CN114012262A - 金属壳体焊接方法及金属壳体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种金属壳体焊接方法，适用于锂电池壳体，该金属壳体焊接方法将金属上壳和金属下壳贴合叠放在夹具底座上，利用夹具压块压紧金属上壳和金属下壳，夹具压块和夹具底座的贴合面的平面度小于0.05mm；采用纳秒激光器沿焊接轨迹扫描金属上壳表面，形成焊缝以连接金属上壳和金属下壳。本发明提出的金属壳体焊接方法中夹具压块和夹具底座的贴合面的平面度在0.05mm以下，提高了夹具与金属上下壳的贴合度，同时采用纳秒激光器进行焊接，相比准连续激光器，具有脉冲频率高、能量密度集中和热影响区小等优点，减少了焊接过程金属壳体翘起、变形等现象，提高了金属壳体的密封性。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种金属壳体焊接方法及由该方法制得的金属壳体。
背景技术
由于具有强度高和耐腐蚀性强，而且重量轻、美观及价格低廉等优点，不锈钢薄板被广泛应用于锂电池行业。
锂电池壳体包括上壳和下壳，现有技术一般通过准连续激光器焊接来实现锂电池壳体上、下壳的连接，而且压紧上下壳不够紧密，导致在焊接不锈钢薄板时容易出现壳体起翘、变形等缺陷，大大降低了锂电池壳体的密封性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种金属壳体焊接方法，旨在解决现有焊接锂电池壳体所存在的壳体起翘、变形、产生虚焊等技术问题。
为实现上述目的，本发明提出的金属壳体焊接方法，包括以下步骤：
将金属上壳和金属下壳贴合叠放在夹具底座上，利用夹具压块压紧所述金属上壳和金属下壳，所述夹具压块和夹具底座的贴合面的平面度小于0.05mm；
采用纳秒激光器沿焊接轨迹扫描所述金属上壳表面，形成焊缝以连接所述金属上壳和金属下壳。
优选地，所述金属上壳为板体，其具有边缘部，所述金属下壳形成有容置腔，容置腔的腔壁向外侧延伸形成有支撑部，所述边缘部与所述支撑部相贴合，所述焊接轨迹位于边缘部与支撑部的贴合区域内。
优选地，所述夹具压块的贴合面与所述金属上壳的边缘部贴合，所述夹具底座的贴合面与所述金属下壳的支撑部贴合。
优选地，所述纳秒激光器的焊接速度为450-550mm/s，频率为4000-4160KHZ，功率为140-150W。
优选地，所述焊接轨迹为矩形，所述焊缝宽度为175-225μm。
优选地，所述金属上壳和金属下壳为不锈钢，所述不锈钢的厚度为50μm。
优选地，所述采用纳秒激光器沿焊接轨迹扫描所述金属上壳表面的步骤之前，还包括步骤：
对所述金属上壳表面吹保护气。
优选地，所述将金属上壳和金属下壳贴合叠放在夹具底座上之前，还包括步骤：
对待焊的金属上壳和金属下壳进行清洁。
优选地，所述形成焊缝以连接所述金属上壳和金属下壳的步骤之后，还包括步骤：
对焊接完成后形成的金属壳体进行气密性检测。
本发明进一步提出一种金属壳体，由如上所述的金属壳体焊接方法制得。
本发明的金属壳体焊接方法，首先将金属上壳和金属下壳贴合叠放在夹具底座上，利用夹具压块压紧金属上壳和金属下壳，夹具压块和夹具底座的贴合面的平面度小于0.05mm；然后采用纳秒激光器沿焊接轨迹扫描金属上壳表面，形成焊缝以连接金属上壳和金属下壳。本发明提出的金属壳体焊接方法中夹具压块和夹具底座的贴合面的平面度在0.05mm以下，提高了夹具与金属上下壳的贴合度，减小了金属上壳与金属下壳的间隙，使得焊接形成的焊缝更加饱满，同时采用纳秒激光器进行焊接，相比准连续激光器，具有脉冲频率高、能量密度集中和热影响区小等优点，减少了焊接过程金属壳体翘起、变形等现象，提高了金属壳体的密封性。
附图说明
图1为本发明金属壳体焊接方法一实施例的工艺流程图；
图2为本发明一实施例中焊接金属上壳和金属下壳的示意图；
图3为本发明一实施例中焊接轨迹的示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明实施例提出一种金属壳体焊接方法，适用于锂电池壳体，参照图1、图2和图3，该金属壳体焊接方法包括以下步骤：
步骤S10，将金属上壳1和金属下壳2贴合叠放在夹具底座6上，利用夹具压块5压紧所述金属上壳1和金属下壳2，所述夹具压块5和夹具底座6的贴合面的平面度小于0.05mm；
步骤S20，采用纳秒激光器沿焊接轨迹3扫描金属上壳1表面，形成焊缝4以连接金属上壳1和金属下壳2。
本实施例步骤S10中，将金属上壳1和金属下壳2贴合叠放在夹具底座6上，利用夹具压块5压紧所述金属上壳1和金属下壳2，所述夹具压块5和夹具底座6的贴合面的平面度小于0.05mm。具体地，金属上壳1和金属下壳2的材质可以是不锈钢、铝合金等金属材质，本实施例的金属上壳1和金属下壳2选用不锈钢，金属上壳1的尺寸一般为19mm*26mm，金属上壳1和金属下壳的厚度在40-60μm之间。
夹具的贴合面的平面度对焊接效果的影响很大，如果贴合面比较粗糙，将导致金属上壳1和金属下壳2间隙过大，容易产生虚焊，焊接效果差，金属壳体容易翘起变形。而本实施例控制夹具压块5和夹具底座6的贴合面的平面度在0.05mm以下，保证了金属上壳1和金属下壳2紧密贴合，减小了金属上壳1与金属下壳2的间隙，使得焊接形成的焊缝更加饱满。具体地，首先将金属下壳2放置在夹具底座6上，然后盖上金属上壳1，观察金属上壳1和金属下壳2无错位后，通过气缸控制将夹具压块5移至金属上壳1上方，最后将夹具压块5下压，通过调压阀调整气缸压力大小，保证金属上壳1与金属下壳2的接触面压合且无间隙。
本实施例步骤S20中，采用纳秒激光器沿焊接轨迹3扫描金属上壳1表面，形成焊缝4以连接金属上壳1和金属下壳2。具体地，在焊接前，出射预览红光，观察预览红光，确保预览红光没有偏离焊接轨迹3的前提下，尽量使预览红光靠近夹具压块内侧，能有效减小焊接时壳体的变形。激光器采用纳秒激光器，相比普通的准连续激光器，纳秒激光器的脉宽更小，脉宽在10-2000ns之间，重复频率更高，能量密度更集中，能够通过控制激光器参数来减少金属壳体的变形。焊接轨迹3可以是矩形或者是“L”形，具体形状根据产品壳体形状决定。纳秒激光器出射的激光束沿焊接轨迹3扫描金属上壳1，形成焊缝4，焊缝截面呈“倒三角”形，本实施例焊缝宽度较大，可以有效减少壳体变形，提高了壳体的密封性。由于纳秒激光器的焊接速度和频率较高，激光束沿焊接轨迹3扫描一次就可以完成焊接，提高了焊接速度。
本发明实施例提出的金属壳体焊接方法中夹具压块5和夹具底座6的贴合面的平面度在0.05mm以下，提高了夹具与金属上下板的贴合度，同时采用纳秒激光器进行焊接，相比准连续激光器，具有脉冲频率高、能量密度集中和热影响区小等优点，减少了焊接过程金属壳体翘起、变形等现象，提高了金属壳体的密封性。
在一较佳实施例中，金属上壳1为板体，其具有边缘部，金属下壳2形成有容置腔，容置腔的腔壁向外侧延伸形成有支撑部，边缘部与支撑部相贴合，焊接轨迹3位于边缘部与支撑部的贴合区域内。
进一步地，夹具压块5的贴合面与金属上壳1的边缘部贴合，夹具底座6的贴合面与金属下壳2的支撑部贴合。
本实施例中，金属上壳1选用板体，尺寸为19mm*26mm，夹具将金属上壳1的边缘部与金属下壳2的支撑部紧密压合，激光束从夹具压块5内侧沿焊接轨迹3扫描，将金属上壳1和金属下壳2焊接在一起。
在一较佳实施例中，纳秒激光器的焊接速度为450-550mm/s，频率为4000-4160KHZ，功率为140-150W。本实施例中，在焊接时，控制纳秒激光器的焊接速度在450-550mm/s，频率在4000-4160KHz，功率在140-150w之间，作为优选，焊接速度为500mm/s，频率为4160KHz，功率为150W。焊接速度为500mm/s，可以大大缩短焊接时间，提高焊接效率，频率为4160KHz，能量密度集中，热影响区小，可以减少壳体变形提高壳体的密封性。
在一较佳实施例中，焊接轨迹3为矩形，焊缝宽度为175-225μm。本实施例中，焊接轨迹3焊接轨迹3可以是矩形或者是“L”形，具体形状根据产品壳体形状决定，本实施例的焊接轨迹3为矩形，激光束5沿焊接轨迹3扫描金属上壳1，形成焊缝4，焊缝4的宽度在175-225μm范围内，焊缝截面呈“倒三角”形，本实施例焊缝宽度较大，可以有效减少壳体变形，提高了壳体的密封性。
在一较佳实施例中，金属上壳1和金属下壳2为不锈钢，不锈钢的厚度为50μm。本实施例中，金属上壳1和金属下壳2的材质可以是不锈钢、铝合金等金属材质，本实施例的金属上壳1和金属下壳2选用不锈钢，金属上壳1的尺寸一般为19mm*26mm，金属上壳1和金属下壳的厚度为50μm。
在一较佳实施例中，采用纳秒激光器沿焊接轨迹3扫描金属上壳1表面的步骤之前，还包括步骤S30：
步骤S30：对金属上壳1表面吹保护气。
本实施例中，由于金属上壳1在激光加工过程中温度急速升高，焊缝4内熔融态金属很容易被氧化，影响焊缝的质量。对金属上壳1表面吹保护气，不仅可以防止焊缝被氧化，还可以有效减少焊缝气孔，使得焊缝成型均匀美观。优选地，保护气选择氮气，气流量为15L/min。
在一较佳实施例中，将金属上壳1和金属下壳2贴合叠放在夹具底座6上之前，还包括步骤S40：
步骤S40：对待焊的金属上壳1和金属下壳2进行清洁。
本实施例中，通过待焊的金属上壳1和金属下壳2进行清洁，可以去除表面上的氧化介质和油污，避免在激光焊接过程中出现未焊透、夹渣等缺陷，保证了后续形成焊缝的效果。清洁方式可以采用机械清洗，先用农业生产体系溶剂(丙酮、松香或汽油)擦拭待加工面的油污，然后用细砂纸磨至表面露出金属光泽，保证材料表面的干净且无任何杂质。
在一较佳实施例中，形成焊缝4以连接金属上壳1和金属下壳2的步骤之后，还包括步骤S50：
步骤S50：对焊接完成后形成的金属壳体进行气密性检测。
本实施例中，在焊接后，向金属壳体通入氦气，检测金属壳体内的压强，若压强降低，则壳体气密性差，若压强稳定在某一个值，则壳体气密性好。
本发明进一步提出一种金属壳体，该金属壳体由上述实施例提出的金属壳体焊接方法制得。因此该金属壳体至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。
以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。
Claims (10)
1.一种金属壳体焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
将金属上壳和金属下壳贴合叠放在夹具底座上，利用夹具压块压紧所述金属上壳和金属下壳，所述夹具压块和夹具底座的贴合面的平面度小于0.05mm；
采用纳秒激光器沿焊接轨迹扫描所述金属上壳表面，形成焊缝以连接所述金属上壳和金属下壳。
2.根据权利要求1所述的金属壳体焊接方法，其特征在于，所述金属上壳为板体，其具有边缘部，所述金属下壳形成有容置腔，容置腔的腔壁向外侧延伸形成有支撑部，所述边缘部与所述支撑部相贴合，所述焊接轨迹位于边缘部与支撑部的贴合区域内。
3.根据权利要求2所述的金属壳体焊接方法，其特征在于，所述夹具压块的贴合面与所述金属上壳的边缘部贴合，所述夹具底座的贴合面与所述金属下壳的支撑部贴合。
4.根据权利要求1所述的金属壳体焊接方法，其特征在于，所述纳秒激光器的焊接速度为450-550mm/s，频率为4000-4160KHZ，功率为140-150W。
5.根据权利要求1所述的金属壳体焊接方法，其特征在于，所述焊接轨迹为矩形，所述焊缝宽度为175-225μm。
6.根据权利要求1所述的金属壳体焊接方法，其特征在于，所述金属上壳和金属下壳为不锈钢，所述不锈钢的厚度为50μm。
7.根据权利要求1所述的金属壳体焊接方法，其特征在于，所述采用纳秒激光器沿焊接轨迹扫描所述金属上壳表面的步骤之前，还包括步骤：
对所述金属上壳表面吹保护气。
8.根据权利要求1所述的金属壳体焊接方法，其特征在于，所述将金属上壳和金属下壳贴合叠放在夹具底座上之前，还包括步骤：
对待焊的金属上壳和金属下壳进行清洁。
9.根据权利要求1-8任一项所述的金属壳体焊接方法，其特征在于，所述形成焊缝以连接所述金属上壳和金属下壳的步骤之后，还包括步骤：
对焊接完成后形成的金属壳体进行气密性检测。
10.一种金属壳体，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的金属壳体焊接方法制得。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220208 |