一种激光焊接方法及焊接设备

技术领域

本申请属于激光焊接技术领域，更具体地说，是涉及一种激光焊接方法及焊接设备。

背景技术

随着新能源技术的不断发展，锂电池的需求量越来越大，因此，对于锂电池的产量和质量等方面的要求也越来越高。

锂电池的生产过程中，其中一个重要的工序是利用激光焊接手段将密封钉焊接于电池壳的注液口，以将该注液口密封。当前的密封钉与电池壳在激光焊接过程中，由于采用的激光焊接手段不合理，导致容易产生气孔、裂纹、焊渣飞溅等缺陷以及焊接速度较慢，使密封钉与电池壳的焊接质量较低、产量较低。

因此，如何提升密封钉与电池壳的焊接质量和焊接速度，有待解决。

发明内容

本申请提供一种激光焊接方法，能够提升密封钉与电池壳的焊接质量和焊接速度。

本申请的激光焊接方法采用搭载环形光斑激光器的焊接设备，将射出的环形激光束和中心激光束沿着密封钉的预设焊接轨迹焊接，其中，所述中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

进一步的，所述中心激光束设为脉冲缓降模式，所述环形激光束设为恒值连续出光模式。

进一步的，所述中心激光束的脉冲缓降模式的每一周期依次包括升能阶段、焊接阶段、第一降能阶段以及第二降能阶段，所述脉冲缓降模式的每一周期时长设为T

进一步的，所述中心激光束和所述环形激光束分别设为调制模式，所述中心激光束和所述环形激光束频率同步，所述中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

进一步的，所述调制模式的每一周期时长设为T

进一步的，所述中心激光束和所述环形激光束分别设为恒值连续出光模式，所述中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

进一步的，焊接速度设置为60mm/s～100mm/s。

进一步的，所述中心激光束和所述环形激光束分别设为脉冲缓降模式，所述中心激光束和所述环形激光束同频同步设置，所述中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

进一步的，所述脉冲缓降模式的每一周期依次包括升能阶段、焊接阶段、第一降能阶段以及第二降能阶段，所述脉冲缓降模式的每一周期时长设为T

进一步的，所述密封钉为铝制，所述焊接设备的焊接头的准直焦距f

进一步的，1:1.5≤P

本申请还提供了一种焊接设备，所述焊接设备能够采用如上任意所述的激光焊接方法。

本申请的采用搭载环形光斑激光器的焊接设备用于将密封钉焊接于锂电池外壳，具体是通过控制该焊接设备将射出的环形激光束和中心激光束沿着密封钉的预设焊接轨迹焊接，该预设焊接轨迹可以理解为提前输入焊接设备的控制系统中的轨迹参数。

其中，搭载环形光斑激光器的焊接设备，环形激光束和中心激光束的光束模式可调，能够在焊接过程中令匙孔更稳定、焊接速度更快、焊接更均匀、质量更好，同时，经发明人试验发现，当中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率设置为600～1400W范围、环形激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率设置为800～1800W范围时，用于密封钉的焊接中，焊接质量明显改善，且还能够提升焊接速度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的中心激光束设为脉冲缓降模式、环形激光束设为恒值连续出光模式的激光能量波形示意图；

图2为采用中心激光束设为脉冲缓降模式、环形激光束设为恒值连续出光模式的其中一实施例的密封钉与锂电池外壳焊接的示意图；

图3为采用中心激光束设为脉冲缓降模式、环形激光束设为恒值连续出光模式的另一实施例的密封钉与锂电池外壳焊接的示意图；

图4为采用中心激光束设为脉冲缓降模式、环形激光束设为恒值连续出光模式的又一实施例的密封钉与锂电池外壳焊接的示意图；

图5为本申请实施例的中心激光束和环形激光束采用调制模式的激光能量波形示意图；

图6为采用中心激光束和环形激光束采用调制模式的其中一实施例的密封钉与锂电池外壳焊接的示意图；

图7为采用中心激光束和环形激光束采用调制模式的另一实施例的密封钉与锂电池外壳焊接的示意图；

图8为采用中心激光束和环形激光束采用调制模式的又一实施例的密封钉与锂电池外壳焊接的示意图；

图9为本申请实施例的中心激光束和环形激光束分别设为恒值连续出光模式的激光能量波形示意图；

图10为采用中心激光束和环形激光束分别设为恒值连续出光模式的其中一实施例的密封钉与锂电池外壳焊接的示意图；

图11为采用中心激光束和环形激光束分别设为恒值连续出光模式的另一实施例的密封钉与锂电池外壳焊接的示意图；

图12为采用中心激光束和环形激光束分别设为恒值连续出光模式的又一实施例的密封钉与锂电池外壳焊接的示意图；

图13为本申请实施例的中心激光束和环形激光束分别设为脉冲缓降模式的激光能量波形示意图；

图14为采用中心激光束和环形激光束分别设为脉冲缓降模式的其中一实施例的密封钉与锂电池外壳焊接的示意图；

图15为采用中心激光束和环形激光束分别设为脉冲缓降模式的另一实施例的密封钉与锂电池外壳焊接的示意图；

图16为采用中心激光束和环形激光束分别设为脉冲缓降模式的又一实施例的密封钉与锂电池外壳焊接的示意图。

其中，图中各附图标记：

10、密封钉；20、锂电池外壳。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，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者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本申请实施例提供的激光焊接方法进行说明。本申请实施例提供的激光焊接方法，包括：采用搭载环形光斑激光器的焊接设备，将射出的环形激光束和中心激光束沿着密封钉10的预设焊接轨迹焊接，其中，中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

本申请实施例的采用搭载环形光斑激光器的焊接设备用于将密封钉10焊接于锂电池外壳20，具体是通过控制该焊接设备将射出的环形激光束和中心激光束沿着密封钉10的预设焊接轨迹焊接，该预设焊接轨迹可以理解为提前输入焊接设备的控制系统中的轨迹参数。

其中，搭载环形光斑激光器的焊接设备，环形激光束和中心激光束的光束模式可调，能够做到在焊接过程中令匙孔更稳定、焊接速度更快、焊接更均匀、质量更好，而经发明人试验发现，当中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率设置为600～1400W范围、环形激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率设置为800～1800W范围时，用于密封钉10的焊接中，焊接质量明显改善，且还能够提升焊接速度。

实施例1，如图1至图4所示：

中心激光束设为脉冲缓降模式，环形激光束设为恒值连续出光模式。采用此方法焊接密封钉10的焊接过程中，恒值连续出光模式的环形激光束对应的环形光斑激光器的发射部部分以恒定功率一直向熔池输入能量，可较大程度稳定熔池，从而中心激光束焊接产生的匙孔不会随着脉冲模式下的开关而开闭，焊接过程结束后，中心激光束的功率缓降设置，使得熔池温度变化更加平滑，如此能够获得良好的焊接外观以及无缺陷的焊缝。

具体地，中心激光束的脉冲缓降模式的每一周期依次包括升能阶段、焊接阶段、第一降能阶段以及第二降能阶段，脉冲缓降模式的每一周期时长设为T

在采用中心激光束采用脉冲缓降模式、环形激光束采用恒值连续出光模式的焊接方法中，在中心激光束处于出光状态中，环形激光束可以理解为始终处于稳定出光状态，当然，环形激光束在出光和关光阶段的功率也有变化，但对应时长很短，对于中心激光束的焊接过程影响微乎其微，因此可忽略不计。

而中心激光束的出光状态一周期时长为T

如图1所示，为实施例1中的中心激光束和环形激光束的激光能量波形示意图，其中a表示中心激光束的激光能量波形示意图，b表示环形激光束的激光能量波形示意图。

如图2所示，为采用中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

如图3所示，为采用中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

如图4所示，为采用中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

实施例2，如图5至图8所示：

中心激光束和环形激光束分别采用调制模式，中心激光束和环形激光束频率同步，中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

调制模式的调制周期时长记为T

其中t

具体地，30％≤t

如图5所示，为实施例2的中心激光束和环形激光束采用调制模式的激光能量波形示意图，其中，a表示中心激光束的激光能量波形示意图，b表示环形激光束的激光能量波形示意图。

如图6所示，为中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

如图7所示，为中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

如图8所示，为中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

实施例3，如图9至图12所示：

中心激光束和环形激光束分别设为恒值连续出光模式，中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

本实施例中的中心激光束和环形激光束可以理解为始终处于稳定持续的输出状态，采用此方法焊接密封钉10过程中，匙孔处于一直打开的状态，持续的激光能量输入较大，通过控制热输入的情况下，能够获得外观良好、无缺陷的焊缝。进一步，经本申请的发明人试验发现，将中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

如图9所示，为实施例3中的中心激光束和环形激光束的激光能量波形示意图，其中a表示中心激光束的激光能量波形示意图，b表示环形激光束的激光能量波形示意图。其中，中心激光束和环形激光束的起始升能阶段可以忽略不计。

如图10所示，为采用中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

如图11所示，为采用中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

如图12所示，为采用中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

实施例4，如图13至图16所示：

中心激光束和环形激光束分别设为脉冲缓降模式，中心激光束和环形激光束同频同步设置，中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

常规脉冲模式焊接过程的匙孔随着中心激光束的周期性开关而周期性开合，这不利于熔池稳定，而本实施例的脉冲缓降模式，可使用能量波形设置，延长激光关闭的时长，如此能够有效减缓匙孔关闭的时长，同时，为下一个脉冲焊接提供预热作用，能够提升熔池稳定性，从而提升焊接质量。经本申请的发明人试验发现，将中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

具体地，脉冲缓降模式的每一周期依次包括升能阶段、焊接阶段、第一降能阶段以及第二降能阶段，脉冲缓降模式的每一周期时长设为T

本实施中，中心激光束和环形激光束的出光状态一周期时长均为T

在焊接阶段中，中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部以P

本申请的发明人通过试验发现，在前述的激光功率范围内，将各阶段的时长参数设置在0.2ms≤t

如图13所示，为实施例4中的中心激光束和环形激光束的激光能量波形示意图，其中a表示中心激光束的激光能量波形示意图，b表示环形激光束的激光能量波形示意图。

如图14所示，为采用中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

如图15所示，为采用中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

如图16所示，为采用中心激光束对应的环形光斑激光器的发射部的功率P

进一步，上述实施例中，密封钉10为铝制，焊接设备的焊接头的准直焦距f

根据发明人的多次试验还发现，当上述每一实施例中的1:1.5≤P

本申请实施例还提供了一种焊接设备，能够执行上述任意实施例中的激光焊接方法。

本申请实施例的焊接设备，由于能够执行上述任意实施例中的激光焊接方法，故执行上述任意实施例中的激光焊接方法所带来的有益效果，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。