CN113118624A - 双层极耳与巴片光纤激光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池制造技术领域,具体涉及一种双层极耳与巴片光纤激光焊接方法。包括步骤:S1)将铜巴片、铜极耳、铝极耳按照从下到上的顺序依次放置,且通过夹具夹持铜巴片、铜极耳和铝极耳。在铜巴片、铜极耳和铝极耳上设置预定的焊接位置。S2)通过光纤激光器的焊接头发射激光束至焊接位置,激光束为连续波,波长为1064nm。先进行第一次焊接,激光功率为1500w‑1800w,焊接速度为120mm/s‑150mm/s。然后进行第二次焊接,激光功率为1000w‑1200w,焊接速度为150mm/s‑180mm/s。焊接过程中向焊接位置输送保护气体。本发明能够实现铜巴片、铜极耳、铝极耳三者之间的可靠焊接。
Description
技术领域
本发明属于电池制造技术领域,具体涉及一种双层极耳与巴片光纤激光焊接方法。
背景技术
激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效高精密的焊接方法。激光焊接过程属热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散。通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。激光焊接的原理可分为热传导型和深熔焊接。功率密度小于104-105w/cm2时为热传导焊接,此时熔深浅,焊接速度慢。功率密度大于105-107w/cm2时,金属表面受热作用下凹成“匙孔”,形成深熔焊。
在锂电池生产领域中,相邻的极耳之间的可靠连接对整个锂电池制造工艺的安全可靠性起到极其关键的作用。一般情况下,相邻的两个极耳通过巴片连接,以实现相邻电芯的串联。
传统相邻的两个极耳之间的连接只能是:两个铝极耳分别与铝巴片焊接、两个铜极耳分别与铜巴片焊接。这种对极耳和巴片的材质的限制,使得电池在结构设计方面极其复杂,制造加工难度大,生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双层极耳与巴片光纤激光焊接方法,以消除连接时,对极耳和巴片材质的限制。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种双层极耳与巴片光纤激光焊接方法,包括步骤:
S1)将铜巴片、铜极耳、铝极耳按照从下到上的顺序依次放置,且通过夹具夹持所述铜巴片、所述铜极耳和所述铝极耳;在所述铜巴片、所述铜极耳和所述铝极耳上预设焊接位置;
S2)通过光纤激光器的焊接头发射激光束至所述焊接位置,所述激光束为连续波,波长为1064nm;先进行第一次焊接,第一次焊接的工艺参数为:激光功率为1500w-1800w,焊接速度为120mm/s-150mm/s;然后进行第二次焊接,第二次焊接的工艺参数为:激光功率为1000w-1200w,焊接速度为150mm/s-180mm/s;焊接过程中向所述焊接位置输送保护气体。
优选地,在上述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法中,所述铜巴片、所述铜极耳以及所述铝极耳之间的间隙小于等于0.1mm。
优选地,在上述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法中,发射所述激光束至所述焊接位置的同时,向所述焊接位置输送所述保护气体。
优选地,在上述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法中,所述铜巴片为T2纯铜,所述铜巴片的厚度大于2mm;所述铜极耳为T2紫铜镀镍;所述铝极耳为纯铝。
优选地,在上述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法中,所述铜巴片为T2紫铜。
优选地,在上述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法中,所述第一次焊接与所述第二次焊接的起弧点相同以及收弧点相同。
优选地,在上述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法中,所述激光束垂直于所述焊接位置的焊接面。
优选地,在上述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法中,所述保护气体为氩气。
优选地,在上述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法中,所述氩气的气流的流速为20L/min-30L/min。
优选地,在上述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法中,所述光纤激光器安装于机器人手臂,所述光纤激光器能够移动和旋转。
本发明的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法的有益效果在于:相对于现有的焊接方法中出现的铜铝产生的脆性的问题,本发明能够实现铜巴片、铜极耳、铝极耳三者之间的可靠焊接。
附图说明
图1是本发明实施例铜巴片、铜极耳、铝极耳的分解图;
图2是本发明实施例铜巴片、铜极耳、铝极耳的焊接效果图。
图中部件名称和标号如下:
铜巴片10、铜极耳20、铝极耳30、焊接位置40。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中,术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作,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发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分,并没有特殊的含义。
图1是本发明实施例铜巴片10、铜极耳20、铝极耳30的分解图。图2是本发明实施例铜巴片10、铜极耳20、铝极耳30的焊接效果图。如图1和图2所示,本实施例公开了一种双层极耳与巴片光纤激光焊接方法。该双层极耳与巴片光纤激光焊接方法包括步骤:
S1)将铜巴片10、铜极耳20、铝极耳30按照从下到上的顺序依次放置,且通过夹具夹持铜巴片10、铜极耳20和铝极耳30。在铜巴片10、铜极耳20和铝极耳30上预设焊接位置40。
S2)将光纤激光器的的振镜焊接头调整到焊接位置40的正面位置。通过光纤激光器的焊接头发射激光束至焊接位置40,激光束为连续波,波长为1064nm。先进行第一次焊接,第一次焊接的工艺参数为:激光功率为1500w-1800w,焊接速度为120mm/s-150mm/s。例如,第一次焊接的工艺参数为:激光功率为1500w、1600w、1700w或者1800w,焊接速度为120mm/s、130mm/s、140mm/s或者150mm/s。
然后进行第二次焊接,第二次焊接的工艺参数为:激光功率为1000w-1200w,焊接速度为150mm/s-180mm/s。例如,第二次焊接的工艺参数为:激光功率为1000w、1100w或者1200w,焊接速度为150mm/s、160mm/s、170mm/s或者180mm/s。
在上述的焊接过程中,向焊接位置40输送保护气体,保护焊缝不被氧化。优选地,发射激光束至焊接位置40的同时,开始向焊接位置40输送保护气体。优选地,保护气体为氩气,氩气的气流的流速为20L/min-30L/min。例如,氩气的气流的流速为20L/min、24L/min、25L/min、29L/min或者30L/min。
在上述的焊接过程中,可以通过冷却装置冷却。
相对于现有的焊接方法中出现的铜铝产生的脆性的问题,本实施例能够实现铜巴片、铜极耳、铝极耳三者之间的可靠焊接。解决了铜铝异种材质的极耳无法激光焊接的问题。降低了电池在结构设计方面的复杂性,降低了设计成本以及制造成本。
优选地,在步骤S1)中,铜巴片10、铜极耳20以及铝极耳30之间的间隙小于等于0.1mm。例如,铜巴片10、铜极耳20以及铝极耳30两两之间的间隙为0.05mm、0.06mm、0.08mm或者0.1mm。间隙越小,越有利于提高光纤激光焊接的效果。
优选地,本实施例的铜巴片10为T2纯铜,铜巴片10的厚度大于2mm。例如,铜巴片10的厚度为2.1mm、2.2mm或者2.3mm。铜极耳20为T2紫铜镀镍。铝极耳30为1060纯铝,铝极耳30的厚度为0.4mm。进一步地,铜巴片10T2紫铜。本实施例的铜巴片10可以采用线切割的方式成型,表面平整无毛刺,以减小铜巴片10与铜极耳20之间的间隙,提高焊接效果。
本实施例的第一次焊接与第二次焊接的起弧点相同以及收弧点相同。具体地,第一次焊接与第二次焊接都是按照从左向右的方向焊接。焊接过程中,激光束垂直于焊接位置40的焊接面。
光纤激光器安装于机器人手臂,从而使得光纤激光器能够自由移动和旋转,实现自动化控制,以提高焊接效率和焊接精度。
本实施例在焊接之前,还包括对焊接位置40附近的油污等脏物进行清理的步骤。例如,对焊接位置40在50mm半径以内的脏物进行清理,以减少脏物对激光的反射、增加铜巴片10、铜极耳20、铝极耳30对光的吸收率,增加熔深,保证焊接质量。
基于铜巴片10的厚度为2mm、铜极耳20的厚度为0.2mm、铝极耳30的厚度为0.4mm,光斑直径为0.3mm,保护气体为氩气,氩气的气流的流速为25L/min。实际得到的工艺数据如下:
1)当第一次焊接的激光功率为1400w,焊接速度为100mm/s,第二次焊接的激光功率为1000w,焊接速度为160mm/s时,得到的熔深为0.5mm。
2)当第一次焊接的激光功率为1500w,焊接速度为110mm/s,第二次焊接的激光功率为1100w,焊接速度为170mm/s时,得到的熔深为0.6mm。
3)当第一次焊接的激光功率为1600w,焊接速度为120mm/s,第二次焊接的激光功率为1200w,焊接速度为180mm/s时,得到的熔深为0.8mm。
4)当第一次焊接的激光功率为1700w,焊接速度为130mm/s,第二次焊接的激光功率为1300w,焊接速度为190mm/s时,得到的熔深为1.1mm。
5)当第一次焊接的激光功率为1800w,焊接速度为140mm/s,第二次焊接的激光功率为1400w,焊接速度为200mm/s时,得到的熔深为1.5mm。
由上述的数据可知,当第一次焊接的激光功率为1600w,焊接速度为120mm/s。第二次焊接的激光功率为1200w,焊接速度为180mm/s时,得到的熔深0.8mm为理想的熔深,而且热影响区很小,焊接后组织致密,强度完全满足要求。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双层极耳与巴片光纤激光焊接方法,其特征在于,包括步骤:
S1)将铜巴片、铜极耳、铝极耳按照从下到上的顺序依次放置,且通过夹具夹持所述铜巴片、所述铜极耳和所述铝极耳;在所述铜巴片、所述铜极耳和所述铝极耳上预设焊接位置;
S2)通过光纤激光器的焊接头发射激光束至所述焊接位置,所述激光束为连续波,波长为1064nm;先进行第一次焊接,第一次焊接的工艺参数为:激光功率为1500w-1800w,焊接速度为120mm/s-150mm/s;然后进行第二次焊接,第二次焊接的工艺参数为:激光功率为1000w-1200w,焊接速度为150mm/s-180mm/s;焊接过程中向所述焊接位置输送保护气体。
2.根据权利要求1所述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法,其特征在于,所述铜巴片、所述铜极耳以及所述铝极耳之间的间隙小于等于0.1mm。
3.根据权利要求1所述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法,其特征在于,发射所述激光束至所述焊接位置的同时,向所述焊接位置输送所述保护气体。
4.根据权利要求1所述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法,其特征在于,所述铜巴片为T2纯铜,所述铜巴片的厚度大于2mm;所述铜极耳为T2紫铜镀镍;所述铝极耳为纯铝。
5.根据权利要求4所述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法,其特征在于,所述铜巴片为T2紫铜。
6.根据权利要求1所述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法,其特征在于,所述第一次焊接与所述第二次焊接的起弧点相同以及收弧点相同。
7.根据权利要求1所述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法,其特征在于,所述激光束垂直于所述焊接位置的焊接面。
8.根据权利要求1所述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法,其特征在于,所述保护气体为氩气。
9.根据权利要求8所述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法,其特征在于,所述氩气的气流的流速为20L/min-30L/min。
10.根据权利要求1所述的双层极耳与巴片光纤激光焊接方法,其特征在于,所述光纤激光器安装于机器人手臂,所述光纤激光器能够移动和旋转。
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