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)即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產(chǎn)生局部高溫。又由于接觸面的熱量不能及時散發(fā)，聚集在焊區(qū)，致使兩個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)對鍵盤鋁質(zhì)組件的自動化焊接。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)合半封閉式的對鉚工件，不允許有這么大的施工空間；不適合焊接本身是儲電放電的工件。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的點(diǎn)、或者由單個的點(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，激光能量穿透后對底部1.8mm板材的穿透深度小，在焊接面積小于2mm2時焊接強(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），焊斑會隨氙燈的衰減而變?nèi)酰瑥亩鴮?dǎo)致焊點(diǎn)不一致，長期運(yùn)行不穩(wěn)定；焊接效率相對傳統(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）焊接前對極耳、蓋帽進(jìn)行預(yù)處理；（4）蓋帽與極耳位置對接，并合理選擇焊接區(qū)域、對焊區(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)動組件，或采用石英或者聚合物場鏡作為聚焦光學(xué)組件，場鏡的規(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，焊接時用100-150度的熱風(fēng)對焊接區(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，把設(shè)定的圖形作用到工件上，巧妙形成一定面積的焊痕，同時利用高速焊接時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??；加工速度是超聲波、yag的3-10倍；能耗比yag小約8-10倍；綜合減低運(yùn)營成本3-8倍。社會效益大。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，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)動組件。2.2、采用石英或者聚合物場鏡作為聚焦光學(xué)組件，場鏡的規(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合結(jié)合在一起時，激光在大范圍內(nèi)光點(diǎn)一致、焦深一致，焦深不隨時間、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)隨加工時間變長、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)的場鏡往往會有大范圍內(nèi)焦深隨時間、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接，并合理選擇焊接區(qū)域、對焊區(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，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，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，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（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。焊接時需要對焊區(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長注意事項(xiàng)ar2對吹或保護(hù)池0.05-10bar同步n2對吹或保護(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(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，煙塵容易阻礙激光透射，會影響焊接效果。7.2、預(yù)熱工藝焊接時用100-150度的熱風(fēng)對焊接區(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