CN107900519A - 电池外壳激光封焊的方法 - Google Patents

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李庆
任方成
邓咏丽
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Abstract

本发明涉及一种电池外壳激光封焊的方法，包括如下步骤：选取盖板上的待封焊边缘中的某一点作为起焊端，并将光纤激光器与盖板的上表面进行对焦处理；将光纤激光器的焊接头以预设的摆动频率F，及预设的摆动幅度D，从起焊端沿着待焊缝边缘对盖板与电池壳体进行封焊处理。上述的电池外壳激光封焊的方法，相当于扩大了作用到盖板上表面的激光光斑大小，从而能一定程度增大盖板与壳体之间的装配间隙及误差的容忍度；同时，光纤激光器封焊处理过程中，圆形摆动的激光束既可对液态熔池起到搅拌作用，又可对一部分已凝固的焊缝进行重熔，如此不仅细化了焊缝晶粒，还促进了焊缝中气泡的析出，从而大幅提升了焊缝质量。

Description

电池外壳激光封焊的方法
技术领域
本发明涉及电池外壳焊接技术领域，特别是涉及一种电池外壳激光封焊的方法。
背景技术
为符合轻量化设计理念，电池外壳普遍采用铝合金。传统的电池外壳封焊主要采用光纤激光连续焊。光纤激光连续焊的光纤激光光斑小，对工件装配精度要求高。然而，由于电池外壳与盖板均会存在装配误差和加工公差，采用光纤激光连续焊对电池外壳封焊后，电池外壳与盖板之间存在焊接不良现象。
发明内容
基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种电池外壳激光封焊的方法，它能够提高电池外壳封焊的良品率。
其技术方案如下：一种电池外壳激光封焊的方法，包括如下步骤：选取盖板上的待封焊边缘中的某一点作为起焊端，并将光纤激光器与盖板的上表面进行对焦处理；将所述光纤激光器的焊接头以预设的摆动频率F，及预设的摆动幅度D，从所述起焊端沿着所述待焊缝边缘对所述盖板与电池壳体进行封焊处理。
上述的电池外壳激光封焊的方法，由于光纤激光器的焊接头以摆动的形式从起焊端沿着待焊缝边缘对盖板与电池壳体进行封焊处理，这样相当于扩大了作用到盖板上表面的激光光斑大小，从而能一定程度增大盖板与壳体之间的装配间隙及误差的容忍度；同时，光纤激光器封焊处理过程中，圆形摆动的激光束既可对液态熔池起到搅拌作用，又可对一部分已凝固的焊缝进行重熔，如此不仅细化了焊缝晶粒，还促进了焊缝中气泡的析出，从而大幅提升了焊缝质量。
进一步地，所述光纤激光器的焊接头的摆动频率F为70HZ～250HZ，摆动幅度D为0.6mm～1.4mm。
进一步地，所述光纤激光器的激光功率P为1000W～2000W；所述光纤激光器的光纤芯径为40um～120um。具体地，所述光纤激光器的光纤芯径为50um或100um。
进一步地，所述光纤激光器的焊接头沿着所述待焊缝边缘的移动速度V为50mm/s～150mm/s。
进一步地，对所述盖板与电池壳体进行封焊处理过程中，所述光纤激光器的焊接头摆动的轨迹为圆形、“一”字形、“8”字形或椭圆形。
进一步地，采用旋转镜片或振镜模块搭载所述光纤激光器的焊接头运动，使所述光纤激光器摆动的轨迹为圆形；采用三轴机械手搭载所述光纤激光器的焊接头运动，使所述光纤激光器的焊接头从所述起焊端沿着所述待焊缝边缘对所述盖板与电池壳体进行封焊处理，并使所述光纤激光器的焊接头回到所述起焊端。
进一步地，所述光纤激光器对所述盖板进行封焊过程中，所述焊接头摆动的相邻轨迹之间的重叠度δ满足于40％≤δ≤70％。如此，能在盖板上形成品质优良的焊缝。
进一步地，所述盖板包括中部板块与外围板缘，所述中部板块与所述外围板缘相连；所述外围板缘绕所述中部板块侧壁周向设置，所述外围板缘搭设在所述电池壳体端部上；所述中部板块伸入到所述电池壳体内，所述中部板块外侧壁与所述电池壳体内侧壁之间的间隙大小b1不大于0.5mm。如此，能防止激光束摆动到中部板块外侧壁与壳体内侧壁之间的缝隙处漏光而烧损电芯。
进一步地，所述外围板缘与所述电池壳体端面之间的间隙大小b2不大于0.2mm。
进一步地，所述中部板块的厚度d1不大于2mm，所述电池壳体侧壁的厚度d2不大于1mm，且所述d1≥d2。
附图说明
图1为本发明实施例所述电池壳体进行激光封焊的示意图；
图2为图1中A处的放大示意图；
图3为本发明实施例所述的电池壳体与盖板的结构示意图；
图4为本发明实施例所述的电池壳体与盖板的焊缝表面结构示意图；
图5为本发明其中一个实施例所述的电池壳体与盖板的焊缝横截面熔池形貌金相图；
图6为本发明另一个实施例所述的电池壳体与盖板的焊缝横截面熔池形貌金相图。
附图标记：
10、盖板，11、中部板块，12、外围板缘，20、电池壳体。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
一般地，铝合金本身的焊接性相对较差，激光反射率高，铝合金材质的盖板采用光纤激光连续焊焊后容易产生气孔、裂纹等缺陷，焊缝密封性差，盖板与电池壳体间焊接不良。
如图1及图2所示，一种电池外壳激光封焊的方法，包括如下步骤：
步骤S100、选取盖板10上的待封焊边缘中的某一点作为起焊端，并将光纤激光器与盖板10的上表面进行对焦处理；
其中，盖板10的上表面指的是盖板上背向电池壳体底部的侧面。
步骤S200、将所述光纤激光器的焊接头以预设的摆动频率F，及预设的摆动幅度D，从所述起焊端沿着所述待焊缝边缘对所述盖板10与电池壳体20进行封焊处理。
上述的电池外壳激光封焊的方法，由于光纤激光器的焊接头以摆动的形式从起焊端沿着待焊缝边缘对盖板10与电池壳体20进行封焊处理，这样相当于扩大了作用到盖板10上表面的激光光斑大小，从而能一定程度增大盖板10与壳体之间的装配间隙及误差的容忍度；同时，光纤激光器封焊处理过程中，圆形摆动的激光束既可对液态熔池起到搅拌作用，又可对一部分已凝固的焊缝进行重熔，如此不仅细化了焊缝晶粒，还促进了焊缝中气泡的析出，从而大幅提升了焊缝质量。
在一个实施例中，所述光纤激光器的焊接头的摆动频率F为70HZ～250HZ，摆动幅度D为0.6mm～1.4mm。
在一个实施例中，所述光纤激光器的激光功率P为1000W～2000W；所述光纤激光器的光纤芯径为40um～120um。具体地，所述光纤激光器的光纤芯径为50um或100um。
在一个实施例中，所述光纤激光器的焊接头沿着所述待焊缝边缘的移动速度V为50mm/s～150mm/s。
在一个实施例中，请一并参阅图3，对所述盖板10与电池壳体20进行封焊处理过程中，所述光纤激光器的焊接头摆动的轨迹为圆形、“一”字形、“8”字形或椭圆形。
在一个实施例中，采用旋转镜片或振镜模块搭载所述光纤激光器的焊接头运动，使所述光纤激光器摆动的轨迹为圆形；采用三轴机械手搭载所述光纤激光器的焊接头运动，使所述光纤激光器的焊接头从所述起焊端沿着所述待焊缝边缘对所述盖板10与电池壳体20进行封焊处理，并使所述光纤激光器的焊接头回到所述起焊端。
在一个实施例中，所述光纤激光器对所述盖板10进行封焊过程中，所述光纤激光器的焊接头摆动的相邻轨迹之间的重叠度δ满足于40％≤δ≤70％。如此，能在盖板10上形成品质优良的焊缝。例如：参阅图2，焊接头摆动轨迹为圆形时，则焊接头发射出的激光在盖板上所形成的相邻轨迹便为两个圆形圈，该两个圆形圈之间的重叠度δ满足于40％≤δ≤70％。
在一个实施例中，所述盖板10包括中部板块11与外围板缘12。所述中部板块11与所述外围板缘12相连；所述外围板缘12绕所述中部板块11侧壁周向设置，所述外围板缘12搭设在所述电池壳体20端部上；所述中部板块11伸入到所述电池壳体20内。中部板块11与外围板缘12呈阶梯式结构，这样能防止激光束摆动到中部板块11外侧壁与壳体内侧壁之间的缝隙处漏光而烧损电芯。
一般地，采用光纤激光连续焊对电池外壳封焊时，为了保证盖板10的封焊精度，中部板块11外侧壁与电池壳体20内侧壁之间的间隙大小b1不大于0.2mm，外围板缘12与电池壳体20端面之间的间隙大小b2不大于0.1mm。
而本实施例中，采用本实施例的上述步骤S100与步骤S200来对电池壳体20与盖板10之间进行封焊处理时，所述中部板块11外侧壁与所述电池壳体20内侧壁之间的间隙大小b1不大于0.5mm。此外，所述外围板缘12与所述电池壳体20端面之间的间隙大小b2不大于0.2mm。便可保证盖板10与壳体之间具有良好的封焊精度。如此，一定程度增大了盖板10与壳体之间的装配间隙及误差的容忍度。可选地，电池壳体20、盖板10的材质为1系或3系的铝合金。
在一个实施例中，所述中部板块11的厚度d1不大于2mm，所述电池壳体20侧壁的厚度d2不大于1mm，且所述d1≥d2。
在一具体实施例中，一并参阅图4与图5，外围板缘12与电池壳体20端面之间的间隙b2为0.1mm，中部板块11外侧壁与电池壳体20内侧壁之间的间隙b1为0.4mm，采用光纤激光器，光纤芯径50μm，激光功率1200W，摆动轨迹为圆形，摆动频率为100Hz，摆动幅度为0.8mm，焊接速度为80mm/s，离焦量为0，氩气或氮气进行保护，从起焊端沿着待焊缝边缘对盖板10与电池壳体20进行封焊处理。盖板10上表面的焊缝区域呈规则鱼鳞状，熔池截面为圆滑的U形状，焊缝组织有明显的重融分层现象。采用工业CT对焊缝进行检测，结果显示：整段焊缝内气孔体积率为1.62％。
激光摆动对焊缝气孔体的抑制作用明显，无需焊前处理，激光摆动焊焊缝内部气孔体积率低于2％，而不摆动焊焊缝气孔体积率在4.5％以上，激光摆动可使焊缝内部气孔率下降一倍以上，且可消除焊缝内部尺寸较大的气孔(尤其是可避免形成深熔焊时匙孔坍不稳定塌形成的工艺孔)。
在另一具体实施例中，一并参阅图4与图6，外围板缘12与电池壳体20端面之间的间隙b2为0.1mm，中部板块11外侧壁与电池壳体20内侧壁之间的间隙b1为0.5mm，采用光纤激光器，光纤芯径50μm，激光功率1600W，摆动轨迹为圆形，摆动频率为150Hz，摆动幅度为1.4mm，焊接速度为100mm/s，离焦量为0，采用氩气或氮气进行保护，从起焊端沿着待焊缝边缘对盖板10与电池壳体20进行封焊处理。盖板10上表面的焊缝区域呈规则鱼鳞状，熔池截面为双凸起的W形状，焊缝组织有明显的重融分层现象。采用工业CT对焊缝进行检测，结果显示：整段焊缝内气孔体积率为1.9％。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池外壳激光封焊的方法，其特征在于，包括如下步骤：
选取盖板上的待封焊边缘中的某一点作为起焊端，并将光纤激光器与盖板的上表面进行对焦处理；
将所述光纤激光器的焊接头以预设的摆动频率F，及预设的摆动幅度D，从所述起焊端沿着所述待焊缝边缘对所述盖板与电池壳体进行封焊处理。
2.根据权利要求1所述的电池外壳激光封焊的方法，其特征在于，所述光纤激光器的焊接头的摆动频率F为70HZ～250HZ，摆动幅度D为0.6mm～1.4mm。
3.根据权利要求1所述的电池外壳激光封焊的方法，其特征在于，所述光纤激光器的激光功率P为1000W～2000W；所述光纤激光器的光纤芯径为40um～120um。
4.根据权利要求1所述的电池外壳激光封焊的方法，其特征在于，所述光纤激光器的焊接头沿着所述待焊缝边缘的移动速度V为50mm/s～150mm/s。
5.根据权利要求1所述的电池外壳激光封焊的方法，其特征在于，对所述盖板与电池壳体进行封焊处理过程中，所述焊接头摆动的轨迹为圆形、“一”字形、“8”字形或椭圆形。
6.根据权利要求5所述的电池外壳激光封焊的方法，其特征在于，采用旋转镜片或振镜模块搭载所述光纤激光器的焊接头运动，使所述光纤激光器摆动的轨迹为圆形；采用三轴机械手搭载所述光纤激光器的焊接头运动，使所述光纤激光器的焊接头从所述起焊端沿着所述待焊缝边缘对所述盖板与电池壳体进行封焊处理，并使所述光纤激光器的焊接头回到所述起焊端。
7.根据权利要求1所述的电池外壳激光封焊的方法，其特征在于，所述光纤激光器对所述盖板进行封焊过程中，所述焊接头摆动的相邻轨迹之间的重叠度δ满足于40％≤δ≤70％。
8.根据权利要求1所述的电池外壳激光封焊的方法，其特征在于，所述盖板包括中部板块与外围板缘，所述中部板块与所述外围板缘相连；所述外围板缘绕所述中部板块侧壁周向设置，所述外围板缘搭设在所述电池壳体端部上；所述中部板块伸入到所述电池壳体内，所述中部板块外侧壁与所述电池壳体内侧壁之间的间隙大小b1不大于0.5mm。
9.根据权利要求8所述的电池外壳激光封焊的方法，其特征在于，所述外围板缘与所述电池壳体端面之间的间隙大小b2不大于0.2mm。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的电池外壳激光封焊的方法，其特征在于，所述中部板块的厚度d1不大于2mm，所述电池壳体侧壁的厚度d2不大于1mm，且所述d1≥d2。
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