用于方形锂电池引线的激光焊接方法及激光焊接设备与流程

1.本发明涉及激光加工技术领域，更具体的是涉及一种方形锂电池的引线激光焊接加工方法及设备。


背景技术：

2.激光焊接，是一种以聚焦的激光束作为能源轰击焊件产生热量进行焊接的方法，具有清洁、安全、高效、精密的特点。目前在方形锂电池的引线焊接领域中，方形锂电池向小型化、精密化的方向发展，对焊接的效率、精度、可靠性的要求越来越高，传统的焊接方式已很难适应这样的要求。引线是由方形锂电池封装体由内向外引出的导线，而引线焊接质量与电池的安全性、可靠性密切相关。如果引线焊接不牢固，轻则使电池不能正常输出电力导致系统故障，重则使电池异常发热导致燃烧和爆炸，进而形成严重的安全事故。因此市场迫切需要一种牢固可靠又足够精密的焊接方法去完成方形锂电池的引线焊接，由此激光焊接技术脱颖而出。方形电池端盖的材质为铝，铝端盖亦是电池的正极；铝端盖上嵌有隔着绝缘片的镍负极；电池制造时需要使铝引线和铝端盖焊接，镍引线与镍负极焊接，且铝引线与镍引线间存在高度差；传统的激光焊接方法需要分两步完成焊接，且炸点、拖尾、焊洞等焊接缺陷也常有发生，因此引线焊接的效率难以提升。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种实现一步完成正极和负极引线焊接，而且焊接表面平滑无毛刺，解决了炸点、拖尾、焊洞等缺陷问题的用于方形锂电池引线的激光焊接方法。
4.本发明的另一目的是提供一种可以形成一种特定深宽比的熔池，使引线和端盖牢固结合的用于方形锂电池引线的激光焊接设备。
5.本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种用于方形锂电池引线的激光焊接方法，其特征在于，它是在焊接开始时，通过ccd相机先拍摄照片，经计算机处理后得知正负极引线和电池端盖位置，再根据设定的y轴模组的速度计算出光纤发生器的出光时机，并生成相应y轴模组电机的波形和激光器出光的波形；数据部署到工控机完成后，直线模组开始带动焊接头进行一往一复两次运动，第一次运动时完成铝质引线焊接，第二次运动时完成镍质引线焊接；直线模组带动ccd相机运动，收集焊接完成后工件的图像，判断焊缝的质量并生成报告，实现一步完成正极和负极引线焊接，而且焊接表面平滑无毛刺，解决了炸点、拖尾、焊洞等缺陷问题。
6.作为上述方案的进一步说明，所述y轴模组速度为150-300mm/s；焊接0.21mm厚的铝质引线时，功率为75-85%，此时焊接效果较好，形成的熔池熔宽比较理想；焊接0.16mm厚的镍质引线时，功率为30-40%，此时焊接效果较好，成的熔池熔宽比较理想。
7.一种用于方形锂电池引线的激光焊接设备，其特征在于，它包括机台及其上设置的载具移动模组、上料输送带、上料气缸、焊接头安装座、y轴模组、z轴调节台、百分表、焊接
头和ccd相机。
8.焊接头和ccd相机分别设置在z轴调节台上，z轴调节台活动设置在y轴模组上，y轴模组固定在焊接头安装座上，用于带动焊接头和ccd相机y轴位移；ccd相机可收集焊接前后的图像，传输到位于外部的计算机中。
9.载具移动模组上设置有载具，用于承载工装治具。
10.z轴位移台与百分表配合，用于调整焊接头与ccd相机的z轴位置，使从焊接头中射出的激光精确聚焦在工件上，焊接头可通过光纤接收位于外部的特制激光发生器产生的激光，把激光整形、聚焦后打在要焊接的工件上。
11.进一步地，上料输送带与载具移动模组平行设置，上料气缸水平设置在上料输送带的上方，与上料输送带垂直，上料输送带把物料送到工位附近，经上料气缸推入载具中。
12.进一步地，载具包括底板和沿载具移动模组轴向方向等距设置的多块隔板，底板活动设置在载具移动模组上。
13.进一步地，z轴调节台设置有与ccd相机对应的悬置支架，ccd相机的摄像头朝下设置。
14.进一步地，焊接头安装座包括支撑脚和固定在支撑脚上的焊接头支撑底板，焊接头支撑底板上立向设置有固定侧板，y轴模组设置在固定侧板上。
15.本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是。
16.本发明实现了方形锂电池端盖引线的高效焊接，引线材料分别为铝质和镍质，且两引线焊接时有高度差；可以一步完成两种材料的引线的焊接，极大提高焊接的效率，可焊接引线宽度为2.8mm、厚度为0.2mm的引线，助力方形锂电池实现小型化，铝引线的熔宽约为0.3mm，镍引线熔宽约为0.1mm，有特定的深宽比，焊缝质量好，可很好保证电池可靠性。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图。
18.图2为本发明的结构示意图。
19.附图标记说明：1、机台
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2、载具移动模组
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3、上料输送带
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4、上料气缸
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5、焊接头安装座
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5-1、支撑脚
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5-2、焊接头支撑底板
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5-3、固定侧板
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6、y轴模组
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7、z轴调节台
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8、百分表
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9、焊接头
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10、ccd相机
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11、载具
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11-1、底板
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11-2、隔板。
具体实施方式
20.在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向
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、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
21.此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
22.在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
23.在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征
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之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
24.下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
25.如图1和图2所示，本发明是一种用于方形锂电池引线的激光焊接方法，它是在焊接开始时，通过ccd相机先拍摄照片，经计算机处理后得知正负极引线和电池端盖位置，再根据设定的y轴模组的速度计算出光纤发生器的出光时机，并生成相应y轴模组电机的波形和激光器出光的波形；数据部署到工控机完成后，直线模组开始带动焊接头进行一往一复两次运动，第一次运动时完成铝质引线焊接，第二次运动时完成镍质引线焊接；直线模组带动ccd相机运动，收集焊接完成后工件的图像，判断焊缝的质量并生成报告，实现一步完成正极和负极引线焊接，而且焊接表面平滑无毛刺，解决了炸点、拖尾、焊洞等缺陷问题。
26.。
27.通过同一参数，连续焊接100次，测试分析每条焊缝的焊深、焊宽情况，经过数据整理对比，焊缝深宽比还是区域稳定，深宽比最大最小值相差在0.08mm左右，以此种焊接方式测试数据参考，可以体现激光器输出能量相对稳定，铝块经过裁剪本身有轻微变形，由于表面焊接测试过多，后半程的焊缝，铝材受热会有轻微变形，序号70以后，铝条上翘，焊接焦点有变化，从而导致熔宽，熔深数值有所增大。
28.。
29.参数二设置接近现场焊接参数，激光器特工作3h以上再进行测试，每道焊缝间隔30s左右，并且铝块两端加压，尽可能减少变形，通过数据整理分析，深宽比幅度最大最小值相差在0.06mm左右，以此种焊接测试数据参考，可以体现激光器输出能量相对稳定。
30.经多次实验后总结出较佳焊接参数：y轴模组速度为150mm/s，焊接0.21mm厚的铝质引线时，功率为80%，此时焊接效果较好，形成的熔池熔宽比较理想，焊接0.16mm厚的镍质引线时，功率为35%，此时焊接效果较好，成的熔池熔宽比较理想。
31.一种用于方形锂电池引线的激光焊接设备，它包括机台1及其上设置的载具移动模组2、上料输送带3、上料气缸4、焊接头安装座5、y轴模组6、z轴调节台7、百分表8、焊接头9和ccd相机10；焊接头和ccd相机分别设置在z轴调节台上，z轴调节台活动设置在y轴模组上，y轴模组固定在焊接头安装座上，用于带动焊接头和ccd相机y轴位移；ccd相机可收集焊接前后的图像，传输到位于外部的计算机中；载具移动模组上设置有载具11，用于承载工装治具；z轴位移台与百分表配合，用于调整焊接头与ccd相机的z轴位置，使从焊接头中射出的激光精确聚焦在工件上，焊接头可通过光纤接收位于外部的特制激光发生器产生的激光，把激光整形、聚焦后打在要焊接的工件上。
32.进一步地，上料输送带与载具移动模组平行设置，上料气缸水平设置在上料输送带的上方，与上料输送带垂直，上料输送带把物料送到工位附近，经上料气缸推入载具中。载具11包括底板11-1和沿载具移动模组轴向方向等距设置的多块隔板11-2，底板活动设置在载具移动模组上。z轴调节台7设置有与ccd相机对应的悬置支架12，ccd相机的摄像头朝下设置。焊接头安装座5包括支撑脚5-1和固定在支撑脚上的焊接头支撑底板5-2，焊接头支撑底板上立向设置有固定侧板5-3，y轴模组设置在固定侧板上。
33.经多次实验后总结出本设备的一种较佳焊接参数：y轴模组速度为150mm/s。焊接0.21mm厚的铝质引线时，功率为80%，此时焊接效果较好，形成的熔池熔宽比较理想，焊接0.16mm厚的镍质引线时，功率为35%，此时焊接效果较好，成的熔池熔宽比较理想。
34.本发明与现有技术相比，提供一种更好、更快的方形锂电池引线焊接方法，可一步完成两种引线焊接，焊接时可形成一种特定深宽比熔池，电池引线焊接的质量比传统激光焊接更好。
35.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于方形锂电池引线的激光焊接方法，其特征在于，它是在焊接开始时，通过ccd相机先拍摄照片，经计算机处理后得知正负极引线和电池端盖位置，再根据设定的y轴模组的速度计算出光纤发生器的出光时机，并生成相应y轴模组电机的波形和激光器出光的波形；数据部署到工控机完成后，直线模组开始带动焊接头进行一往一复两次运动，第一次运动时完成铝质引线焊接，第二次运动时完成镍质引线焊接；直线模组带动ccd相机运动，收集焊接完成后工件的图像，判断焊缝的质量并生成报告。2.根据权利要求1所述的用于方形锂电池引线的激光焊接方法，其特征在于，所述y轴模组速度为100-300mm/s；焊接0.21mm厚的铝质引线时，功率为75-85%；焊接0.16mm厚的镍质引线时，功率为30-40%。3.一种与权利要求1-2任意一项所述的用于方形锂电池引线的激光焊接方法对应的用于方形锂电池引线的激光焊接设备，其特征在于，它包括机台及其上设置的载具移动模组、上料输送带、上料气缸、焊接头安装座、y轴模组、z轴调节台、百分表、焊接头和ccd相机；焊接头和ccd相机分别设置在z轴调节台上，z轴调节台活动设置在y轴模组上，y轴模组固定在焊接头安装座上，用于带动焊接头和ccd相机y轴位移；ccd相机可收集焊接前后的图像，传输到位于外部的计算机中；载具移动模组上设置有载具，用于承载工装治具；z轴位移台与百分表配合，用于调整焊接头与ccd相机的z轴位置，使从焊接头中射出的激光精确聚焦在工件上，焊接头可通过光纤接收位于外部的特制激光发生器产生的激光，把激光整形、聚焦后打在要焊接的工件上。4.根据权利要求3所述的用于方形锂电池引线的激光焊接设备，其特征在于，上料输送带与载具移动模组平行设置，上料气缸水平设置在上料输送带的上方，与上料输送带垂直，上料输送带把物料送到工位附近，经上料气缸推入载具中。5.根据权利要求3所述的用于方形锂电池引线的激光焊接设备，其特征在于，载具包括底板和沿载具移动模组轴向方向等距设置的多块隔板，底板活动设置在载具移动模组上。6.根据权利要求3所述的用于方形锂电池引线的激光焊接设备，其特征在于，z轴调节台设置有与ccd相机对应的悬置支架，ccd相机的摄像头朝下设置。7.根据权利要求3所述的用于方形锂电池引线的激光焊接设备，其特征在于，焊接头安装座包括支撑脚和固定在支撑脚上的焊接头支撑底板，焊接头支撑底板上立向设置有固定侧板，y轴模组设置在固定侧板上。

技术总结
本发明公开了一种用于方形锂电池引线的激光焊接方法及激光焊接设备，其特征在于，它是在焊接开始时，通过CCD相机先拍摄照片，经计算机处理后得知正负极引线和电池端盖位置，再根据设定的Y轴模组的速度计算出光纤发生器的出光时机，并生成相应Y轴模组电机的波形和激光器出光的波形；数据部署到工控机完成后，直线模组开始带动焊接头进行一往一复两次运动，第一次运动时完成铝质引线焊接，第二次运动时完成镍质引线焊接；直线模组带动CCD相机运动，收集焊接完成后工件的图像，判断焊缝的质量并生成报告。本发明焊接效果较好，成的熔池熔宽比较理想。比较理想。比较理想。


技术研发人员：温国斌 李枢 卢鹤
受保护的技术使用者：广东国玉科技有限公司
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/3/8