CN109262138A - 一种电池密封钉的焊接方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池密封钉的焊接方法及装置，涉及电池激光焊接领域。所述方法包括：设计振镜的焊接运动轨迹，使其与待焊接的焊缝重合，并设置好焊接速度；在所述振镜的焊接运动轨迹上设置四个均匀分布的点，作为预点焊的位置；设置预点焊时功率与时间关系的波形以及焊接时功率与时间关系的波形；在电池上安装上吹气装置，调整振镜的与焊接面的相关位置，启动开关，进行焊接；本发明还提供一种用于上述焊接方法的装置；本发明结构简单，体积小，焊接速度快，设备焊接过程中稳定性好，保护气流量及压力均匀，且焊接完成后焊缝表面平整光滑、熔深熔宽一致性高。

Description

一种电池密封钉的焊接方法及装置

技术领域

本发明属于电池激光焊接领域，尤其涉及一种电池密封钉的焊接方法及装置。

背景技术

随着新能源汽车的飞速发展，动力电池制造行业也越来越受关注。动力电池密封钉焊接是动力电池制造的关键工序之一：将电芯封装进电池壳体之后，一般会在壳体上留一个注液孔，用于电解液的注入；在注入电解液之后，需要焊接上密封钉将壳体密封；现有的焊接密封钉的技术，一方面焊接速度慢、焊接设备体积大，且稳定性差；另一方面，在焊接过程中，保护气流量及压力不均匀，且容易卷入空气，导致焊缝表面不平整和整洁，以及熔深熔宽一致性比较差。

发明内容

为解决上述电池密封钉焊接过程中焊接速度慢、焊接设备体积大、稳定性差、焊缝表面不平整以及熔深熔宽一致性差的问题，本发明实施例提供一种电池密封钉的焊接方法及装置：

一方面，提供一种电池密封钉的焊接方法，所述焊接方法包括：

设计振镜的焊接运动轨迹，使其与待焊接的焊缝重合，并设置好焊接速度；

在所述振镜的焊接运动轨迹上设置四个均匀分布的点，作为预点焊的位置；

设置预点焊时功率与时间关系的波形以及焊接时功率与时间关系的波形；

在电池上安装上吹气装置，调整振镜的与焊接面的相关位置，启动开关，进行焊接。

进一步的，所述预点焊的激光出光时间为20ms,激光功率大小在1KW～1.2KW之间。

进一步的，所述焊接方法还包括在焊接时输入保护气，以及抽离保护气。

进一步的，焊接时，总的激光出光时间为126ms，其中，前26ms激光功率由0逐渐增强至焊接功率，焊接时间为80ms，最后20ms功率由焊接功率逐渐减弱至0，所述焊接功率在1.5KW～2.5KW之间。

进一步的，所述振镜的焊接运动轨迹为一圆弧。

另一方面，提供一种电池密封钉的焊接装置，用于执行上述电池密封钉的焊接方法，包括振镜、光纤激光器以及吹气装置；其中，所述振镜设置于所述吹气装置的正上方，且与所述光纤激光器之间通过光纤连接，所述光纤激光器用于发射一定功率大小的激光，所述振镜用于将所述光纤激光器发射的激光传递到吹气装置，所述吹气装置用于提供一个焊接环境。

进一步的，所述振镜由准直镜和平场聚焦镜组成光学系统，由摆动电机和摆动镜片组成运动系统，且所述振镜根据所述平场聚焦镜的焦距来调节与焊接平面的距离。

进一步的，所述吹气装置包括第一部件、第二部件、镜片、垫圈、锁紧螺圈、第一快速接头以及第二快速接头；

其中，所述第一部件与第二部件之间螺接形成腔体，所述镜片装设于所述第二部件上，用于密封吹气装置，并保证激光准确照射到焊缝表面，所述锁紧螺圈与所述第二部件螺接，用于压紧镜片，所述垫圈装设于所述镜片和所述锁紧螺圈之间，用于用所述锁紧螺圈压紧镜片时保护镜片不被损坏，所述第一快速接头螺接于第二部件，且对称设置于第二部件的两边，用于输入保护气，所述第二快速接头螺接于所述第一部件，且对称设置于第一部件的两边，用于抽离保护气；

所述第一部件设置有锥面结构，锥度在10°～45°之间，用于压缩保护气和避开激光。

进一步的，所述保护气输入与抽离的速度均为20L/min。

进一步的，焊接时，所述吹气装置下部紧密贴合在电池上，且与密封钉同轴设置。

本发明提供的电池密封钉的焊接方法及装置，通过将预先设计好焊接路径，使其与焊缝重合，并对起焊和收焊的位置进行重复焊接，从而消除了起焊和收焊时产生的焊坑，将吹气装置的下部设置成锥形，以及控制吹气装置输入保护气和抽离保护气的速度，可以使保护气得到压缩，且提供一条预定的激光焊接路径，使得焊接完成后熔深熔宽一致性很高；本发明整体结构简单，体积小，焊接速度快，设备焊接过程中稳定性好，保护气流量及压力均匀，且焊接完成后焊缝表面平整光滑、熔深熔宽一致性高。

附图说明

图1为本发明所述焊接方法的流程框图；

图2本发明所述焊接装置的组成结构示意图；

图3为本发明所述吹气装置与电池之间的连接结构的主视图；

图4为A-A的剖视图；

图5为本发明预点焊接和焊接的波形特性图。

附图标识说明：1-振镜、2-光纤激光器、3-吹气装置、4-电池、5-密封钉、31-第一部件、32-第二部件、33-镜片、34-垫圈、35-锁紧螺圈、36-第一快速接头、37-第二快速接头。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参阅图1，图示为本发明实施例提供的一种电池密封钉的焊接方法流程框图，包括步骤：

S1：设计振镜的焊接运动轨迹，使其与待焊接的焊缝重合，并设置好焊接速度；

在本发明实施例中，通过振镜与光纤激光器相结合对电池的密封钉进行焊接，在焊接之前，需要设计好振镜的焊接运动轨迹，使得焊接时，从振镜上发射的激光与待焊接的焊缝相互重合，从而使得焊接更加精准；

在本发明实施例中，通过在振镜控制软件上设计焊接时振镜的焊接运动轨迹，所述振镜的焊接运动轨迹为一540°的圆弧，所述圆弧包括一360°大小的圆以及一个之相重合180°大小的半圆；焊接时，其中90°大小的圆弧用于激光焊接前能量的渐进，在这个范围内，激光的功率逐渐增强至焊接；中间360°大小的圆弧用于焊接密封钉，在这个范围内，激光功率大小为所述焊接功率，且保持不变；最后90°大小的圆弧用于激光焊接结束前能量的渐出，在这个圆弧范围内，激光功率从焊接功率逐渐减小，直至焊接功率为零，停止焊接；

在本实施例中，所述振镜的焊接运动圆弧的直径与密封钉的尺寸大小相同，优选的，振镜的焊接运动轨迹圆弧的直径很密封钉的直径为8mm，焊接速度为300mm/s。

在本发明可选实施例中，焊接功率的大小与焊接速度成正比，可根据实际情况设置焊接的功率，相应的，有与之相对应的焊接速度，当然，为了达到预定的焊接效果，需要控制焊接速度和焊接功率的范围，在本发明实施例中，焊接速度可设置在200mm/s～500mm/s之间。

在本发明实施例中，振镜在水平面的位置通过摆动电机调整。

S2：在所述振镜的焊接运动轨迹上设置四个均匀分布的点，作为预点焊的位置；

在本发明实施例中，在对密封钉进行焊接前，还需要对其进行预点焊接，保证在焊接过程中，不会因为密封钉的移动而产生位置偏移，从而使得焊接时激光与焊接轨迹不重合，影响焊接质量；

在本发明实施例中，通过在振镜的焊接运动圆弧上设置四个均匀分布的点，作为预点焊接的位置，这样就可以先将密封钉预先通过预点焊接在相对应的焊缝上，保证焊接时的焊接质量。

S3：设置预点焊时功率与时间关系的波形以及焊接时功率与时间关系的波形；

在本发明实施例中，为了实现预点焊与焊接时光纤激光器的出光功率以及相对应功率的出光时间，需要通过上位软件设置好预点焊的激光出光时功率与时间的波形图，焊接时激光出光时功率与时间的波波形图，参阅图5，图中所示A为预定焊的激光功率与时间的波形图，在本发明实施例中，预点焊的激光功率大小在1KW～1.2KW之间，总出光时间为20ms；

图B为焊接时激光功率与时间的波形图，在本发明实施例中，焊接时，总的激光出光时间为126ms，其中，与振镜运动的前90°圆弧相对应的时间为26ms，在这个时间范围内，激光的功率由0KW逐渐增强，相对应的，焊接速度也逐渐增加，直至焊接功率，在本发明实施例中，焊接功率在1.5KW～2.5KW之间；与振镜运动的中间360°圆弧相对应的时间为80ms，在这个时间范围内，激光的功率保持在焊接功率不变，优选的，在本实施例中，所述焊接功率为1.5KW；与振镜运动的最后90°圆弧相对应的时间为20ms，在这个时间范围内，激光功率由焊接功率1.5KW逐渐减小，直到焊接功率为0KW，此时，焊接完成，振镜停止工作。

S4：在电池上安装上吹气装置，调整振镜的与焊接面的相关位置，启动开关，进行焊接。

在本发明实施例中，为保证焊接完成后焊缝表面平整，提高熔深熔宽一致性，还需在电池上安装一吹气装置，所述吹气装置用来输入保护气和抽离保护气，保护气可以使得焊接时焊缝周围形成一个均匀稳定的负压带，从而将焊接时产生的烟尘和等离子体等杂质及时吸走，以保证激光能量的稳定，同时，使得焊接杂质不会影响焊接质量，使得焊接平面更加平整光滑；

在本发明实施例中，振镜内部有由准直镜和平场聚焦镜组成的光学系统，为保证焊接的质量，还需要根据振镜的平场聚焦镜的焦距大小来调节振镜与焊接平面的距离，例如，当平场聚焦镜的焦距为330mm时，振镜下部与焊接平面的垂直高度为423mm，当平场聚焦镜的焦距为460mm时，振镜下部与焊接平面的垂直高度为563mm，具体如何调节，可根据实际情况来定；完成调节后，启动开关，进行焊接；

在本发明实施例中，所述保护气为氩气或氮气，输入保护气和抽离保护气的速度一致，均为20L/min。

本发明提供的电池密封钉的焊接方法，通过预先通过软件来设计好振镜的焊接运动轨迹，使其与焊缝重合，以及通过预点焊的方式先将密封钉固定于焊缝位置，使得焊接时密封钉可以保持很好的稳定性，并将焊接过程分为预点焊、焊接功率增强、焊接功率稳定和焊接功率降低，精确控制好各阶段的时间和功率大小，最后通过吹气装置通过保护气来保护焊接，使得焊接完成后焊缝表面平整光滑、熔深熔宽一致性高。

实施例二

本发明还提供一种用于实施例一所述焊接方法的焊接装置，参阅图2，所述装置包括用于发射激光的光纤激光器2，用于接收光纤激光器2所发射激光的振镜1，同时，通过设置振镜1的运行轨迹，使得激光可以按预定的焊接轨迹来对待焊接的焊缝进行焊接，从而实现焊接；

在本发明实施例中，所述振镜1设置于所述吹气装置3的正上方，且振镜1与光纤激光器2通过光纤连接。

参阅图3，图示为吹气装置3与电池4之间的连接结构的主视图，在本发明实施例中，吹气装置3的下部紧密贴合在电池4上，这样可以在吹气装置3内部形成一个密封的吹气环境，从而防止外部空气进入，防止焊接时产生氧化，提高了焊接后焊缝表面的光亮度；

参阅图4，图示为吹气装置3与电池4之间连接结构主视图中A-A的剖视图，在本发明实施例中，所述吹气装置3包括第一部件31、第二部件32、镜片33、垫圈34、锁紧螺圈35、第一快速接头36以及第二快速接头37；其中，第一部件31和第二部件32之间螺接，螺接后形成一个腔体，镜片33装设在第二部件32上，所述锁紧螺圈35与第二部件32螺接，且位于镜片33上方，垫圈34装设在镜片33和锁紧螺圈35之间，当调节锁紧螺圈35时，可压紧镜片33，这样，通过垫圈34可保护镜片33，保证镜片33不会因为压紧而损坏，第一快速接头36螺接于第二部件32上，且对称设置在第二部件32的两侧，用于输入保护气，第二快速接头37螺接于第一部件31上，且对称设置在第一部件31的两侧，用于抽离保护气；

在本发明实施例中，所述第一部件31和第二部件32形成的腔体用于保护气的的流动通道，且第一部件31的下端设置为锥形结构，锥形的锥度在10°～45°之间，当保护气输入到腔体内流通到锥形结构时，从而将保护气压缩，同时，提供一条激光通过的光路，使其可以顺利到达焊接平面；

优选的，在本实施例中，所述锥形结构的锥度为20°；

在本发明实施例中，镜片33既可以用于密封吹气装置3，使得吹气装置3不会有空气进入，同时，激光通过镜片33可以准确照射到焊缝表面；

在本发明实施例中，振镜1的运动系统由摆动电机和摆动镜片组成，可以通过摆动电机来改变振镜1的位置，保证可以全方位的实现焊接，通过摆动镜片可以根据实际情况改变光路系统中激光的光路走向，从而达到预定的效果。

在本发明实施例中，焊接时，吹气装置3安装在电池4上，且吹气装置3的下部紧密贴合在电池4上，这种情况下，结合镜片3对吹气装置3的密封，可以保证吹气装置3的腔体形成一个与外部隔绝的环境，从而不会进入空气，影响焊接，保证了吹气装置3只可以通过第一快速接头36输入保护气，通过第二快速接头37抽离保护气，制造了一个良好的焊接环境，提高焊接质量；

在本发明实施例中，吹气装置3与密封钉5同轴设置；

在本发明实施例中，所述保护气为氩气或氮气，吹气装置3输入保护气和抽离保护气的速度一致，均为20L/min。

本发明提供的用于电池密封钉焊接方法的焊接装置，通过振镜1内的平场聚焦镜的焦距调节好振镜1与焊接平面的距离，并将吹气装置3上设置用于输入保护气的第一快速接头36和用于抽离保护气的第二快速接头37，以及将吹气装置3的第一部件31的下端设置成锥形结构，用于压缩气体和提供激光的光路，使得保护气气流量及压力均匀；以及通过将吹气装置3下端与电池紧密贴合、通过镜片33将吹气装置3的腔体形成一个与外界空气隔绝的焊接环境，使得保护气的纯度比较高；本发明提供的焊接装置提供了一个良好的焊接环境，提高了焊接平面到光亮度，可以提高焊接的质量。

本发明提供的电池密封钉的焊接方法及装置，通过将预先设计好焊接路径，使其与焊缝重合，并对起焊和收焊的位置进行重复焊接，从而消除了起焊和收焊时产生的焊坑，将吹气装置的下部设置成锥形，以及控制吹气装置输入保护气和抽离保护气的速度，可以使保护气得到压缩，且提供一条预定的激光焊接路径，使得焊接完成后熔深熔宽一致性很高；本发明整体结构简单，体积小，焊接速度快，设备焊接过程中稳定性好，保护气流量及压力均匀，且焊接完成后焊缝表面平整光滑、熔深熔宽一致性高。

以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池密封钉的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括：

设计振镜的焊接运动轨迹，使其与待焊接的焊缝重合，并设置好焊接速度；

在所述振镜的焊接运动轨迹上设置四个均匀分布的点，作为预点焊的位置；

设置预点焊时功率与时间关系的波形以及焊接时功率与时间关系的波形；

在电池上安装上吹气装置，调整振镜的与焊接面的相关位置，启动开关，进行焊接。

2.根据权利要求1所述的电池密封钉的焊接方法，其特征在于，所述预点焊的激光出光时间为20ms,激光功率大小在1KW～1.2KW之间。

3.根据权利要求1所述的电池密封钉的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法还包括在焊接时输入保护气，以及抽离保护气。

4.根据权利要求1所述的电池密封钉的焊接方法，其特征在于，焊接时，总的激光出光时间为126ms，其中，前26ms激光功率由0KW逐渐增强至焊接功率，焊接时间为80ms，最后20ms功率由焊接功率逐渐减弱至0KW，所述焊接功率在1.5KW～2.5KW之间。

5.根据权利要求1所述的电池密封钉的焊接方法，其特征在于，所述振镜的焊接运动轨迹为一圆弧。

6.一种电池密封钉的焊接装置，用于执行权利要求1～6所述的电池密封钉的焊接方法，其特征在于，包括振镜(1)、光纤激光器(2)以及吹气装置(3)；其中，所述振镜(1)设置于所述吹气装置(3)的正上方，且与所述光纤激光器(2)之间通过光纤连接，所述光纤激光器(2)用于发射一定功率大小的激光，所述振镜(1)用于接收所述光纤激光器(2)发射的激光，实施焊接，所述吹气装置(3)用于提供一个焊接环境。

7.根据权利要求6所述的电池密封钉的焊接装置，其特征在于，所述振镜(1)由准直镜和平场聚焦镜组成光学系统，由摆动电机和摆动镜片组成运动系统。

8.根据权利要求6所述的电池密封钉的焊接装置，其特征在于，所述吹气装置(3)包括第一部件(31)、第二部件(32)、镜片(33)、垫圈(34)、锁紧螺圈(35)、第一快速接头(36)以及第二快速接头(37)；

其中，所述第一部件(31)与第二部件(32)之间螺接形成腔体，所述镜片(33)装设于所述第二部件(32)上，用于密封吹气装置(3)，并保证激光准确照射到焊缝表面，所述锁紧螺圈(35)与所述第二部件(32)螺接，用于压紧镜片(33)，所述垫圈(34)装设于所述镜片(33)和所述锁紧螺圈(35)之间，用于用所述锁紧螺圈(35)压紧镜片(33)时保护镜片(33)不被损坏，所述第一快速接头(36)螺接于第二部件(32)，且对称设置于第二部件(32)的两边，用于输入保护气，所述第二快速接头(37)螺接于所述第一部件(31)，且对称设置于第一部件(31)的两边，用于抽离保护气；

所述第一部件(31)的下端设置为锥形结构，所述锥形的锥度在10°～45°之间，用于压缩保护气和避开激光。

9.根据权利要求8所述的电池密封钉的焊接装置，其特征在于，所述保护气输入与抽离的速度均为20L/min。

10.根据权利要求6所述的电池密封钉的焊接装置，其特征在于，焊接时，所述吹气装置(3)下部紧密贴合在电池(4)上，且与密封钉(5)同轴设置。