一种模组端侧板激光焊接吹气装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种电池模组制造技术领域，尤其涉及的是一种模组端侧板激光焊接吹气装置。


背景技术：

2.随着锂离子电池模组对能能量密度的要求逐渐提高，电池模组设计，呈现多电芯串并联，大型化，标准化，模组端侧板连接，行业能普遍使用激光焊接为主要手段。模组端侧板焊接通常要求穿透侧板在端板留下1mm至2mm熔深的焊缝，属于典型激光深熔焊，焊接时熔池上方产生大量等离子体，屏蔽激光能量，使激光作用效果减弱，激光焊接时熔池剧烈氧化，使焊印粗糙、发黑，难以形成规则纹路，焊接时熔池液态金属大量吸收空气中的氢元素，成型后易产生气孔，因此焊接时吹保护气成为一种必要的改善焊接效果，避免焊接缺陷的重要手段。
3.而由于大型模组工装设计越来越复杂，激光远程振镜焊接工艺及设备逐渐成为焊接主要方式。激光摆动完成焊接主要依靠振镜将激光投射在距离300mm至500mm焊接位置，因此可以适配不同的焊接工装，由于振镜摆动远程焊接过程中，焦点或焦距可能不是固定的，可通过可移动的聚焦镜来调节焦距，通过物镜放大聚焦镜的调节作用，焦点在轴向或三维空间内是可变的，因此，保护气喷射口位置难以跟随激光焦点位置而变化，无法实现保护气同轴吹气，现有常规的激光远焦距焊接技术中，激光振镜远程焊接头和可变焦距焊接头上一般没有设置对焊缝的保护系统，在焊接过程中没有吹送保护气，其激光焊接质量和焊接效率均较低，焊接过程中产生的烟尘及等离子体飞扬现象更为严重，这样，进而使得焊接工艺容易出现焊接缺陷，因此，所以迫切需要一种焊接保护气吹气方法将保护气，均匀覆盖在焊接表面。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息已构成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于：如何解决目前没有适配激光振镜远程焊接头的气体保护装置，导致焊接过程出现焊接缺陷的问题。
6.本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
7.一种模组端侧板激光焊接吹气装置，包括吹气机构、吹气接头，所述吹气机构包括进气口、进气槽、气嘴，所述吹气接头连接所述进气口，所述进气槽设置在吹气机构内部并与进气口相通，所述进气槽的另一端为盲端，沿进气槽的长度方向设置刀刃状的气嘴，气嘴与外部相通，所述气嘴呈倾斜向下设置。
8.本实用新型通过吹气接头将保护气体引入，由进气口进入进气槽，进气槽内气体由刀刃状的气嘴喷出，气嘴内气体形成倾斜向下的气帘状，保护气体在焊接区域形成稳定
的保护气氛围，本实用新型可以使用非氦气的惰性气体作为保护气，气体不容易在焊接时被电离，并且能吹散熔池上方的等离子体，激光能量直接作用于焊接表面，不容易被耗散，气体倾斜向下设置能够减少空气卷入保护气体内，又能避免保护气直接作用焊接表面导致焊缝凹陷。本实用新型相较于同轴直吹，能够使保护气气氛持续、稳定有效避免空气卷入。本实用新型保护气吹气嘴为长条型，有利于保护气体均匀分布，形成稳定气氛区，且进一步降低保护气流速，使焊接熔池成型效果良好。
9.优选的，所述吹气机构还包括气仓，所述气仓位于所述吹气机构的内部，所述气仓沿所述进气槽长度方向设置，所述气仓与所述进气槽远离气嘴的一侧连通。
10.本实用新型吹气装置设置气仓，有利于保护气的缓存过量的保护气流出，有效避免外部起源流量波动，避免气体流速变化。
11.优选的，所述气仓与所述进气槽通过多个进气孔连通。
12.优选的，所述气嘴的倾斜角度为25
°‑
30
°
。
13.本实用新型中保护气吹入角度为25℃，角度低于此时，空气因流体压力作用更容易卷入保护气氛围，保护气吹入角度大于30℃时保护气直接作用焊接表面导致焊缝凹陷。
14.优选的，所述吹气机构为分体式结构，包括第一模块和第二模块，所述第一模块与所述第二模块连接后拼接形成所述进气口、进气槽、气嘴。
15.两模块可拆卸式结构，方便清洁装置内部气路结构。
16.优选的，所述吹气机构整体呈矩形块状结构，所述吹气机构的底面为平面。
17.底面为平面，便于控制保护气倾斜的角度。
18.优选的，所述气嘴的终点位置的高度与所述吹气机构的底面距离10mm-18mm。
19.优选的，还包括进气节流阀，所述进气节流阀连接所述吹气接头上。
20.保护气流量控制在10l/min至15l/min，实验结果表明，此时保护气气氛既能完整覆盖焊接区域，有效排开周围空气又避免保护气流量过大导致熔池成型不一致，熔池溢流。
21.优选的，还包括快夹机构，所述快夹机构连接所述吹气机构的顶面。
22.快夹机构便于吹气机构快速的安装在焊接位置，并可以在工作时，吹气机构下底面压紧待焊工件，充当焊接夹具。
23.优选的，还包括连接定位杆，所述连接定位杆的一端固定连接所述吹气机构，所述连接定位杆的一端滑动连接所述快夹机构。
24.本实用新型的优点在于：
25.(1)本实用新型通过吹气接头将保护气体引入，由进气口进入进气槽，进气槽内气体由刀刃状的气嘴喷出，气嘴内气体形成倾斜向下的气帘状，保护气体在焊接区域形成稳定的保护气氛围，本实用新型可以使用非氦气的惰性气体作为保护气，气体不容易在焊接时被电离，并且能吹散熔池上方的等离子体，激光能量直接作用于焊接表面，不容易被耗散，气体倾斜向下设置能够减少空气卷入保护气体内，又能避免保护气直接作用焊接表面导致焊缝凹陷。本实用新型相较于同轴直吹，能够使保护气气氛持续、稳定有效避免空气卷入。本实用新型保护气吹气嘴为长条型，有利于保护气体均匀分布，形成稳定气氛区，且进一步降低保护气流速，使焊接熔池成型效果良好；
26.(2)本实用新型吹气装置设置气仓，有利于保护气的缓存过量的保护气流出，有效避免外部起源流量波动，避免气体流速变化；
27.(3)本实用新型中保护气吹入角度为25℃，角度低于此时，空气因流体压力作用更容易卷入保护气氛围，保护气吹入角度大于30℃时保护气直接作用焊接表面导致焊缝凹陷；
28.(4)吹气机构结构简单，便于加工，成本低，两模块可拆卸式结构，方便清洁装置内部气路结构；
29.(5)所述吹气机构的底面为平面，便于控制保护气倾斜的角度；
30.(6)保护气流量控制在10l/min至15l/min，实验结果表明，此时保护气气氛既能完整覆盖焊接区域，有效排开周围空气又避免保护气流量过大导致熔池成型不一致，熔池溢流；
31.(7)快夹机构便于吹气机构快速的安装在焊接位置，并可以在工作时，吹气机构下底面压紧待焊工件，充当焊接夹具；
32.(8)焊接过程全部处于保护气气氛中，且可以有效降低焊接工件温度，防止模组内部隔热膜及电芯贴胶烧伤，在相同速度下，使用本实用新型保护气吹气装置保护的焊接熔池气孔率较未使用本实用新型保护气吹气装置保护的焊接熔池大幅降低；通过吹气保护对焊接外观有较大改善。
附图说明
33.图1是本实用新型实施例模组端侧板激光焊接吹气装置一端断面后示意图；
34.图2是本实用新型实施例模组端侧板激光焊接吹气装置与快夹机构的连接示意图；
35.图3是本实用新型实施例模组端侧板激光焊接吹气装置去除第二模块后的结构示意图；
36.图4是图3的俯视图；
37.图中标号：
38.1、吹气机构；11、进气口；12、进气槽；13、气嘴；14、气仓；15、进气孔；16、第一模块；17、第二模块；
39.2、吹气接头；3、进气节流阀；4、快夹机构；5、连接定位杆；
具体实施方式
40.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
41.实施例一：
42.如图1、图3所示，一种模组端侧板激光焊接吹气装置，包括吹气机构1、吹气接头2，所述吹气机构1包括进气口11、进气槽12、气嘴13，所述吹气接头2连接所述进气口11，所述进气槽12设置在吹气机构1内部并与进气口11相通，所述进气槽12的另一端为盲端，沿进气槽12的长度方向设置刀刃状的气嘴13，气嘴13与外部相通，所述气嘴13呈倾斜向下设置。
43.所述吹气机构1还包括气仓14，所述气仓14位于所述吹气机构1的内部，所述气仓14沿所述进气槽12长度方向设置，所述气仓14与所述进气槽12远离气嘴13的一侧连通。本实施例中，吹气机构1设置气仓14，有利于保护气的缓存过量的保护气流出，有效避免外部起源流量波动，避免气体流速变化。
44.其中，所述气仓14与所述进气槽12通过多个进气孔15连通。
45.如图2所示，所述吹气机构1整体呈矩形块状结构，所述吹气机构1的底面为平面，底面为平面，便于控制保护气倾斜的角度。
46.本实施例中，所述吹气机构1为分体式结构，如图1所示，吹气机构1包括第一模块16和第二模块17，所述第一模块16与所述第二模块17连接后拼接形成所述进气口11、进气槽12、气嘴13、气仓14、进气孔15。即：第一模块16与第二模块17可以沿着进气口11、进气槽12、气嘴13、气仓14、进气孔15的对称面进行分割，第一模块16的底面包括进气口11、进气槽12、气嘴13、气仓14、进气孔15的上半部分，第二模块17的顶面包括进气口11、进气槽12、气嘴13、气仓14、进气孔15的下半部分，当然，也可以不是由对称面进行分割，只要第一模块16与第二模块17拼接后能够形成完整的进气口11、进气槽12、气嘴13、气仓14、进气孔15即可。第一模块16与第二模块17通过螺栓密封连接，避免漏气，保证保护气由进气口11、进气槽12后并由气嘴13流出。
47.本实施例，采用第一模块16与第二模块17可拆卸式结构，方便清洁装置内部气路结构。
48.本实施例中，所述气嘴13的倾斜角度为25
°‑
30
°
。因保护气吹入角度为25℃，角度低于此时，空气因流体压力作用更容易卷入保护气氛围，保护气吹入角度大于30℃时保护气直接作用焊接表面导致焊缝凹陷。由气嘴13流出的气体成刀刃状形态。保护气气流与待焊工件夹角优选为25
°
。
49.所述气嘴13的终点位置的高度与所述吹气机构1的底面距离10mm-18mm。即出气位置与焊接作用位置距离10-18mm，优选13mm。
50.本实施例中，一种模组端侧板激光焊接吹气装置还包括进气节流阀3，所述进气节流阀3连接所述吹气接头2上，用于控制进气流量，保护气流量控制在10l/min至15l/min，通过设置保护气流量从0开始到50结束，每5l/min进行一次焊接实验，其中焊接长度30mm，例：0、5、10、15、20依次类推，并对焊接样品进行外观评价，及拉力测试表明，此时保护气气氛既能完整覆盖焊接区域，有效排开周围空气又避免保护气流量过大导致熔池成型不一致，熔池溢流。
51.本实施例使用过程：
52.首先，本实施例以本实施例中，模组端板优选6061铝合金材料，模组侧板优选5083h112铝合金材料。
53.使用ysl-6000-amb激光器作为激光光源，振镜焊接系统作为激光投射方案，激光激光参数优选设置为：激光功率：3600kw，激光运动速度：40mm/s，激光离焦量：+0.5mm，振镜摆动类型：圆，摆动圆直径：3mm，振镜摆动频率：50hz。焊接长度优选为30mm，激光运动方向优选为从上之下进行焊接。
54.保护气为氮气、氖、氩、氪、氙、氡中的一种或多种混合，所述保护气不能为氦气，原因在于焊接铝合金材料时，熔池产生的高温等离子体会使气体产生电离作用，等离子云影
响更为严重。通过控制保护气体种类来规避焊接时熔池上方产生等离子体对焊接能量屏蔽带来的影响。
55.将该模组端侧板激光焊接吹气装置固定在焊接作用位置的一侧或两侧，保证气嘴13与气嘴13倾角且倾角延长线与所述工件焊接位置相交，保证保护气体能够对准在工件上，通过将保护气气源通过吹气接头2接入吹气机构1，保护气流量通过气路接入电子数显流量控制阀调整；保护气开闭通过气路中接入电磁阀控制，焊接开始前3秒plc控制打开电磁阀，保护气通入，焊接完成后3秒，关闭电磁阀，保护气关闭。
56.所述保护气气流与所述工件的焊接夹角选择25
°
，来改善焊接外观，消除焊接飞溅，保证焊接效果。
57.焊接过程中，保护气气源内气体由吹气接头2依次进入进气口11，通过气仓14的缓存作用流入进气槽12，并由气嘴13喷出，在焊接区域形成稳定的保护气氛围。继而开始焊接端侧板工件。
58.本实施例通过吹气接头2将保护气体引入，最终气体由刀刃状的气嘴13喷出，气嘴13内气体形成倾斜向下的气帘状，保护气体在焊接区域形成稳定的保护气氛围，本实施例可以使用非氦气的惰性气体作为保护气，气体不容易在焊接时被电离，并且能吹散熔池上方的等离子体，激光能量直接作用于焊接表面，不容易被耗散，气体倾斜向下设置能够减少空气卷入保护气体内，又能避免保护气直接作用焊接表面导致焊缝凹陷。本实施例相较于同轴直吹，能够使保护气气氛持续、稳定有效避免空气卷入。本实施例保护气吹气嘴为长条型，有利于保护气体均匀分布，形成稳定气氛区，且进一步降低保护气流速，使焊接熔池成型效果良好。吹气方法相较于传统未吹保护气保护焊接，焊接区域内部温度大幅降低，有效保护电池内部结构不被高温影响；吹气装置结构简单，便于加工，成本低，本发明为两片可拆卸式结构，方便清洁装置内部气路结构。
59.本实施例焊后外观效果显示，外观呈现光滑且形状规则的“鱼鳞纹”，焊接效果良好。
60.实施例二：
61.如图2所示，本实施例在实施例一的基础上，还包括快夹机构4，所述快夹机构4连接所述吹气机构1的顶面快夹机构4便于吹气机构1快速的安装在焊接位置，并可以在工作时，吹气机构1下底面压紧待焊工件，可以充当焊接夹具。
62.还包括连接定位杆5，所述连接定位杆5的一端固定连接所述吹气机构1，所述连接定位杆5的一端滑动连接所述快夹机构4。使用时，将堆叠好的模组放置在模组焊接工装内部；如图2所示，通过连接定位杆将吹气机构1紧固在快夹机构4上；下压固定待焊模组侧板。
63.连接定位杆可以保证快夹机构4沿连接定位杆上下滑动，起到导向、限位的作用。
64.对比例1：
65.在本对比例当中，模组在工装中的位置关系与上述实施例一致，对比例当中未在保护气吹气装置中通入保护气，即未加入保护气体就开始焊接端侧板工件。
66.在本对比例当中，使用ysl-6000-amb激光器作为激光光源，振镜焊接系统作为激光投射方案，激光参数设置为：激光功率：3600kw，激光运动速度：40mm/s，激光离焦量：+0.5mm，振镜摆动类型：圆，摆动圆直径：3mm，振镜摆动频率：50hz。
67.在本对比例当中，模组端板优选，6061铝合金材料，模组侧板优选，5083h112铝合
金材料
68.在本对比例当中，焊接长度优选为30mm，激光运动方向优选为从上之下进行焊接。
69.在本对比例中，所述出气嘴位置距离激光焊接作用位置13mm。
70.而对比例1焊后外观呈现粗糙，形状不规律的“鱼鳞纹”，且明显发黑，根据气孔率测试结果实际结果为ct扫描分析，数值显示，实施例1气孔率相较于对比例1减少34.73％。
71.对比例2：
72.设置保护气流量从0开始到50结束，每5l/min进行一次焊接实验，其中焊接长度30mm，例：0、5、10、15、20依次类推，并对焊接样品进行外观评价，及拉力测试，见下表，可见保护气流量保护气流量控制在10l/min至15l/min，效果较好。
[0073][0074][0075]
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。