CN112643203A - 工件焊接方法、电极组件、单体电池及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种工件焊接方法、电极组件、单体电池及用电设备。工件焊接方法包括：提供激光发生器；提供第一工件，在第一工件的一侧形成凹槽；提供第二工件，将第二工件置于第一工件与凹槽相对的一侧，并将第一工件和第二工件压紧；将激光发生器对准凹槽发射激光，以使第一工件的凹槽所在的区域形成第一熔池，且第二工件对应凹槽的区域形成第二熔池，从而使第一工件和第二工件形成焊件。本申请的工件焊接方法能够提升激光利用率，并且能够提升工件焊接效果。

Description

工件焊接方法、电极组件、单体电池及用电设备

技术领域

本申请涉及焊接技术领域，尤其涉及一种工件焊接方法、电极组件、单体电池及用电设备。

背景技术

激光焊接是利用高能量密度的激光脉冲对工件进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向工件的内部扩散，将工件熔化后形成特定熔池的焊接方法。

然而，在焊接的过程中，工件表面会对激光产生反射，从而导致激光的利用率低。因此相关技术中会通过在金属表面涂覆活性工件以增加激光的吸收量，从而促进焊接。但是若活性物质存在粒径大小不一致和分布不均匀等问题时，将影响表面涂覆效果的一致性，导致吸收的激光能量不均匀，从而出现爆点、黑斑、溅射等异常现象频发，严重影响焊接质量。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种工件焊接方法，能够提升激光的利用率。

本申请还提出一种电极组件，由上述所述工件焊接方法焊接而成。

本申请还提出一种具有上述电极组件的单体电池。

本申请还提出一种具有上述单体电池的用电设备。

根据本申请的第一方面实施例的工件焊接方法，包括：提供激光发生器；提供第一工件，在所述第一工件的一侧形成凹槽；提供第二工件，将所述第二工件置于所述第一工件与所述凹槽相对的一侧，并将所述第一工件和所述第二工件压紧；将所述激光发生器对准所述凹槽发射激光，以使所述第一工件的所述凹槽所在的区域形成第一熔池，且所述第二工件对应所述凹槽的区域形成第二熔池，从而使所述第一工件和所述第二工件形成焊件。

根据本申请实施例的工件焊接方法，至少具有如下有益效果：通过在第一工件的一侧形成凹槽，使激光的利用率增加，同时小孔深度得到增加，从而在对第一工件和第二工件进行激光焊接时，使第一工件和第二工件的熔池总深度增加，提高焊接质量，使焊件焊接稳固，同时，达到与第一工件不开设凹槽的相同的焊接效果时，可以降低焊接功率，从而降低成本。

根据本申请的一些实施例，所述第一工件的厚度小于所述第二工件的厚度。

根据本申请的一些实施例，所述第一工件的厚度加所述第二工件的最小熔深＜熔池总深度＜第一工件的厚度加第二工件的厚度，其中所述第二工件的最小熔深根据焊接参数以及所述第二工件的材料设定，所述熔池总深度为所述第一熔池的深度加第二熔池的深度。

根据本申请的一些实施例，所述激光发生器的焊接参数分别为：焊接功率为2～6KW之间，焊接速度为3.6～9.6m/s之间，离焦量为-5～5mm之间。

根据本申请的一些实施例，所述第一工件和所述第二工件的材料为铜。

根据本申请的一些实施例，所述激光焊接器的焊接参数分别为：焊接功率为3～5KW，焊接速度为5.4～7.8m/s，离焦量为2～4mm。

根据本申请的一些实施例，所述凹槽的宽度为焊缝宽度的1/8～1/4，所述凹槽的深度为所述第一工件的厚度的1/10～1/2，所述凹槽的形状为梯形、三角形、半圆形或椭圆中的一种或多种。

根据本申请的第二方面实施例的电极组件，所述电极组件包括连接片和顶盖，所述连接片和所述顶盖由上述的工件焊接方法焊接连接。

根据本申请实施例的电极组件，至少具有如下有益效果：通过在焊接前于连接片上开设凹槽，使连接片和顶盖在焊接时熔深增大，两者的焊接稳固性增加。

根据本申请的第三方面实施例的单体电池，包括上述所述的电极组件。

根据本申请的第四方面实施例的用电设备，包括上述所述的单体电池。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：

图1为本申请第一实施例的工件焊接方法的流程示意图；

图2为图1中的第一工件形成第一种形状的凹槽的示意图；

图3为图1中的第一工件形成第二种形状的凹槽的示意图；

图4为图1中的第一工件形成第三种形状的凹槽的示意图；

图5为图1中的第一工件和第二工件的叠置示意图；

图6为本申请第二实施例的第一工件和第二工件焊接后的金相图；

图7为未进行处理的第一工件和第二工件焊接后的金相对比图；

图8为本申请第三实施例的第一工件和第二工件焊接后的金相图。

附图标记：

第一工件100；

凹槽110；

第二工件200。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、工件或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、工件或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

请参阅图1，为本申请第一实施例提供的工件焊接方法，该方法包括如下步骤：

S110，提供激光发生器。

其中，激光发生器用于发射激光脉冲对工件进行加热，从而实现工件吸收高密度的热量而实现熔化形成熔池，从而使相同或者不同的工件相熔化的部分的原子或分子之间的结合和扩散而经冷却固化后成为焊件。

其中，激光发生器可以为气体激光发生器、液体激光发生器、半导体激光发生器或固体激光发生器等。

具体地，本实施例中，该焊接方法用于焊接电极连接片和顶盖。因此，在本实施例中，采用YAG固体激光进行焊接。因YAG激光焊接器具有加工精度高、工件变形小、生产效率快以及自动化程度高的优点，因此本实施例中采用YAG激光器以对连接片和顶盖进行焊接，保证焊接质量。

S120，提供第一工件，在第一工件的一侧形成凹槽。

其中，本实施例中的第一工件100可以为正极极耳的铝材连接片或者负极极耳的铜材连接片，在此并不限定。

可以理解地，在焊接时，因连接片表面呈平整状，会对激光产生反射，从而降低激光利用率，需要增加激光的输入量才能完成焊接，从而造成能源浪费。

因此，在本实施例中，通过在第一工件100的一侧110的表面形成凹槽110，从而增加激光利用率。由于第一工件100上形成有凹槽110，激光输入后将在凹槽110内发生折射，可以减少激光的反射，使得热量被凹槽110所在位置的工件继续吸收，从而增加了对激光的吸收率。同时，通过在第一工件上形成凹槽110，能够提前形成激光熔池匙孔，增大焊接小孔的深度，熔池深度也随着增大，从而提升焊接效果，焊接更稳固；并且本实施例中的凹槽110的具有具体的尺寸，凹槽110的深浅一致，可以控制熔池形貌，保证焊件表面的外观一致性，从而能够达到优化焊接的效果。

其中，本实施例中的凹槽110的形状可以为梯形、三角形、半圆形或椭圆中的一种或多种，在其他实施例中，也可以设置其他形状的凹槽110，如五边形、六边形、八边形等形状，只要能够达到将激光能折射至凹槽内部的形状即可。

请参阅图2，为本申请的第一工件100形成的第一种形状的凹槽的结构示意图，其中第一种形状为梯形。可以理解地，当凹槽110呈梯形时，梯形的短的底边位于第一工件100内，从而能够使激光在梯形槽内产生折射，被折射的激光继续被梯形槽吸收。

请参阅图3，为本申请的第一工件100形成的第二种形状的凹槽110的结构示意图，其中第二种形状为三角形，从而能够使激光在三角形槽内产生折射，被折射的激光继续被三角形槽吸收。

请参阅图4，为本申请的第一工件100表面形成的第三种形状的凹槽110的结构示意图，其中第二种形状为半椭圆形，激光在半椭圆形槽内产生折射，被折射的激光继续被半椭圆形槽吸收从而能够使椭圆形槽对激光产生反射被凹槽110吸收。

在其他实施例中，可以多种凹槽形状并存使用。如三角形和梯形配合设置，或者三角形、梯形以及圆形等配合设置，在此并不限定。

此外，本实施例中的凹槽110的深度为工件的厚度的1/10～1/2，从而避免因凹槽110深度过大而导致工件强度降低，外观不良现象增多，或者因过小导致激光的反射增多而吸收的能量减小。其中，因光斑影响焊缝宽度，为与光斑的直径相匹配，本实施例中的凹槽110的宽度为焊缝宽度的1/8～1/4。

S130，提供第二工件，将第二工件置于第一工件的另一侧，其中另一侧和一侧相对，并将第一工件和第二工件压紧。

具体地，请参阅图5，为第一工件100和第二工件200的叠置之后的示意图。

其中，第二工件200和第一工件100可以为相同的工件或者为不同的工件。在本申请的一个实施例中，第二工件200和第一工件100为相同的工件，且材料均为铜。具体地，第二工件200为单体电池的顶盖。在其他实施例中，第二工件200和第一工件100可以选择为不同的工件。

此外，本实施例中，为保证焊接效果，第一工件100的厚度小于第二工件200的厚度。具体地，第一工件100的厚度加第二工件200的最小熔深＜熔池总深度＜第一工件100厚度加第二工件200厚度，其中第二工件200的最小熔深根据不同的焊接参数以及不同材料的工件而设定，根据具体焊接时的场景具有不同的数值，熔池总深度为所述第一熔池的深度加第二熔池的深度。从而需要第一工件100厚度不宜过大，保证熔池总深度在极限范围内。例如，第一工件100的厚度为第二工件200的厚度的1/10，以保证激光能够在第二工件200对应处形成合适深度的熔池，保证第一工件100和第二工件200的焊接效果。

将第二工件200置于第一工件100与凹槽110相对的一侧。将两种工件进行叠置后，将两种工件进行压紧。具体地，采用夹具将两种工件进行夹紧，避免在第一工件100和第二工件200之间出现间隙，即保证了在激光焊接位置无间隙，避免激光焊接时金属蒸汽膨胀被空气中的氧气氧化而产生气孔。

S140，将激光发生器对准凹槽110发射激光，以使第一工件100的凹槽110所在的区域熔化，且第二工件200对应凹槽110的区域部分发生熔化，从而使第一工件和第二工件形成焊件。

当第一工件100和第二工件200为不同的工件时，激光发生器的焊接参数分别为：焊接功率为2～6KW之间，焊接速度为3.6～9.6m/s之间，离焦量为-5～5mm之间。从而通过选择上述焊接参数，在能够保证焊接的情况下，又能保证产能，保证焊接效率。具体焊接时，根据焊接为正极连接片还是负极连接片，在上述焊接参数内进行选择合适的焊接功率、焊接速度以及离焦量，从而保证焊接效果。

在本申请的一个具体的实施例中，选择第一工件100和第二工件200均为铜工件，因此焊接参数选择为：焊接功率为3～5KW，焊接速度为5.4～7.8m/s，离焦量为2～4mm。通过在该参数范围内进行焊接，使焊缝的宽度、熔池的深度以及熔池的宽度均在标准范围内分布，过程能力高。其中过程能力为熔深和熔宽偏离标准值的能力。

具体焊接时，使第一工件100的凹槽110所在的区域形成第一熔池，且第二工件200对应凹槽的区域形成第二熔池，从而在熔池冷却固化后使第一工件100和第二工件200形成焊件。

上述工件焊接方法，通过在第一工件100的一侧形成凹槽100，使激光的利用率增加，同时小孔深度得到增加，从而在对第一工件100和第二工件200进行激光焊接时，使第一工件100和第二工件200的总熔池的深度增加，提高焊接质量，使焊件焊接稳固，同时，达到与第一工件100不开设凹槽的相同的焊接效果时，可以降低焊接功率，从而降低成本。

请参阅图6，为本申请第二实施例提供的以一种具体焊接方式得到的第一工件100和第二工件200的金相图。

其中，在本实施例中，第一工件100为铜金属，第一工件100的厚度为0.8mm，凹槽110 的形状为梯形，梯形凹槽110的深度为0.1mm，梯形凹槽110的长边底边的长度为0.2mm，梯形凹槽110的短边底边的长度为0.1mm，相邻两个凹槽110的间隔为0.6mm。

其中，第二工件200为铜金属，第二工件200的厚度2.0mm。

焊接时，焊接参数具体为：激光功率为4.8KW，焊接速度为6.6m/min，离焦量为+3.5mm。

请参阅图7，为未经过凹槽处理的第一工件100和第二工件200均采用与上述第二实施例相同的参数进行焊接得的参照金相图。

对图6和图7两种金相图的形貌分析，有凹槽110的第一工件110的焊接熔池最大深度比无凹槽的第一工件100的焊接熔池最大深度大约深200μm。表面经过凹槽预处理得到的焊件的熔池分布均匀，有凹槽110的熔池与无凹槽110的熔池外形无明显区别，两者的熔池形貌完整，表明经过凹槽110处理对熔池形貌无负面影响，对焊件表面外观无影响，但是可以使熔池的深度增加，提升了激光利用率，也提升了焊接效果。

请参阅图8，为本申请第三实施例提供的以另一种焊接方式得到的第一工件100和第二工件200的金相图。

其中，在本实施例中，第一工件100为铜金属，第一工件100的厚度0.2mm，凹槽110的形状为梯形，凹槽110的深度为0.1mm，梯形凹槽110的长边底边的长度为0.6mm，短边底边的长度为0.3mm，相邻两个凹槽110的间隔为0.1mm。

其中，第二工件200为铜金属，第二工件200的厚度2.0mm。

本实施例的设置方式中，凹槽110深度为第一工件100厚度的1/2，凹槽110宽度约为焊缝宽度的1/4，凹槽110间距约为焊缝宽度的1/24。

焊接时，选择的具体焊接参数为：焊接激光功率为2.6KW，焊接速度为6.6m/min，离焦量为+3.5mm。

请参阅图8所示的金相图，其中第一工件100和第二工件200的分界线为a，在观测区域中第一工件100上在焊接前开设有4个凹槽。

从图中可以看出，整个熔池的顶部在第一工件100上成为一个整体，整个熔池底部在第二工件200上底部存在多熔池形貌，分为左右两个熔池和中间的大熔池，左右两个熔池的底部对应圆弧形状b，大熔池底部存在不明显的两个圆弧形状c。四个凹槽位置与熔池底部的位置一一对应，凹槽所在位置对应的熔池底部位置为圆弧状；凹槽之间的间隔为平面，对应的熔池底部表现为圆弧的交界处。

从而可以得出，由于设置凹槽，使工件形成预小孔形貌，导致激光集中在凹槽底部，进一步形成小孔效应，同时凹槽的设置增加了激光利用率，增大了熔池深度，使各熔池之间出现复合。最终通过设置凹槽增加了激光利用率并且提升了焊接效果。同时，当需要达到相同的焊接效果时，可以通过设置凹槽，降低激光功率，从而能够节约能源。

本申请在第四实施例中还提供一种电极组件，电极组件包括连接片和顶盖，其中连接片片和顶盖由上述的焊接方法进行焊接。

其中，连接片为第一工件100，顶盖为第二工件200，在焊接前于连接片上开设凹槽，从而增加激光利用率，同时增大了连接片和顶盖的熔深，使两者之间焊接更稳固。

上述电极组件，通过在焊接前于连接片上开设凹槽，使连接片和顶盖在焊接时熔深增大，两者的焊接稳固性增加。

本申请在第五实施例中还提供一种单体电池，包括上述所述的电极组件。

本申请在第六实施例中还提供一种用电设备，包括上述所述的单体电池。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.工件焊接方法，其特征在于，包括：

提供激光发生器；

提供第一工件，在所述第一工件的一侧形成凹槽；

提供第二工件，将所述第二工件置于所述第一工件与所述凹槽相对的一侧，并将所述第一工件和所述第二工件压紧；

将所述激光发生器对准所述凹槽发射激光，以使所述第一工件的所述凹槽所在的区域形成第一熔池，且所述第二工件对应所述凹槽的区域形成第二熔池，从而使所述第一工件和所述第二工件形成焊件。

2.根据权利要求1所述的工件焊接方法，其特征在于，所述第一工件的厚度小于所述第二工件的厚度。

3.根据权利要求2所述的工件焊接方法，其特征在于，所述第一工件的厚度加所述第二工件的最小熔深＜熔池总深度＜所述第一工件的厚度加所述第二工件的厚度，其中所述第二工件的最小熔深根据焊接参数以及所述第二工件的材料设定，所述熔池总深度为所述第一熔池的深度加第二熔池的深度。

4.根据权利要求1所述的工件焊接方法，其特征在于，所述激光发生器的焊接参数分别为：焊接功率为2～6KW之间，焊接速度为3.6～9.6m/s之间，离焦量为-5～5mm之间。

5.根据权利要求1所述的工件焊接方法，其特征在于，所述第一工件和所述第二工件的材料为铜。

6.根据权利要求5所述的工件焊接方法，其特征在于，所述激光焊接器的焊接参数分别为：焊接功率为3～5KW，焊接速度为5.4～7.8m/s，离焦量为2～4mm。

7.根据权利要求1所述的工件焊接方法，其特征在于，所述凹槽的宽度为焊缝宽度的1/8～1/4，所述凹槽的深度为所述第一工件的厚度的1/10～1/2，所述凹槽的形状为梯形、三角形、半圆形或椭圆中的一种或多种。

8.电极组件，其特征在于，包括连接片和顶盖，所述连接片和所述顶盖由权利要求1至7任一项所述工件焊接方法焊接连接。

9.单体电池，其特征在于，包括如权利要求8所述的电极组件。

10.用电设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的单体电池。

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