CN102689089A - 具有厚度降低结构部的多片工件层叠堆的束焊接 - Google Patents

Abstract

一种束焊接多片工件层叠堆的方法包括在第一板中设置厚度降低结构部，将第一板布置为邻近第二板以限定第一焊接界面，和将第三板布置为邻近第二板以限定第二焊接界面。将激光束或电子束引导经过结构部处的第一板，以在多个焊接界面中的一个处形成熔融焊接部。可将第二束引导至其他界面上，以形成第二熔融焊接部。在第一板中设置厚度降低结构部可包括使用束形成所述结构部和机械地预制所述结构部。可使用束预加热多个界面中的一个，且该束可使用分束器分离，以形成多个束。还公开了一种经由该方法制成的焊接组件。

Description

具有厚度降低结构部的多片工件层叠堆的束焊接

技术领域

本发明涉及多片工件层叠堆(即具有三片或更多片的工件层叠堆)的优化的束焊接(beam welding)。

背景技术

激光焊接是广泛使用的商用加工技术，其中激光光束辐射工件层叠堆的目标区域。电子束可以类似的方式被使用。经辐射的材料由于激光光束的强度而变为液化(liquefied)状态。当经液化的材料冷却后产生熔融点状焊接部或焊缝。束焊接可用于在典型的两层工件层叠堆中的一对邻近的板的整个厚度中形成熔融焊接部。但是，当尝试束焊接具有三层或更多层板(特别是不相似的材料)的工件层叠堆时，可产生非最优的熔融焊接部。

发明内容

此处提供了一种束焊接多片工件层叠堆的方法，即，使用激光束或电子束产生熔融焊接部的方法。一板具有厚度降低结构部，诸如一个或多个孔、沟道、沟槽、狭槽、或其他适于仅在板的特定区域内减少该特定的板的有效厚度的结构部。该区域邻近待形成的熔融焊接部的轨迹。

在此处使用时，术语“多片”指向三片或更多片堆叠或邻近布置的板，不论所述板的相对厚度。两件式工件层叠堆的束焊接最通常地通过在所述板的整个厚度上形成搭接结合部而实施。但是，传统的搭接结合部焊接技术在工件层叠堆中的板的数目超过两个、且特别地当不同的材料用在所述多个板的构造中时可能是难以有效地实施的。

在一个可能的实施例中，多片板可包括电池模块的电池凸出部以及导电互连构件。

束焊接组件包括具有厚度降低结构部的第一板、布置为邻近第一板以形成第一焊接界面的第二板、以及布置为邻近所述所述第二板以形成第二焊接界面的第三板。第一熔融焊接部存在于第一焊接界面处，而第二熔融焊接部存在于第二焊接界面处。

当结合附图时，本发明的上述结构部和优势以及其他结构部和优势从下文中用于实施本发明的最佳模式的详尽描述中是轻易地明显的。

附图说明

图1是表现为电池模块的示例性焊接组件的示意性端部视图；

图2是多片工件层叠堆的示意性视图，所述多片工件层叠堆通过由该工件层叠堆的一片板限定的厚度降低结构部而被束焊接；

图3是多件式工件层叠堆的示意性视图，其被使用分束器从而被使用单个束源焊进行束焊接；

图4是使用两步束焊接的多件式工件层叠堆以及用于减少多片板中的一片的有效厚度的一组厚度降低结构部的示意性视图；

图5是描述束焊接多片工件层叠堆的方法的流程图；和

图6是具有环形或圈状厚度降低结构部的示意性视图。

具体实施方式

参见附图，其中相同的附图标记指向相同的构件，焊接组件10示出为可在机动车、工业、家居或各种其他应用中使用的类型的电池模块。其他使用多片工件层叠堆22构造的多件式组件可经由下文中阐明的方法形成，其中电池组件示例性地仅出于示例性目的而被使用，如本领域普通技术人员将理解的。不论实施例如何，组件10的至少一片板具有厚度降低结构部，该结构部在多片工件层叠堆22中提供优化的焊接厚度。

示例性电池模块可配置为可充电式锂离子聚合物电池，但其不限于这种设计。在一个实施例中，电池模块可配置为提供足以向一个或多个牵引电机(未示出)提供功率的电压输出，所述牵引电机位于混合动力电动车(HEV)、电动车(EV)、增程式电动车(EREV)等上，取决于应用示例性地具有约300至400VDC。这种水平通常用于仅电动(EV)推动模式。

电池模块实施例可包括一个或多个电化学电池芯(未示出)，其具有薄板16和18(例如，电极延伸部或电池凸出部)。板16、18可定位在电池壳体内彼此邻近，其中出于简明的目的在图1中仅示出了所述壳体的上部部分或互连板19。互连板19可限定开口15，板16和18穿过该开口向上延伸。板16和18可由不同于互连构件20的材料构造成。

任意数量的板，不论焊接组件10的性质，可彼此“堆叠”或以其他方式布置为彼此邻近。板16、18继而被束焊接至板12，即导电汇流棒或互连构件20的一部分。互连构件20可由导电金属(例如铜或铝)构造成。在一个可能的实施例中，互连构件20可包括经由另一片板(例如，基底)结合至一起的一对板12。板16和18以及板12形成工件层叠堆22的三个不同的工件或层。出于简明的目的，此处描述了三件式工件层叠堆22，但可使用多于三层板以制成工件层叠堆22。

参见图2，工件层叠堆22可包括沿附加的板16和18具有厚度降低结构部30、130或230的板112。束源24将能量束朝向工件层叠堆22引导，示例性地，作为不同的能量束或经光栅处理的束，且引导至焊接界面25、125上。厚度降低结构部30、130可为一个或多个开口或孔，其有效地降低了束27必须穿过的板112的材料的量。替换地，如虚线所示，狭槽、沟道、沟槽或任何其他厚度降低结构部230可提供于替换地配置的板212中。也可使用示例性结构部30、130、和230的组合，且本领域普通技术人员将识别出可存在以提供功能相当的结构部的变体。

厚度降低结构部30、130、230不论如何配置都允许能量束27至少部分地穿过板112、212，以允许更高的能量入射在焊接界面125上的点50上。根据一个实施例，结构部30可相对于点50和中心轴线62以相应的非正交的角度(α1，α2)轴向取向。结构部30、130或230的实际取向可选定为使得能量束27聚焦于焊接界面125上或附近的点50上。

在焊接部在点50处形成后，此时点50成为焊接部的大致中心点，另一能量束27可在第二步骤中或在点50处的焊接部形成的同时引导至焊接界面25处的点60。

简要地参见图6，在可替代实施例中，图2的结构部30可为环形的，即，位于朝向束源24的表面上的单个连续圈状结构部。在所述实施例中，可使得图2中的束源24或其产生的束27关于板112的平面旋转，使得单个能量束如图5中的双箭头76所示地，穿过结构部30。可选择各种控制装置以获得所示旋转位置(例如，其上布置有束源24的转台或其他合适的装置)。

再次参见图2，熔融焊接部因此形成在板16和18之间，以及板112和16之间。如果可选结构部130布置在如图2中以虚线示出的结构部30之间，束源24和/或工件层叠堆22可沿箭头42示出的任一方向移动。这样做的话则在在焊接界面125或沿其(例如在以虚线示出的点160处)形成熔融焊接部之前，将能量束27的轴线布置为不和结构部30、130对齐。

参见图3，在另一实施例中，图2中示出的以及在下文中描述的图4的实施例中的厚度降低结构部30、130、230可使用分束器40形成。板18在此代表工件层叠堆22中的第n层板，其中n≥3。能量束27可入射在分束器40上，使得能量束27分成多个能量束127、227，例如平行或如所示或以需要的其他角度校准的多个束。

可控制能量束127以预加热靶向焊接界面，从而增强焊接质量，和/或在板112中钻成或制成结构部30、130、230(参见图2)。所述预加热可帮助最小化环绕产生的熔融焊接部的任何结构部的热沉效应。可移动或以其他方式控制工件层叠堆22和/或能量束27、127、227，示例性地，沿箭头65的方向，以形成合适的熔融焊接部。

参见图4，多片工件层叠堆22可如所示地偏移。工件层叠堆22包括布置为和板112邻近的板16和18。板16和板18相对于彼此偏移开，且不同的束源24、124被用于实施束焊接操作。以该方式，具有平齐或平坦端部的复杂三片层叠堆(即，板16、板18和板112)被转换成两个两片层叠堆，即板16和板18作为具有焊接界面125的一层，而板16和板112作为具有焊接界面225的另一层。用另一种方式表达，三厚度搭接结合部被减少成两厚度搭接结合部。

当板18配置为具有如此处所述的结构部30或其各个实施例中的一个时，板112和/或板18可包括如上文结合图2所述的厚度降低结构部30、230中的一个或多个。厚度降低结构部30、230的确切构造可变化，假设厚度降低结构部30、230有效地减少且优化了板112的厚度。在该示例中，图2中的结构部130被视为和结构部30是同一个，因此出于简明的目的在此后仅描述结构部30。结构部30、230可形成为距板16有一段距离(箭头11)，此时板112的厚度由该距离的谨慎的选择所限定。即，结构部30、230限定朝向板116布置的内表面35，但仍保持为离开板16一段距离(箭头11)。用另一种方式表达，结构部30、230不被形成为完全贯穿板112的厚度。

在各个附图中示出的任意实施例中，厚度降低结构部30、230可在束焊接之前预制或钻成。束源24和124可布置在工件层叠堆22的相对侧上。束源24和124每一个都可独立地或相互依赖地被控制，以在相应的焊接部界面125、225处形成合适的熔融焊接部。即，束源124可在位于板18和16之间的焊接界面125处或沿其形成熔融焊接部，而束源24同时或独立地在板112和板16之间的焊接界面225处或沿其形成另一个熔融焊接部。

束源24、124可使用闭环或开环反馈控制方法控制，以确保焊接部的恰当的布置或交错。例如，反馈回路可存在于束源24、124之间，以确保熔融焊接部的恰当的协调运作以及布置。以这样的方式，两个不同的熔融焊接部可形成在工件层叠堆22的邻近的工件之间。

参见图5，焊接工件层叠堆22的方法100包括在步骤102处将诸如板16的第一片板布置为邻近诸如板18的第二片板，以限定第一焊接界面125(参见图4)。

在步骤104处，第三片板(诸如板112)布置为邻近第二片板，以形成第二焊接界面125，如在图4中所示。

在步骤106处，方法100包括将第一能量束(例如，图4的能量束27)引导通过由第三片板(例如，板112)限定的厚度降低结构部30、230，持续足以在焊接界面225处形成熔融焊接部的时间段。

在步骤108，第二能量束27可被引导至另一焊接界面125上，以由此形成第二熔融焊接部。以该方式，诸如图1中的电池模块、多层式车身面板、或任何其他束焊接组件可相对于传统的接搭结合手段的优化地形成。

尽管已经对用于实施本发明的最佳模式进行了详尽的描述，对本发明所涉及的领域熟悉的技术人员将辨识出在所附的权利要求内用于实施本发明的各种可替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种束焊接多片工件层叠堆的方法，包括：

将具有厚度降低结构部的第一板布置在第二板附近，以由此限定第一焊接界面；

将第三板布置在第二板附近，以由此限定第二焊接界面；和

将能量束引导穿过所述第一板的厚度降低结构部，以在所述第一焊接界面处形成第一熔融焊接部。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括：

使用能量束预加热所述第一焊接界面。

3.如权利要求1所述的方法，其还包括：

使用分束器分离所述能量束，以由此形成多个能量束。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述厚度降低结构部包括由所述第一板限定的孔、沟槽、狭槽以及沟道中的一个。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述厚度降低结构部是环状的，所述方法还包括：

使用束源产生所述能量束；和

旋转所述束源以由此以环状图案将所述能量束引导穿过所述厚度降低结构部。

6.一种束焊接电池模块的方法，所述电池模块包括第一电池凸出部、第二电池凸出部和导电互连构件，所述方法包括：

将所述互连构件布置为邻近所述第一电池凸出部，以由此限定第一焊接界面，其中所述互连构件具有厚度降低结构部；

将所述第二电池凸出部布置为邻近所述第一电池凸出部，以由此限定第二焊接界面；和

将能量束引导穿过所述厚度降低结构部，以由此在所述第一焊接界面处形成第一熔融焊接部，其中所述能量束是激光束和电子束中的一种。

7.如权利要求6所述的方法，其还包括以下一项：使用能量束形成所述厚度降低结构部和机械地预制所述厚度降低结构部。

8.如权利要求6所述的方法，其还包括：

使用能量束预加热所述第一焊接界面。

9.如权利要求6所述的方法，其还包括：

使用分束器分离所述能量束，以由此形成多个能量束；

使用该多个能量束中的一个能量束以形成所述厚度降低结构部和预加热所述第一焊接界面；以及

使用该多个能量束中的另一个能量束以形成所述第一熔融焊接部。

10.如权利要求6所述的方法，其还包括：

将第一束源布置为邻近所述第二电池凸出部；

将第二束源布置为邻近所述互连构件；和

独立地控制所述第一束源和所述第二束源，以在所述第一焊接界面和所述第二焊接界面处形成熔融焊接部。

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