至11任一项所述的方法，其中，所述端子(10、10’)和/或全部所述多根纤维(16)由铜构成。
13.根据权利要求1至12任一项所述的方法，其中，在焊接期间在所述端子(10、10’)和所述多根纤维(16)周围施加惰性气体，所述惰性气体优选为氩气。
【文档编号】H01R43/02GK103718394SQ201280032408
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年6月29日 优先权日:2011年7月1日
【发明者】T·科瓦奇, P·纳吉 申请人:德尔福国际业务卢森堡公司