多层极耳激光焊接控制系统及激光焊接设备的制作方法

1.本技术涉及焊接技术领域，特别是涉及一种多层极耳激光焊接控制系统及激光焊接设备。


背景技术：

2.目前，电池电芯的发展趋势是越来越厚、层数越来越大，而多层极耳的激光焊接则成了行业难题。
3.对多层电芯极耳进行激光焊接，传统的方式是激光发生器直接扫描激光焊接。多层极耳激光焊接的难点有两个：第一，超声焊区域箔材与箔材之间存在气隙，激光焊接过程中，这些气隙会在熔池内引入气体，同时由于氢在液态金属内溶解度远高于固态金属内的溶解度，当熔池内液态金属快速凝固时，气隙引入的气体和熔池内溶解的氢无法及时排出，形成大量气孔，影响到焊接接头的强度；第二，对于正极材料的铝，由于其特殊的物理特性，从液态凝固为固态时，会产生收缩，收缩比在5～6％，这就导致在焊接的焊缝边缘容易产生热裂纹，形成极片焊接位置的断层，影响到电池电芯的过流能力。
4.传统的多层极耳激光焊接受上述两大缺陷所限，能做到的最大层数是80层，无法满足更多层数极耳的焊接需求。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够满足更多层数极耳焊接需求的多层极耳激光焊接控制系统及激光焊接设备。
6.一种多层极耳激光焊接控制系统，包括振镜系统和控制装置，所述振镜系统连接所述控制装置；
7.所述振镜系统将射入的激光偏转至多层极耳焊接区域，所述控制装置按照预设目标控制所述振镜系统运动，所述预设目标为使偏转至所述多层极耳焊接区域的激光的焊接轨迹为螺旋图形。
8.在其中一个实施例中，所述振镜系统包括第一镜片、第二镜片、第一扫描电机、第二扫描电机、第一驱动电路和第二驱动电路；
9.所述第一镜片和所述第二镜片相互垂直，所述第一镜片由所述第一扫描电机控制，所述第一扫描电机连接所述第一驱动电路，所述第二镜片由所述第二扫描电机控制，所述第二扫描电机连接所述第二驱动电路，所述第一驱动电路和所述第二驱动电路连接所述控制装置；
10.所述控制装置控制所述第一驱动电路驱动所述第一扫描电机带动所述第一镜片运动，所述控制装置控制所述第二驱动电路驱动所述第二扫描电机带动所述第二镜片运动，所述激光依次经过所述第一镜片和所述第二镜片后偏转至所述多层极耳焊接区域。
11.在其中一个实施例中，所述振镜系统还包括入射聚焦镜，所述入射聚焦镜设置于所述第一镜片入射激光的一侧，所述激光经过所述入射聚焦镜后到达所述第一镜片。
12.在其中一个实施例中，所述振镜系统还包括出射聚焦镜，所述出射聚焦镜设置于所述第二镜片出射激光的一侧。
13.在其中一个实施例中，所述螺旋图形的螺旋线间距的最大值为所述激光的熔池直径。
14.在其中一个实施例中，所述预设目标为使偏转至所述多层极耳焊接区域的激光的焊接轨迹为由内而外螺旋的螺旋图形。
15.在其中一个实施例中，所述螺旋图形为顺时针螺旋图形。
16.在其中一个实施例中，所述螺旋图形为逆时针螺旋图形。
17.一种激光焊接设备，包括激光发生器和上述的多层极耳激光焊接控制系统，所述激光发生器连接所述多层极耳激光焊接控制系统的控制装置；
18.所述激光发生器输出的激光经过所述多层极耳激光焊接控制系统的振镜系统后偏转至多层极耳焊接区域，所述控制装置按照预设目标控制所述振镜系统运动，所述预设目标为使偏转至所述多层极耳焊接区域的激光的焊接轨迹为螺旋图形。
19.上述多层极耳激光焊接控制系统及激光焊接设备，通过控制装置控制振镜系统运动，使振镜系统射出至多层极耳焊接区域的激光的轨迹为螺旋图形，从而使得激光按照螺旋图形搅拌焊接，促进多层极耳之间排出气体，并且在搅拌的过程中由于激光的热量持续加热熔池，达到缓冷效果，降低熔池边缘的热应力，可有效降低边缘断层的风险。因此，可以提高多层极耳的焊接质量，降低气体问题和热裂纹问题对极耳焊接层数的限制，可以满足更多层数极耳的焊接需求。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为一个实施例中多层极耳激光焊接控制系统的结构框图；
22.图2为一个实施例中多层极耳激光焊接控制系统的应用环境示意图；
23.图3为一个实施例中多层极耳激光焊接控制系统的结构原理图；
24.图4为一个实施例中的逆时针螺旋图形；
25.图5为一个实施例中的顺时针螺旋图形。
具体实施方式
26.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
28.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，
但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
29.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
30.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
31.在一个实施例中，提供了一种多层极耳激光焊接控制系统，如图1所示，该多层极耳激光焊接控制系统包括振镜系统10和控制装置11，振镜系统10连接控制装置11。
32.振镜系统10是一种通过镜片的作用将激光偏转输出的系统，通过镜片的偏转，可以改变激光的输出点的坐标，从而改变激光焊点的位置。工作时，振镜系统10将射入的激光偏转至多层极耳焊接区域；控制装置11按照预设目标控制振镜系统10运动，预设目标为使偏转至多层极耳焊接区域的激光的焊接轨迹为螺旋图形。即，控制装置11控制振镜系统10运动，使振镜系统射出至多层极耳焊接区域的激光的轨迹为螺旋图形。具体地，控制装置11可以是通过控制振镜系统中的镜片运动，来改变激光出射的坐标，使激光的坐标按照螺旋图形变化。
33.其中，多层极耳焊接区域是焊接对象的多层极耳焊接区域。以电池生产为例，焊接对象可以是超声预焊(让极耳之间初步固定住、不散开的工序)后的电芯极耳和电池极柱(或转接片)，极耳在上，极柱(或转接片)在下，即，极耳为靠近振镜系统的一侧，压装后使用多层极耳激光焊接控制系统将激光偏转至极耳的多层极耳焊接区域，从极耳向极柱焊接。其中，入射至振镜系统的激光可以由激光发生器射出，例如，图2所示，激光发生器20射出的激光通过光纤30传输至振镜系统10，振镜系统10将激光偏转至压装极耳和极柱(或转接片)后的部件40，激光的焊点穿透极耳焊在极柱上，焊接轨迹为螺旋图形。焊接轨迹为螺旋图形的激光焊接，为搅拌焊接，可以搅拌熔池，排出极耳与极耳之间的空气。
34.上述多层极耳激光焊接控制系统，通过控制装置11控制振镜系统10运动，使振镜系统射出至多层极耳焊接区域的激光的轨迹为螺旋图形，从而使得激光按照螺旋图形搅拌焊接，促进多层极耳之间排出气体，并且在搅拌的过程中由于激光的热量持续加热熔池，达到缓冷效果，降低熔池边缘的热应力，可有效降低边缘断层的风险。因此，可以提高多层极耳的焊接质量，降低气体问题和热裂纹问题对极耳焊接层数的限制，可以满足更多层数极耳的焊接需求。
35.试验证明，采用上述多层极耳激光焊接控制系统，最大可以做到120层极耳焊接，向下可兼容至70层，将断层率大大降低，并且做到较低的热输入，避免对电池极柱(或转接片)的热损伤。
36.在其中一个实施例中，振镜系统10包括第一镜片、第二镜片、第一扫描电机、第二扫描电机、第一驱动电路和第二驱动电路。其中，第一镜片和第二镜片相互垂直，即，第一镜片和第二镜片两者所在的平面相互垂直；第一镜片由第一扫描电机控制，第一扫描电机连接第一驱动电路；第二镜片由第二扫描电机控制，第二扫描电机连接第二驱动电路，第一驱动电路和第二驱动电路连接控制装置11。
37.控制装置11控制第一驱动电路驱动第一扫描电机运动，第一扫描电机带动第一镜片运动，控制装置11控制第二驱动电路驱动第二扫描电机运动，第二扫描电机带动第二镜片运动；具体地，第一镜片和第二镜片运动过程中始终保持相互垂直。激光依次经过第一镜片和第二镜片后偏转至多层极耳焊接区域，通过第一镜片和第二镜片的移动，使得偏转至多层极耳焊接区域的激光的焊接轨迹为螺旋图形。
38.例如图3所示，x振镜为x轴方向上的第一镜片，y振镜为y轴方向上的第二镜片，x振镜和y振镜相互垂直；x扫描电机为第一扫描电机，x-驱动电路为第一驱动电路，y扫描电机为第二扫描电机，y-驱动电路为第二驱动电路；控制装置包括总控系统和计算机，计算机下发指令至总控系统，总控系统根据指令控制x-驱动电路和y-驱动电路工作，x-驱动电路驱动x扫描电机的转轴运动，转轴带动x振镜旋转，y-驱动电路驱动y扫描电机的转轴运动，转轴带动y振镜旋转，激光发生器发射的激光经过x振镜后到达y振镜，经过y振镜射出至多层极耳焊接区域，通过x振镜和y振镜转动，从而改变射出的激光的位置。
39.在其中一个实施例中，振镜系统还包括入射聚焦镜，入射聚焦镜设置于第一镜片入射激光的一侧，激光经过入射聚焦镜后到达第一镜片。其中，入射聚焦镜为一种聚焦用的镜片。例如，如图3所示，入射聚焦镜可以设置在激光发生器和x振镜之间，激光发生器发射的激光经过入射聚焦镜后射至x振镜。入射聚焦镜可以对激光聚焦，提高焊接处的能量/功率密度。
40.在其中一个实施例中，振镜系统还可以包括出射聚焦镜，出射聚焦镜设置于第二镜片出射激光的一侧，其中，出射聚焦镜为一种聚焦用的镜片，用于对从第二镜片出射的激光进行聚焦。例如图3中，可以在y振镜和扫描范围(多层极耳焊接区域)之间设置出射聚焦镜，对出射的激光进行聚焦。
41.在其中一个实施例中，预设目标为使偏转至多层极耳焊接区域的激光的焊接轨迹为由内而外螺旋的螺旋图形。即，控制装置11控制振镜系统运动，以使得经过振镜系统后偏转至多层极耳焊接区域的激光的焊接轨迹为由内而外螺旋的螺旋图形。
42.其中，由内而外螺旋，即从起始点开始往外螺旋。焊接轨迹为由内而外螺旋的螺旋图形，可以实现由内而外的螺旋焊接(搅拌焊接)，可以确保将极耳与极耳之间的空气往外排出，而如果是从外而内，则气泡可能会最终聚集到中心无法排出。
43.螺旋图形的螺旋方向可以按需求选择顺时针或逆时针螺旋。比如，在其中一个实施例中，如图4所示，螺旋图形为逆时针螺旋图形。在另一个实施例中，如图5所示，螺旋图形为顺时针螺旋图形。
44.在其中一个实施例中，螺旋图形的螺旋线间距的最大值为激光的熔池直径。其中，螺旋线间距是指相邻两条螺旋线之间的间距。激光的熔池直径即为激光熔化材料形成液态金属池的直径。如果螺旋线间距过大，难以形成螺旋，通过限定最大值为激光的熔池直径，可以确保按照螺旋图形焊接。
45.可以理解，针对不同的工艺要求，可以改变螺旋图形的外径、内径、螺旋线间距、螺旋点布局等，具有极大的灵活性，但是要满足螺旋线间距的最大值为激光的熔池直径，保证相邻的两圈能熔融，不能断层。
46.在一个实施例中，提供了一种激光焊接设备，包括激光发生器和上述各实施例中的多层极耳激光焊接控制系统，激光发生器连接多层极耳激光焊接控制系统的控制装置
11。
47.激光发生器输出的激光经过多层极耳激光焊接控制系统的振镜系统10后偏转至多层极耳焊接区域，控制装置11按照预设目标控制振镜系统运动，预设目标为使偏转至多层极耳焊接区域的激光的焊接轨迹为螺旋图形。
48.上述激光焊接设备，由于采用了前述实施例中的多层极耳激光焊接控制系统，同理，可以提高多层极耳的焊接质量，降低气体问题和热裂纹问题对极耳焊接层数的限制，可以满足更多层数极耳的焊接需求。
49.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本技术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描述不一定指的是相同的实施例或示例。
50.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
51.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。