一种用于电池封口的焊接方法及其复合激光系统与流程

【技术领域】

本发明涉及电池制造工艺，特别是涉及一种用于电池封口的焊接方法。

背景技术：

电池制造过程中，需要将电池壳和盖板进行装配并将封口焊接起来。传统的电池封口激光焊接都是采用多模光纤激光器作为光源进行焊接，但是，多模光纤激光由于光斑较大，光束质量较差，为了达到足够的功率密度进行深熔焊接，必须保证焊接功率足够大，在焊接线能量较大时焊接热输入大，最终导致焊接热变形严重。

如图1为单模光纤激光器的激光能量分布示意图，其具有如下特点：单模光纤激光光斑较小，光束质量好，用较小的功率就可以达到足够的功率密度进行深熔焊接，并且提高焊接速度可以减少焊接线能量，即可以减少焊接热输入，抑制焊接热变形；但是由于单模光纤激光光斑较小，并且在提高焊接速度的条件下，形成焊缝宽度较小，难以满足焊缝熔宽、强度等工艺需求，如图2为采用单模光纤激光焊接的焊缝截面视图。

如图3为半导体激光器的激光能量分布示意图，半导体激光光斑较大，光束质量差，焊接过程光斑功率（能量）密度较小，由于半导体激光光斑较大，形成熔池较宽，可以满足焊缝熔宽、对间隙兼容性等工艺需求，但是焊接形成的熔池深度极低，难以满足焊缝熔深、强度等工艺需求，如图4为采用半导体激光焊接的焊缝截面视图。

技术实现要素：

综上所述，本发明有效解决了现有光纤激光器的上述至少一种缺陷，而提供一种用于电池封口的焊接方法及其复合激光系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于电池封口的焊接方法，包括：单模光纤激光和半导体激光，步骤如下：

a.将待焊接的电池壳体和盖板装配并固定，其中，电池壳体和盖板之间形成待焊接的缝隙；

b.将所述单模光纤激光和半导体激光汇合成复合激光；

c.所述复合激光沿着待焊接的缝隙焊接。

进一步地，所述单模光纤激光和半导体激光的中心距离为：0～0.5mm。

进一步地，所述单模光纤激光和半导体激光的中心重合。

单模光纤激光和半导体激光混合后，他们的中心距离不宜过长，以避免能量过于分散。中心点能重合，效果最佳，经过试验，他们的中心距离为0～0.5mm内焊接质量都可以保证。

本发明还提供了一种复合激光系统，包括：包括第一激光的第一激光光路、包括第二激光的第二激光光路、凸透镜以及平面镜组；所述平面镜组将第一激光光路的第一激光反射并汇聚入第二激光中；所述第二激光和被汇聚入该第二激光的第一激光经凸透镜聚焦形成复合激光焊接待焊缝隙。

为得到单模光纤激光和半导体激光的复合激光而研制的复合激光系统，本激光系统可以采用现有技术中的激光器分别生成第一激光和第二激光后再合成，成本低，实用性强。

进一步地，所述平面镜组包括第一平面镜以及第二平面镜；

所述第二激光通过第二平面镜；所述第一平面镜将第一激光反射到第二平面镜，并由第二平面镜反射，使第一激光汇聚入第二激光；通过第二平面镜的第二激光和经第二平面镜反射的第一激光汇聚后经凸透镜聚焦形成复合激光焊接待焊缝隙。

进一步地，所述第一激光为单模光纤激光，第一激光光路为单模光纤激光光路，第二激光为半导体激光，第二激光光路为半导体激光光路；或者：

所述第二激光为单模光纤激光，第二激光光路为单模光纤激光光路，第一激光为半导体激光，第一激光光路为半导体激光光路。

以上，为两激光光路平行设计方式，在竖直空间足够而横向空间不够的场合下，可以采用以上设计方案。

进一步地，所述平面镜组包括第一平面镜以及第二平面镜；所述第二激光经过第一平面镜反射后通过第二平面镜；所述第一激光经过第二平面镜反射后汇入通过该第二平面镜后的第二激光；通过第二平面镜的第二激光和经第二平面镜反射的第一激光汇聚后经凸透镜聚焦形成复合激光焊接待焊缝隙。

进一步地，所述第一激光为单模光纤激光，第一激光光路为单模光纤激光光路，第二激光为半导体激光，第二激光光路为半导体激光光路；或者：

所述第二激光为单模光纤激光，第二激光光路为单模光纤激光光路，第一激光为半导体激光，第一激光光路为半导体激光光路。

以上，为两激光光路拐弯（或者垂直）设计方式，在水平（横向）空间足够而竖直空间不够的场合下，可以采用以上设计方案。

进一步地，所述单模光纤激光光路包括单模光纤激光光源、第一凸透镜；所述单模光纤激光光源位于第一凸透镜的焦点，单模光纤激光光源经过第一凸透镜后形成平行的单模光纤激光后通过第二平面镜；

所述半导体激光光路包括半导体激光光源、第二凸透镜；所述半导体激光光源位于第二凸透镜的焦点，半导体激光光源经过第二凸透镜后形成平行的半导体激光。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明所产生的有益效果在于：本发明的技术综合了单模光纤激光和半导体激光的优点，最后得到同时满足光斑大，能量密度集中的激光；使用的时候无需采用大功率，用该激光焊接后得到的焊缝截面上部宽度大，同时下部深度深的优点，可以满足焊接强度的同时，放置热量过大以带来的变形问题。

【附图说明】

图1是现有技术的单模光纤激光器的激光能量分布示意图；

图2是采用单模光纤激光焊接的焊缝截面示意图；

图3是现有技术的半导体激光器的激光能量分布示意图；

图4是采用半导体激光焊接的焊缝截面示意图；

图5是本发明的复合激光能量分布示意图；

图6是采用本发明的复合激光焊接得到的焊缝截面示意图；

图7是本发明的复合激光系统平行式光路设计示意图；

图8是本发明的复合激光系统拐弯式光路设计示意图；

图9是本发明的复合激光系统的复合激光光斑示意图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不会构成任何限制。

如图1～图8，本发明的一种用于电池封口的焊接方法，包括：单模光纤激光和半导体激光，步骤如下：

a.将待焊接的电池壳体和盖板装配并固定，其中，电池壳体和盖板之间形成待焊接的缝隙；

b.将所述单模光纤激光和半导体激光汇合成复合激光；

c.所述复合激光沿着待焊接的缝隙焊接。

在本实施例中，在所述缝隙中还放置有焊材。

本发明的技术综合了单模光纤激光和半导体激光的优点，最后得到同时满足光斑大，能量密度集中的激光，其复合后的激光能量分布示意图如图5所示，图中，能量比较大的部分可以满足比较深的焊接深度，能量比较小的部分焊接在焊缝浅层，可以得到比较大的光斑而又不需要很大的焊接功率，可以满足了焊缝熔宽、强度等工艺要求，图5为采用了本发明技术的复合激光焊接得到的焊缝截面，一方面，其焊缝较深，可以充分焊满缝隙，增加强度，另外，浅层部分焊斑较大，可以满足焊口的强度和缝隙的兼容性要求（使焊材填满缝隙），如图6所示，充分利用各激光的特点，无需采用过大的功率就可以得到质量比较高的焊缝，避免了热量过大而导致的变形过大问题。

如图9所示，需要说明的是，所述单模光纤激光和半导体激光的中心距离为：0～0.5mm。最后使所述单模光纤激光和半导体激光的中心重合。

单模光纤激光和半导体激光混合后，他们的中心距离不宜过长，以避免能量过于分散。中心点能重合，效果最佳，经过试验，他们的中心距离为0～0.5mm内焊接质量都可以保证。

另外，本发明还提供了一种复合激光系统，如图7、图8，包括：包括第一激光的第一激光光路、包括第二激光的第二激光光路、凸透镜以及平面镜组；所述平面镜组将第一激光光路的第一激光反射并汇聚入第二激光中；所述第二激光和被汇聚入该第二激光的第一激光经凸透镜聚焦形成复合激光焊接待焊缝隙。

这里提到的平面镜组，其中的一个实施方式可以为：采用两块镜片组成，一块镜片用来反射光，另一块镜片同来反射光同时可以让激光从该镜片通过（该种镜片可以采用长春市三杰光电科技有限责任公司生产的k9系列镜片）；（这两块镜片即可以理解为以下提到的第一平面镜以及第二平面镜）

为得到单模光纤激光和半导体激光的复合激光而研制的复合激光系统，本激光系统可以采用现有技术中的激光器分别生成第一激光和第二激光后再合成，成本低，实用性强。

对于光路的设计，本发明中可以采用平行式光路也可以采用拐弯式光路；

如图7所示，为平行式光路设计，所述平面镜组包括第一平面镜以及第二平面镜；

所述第二激光通过第二平面镜；所述第一平面镜将第一激光反射到第二平面镜，并由第二平面镜反射，使第一激光汇聚入第二激光；通过第二平面镜的第二激光和经第二平面镜反射的第一激光汇聚后经凸透镜聚焦形成复合激光焊接待焊缝隙。

更具体地，所述第一激光为单模光纤激光，第一激光光路为单模光纤激光光路，第二激光为半导体激光，第二激光光路为半导体激光光路；或者也可以反过来，即：所述第二激光为单模光纤激光，第二激光光路为单模光纤激光光路，第一激光为半导体激光，第一激光光路为半导体激光光路。

以上，为两激光光路平行设计方式，在设计焊接设备关于光路设计的时候，在竖直空间足够而横向空间不够的场合下，或者需要设计水平尺寸小的光路装置时候，可以采用以上设计方案。

在另一实施方式的光路设计中，如图8所示，所述平面镜组包括第一平面镜以及第二平面镜；所述第二激光经过第一平面镜反射后通过第二平面镜；所述第一激光经过第二平面镜反射后汇入第二激光（该第二激光为通过该第二平面镜后的第二激光）；通过第二平面镜的第二激光和经第二平面镜反射的第一激光汇聚后经凸透镜聚焦形成复合激光焊接待焊缝隙。

更具体地，所述第一激光为单模光纤激光，第一激光光路为单模光纤激光光路，第二激光为半导体激光，第二激光光路为半导体激光光路；或者也可以反过来设置，即：所述第二激光为单模光纤激光，第二激光光路为单模光纤激光光路，第一激光为半导体激光，第一激光光路为半导体激光光路。

以上，为两激光光路拐弯（或者垂直）设计方式，在水平（横向）空间足够而竖直空间不够的场合下，或者需要设计竖直尺寸小的光路装置时候，可以采用以上设计方案。

更具体地，所述单模光纤激光光路包括单模光纤激光光源（第一激光光源或者第二激光光源）、第一凸透镜；所述单模光纤激光光源位于第一凸透镜的焦点，单模光纤激光光源经过第一凸透镜后形成平行的单模光纤激光后通过第二平面镜；所述半导体激光光路包括半导体激光光源（第一激光光源或者第二激光光源）、第二凸透镜；所述半导体激光光源位于第二凸透镜的焦点，半导体激光光源经过第二凸透镜后形成平行的半导体激光。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。