CN112171054B - 激光焊接辅助气体施加装置及其制造方法和激光焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光焊接辅助气体施加装置，至少包括：多个模块，每个模块均包括用于接收辅助气体的进气口(110)、用于向焊接部位喷射辅助气体的模块喷气口(111)、将所述进气口(110)与模块喷气口(111)流体连通的内部通道以及用于与其它模块拼接的拼接结构(112)；其中，所述激光焊接辅助气体施加装置至少部分被构造成模块拼接式结构而使得所述激光焊接辅助气体施加装置至少部分能够通过所述多个模块的拼接结构(112)的拼接组装而成。还公开了一种激光焊接辅助气体施加装置的制造方法以及一种包括这种激光焊接辅助气体施加装置的激光焊接系统。根据本发明，激光焊接辅助气体施加装置可以灵活地根据待焊的电池壳盖板的大小和/或形状组装而成。

Description

激光焊接辅助气体施加装置及其制造方法和激光焊接系统

技术领域

本发明涉及一种激光焊接辅助气体施加装置、一种制造激光焊接辅助气体施加装置的方法以及一种相应的激光焊接系统。

背景技术

锂电池由于具有比能量高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应和无污染等诸多优点，广泛地应用于各种电子设备以及交通工具、例如电动汽车等中。当应用于车辆中时，锂电池也可称为动力电池。

锂电池通常包括电池壳本体和固定到电池壳本体上的电池壳盖板。目前，通常使用激光焊接工艺将电池壳盖板固定连接到电池壳本体上。

在使用激光焊接时，为了防止氧化与减少气孔，必须在焊接过程中进行局部喷气保护。现有的激光焊接工艺主要是使用固态焊接头来将电池壳盖板焊接到电池壳本体上，与此同时保护气体是由激光头上的喷嘴进行喷射的。然而，这种方法不适合于使用扫描焊接头进行焊接。而且，采用这种保护气体施加方式，焊接效率不高，焊接质量在某些情况下也无法得到保证。

除此之外，现实中还存在其它问题。因此，需要对现有的激光焊接装置、特别是保护气体施加装置进行改进，以改善激光焊接工艺。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的激光焊接辅助气体施加装置、一种相应的制造激光焊接辅助气体施加装置的方法以及一种相应的激光焊接系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种激光焊接辅助气体施加装置，至少包括：多个模块，每个模块均包括用于接收辅助气体的进气口、用于向焊接部位喷射辅助气体的模块喷气口、将所述进气口与模块喷气口流体连通的内部通道以及用于与其它模块拼接的拼接结构；其中，所述激光焊接辅助气体施加装置至少部分被构造成模块拼接式结构而使得所述激光焊接辅助气体施加装置至少部分能够通过所述多个模块的拼接结构的拼接组装而成。

根据本发明的一个可选实施例，所述激光焊接辅助气体施加装置被构造成环形并用于焊接锂电池的电池壳盖板。

根据本发明的一个可选实施例，所述激光焊接辅助气体施加装置被构造成具有第一开口和与第一开口相对的第二开口，其中，第一开口大于第二开口，每个模块的模块喷气口共同组成位于第二开口的内侧边缘处的辅助气体喷射口，焊接时焊接部位邻近辅助气体喷射口定位在第二开口处。

根据本发明的一个可选实施例，所述激光焊接辅助气体施加装置具有以下特征中的至少一个特征：所述拼接结构被构造成磁吸式拼接结构；所述内部通道中设有用于使辅助气体从模块喷气口均匀喷出的气体均匀分布结构；和所述激光焊接辅助气体施加装置还包括用于向进气口输送辅助气体的输送管和用于输送管的散热结构。

根据本发明的一个可选实施例，所述激光焊接辅助气体施加装置具有以下特征中的至少一个特征：所述磁吸式拼接结构包括凹部和嵌装在凹部内的磁体；所述气体均匀分布结构被构造成网格结构；和所述散热结构被构造成与输送管的壁的至少一部分热接触。

根据本发明的一个可选实施例，所述散热结构被构造成环绕着所述输送管设置的适于填充冷却介质的腔体；或所述散热结构被构造成与输送管彼此接触地并排布置的适于填充冷却介质的管。

根据本发明的一个可选实施例，所述网格结构被进一步构造成用于冷却辅助气体。

根据本发明的一个可选实施例，所述模块至少部分通过3D打印技术制造而成。

根据本发明的一个可选实施例，所述模块至少部分通过激光选区熔化打印技术由金属制造而成。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造激光焊接辅助气体施加装置的方法，其中，所述激光焊接辅助气体施加装置至少部分通过3D打印技术制造而成。

根据本发明的第三方面，提供了一种激光焊接系统，其中，所述激光焊接系统至少包括所述激光焊接辅助气体施加装置。

根据本发明，激光焊接辅助气体施加装置可以灵活地根据待焊的电池壳盖板的大小和/或形状组装而成。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：

图1以透视图示出了根据本发明的一个示例性实施例的激光焊接辅助气体施加装置。

图2示出了图1所示的激光焊接辅助气体施加装置的俯视图。

图3示出了图1所示的激光焊接辅助气体施加装置的分解图。

图4单独地示出了激光焊接辅助气体施加装置的第三模块的立体图。

图5单独地示出了激光焊接辅助气体施加装置的第二模块的立体图。

图6示出了根据本发明的一个示例性实施例的网格结构的一部分。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。

图1以透视图示出了根据本发明的一个示例性实施例的激光焊接辅助气体施加装置。所述激光焊接辅助气体施加装置尤其适合于在激光焊接锂电池壳体时使用。在激光焊接过程中，施加辅助气体可以使激光焊接在期望的条件下进行。辅助气体既可以充当保护气体的作用，以防止氧化与减少气孔，也可以起着影响焊缝外观的作用。因此，对于本领域的技术人员来说，辅助气体可以是任何有利于实现期望焊接质量的气体。

如图1所示，激光焊接辅助气体施加装置处于组装状态。在该组装状态下，激光焊接辅助气体施加装置呈封闭环形形状而具有第一开口1、即上开口和第二开口2、即下开口。在该封闭环形的内侧下边缘处，即在下开口的内侧边缘处设有一圈辅助气体喷射口3。当激光焊接锂电池的壳体时，电池壳本体与电池壳盖板之间的待焊接部位邻近辅助气体喷射口3定位在下开口处，从而可在激光焊接过程中向焊接部位施加辅助气体、例如保护气体，以辅助完成激光焊接过程来实现良好焊接质量。

优选地，辅助气体喷射口3被构造成环绕一周的缝状开口，从而可以对锂电池壳体的待焊接部位形成全包围。换言之，整个待焊接部位在激光焊接过程中都能根据需要被施加辅助气体。

根据本发明的一个示例性实施例，激光焊接辅助气体施加装置被构造成模块拼接式结构，即，激光焊接辅助气体施加装置可以通过多个模块拼接而成。在这种情况下，可以很容易地根据锂电池壳体的电池壳盖板的大小和/或形状拼接出合适的激光焊接辅助气体施加装置，这提供了非常大的灵活性。

如图1所示，激光焊接辅助气体施加装置由10个模块组装而成，即由第一模块11、第二模块12、第三模块13、第四模块14、第五模块15、第六模块16、第七模块17、第八模块18、第九模块19和第十模块20组装而成。

根据本发明的一个示例性实施例，激光焊接辅助气体施加装置可以由不同的模块拼接而成。从图1中可以看出，第一模块11和第六模块16可以构造成为相同模块，它们主要形成激光焊接辅助气体施加装置的两个短边。类似地，第二模块12、第五模块15、第七模块17和第十模块20可以为相同模块，它们主要形成激光焊接辅助气体施加装置的四个拐角；第三模块13、第四模块14、第八模块18和第九模块19可以为相同模块，它们主要形成激光焊接辅助气体施加装置的两个长边。

对于本领域的技术人员来说，相同的激光焊接辅助气体施加装置可以由不同的模块拼接而成。因此，激光焊接辅助气体施加装置并不局限于上述模块形式和拼接形式。

图2示出了图1所示的激光焊接辅助气体施加装置的俯视图。从图2中可以更清楚地看出这些模块是如何拼接成激光焊接辅助气体施加装置的。

还可以从图1和2中看出，第一开口1大于第二开口2。相应地，每个模块的内表面相对于竖直轴线4至少部分地倾斜布置。这一方面有利于从上方施加激光束，另一方面也有利于辅助气体从焊接部位扩散，从而对激光焊接过程是有益的。

此外，根据本发明的一个示例性实施例，每个模块设有相应的进气口110，用于例如通过输送管(未示出)、优选软管从辅助气体供应源(未示出)接收辅助气体。每个模块还分别具有相应的模块喷气口111和内部通道，内部通道将进气口110与相应的模块喷气口111流体连通，从而辅助气体可以从进气口110经过内部通道传送到模块喷气口111进行喷射。从图中可以清楚地看出，每个模块的模块喷气口111均为辅助气体喷射口3的一部分，它们在组装状态下共同形成激光焊接辅助气体施加装置的辅助气体喷射口3。

为了更好地呈现本发明的激光焊接辅助气体施加装置的模块拼接式结构特点，图3示出了图1所示的激光焊接辅助气体施加装置的分解图。

为了实现激光焊接辅助气体施加装置，需要将各个模块相对彼此位置固定地保持。根据本发明的一个示例性实施例，在各个模块的拼接部位处设有拼接结构，以将相邻的模块能够保持在一起。

具体地讲，如图3所示，每个模块在其拼接部位处设有拼接结构112。拼接结构112在此被构造成磁吸式拼接结构。为此，每个模块在其两侧的拼接部位处设有凹部113，凹部113内可嵌装磁体(未示出)，从而，当两个模块的拼接部位靠近时，可以借助于磁体之间的磁吸作用将两个模块可靠地保持在一起。

这种磁吸式拼接结构不仅结构简单，而且可以很方便地拼接各个模块形成激光焊接辅助气体施加装置。

然而，对于本领域的技术人员来说，显然拼接结构并不局限于这种磁吸式拼接结构，而是可以采用任何合适的拼接结构，只要能够使激光焊接辅助气体施加装置所包括的各个模块在组装状态下位置相对稳定即可。

根据本发明的一个示例性实施例，所述模块被构造成仅允许通过进气口110进入的辅助气体从模块喷气口111喷出，而没有其它流出路径。换言之，各个模块在拼接之后它们之间并不流体连通。这样，即使模块间拼接不严密，也不会产生辅助气体泄漏问题。这对于保持辅助气体的喷射压力以及使辅助气体在焊接区域上均匀分布是非常有利的，而且使得各个模块、特别是模块的拼接结构可以设计得更为简单。

当然，在组装状态下，使各个模块之间彼此流体连通而允许辅助气体在各个模块之间分布原则上也是可行的。

在激光焊接过程中，可仅使与正在焊接的部位相应的模块喷射辅助气体。例如，当焊接第三模块13处的待焊部位时，可以仅使第三模块13喷射辅助气体；当焊接第三模块13与第四模块14之间的待焊部位时，可以同时使第三模块13和第四模块14喷射辅助气体。当然，也可在激光焊接过程中使所有模块均喷射辅助气体。这种对辅助气体喷射的控制可以例如通过设置在输送管上的阀进行。

根据本发明，不仅可以使用固态焊接头进行焊接，而且也可使用扫描焊接头进行焊接。

为了更好地理解本发明，图4单独地示出了第三模块13的立体图，图5单独地示出了第二模块12的立体图。

从图4和5中可以更清楚地看出，模块设有位于内侧下边缘处的模块喷气口111和位于两侧的用于嵌装磁体的凹部113。在此，模块喷气口111被构造成缝状。

为了使辅助气体能够沿着模块喷气口111均匀地分布，可以在模块的内部通道中设置气体均匀分布结构。

根据本发明的一个示例性实施例，所述气体均匀分布结构被构造成网格结构5。图6示出了根据本发明的一个示例性实施例的网格结构5的一部分。

通过在模块的内部通道中设置网格结构5，可以使从进气口110输入的辅助气体扩散地向模块喷气口111流动，从而可以使辅助气体从模块喷气口111均匀地喷出。而且，网格结构5可以使辅助气体流动路径加长，与网格结构5的各个部分的反复多次接触会有利于辅助气体的散热，从而有助于降低辅助气体的温度，这对激光焊接是有利的。

根据本发明的一个示例性实施例，模块通过3D打印技术制造。制造材料优选是金属材质，但本领域的技术人员可以理解的是，根据不同的焊接热量要求也可考虑使用塑料材质。当使用金属材质时，可以采用激光选区熔化打印制造。

通过3D打印技术制造，模块能够整体形成，这有利于加工较为复杂的内部结构。而且，通过3D打印技术可以根据不同的电池壳盖板的形状灵活地对模块形状进行相应的加工调整。

根据本发明的一个示例性实施例，为输送管构造散热结构，以使辅助气体以相对稳定的温度进入模块中。

根据本发明的一个示例性实施例，散热结构被构造成能与输送管的壁的至少一部分热接触。优选地，散热结构被构造成环绕着输送管设置的腔体，所述腔体内供给有冷却介质、例如水。例如，散热结构可以构造成与输送管同心的环形腔体。

对于本领域技术人员来说，也可使散热结构与输送管彼此接触地并排布置。在这种情况下，散热结构仅与输送管的壁的一部分接触。例如，可以将散热结构构造成与输送管贴靠着共同延伸的管，在所述管中供给有冷却介质。

根据本发明的一个示例性实施例，为了加强密封，可在进气口110处设置密封件、例如密封环，以便在与输送管连接时能够实现可靠密封，防止辅助气体泄漏。

根据本发明，可以实现同时覆盖每个方向的均匀吹气，这对激光焊接来说是非常有利的，而且即使边角上也能实现全方位保护。

对于本领域的技术人员来说，显然本发明的技术思想并不限于激光焊接锂电池壳体，而是也可以用于焊接其它任何形状的结构。同时，也不限于全包围布置，而是也可以根据实际焊接需要进行调整。

尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造也可被构想出来。

Claims (9)

1.一种激光焊接辅助气体施加装置，至少包括：

多个模块，每个模块均包括用于接收辅助气体的进气口(110)、用于向焊接部位喷射辅助气体的模块喷气口(111)、将所述进气口(110)与模块喷气口(111)流体连通的内部通道以及用于与其它模块拼接的拼接结构(112)；

其中，所述激光焊接辅助气体施加装置至少部分被构造成模块拼接式结构而使得所述激光焊接辅助气体施加装置至少部分能够通过所述多个模块的拼接结构(112)的拼接组装而成，

其中，所述激光焊接辅助气体施加装置被构造成环形并用于焊接锂电池的电池壳盖板，以及

其中，所述激光焊接辅助气体施加装置被构造成具有第一开口(1)和与第一开口(1)相对的第二开口(2)，其中，第一开口(1)大于第二开口(2)，每个模块的模块喷气口(111)共同组成位于第二开口(2)的内侧边缘处的辅助气体喷射口(3)，焊接时焊接部位邻近辅助气体喷射口(3)定位在第二开口(2)处。

2.根据权利要求1所述的激光焊接辅助气体施加装置，其中，所述激光焊接辅助气体施加装置具有以下特征中的至少一个特征：

所述拼接结构(112)被构造成磁吸式拼接结构；

所述内部通道中设有用于使辅助气体从模块喷气口(111)均匀喷出的气体均匀分布结构；和

所述激光焊接辅助气体施加装置还包括用于向进气口(110)输送辅助气体的输送管和用于输送管的散热结构。

3.根据权利要求2所述的激光焊接辅助气体施加装置，其中，所述激光焊接辅助气体施加装置具有以下特征中的至少一个特征：

所述磁吸式拼接结构包括凹部(113)和嵌装在凹部(113)内的磁体；

所述气体均匀分布结构被构造成网格结构(5)；和

所述散热结构被构造成与输送管的壁的至少一部分热接触。

4.根据权利要求3所述的激光焊接辅助气体施加装置，其中，

所述散热结构被构造成环绕着所述输送管设置的适于填充冷却介质的腔体；或

所述散热结构被构造成与输送管彼此接触地并排布置的适于填充冷却介质的管。

5.根据权利要求3所述的激光焊接辅助气体施加装置，其中，

所述网格结构(5)被进一步构造成用于冷却辅助气体。

6.根据权利要求1-5中任一所述的激光焊接辅助气体施加装置，其中，

所述模块至少部分通过3D打印技术制造而成。

7.根据权利要求6所述的激光焊接辅助气体施加装置，其中，

所述模块至少部分通过激光选区熔化打印技术由金属制造而成。

8.一种制造根据权利要求1-7中任一所述的激光焊接辅助气体施加装置的方法，其中，所述激光焊接辅助气体施加装置至少部分通过3D打印技术制造而成。

9.一种激光焊接系统，其中，所述激光焊接系统至少包括根据权利要求1-7中任一所述的激光焊接辅助气体施加装置。

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