本發(fā)明涉及焊接
技術(shù)領(lǐng)域:
,具體地說,是涉及一種特別是18650、26650、32700電池行業(yè)的焊接鋰電池蓋帽與極耳的工藝方法。
背景技術(shù):
:目前,市場(chǎng)上通常采用超聲波焊接、電阻碰焊、yag激光焊接工藝來焊接電池的蓋帽內(nèi)側(cè)的極板與電芯的正極極耳。其中蓋帽內(nèi)側(cè)的極板的材料是鋁、銅或不銹鋼(厚度不一),而電芯的正極極耳的材料是厚度0.08-0.15mm鋁、鎳帶。如圖1所示,超聲波摩擦焊的工作原理是通過上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū),由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻大,因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。又由于接觸面的熱量不能及時(shí)散發(fā),聚集在焊區(qū),致使兩個(gè)焊接物的接觸面迅速熔化,加上一定壓力后,使其融合成一體。當(dāng)超聲波停止作用后,讓壓力持續(xù)幾秒鐘,使其凝固成型,這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈,達(dá)到焊接的目的,焊接強(qiáng)度能接近于原材料強(qiáng)度。缺點(diǎn)是:焊接時(shí)需要很大的施工空間,而鍵盤的鋁質(zhì)組件是立體復(fù)合半封閉式的對(duì)鉚工件,不允許有這么大的施工空間;超聲波摩擦焊是雙面接觸式焊接,需要很強(qiáng)的應(yīng)力,會(huì)直接將雙側(cè)的工件產(chǎn)生凹陷,嚴(yán)重影響外觀;需要模具壓合焊接,模具不很很小,很難滿足鍵盤鋁質(zhì)組件對(duì)接面積只有2-3mm2的情況,且極易損壞模具;焊接速度慢,焊接一個(gè)5mm2面積需要4-10秒,且需要10-20秒鐘進(jìn)行裝夾;難以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤鋁質(zhì)組件的自動(dòng)化焊接。如圖2所示,電阻碰焊的工作原理是接觸式加工,需要上下通電,在接觸點(diǎn)形成電加熱場(chǎng)從而形成焊接效果。缺點(diǎn):出點(diǎn)比較大,出點(diǎn)容易斷而造成虛焊、焊接不一致;電阻焊焊接時(shí)需要很大的施工空間,而鍵盤的鋁質(zhì)組件是立體復(fù)合半封閉式的對(duì)鉚工件,不允許有這么大的施工空間;不適合焊接本身是儲(chǔ)電放電的工件。yag激光點(diǎn)焊:非接觸式焊接,依靠yag激光器發(fā)射的脈沖激光點(diǎn)而形成焊接,焊斑最小可達(dá)0.4mm。缺點(diǎn)是:yag焊接工藝適合焊單個(gè)的點(diǎn)、或者由單個(gè)的點(diǎn)形成的線條,不適合做大面積的焊接;yag激光焊接厚度為0.4mm左右的高反鋁質(zhì)材料時(shí),激光能量穿透后對(duì)底部1.8mm板材的穿透深度小,在焊接面積小于2mm2時(shí)焊接強(qiáng)度低,拉力小,往往小于10n;yag整機(jī)占地面積大(整套系統(tǒng)約需3-5平方米),能耗高(約10kw),有耗材(氙燈、光纖、保護(hù)鏡片、濾芯、水等),焊斑會(huì)隨氙燈的衰減而變?nèi)酰瑥亩鴮?dǎo)致焊點(diǎn)不一致,長(zhǎng)期運(yùn)行不穩(wěn)定;焊接效率相對(duì)傳統(tǒng)焊接高,但效率只有本工藝的20-50%。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷,本發(fā)明提供了一種焊接鋰電池蓋帽與極耳的工藝方法。為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決:一種焊接鋰電池蓋帽與極耳的工藝方法,包括如下步驟:(1)激光器選型:采用50-150w的fiber激光器作為焊接光源;(2)進(jìn)行激光光學(xué)器件的配置;(3)焊接前對(duì)極耳、蓋帽進(jìn)行預(yù)處理;(4)蓋帽與極耳位置對(duì)接,并合理選擇焊接區(qū)域、對(duì)焊區(qū)進(jìn)行壓合的工藝方法;(5)采用有利于加強(qiáng)焊接強(qiáng)度的焊接軌跡:采用倒了角的矩形,2-8個(gè)矩形拍成一定形狀,采用呈螺旋線形填充的軌跡;(6)激光參數(shù)設(shè)置:功率40-120w,頻率60-650khz,脈寬20-200ns;(7)焊接過程中采用吹氣保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。進(jìn)一步地,步驟(2)中,采用適合于光斑直徑是10、12、14、16、18、20、25、30mm的振鏡作為焊接光束運(yùn)動(dòng)組件,或采用石英或者聚合物場(chǎng)鏡作為聚焦光學(xué)組件,場(chǎng)鏡的規(guī)格是f=100、130、150、160、163、165、170、210、220、254、270、330或350mm。進(jìn)一步地,步驟(3)中,帶狀極耳的預(yù)處理:裁斷整齊,若外觀有明顯凹凸則需要壓平,若無明顯凹凸則無需壓平。進(jìn)一步地,步驟(3)中,蓋帽的預(yù)處理:蓋帽內(nèi)側(cè)的基板一般是沖壓成型的,若與極耳接觸的焊接表面有明顯凹凸則需要剔除;若表面無明顯凹凸則無需壓平處理。進(jìn)一步地,步驟(4)中,蓋帽是沖壓成型且局部鏤空的,極耳與蓋帽的搭接處必須避開鏤空區(qū)域,選擇相對(duì)平整或上凸、面積較大的區(qū)域;安裝固定蓋帽的治具應(yīng)能夠固定蓋帽的角度,治具頂有壓塊,壓塊能夠?qū)O耳充分地壓合到蓋帽上;治具不會(huì)遮擋激光,且留出的區(qū)域比焊接軌跡大0.3mm以上。進(jìn)一步地,步驟(7)中,采用ar2、n2或空氣進(jìn)行氣體保護(hù)。進(jìn)一步地,步驟(7)中,焊接時(shí)用100-150度的熱風(fēng)對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明的一種焊接鋰電池蓋帽與極耳的工藝方法利用fiber激光器產(chǎn)生的高能量密集度的激光光束,通過合理的光學(xué)器件,將能量穩(wěn)定的輸出到焊接處,焊透上層極耳;通過振鏡的運(yùn)動(dòng),把設(shè)定的圖形作用到工件上,巧妙形成一定面積的焊痕,同時(shí)利用高速焊接時(shí)能量堆壘可形成熔深比較深的熔池,在吹惰性氣體氣保護(hù)工藝的配合下,就完成了牢固、可靠的焊接。本工藝方法作用下整個(gè)焊點(diǎn)的拉拔力、耐彎折、撕裂口粘連性好等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)越于yag焊接工藝;采用fiber激光器作為焊接光源,比yag燈泵浦激光器運(yùn)行更穩(wěn)定;比超聲波、電阻碰焊、yag焊接工藝更快的速度;加工空間上比超聲波、電阻碰焊?。患庸に俣仁浅暡?、yag的3-10倍;能耗比yag小約8-10倍;綜合減低運(yùn)營(yíng)成本3-8倍。社會(huì)效益大。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解,構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分,本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明,并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:圖1是超聲波摩擦焊的工作原理示意圖;圖2是電阻碰焊的工作原理示意圖;圖3是本發(fā)明焊接軌跡示意圖;圖4-6是本發(fā)明的螺旋線形填充的三種具體方式的軌跡示意圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然,所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;谒枋龅谋景l(fā)明的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明的一種焊接鋰電池蓋帽與極耳的工藝方法包括如下步驟:1、激光器選型:采用50-150w的fiber激光器作為焊接光源,激光器可以是mopa、調(diào)q、qcw準(zhǔn)連續(xù)脈沖等類型,但不宜使用yag、直接半導(dǎo)體等類型激光。2、進(jìn)行激光光學(xué)器件的配置,重點(diǎn)注意事項(xiàng):2.1、采用適合于光斑直徑是10、12、14、16、18、20、25、30mm的振鏡作為焊接光束運(yùn)動(dòng)組件。2.2、采用石英或者聚合物場(chǎng)鏡作為聚焦光學(xué)組件,場(chǎng)鏡的規(guī)格可以是:f=100、130、150、160、163、165、170、210、220、254、270、330、350mm等。本配置可以有效減少高能量密集與較高功率場(chǎng)合結(jié)合在一起時(shí),激光在大范圍內(nèi)光點(diǎn)一致、焦深一致,焦深不隨時(shí)間、環(huán)境溫度變化而變化的情況。注意事項(xiàng):第2.2項(xiàng)的工藝可減少焦點(diǎn)隨加工時(shí)間變長(zhǎng)、透鏡溫度升高而產(chǎn)生焦距變短的現(xiàn)象;若采用普通的k9材質(zhì)的場(chǎng)鏡往往會(huì)有大范圍內(nèi)焦深隨時(shí)間、環(huán)境溫度變化而變化的情況,易造成焊接不穩(wěn)定、不一致現(xiàn)象。3、焊接前對(duì)極耳、蓋帽進(jìn)行預(yù)處理:3.1、帶狀極耳的預(yù)處理:裁斷整齊,若外觀有明顯凹凸則需要壓平,若無明顯凹凸則無需壓平。3.2、蓋帽的預(yù)處理:蓋帽內(nèi)側(cè)的基板一般是沖壓成型的,若與極耳接觸的焊接表面有明顯凹凸則需要剔除;若表面無明顯凹凸則無需壓平處理。4、蓋帽與極耳的位置對(duì)接,并合理選擇焊接區(qū)域、對(duì)焊區(qū)進(jìn)行壓合的工藝方法。4.1蓋帽是沖壓成型且局部鏤空的,極耳與蓋帽的搭接處必須避開鏤空區(qū)域,選擇相對(duì)平整或上凸、面積較大的區(qū)域?yàn)榧眩环粗?,若選擇的是下凹、面積較小的區(qū)域,則焊接強(qiáng)度差、效果不理想。4.2、安裝固定蓋帽的治具最好能夠固定蓋帽的角度(不會(huì)再旋轉(zhuǎn)),治具頂有壓塊,壓塊能夠?qū)O耳充分地壓合到蓋帽上。4.3、治具不會(huì)遮擋激光,且留出的區(qū)域比焊接軌跡大0.3mm以上。5、采用有利于加強(qiáng)焊接強(qiáng)度的焊接軌跡的工藝方法控制軟件設(shè)定了激光的特色后,一但開啟就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的光束。該光束在極耳上如何排布、形成多大面積的圖案,有無填充、密度、方向、及填充形式直接影響了焊接效果。經(jīng)我們多次實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)如下:5.1、一般采用倒了角的矩形,2-8個(gè)矩形拍成一定形狀,倒了角的焊圈的強(qiáng)度比較大,拉拔力一般會(huì)高于10n,在12-18n;反之,如果不倒角,則焊圈強(qiáng)度小、拉拔力小、容易斷裂,如圖3所示。5.2、采用呈螺旋線形填充的軌跡,具體工藝細(xì)節(jié)及效果如下:5.2.1、當(dāng)極耳厚度在0.08-0.12mm時(shí),采用0.07-0.1mm間距的螺旋線形的比較合適。若過密則容易造成極耳直接燒壞。此焊接過程對(duì)功率、接觸面非常敏感,因此,需要將激光的功率、頻率、脈寬等參數(shù)設(shè)置到單位面積能量比較低的階段。5.2.2、當(dāng)極耳厚度在0.13-0.16mm時(shí),可采用密度0.04-0.08mm間距的螺旋線形。5.2.3、當(dāng)極耳厚度在0.16-0.2mm時(shí),可采用密度0.03-0.06mm間距的螺旋線形,如圖4所示。5.3、其他形狀。采用外角圓滑的其他圖形時(shí)(或填充),要根據(jù)產(chǎn)品常用拉扯方向的拉力適當(dāng)予以填充,否則容易焊接過度導(dǎo)致、強(qiáng)度不夠,拉拔力不達(dá)標(biāo)。本形狀或填充的一致性不好。6、激光參數(shù)設(shè)置與工藝重點(diǎn)列表:6、激光光學(xué)光路位置拾取的方法。7、其他配套工藝方法7.1、焊接過程中吹氣保護(hù)系統(tǒng)的工藝方法。焊接時(shí)需要對(duì)焊區(qū)進(jìn)行保護(hù)氣體覆蓋(直接吹氣或形成保護(hù)氣體池),氣體種類以及用氣方式下表:種類吹氣方式吹氣氣壓時(shí)長(zhǎng)注意事項(xiàng)ar2對(duì)吹或保護(hù)池0.05-10bar同步n2對(duì)吹或保護(hù)池0.05-4bar同步氣壓過大易形成氮化鋁、不牢固空氣對(duì)吹0.05-2bar同步有助于帶走煙霧,增加光的通透;氣壓過大易氧化過大、焊接不牢固若不吹氣體,當(dāng)焊點(diǎn)不密集時(shí)(間距>10mm)可以用于焊接,但飛濺物容易傷害鏡頭;當(dāng)焊點(diǎn)密集時(shí),煙塵容易阻礙激光透射,會(huì)影響焊接效果。7.2、預(yù)熱工藝焊接時(shí)用100-150度的熱風(fēng)對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱,有利于上表面吸收激光。應(yīng)該理解,盡管參考其示例性的實(shí)施方案,已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體地顯示和描述,但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解,在不背離由權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍的條件下,可以在其中進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)的變化,可以進(jìn)行各種實(shí)施方案的任意組合。當(dāng)前第1頁12