CN103817446B - 一种钠硫电池真空激光焊接用夹具 - Google Patents

一种钠硫电池真空激光焊接用夹具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了化学储能领域的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具，包括一个真空箱，所述真空箱内设有位于所述真空箱上部的可升降的压头和位于所述真空箱底部的，可水平旋转的底座旋转卡盘；所述压头与所述底座旋转卡盘之间还设有三点定心装置，所述三点定心装置包括两个固定旋转支点和一个弹性旋转支点，所述弹性旋转支点和两个所述固定旋转支点构成等腰三角形，其中两个所述固定旋转支点的连线构成所述等腰三角形的底边，所述弹性旋转支点可沿所述等腰三角形的对称中心轴弹性伸缩。其技术效果是：其能够在钠硫电池外壳焊接的过程中，保证钠硫电池外壳与激光焊接机的激光头之间的离焦量的变化范围在允许范围内，从而保证钠硫电池外壳焊接的质量。

Description

一种钠硫电池真空激光焊接用夹具
技术领域
本发明涉及化学储能领域的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具。
背景技术
钠硫电池是一种以金属钠为负极活性材料，硫磺为正极活性材料，β’’-Al2O3电解质陶瓷管为电解质隔膜的大容量电池。钠硫电池在330～350℃的工作温度下，钠和硫磺均为液态。因此，钠硫电池的密封要求较高。激光焊接具有输入工件热量低、热变形和热影响区小、焊后高的冷却速度使焊缝组织微细化、焊接致密性高，成为钠硫电池金属与金属焊接密封最优的选择。然而，在钠硫电池正极装配需要真空环境，因此，在正极装配完毕后进行焊接时须在真空环境下焊接。
由于大容量钠硫电池外壳是外径较大的薄壁管（如89×2mm），由于生产，加工及成本等限制，实际外径椭圆度较差，大致在5～20丝，再加上后期组装电池的装配误差及夹具系统误差，最后焊接误差多则可达40丝。中国专利CN102601524A公开了钠硫电池制备用真空激光焊接机精度制控装置，201310149610.3公开了一种用于真空激光焊接的装置，由于激光焊接中，离焦量（激光焦点离焊接对象间的距离）对焊接质量的影响很大，在整个焊接过程中要想达到可靠的焊接质量，必须保证离焦量是恒定的值或变化很小，然而上述专利提到的这些装置精度很难达到国内现有钠硫电池的制造水平。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种钠硫电池真空激光焊接用夹具，其能够在钠硫电池外壳焊接的过程中，保证钠硫电池外壳与激光焊接机的激光头之间的离焦量的变化范围在允许范围内，从而保证钠硫电池外壳焊接的质量。
实现上述目的的一种技术方案是：一种钠硫电池真空激光焊接用夹具，包括一个真空箱，所述真空箱内设有位于所述真空箱上部的可升降的压头和位于所述真空箱底部的，可水平旋转的底座旋转卡盘；
所述压头与所述底座旋转卡盘之间还设有三点定心装置，所述三点定心装置包括两个固定旋转支点和一个弹性旋转支点，所述弹性旋转支点和两个所述固定旋转支点构成等腰三角形，其中两个所述固定旋转支点的连线构成所述等腰三角形的底边，所述弹性旋转支点可沿所述等腰三角形的对称中心轴弹性伸缩。
进一步的，所述三点定心装置包括一个定心夹套，所述定心夹套分为拱形框架和条形框架，所述条形框架的第一端部与所述拱形框架的第一端部枢轴连接，所述拱形框架的第二端部与所述条形框架的第二端部通过定位销固定，两个所述固定旋转支点均位于拱形框架的顶面上，而且关于所述拱形框架的对称中心轴镜像对称，所述弹性旋转支点位于所述条形框架的顶面上，并可沿所述拱形框架的对称中心轴弹性伸缩。
再进一步的，两个所述固定旋转支点在所述拱形框架顶面上构成旋转轴承组，所述弹性旋转支点是由一根与条形框架顶面固定的，伸向所述拱形框架一侧的，可沿所述拱形框架的对称中心轴弹性伸缩的弹性伸缩杆，以及可在所述弹性伸缩杆末端的水平旋转的旋转轴承组成的。
进一步的，所述压头包括万向球头和过渡接头，所述过渡接头位于所述万向球头的正下方，所述过渡接头的顶面的中心设有一个位于所述万向球头竖直下方的凹球面，所述凹球面的形状与所述万向球头底面的形状对应。
再进一步的，所述压头还包括压头底座和中间连接头，所述压头底座的顶部与一个用于控制所述压头升降的压头升降传动装置连接，所述中间连接头连接所述压头底座和所述万向球头，且所述压头底座与所述中间连接头之间能够相互转动。
更进一步的，所述中间连接头与所述压头底座通过位于所述中间连接头与所述压头底座径向之间的若干组圆柱滚珠轴承实现相互转动。
还要进一步的，所述压头升降传动装置为一个伺服电机。
进一步的，所述底座旋转卡盘包括一个位于所述真空箱底面的卡盘底座，以及一个可在所述卡盘底座顶面上水平旋转的三爪卡盘。
再进一步的，所述三爪卡盘在与所述卡盘底座相连的驱动电机的驱动下在所述卡盘底座顶面上水平旋转。
更进一步的，所述卡盘底座的顶面与所述三爪卡盘的底面之间设有底部弹簧。
采用了本发明的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具的技术方案，即在真空箱内，在可升降的压头和位于真空箱底部的，可水平旋转的底座旋转卡盘之间增加三点定心装置，三点定心装置有两个固定旋转支点和一个弹性旋转支点组成的钠硫电池真空激光焊接用夹具的技术方案。其技术效果是：其能够在钠硫电池外壳焊接的过程中，保证钠硫电池外壳与激光焊接机的激光头之间的离焦量的变化范围在允许范围内，从而保证钠硫电池外壳焊接的质量。
附图说明
图1为本发明的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具的立体结构示意图。
图2为本发明的一种钠硫电池真空激光焊接夹具的正面结构示意图。
图3为本发明的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具的压头的结构示意图。
图4为本发明的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具的三点定心装置的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1～图4，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：
请参阅图1和图2，本发明提供了一种钠硫电池真空激光焊接用夹具。包括一个真空箱3，该真空箱3内设有压头升降传动装置1、压头2、三点定心装置6和底座旋转卡盘7。
请参阅图3，压头2包括压头底座21，中间连接头22，万向球头23，过渡接头24。其中压头底座21的顶面通过若干螺栓与压头升降传动装置1固定，本实施例中压头升降传动装置1为一个伺服电机。中间连接头22的上部套接在压头底座21的径向内侧，同时，中间连接头22与压头底座21径向之间设有若干组圆柱滚珠轴承，使压头底座21与中间连接头22之间能够相互转动。万向球头23套接在中间连接头22底部的径向内侧。过渡接头24位于万向球头23的正下方，并安装在钠硫电池外壳9的顶部，过渡接头24的顶面的中心设有位于万向球头23竖直下方的一个凹球面241，该凹球面241的形状与万向球头23底面的形状对应，实现该钠硫电池真空激光焊接用夹具在对钠硫电池外壳9进行夹装时，使万向球头23能够与过渡接头24配合，以保证钠硫电池旋转轴的稳定。
请参阅图4，三点定心装置6包括定心夹套61、固定旋转支点62，弹性旋转支点63，其中定心夹套61由拱形框架611和条形框架612组成。两个固定旋转支点62均位于拱形框架611的顶面上，两个固定旋转支点62关于拱形框架611的对称中心轴镜像对称。本实施例中，两个固定旋转支点62在拱形框架611顶面上构成旋转轴承组。条形框架612的第一端部与拱形框架611的第一端部枢轴连接，拱形框架611的第二端部与条形框架612的第二端部通过定位销64固定。弹性旋转支点63位于条形框架612的顶面上，并可沿着拱形框架611的对称中心轴弹性伸缩。本实施例中，弹性旋转支点63是由一根与条形框架612顶面固定的，伸向两个固定旋转支点62一侧的，可沿拱形框架611的对称中心轴弹性伸缩的弹性伸缩杆631以及在弹性伸缩杆631末端水平旋转的旋转轴承632组成的。这样两个固定旋转支点62和一个弹性旋转支点63构成了一个等腰三角形，两个固定旋转支点62的连线为该等腰三角形的底边，弹性旋转支点63与两个固定旋转支点62的两条连线对应构成该等腰三角形的腰。拱形框架611的对称中心轴即为该等腰三角形的对称中心轴。
这样设计的目的在于，在钠硫电池外壳9旋转，并对钠硫电池外壳9进行真空激光焊接的过程中，钠硫电池外壳9始终紧贴两个固定旋转支点62，这样，钠硫电池外壳9上的焊缝与激光焊接机的激光头4的距离，即真空激光焊接的离焦量ΔF是恒定的。通过三点定心装置6，弥补了钠硫电池外壳9装配中精度误差带来的不利影响，提高了钠硫电池外壳9焊接过程中的焊接质量，同时还可以有效提高激光焊接机的激光头4寿命和焊接的可调节性。
底座旋转卡盘7位于真空箱3的底部，底座旋转卡盘7包括卡盘底座74，驱动电机71、三爪卡盘72，三爪卡盘72和驱动电机71通过卡盘底座74连接，三爪卡盘72在驱动电机71的驱动下在卡盘底座74的顶面水平旋转，进而在激光焊接的过程中带动钠硫电池外壳9的旋转。三爪卡盘72和卡盘底座74之间还设有底部弹簧73，以使三爪卡盘72的高度可调，以满足焊接不同规格钠硫电池外壳9的需要。
当焊接钠硫电池外壳9时，打开真空箱3的箱门，将待焊接电池外壳9装配好放入底座旋转卡盘7上，旋转钠硫电池外壳9使其自然放于三爪卡盘72上并锁紧，然后扣紧三点定心装置6，并通过压头升降传动装置1，使压头2压紧待焊接钠硫电池外壳9，微调激光焊接机的激光头4上下位置，使激光头4正对准待焊接钠硫电池外壳9上的焊缝，待调整好后，关闭真空箱3的箱门，进行抽真空后进行自动焊接。焊接完毕后泄去真空，打开真空箱3的箱门，取出焊接好的钠硫电池外壳9。
本发明的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具，可为激光焊接保证较高的精度，通过具有万向球头23的压头2，可以稳定激光焊接中钠硫电池外壳9的旋转轴，三点定心装置6可弥补钠硫电池外壳9圆度较差的问题。具体的：由于钠硫电池外壳9椭圆度一般在5-20丝。即0.05～0.2mm之间，有些会更大，再加上装配误差等，总误差尺寸达40丝之多，也就是在钠硫电池外壳9焊接过程中，焊缝离焦量ΔF会有40丝的变化，远高于激光焊接一般允许离焦量ΔF的变化，即15丝以内。由于钠硫电池外壳9的焊接因为是真空激光焊接，真空激光焊接过程中没有吹起，其一般允许离焦量ΔF变化会更小，一般不超过10丝。因此，一般的真空激光焊接用夹具满足不了真空激光焊接精度要求。本发明中，压头2上的万向球头23，可以有效保证压头2压力始终作用在钠硫电池的旋转轴上，且压力的方向在钠硫电池外壳9转动过程中，即使椭圆度较大的钠硫电池外壳9，压头2的压力也不会生产较大的力臂。在弹性旋转支点63的作用下，即使椭圆度较大的钠硫电池外壳9也会被弹性旋转支点63弹力推至两个固定旋转支点62处，并始终与两个固定旋转支点62保持接触，从而可以有效保证钠硫电池外壳9与激光焊接机的激光头4之间的离焦量ΔF的变化范围在10丝以内。
本实施例中，压头升降传动装置1、压头2、三点定心装置6和底座旋转卡盘7均通过一个固定架8在真空箱3内固定。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种钠硫电池真空激光焊接用夹具，包括一个真空箱，所述真空箱内设有位于所述真空箱上部的可升降的压头和位于所述真空箱底部的可水平旋转的底座旋转卡盘，其特征在于：
所述压头与所述底座旋转卡盘之间还设有三点定心装置，所述三点定心装置包括两个固定旋转支点和一个弹性旋转支点，所述弹性旋转支点和两个所述固定旋转支点构成等腰三角形，其中两个所述固定旋转支点的连线构成所述等腰三角形的底边，所述弹性旋转支点可沿所述等腰三角形的对称中心轴弹性伸缩，
所述三点定心装置还包括一个定心夹套，所述定心夹套分为拱形框架和条形框架，所述条形框架的第一端部与所述拱形框架的第一端部枢轴连接，所述拱形框架的第二端部与所述条形框架的第二端部通过定位销固定，两个所述固定旋转支点均位于拱形框架的顶面上，而且关于所述拱形框架的对称中心轴镜像对称，所述弹性旋转支点位于所述条形框架的顶面上，并可沿所述拱形框架的对称中心轴弹性伸缩，
两个所述固定旋转支点在所述拱形框架顶面上构成旋转轴承组，所述弹性旋转支点是由一根与条形框架顶面固定的伸向所述拱形框架一侧的可沿所述拱形框架的对称中心轴弹性伸缩的弹性伸缩杆，以及可在所述弹性伸缩杆末端的水平旋转的旋转轴承组成。
2.根据权利要求1所述的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具，其特征在于：所述压头包括万向球头和过渡接头，所述过渡接头位于所述万向球头的正下方，所述过渡接头的顶面的中心设有一个位于所述万向球头竖直下方的凹球面，所述凹球面的形状与所述万向球头底面的形状对应。
3.根据权利要求2所述的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具，其特征在于：所述压头还包括压头底座和中间连接头，所述压头底座的顶部与一个用于控制所述压头升降的压头升降传动装置连接，所述中间连接头连接所述压头底座和所述万向球头，且所述压头底座与所述中间连接头之间能够相互转动。
4.根据权利要求3所述的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具，其特征在于：所述中间连接头与所述压头底座通过位于所述中间连接头与所述压头底座径向之间的若干组圆柱滚珠轴承实现相互转动。
5.根据权利要求4所述的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具，其特征在于：所述压头升降传动装置为一个伺服电机。
6.根据权利要求1所述的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具，其特征在于：所述底座旋转卡盘包括一个位于所述真空箱底面的卡盘底座，以及一个可在所述卡盘底座顶面上水平旋转的三爪卡盘。
7.根据权利要求6所述的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具，其特征在于：所述三爪卡盘在与所述卡盘底座相连的驱动电机的驱动下在所述卡盘底座顶面上水平旋转。
8.根据权利要求7所述的一种钠硫电池真空激光焊接用夹具，其特征在于：所述卡盘底座的顶面与所述三爪卡盘的底面之间设有底部弹簧。
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