专利名称：制备铅蓄电池的方法以及制备铅蓄电池的夹具的制作方法
技术领域：
本发明涉及制备铅蓄电池的方法，尤其是涉及与焊接电池端部分有关的铅蓄电池的制备方法以及制备该电池的夹具。
背景技术：
传统应用是制备所谓套管端式铅蓄电池，其中铅套管也充当端子，将从装配铅蓄电池的电池容器内的电池室向上突出的极柱上部经插孔插入通过铸件模压工艺由合成树脂制成的罩中的铅套管铸件内，并且沿极柱的外周边将所插入的极柱和铅套管相互焊接，或者制备端子元件斜向导出式铅蓄电池，在铅套管的外周边表面上固定单独制造的端子，并使用喷枪将套管与端子相互焊接。
在这种情况下，如上所述使用喷枪进行焊接时，为预先防止罩由于焊接热量而变形，从而在罩与罩中整体浇铸的铅套管之间发生气密失效，通常在该状态下优选进行喷枪焊接，用于通过凉水的护套型环形模与铅套管周边表面或安装在套管上的端子的周边表面接触。
尤其是在制备如上所述的套管端子式的铅蓄电池的情况下，传统上通过喷枪火焰将铅蓄电池要焊接的端子部分，即通过插入模制在由合成树脂制成的罩中整体浇铸的铅套管的相互邻接或相邻周边部分，与通过铅套管中的圆柱孔插入的电池体极柱相互焊接。
然而，在使用喷枪将极柱与铅套管焊接的情况下，如果罩表面到铅套管的上端表面之间的高度不大于8-10mm，换句话说，小于8-10mm，不能避免由于喷枪焊接期间产生的热量而引起的罩变形，即使使用上述冷却装置，但在罩与罩中形成的铅套管之间发生气密失效。因此，需要铅套管的上端从罩表面突出大于8-10mm，从而在罩的上表面之上需要足以容纳铅套管端子的该对应的高度空间。另一方面，希望制备侧向导出端子式铅蓄电池，能降低罩上表面之上的高度空间。然而，将铅套管的基础部分与几毫米厚的板形端子喷枪焊接中，装在其上的、在焊接的端子部分与罩表面之间的距离只有几毫米，从而由于喷枪焊接而引起罩的热变形，常在罩与罩中的铅套管铸件之间发生气密失效，造成许多产品损失。
因此，希望解决这种不便并研制能制备铅蓄电池的工艺，其中能顺利焊接所需部分而没有任何产品损失。
当使用喷枪火焰进行上述端子部分的焊接时，由于喷枪火焰的热量使得沿端子部分周围的由合成树脂制成的罩变软，在罩与套管之间产生一缝隙，从而引起气密失效。此外，焊接部分渗透深度难于均匀，而且，焊接端子部分的外观形状塌陷，从而难于制成确定形状的焊接端子。
因此，希望解决这种不便并通过焊接端子部分的方法研制能制备铅蓄电池的方法，能稳定并满意地相互焊接端子部分而没有任何产品损失。
发明内容
本发明的目的是提供制备铅蓄电池的方法，解决与现有技术有关的问题，本发明的特征在于通过激光焊接将装配好的铅蓄电池的罩中整体浇铸的铅套管与经铅套管插入的极柱相互焊接在一起。
为此，本发明提供一种制备铅蓄电池的方法，其特征在于在利用激光焊接将整体浇铸在装配好的铅蓄电池的罩中的铅套管与经铅套管插入的极柱焊接在一起时，施加低输出的激光束并在其后施加高输出的激光束。
本发明还提供一种制备铅蓄电池的方法，其特征在于在通过激光焊接执行整体浇铸在装配好的铅蓄电池的罩中的铅套管与经铅套管插入并焊到铅套管上的极柱以及铅套管与适当安装在铅套管上的接头端子元件的焊接时，施加低输出的激光束并在其后施加高输出的激光束。
此外，在按照本发明的制备铅蓄电池的方法中，其特征在于激光焊接是脉冲式。
此外，在按照本发明的制备铅蓄电池的方法中，其特征在于脉冲式的激光焊接中的焊珠重叠密度范围为6-12点/毫米。
此外，本发明的目的是提供用于铅蓄电池的端子部分的激光焊接的方法，防止激光束在制备上述铅蓄电池的激光焊接过程中被由于其应用时产生的烟雾所遮断，能以高效并稳定及满意地完成焊接。其特征在于当激光提供给铅蓄电池的要焊接端子部分执行激光焊接时，利用激光焊接端子部分方法，使端子部分被圆柱形防护罩的下端圆柱部分所包围，在这种情况下，激光焊接时产生的烟雾被吸入，经过圆柱形防护罩的排气口排到圆柱形防护罩的外面。
此外，本发明的目的是提供激光焊接端子部分的方法，当在制备铅蓄电池的上述方法中使用激光焊接的上述方法时，通过精确和高效应用激光束能完成焊接，其特征在于在圆柱形防护罩上提供出料口，氧气或空气经过出料口供给要焊接的部分。
此外，本发明的目的是提供激光焊接的方法，当在制备铅蓄电池的上述方法中使用激光焊接的上述方法时，可更精确和更高效完成激光焊接，其特征在于具有在周边壁环绕形成的多个连通口的罩环安装在圆柱形防护罩中，环状空间位于罩环与圆柱形防护罩的内周边壁表面之间，从而可吸入罩环中产生的烟雾，经过罩环连通口、围绕的环状空间以及排气口从圆柱形防护罩排出，同时遮挡液体经过出料口流入圆柱形防护罩。
此外，当在制备铅蓄电池的上述方法中使用上述激光焊接时，本发明能有效完成激光焊接而同时高效去除激光焊接产生的烟雾，其特征在于罩环中以规则间隔形成的多个连通孔制成环的圆周切线方向上开口，从而在罩环内部产生的烟雾出现涡流流动，吸入并被排出。
此外，本发明的目的是提供激光焊接夹具，适合完成制备铅蓄电池的上述方法，其特征在于用透光板密封由良好导热性金属制成的圆柱体的上表面的开口，其下圆柱形部分适合安装在铅蓄电池的端子部分的外周边表面上，从而形成圆柱形防护罩，圆柱形防护罩备有多个出料口，用于遮挡液体在其下部分环绕放置，在出料口上的位置处以规则间隔环形地设有多个连通口的罩环安装在圆柱形防护罩上，以便在罩环与圆柱形防护罩的周边壁的内表面之间存在一个环状空间，而圆柱形防护罩备有与环状空间相连的排气口。
按照本发明的制备铅蓄电池方法的其它性能以及所用的焊接夹具的公开下面将更清楚。
图1是按照本发明的制备铅蓄电池方法的实施例的一个例子的部分剖开侧视图。
图2是图1所示铅蓄电池的端子部分是顶视图。
图3是解释焊接焊珠的重叠密度的图。
图4是按照本发明的制备铅蓄电池方法的另一实施例的部分剖开侧视图。
图5是图4所示铅蓄电池的端子部分的顶视图。
图6是按照本发明制备铅蓄电池方法中所用的按照本发明一个实施例的激光焊接夹具的侧视图。
图7是沿图6的VI-VI线剖开的截面图。
图8是沿图7的VII-VII线剖开的截面图。
图9是用于解释本发明所用的激光焊接方法的一个例子的部分剖开透视图。
图10是表示铅蓄电池的端子部分的激光焊接状态的一个例子的图9的部分截面图。
图11是用于解释按照本发明制备铅蓄电池的方法中所用的激光焊接方法最优选实施例的图。
图12是用于解释在最优选实施例中焊接端子部分的整个周边之上均匀焊接深度的图。
图13是在按照本发明制备铅蓄电池方法中所用的设备的另一实施例的中心垂直截面图。
具体实施例方式
参考附图，详细描述本发明，以便更清楚理解。
图1和2表示适合制备铅套管端子式铅蓄电池的方法的本发明一个实施例。图1是装配好的铅蓄电池A的部分剖开侧视图，在该状态下，与激光发生器(未示出)相连的激光喷嘴位于装配好的铅蓄电池A要焊接的极柱的端子部分的上表面之上，而图2是其罩的顶视图。
具体而言，装配好的铅蓄电池A包括单-组型铅蓄电池，例如，包括6个电池。图中，标号a表示由例如聚丙烯的合成树脂制成的模压电池容器，而标号b表示邻接并与容器a上表面气密结合的电池容器的模压罩，具有上平面，并设有利用例如聚丙烯的合成树脂作为原材料通过浇铸工艺而整体浇铸其中的铅套管1。优选铅套管1利用例如Pb-Ca-Sn等的铅合金作为材料制备。按照本发明，浇铸铅套管1，从罩b的上表面到其上端表面的突出的高度h非常小，为15mm或更小，优选10mm或更小，例如所述实施例中的4mm。
装在容器a的各个电池室c中的电池通常串联连接，以如下方式装配铅蓄电池从固定夹片e向上突出的正极极柱2的上部分2a经过位于容器罩b的一侧的角部分处的铅套管1的插入孔3插入，固定夹片e与在容器a的一端处的例如组成电池室c内的电池的正极和负极板中的正极板d、d......的极耳连接，如图所示，从固定夹片向上突出的负极极柱的上部分经过同样浇铸其中的铅套管上的插入孔插入，尽管未示出，固定夹片与在容器a的另一端处的电池室内的电池负极板连接。按照本发明，通过激光焊接将所装配的铅蓄电池的正极极柱2的上部分2a与沿其外周边表面的铅套管1的突起部分1a焊接在一起，同样通过激光焊接将负极极柱的上部分2a与沿外周边的铅套管的突起焊接在一起。为方便起见，以下只详述图1所述正极极柱的极柱2与一侧上的铅套管1激光焊接。省略负极侧上的激光焊接的描述，因为其以相同方法完成。
按照本发明，希望激光焊接喷嘴4离正极极柱2之上的铅套管1的上端以及沿外周边的铅套管1的距离是一个理想的高度，而板形透明屏蔽玻璃5位于焊接喷嘴4之下。屏蔽玻璃5经由此垂直悬挂的支撑脚6刚好位于焊接喷嘴4之下，或位于装在罩b的上表面上的圆柱形模子7的上表面，也适当安装在铅套管1的突起1a的外周边表面上，以便支撑铅套管1，如虚线所示。如图所示的模子7，换句话说，夹具是由良好热导性的铜制成的圆柱形模子，也起到焊接期间冷却受热的铅套管1的作用，上部分的内周边表面形成向上延伸的喇叭形倾斜表面7a，从而屏蔽玻璃5稳定地放置在内周边倾斜表面7a上。对于由铜制成的模子7，无需提供像传统那样通过冷却水的护套式设备，不必在使水通过时来完成冷却操作。当来自激光喷嘴4的激光束4b作用于极柱2的上表面和铅套管1以便相互焊接时，屏蔽玻璃5用于防止激光喷嘴4被所产生的溅射铅沉积，如图1所示。铅套管1的上端表面到铅屏蔽玻璃5的高度距离一般保持约15mm-100mm。
激光喷嘴4经光纤4b与未示出的预定激光发生源连接。激光类型是例如，YAG激光，利用YAG激光可完成按照本发明的激光焊接。激光焊接的方法可以是连续焊接或脉冲焊接，但是，在铅或铅合金焊接(渗透)的深度需要深的情况下，优选脉冲焊接方法。通过把例如6-8焦耳的足以焊接铅或铅合金的高输出激光束作用到极柱2的外周边表面的邻接或相邻圆形部分8以及铅套管1的外周边表面或其附近或沿极柱2的外周边表面的邻接或相邻圆形部分8以及铅套管1的外周边表面或其附近，移动激光至少一周而同时焊接部分8在一起，就能完成按照本发明的激光焊接，从而将极柱2与铅套管1焊接在一起，形成激光焊接端子部分。如果激光焊接部分的焊接或渗透深度至少约2.5mm，这已足够。本发明人发现，按照该激光焊接，即使铅套管1到罩b的上表面的高度只有4mm，也可将极柱2与铅套管1稳定并良好焊接在一起，而不发生罩b的热变形。因此，就按照本发明制备的铅蓄电池而论，由罩b的上表面突起的铅套管端子低至4mm，从而与通常所需要的8-10mm或更大相比，产生极大降低端子之上的高度空间的效果。
此外，极柱2和铅套管1由铅或铅合金组成，一般优选二者元件使用相同材料。
在极柱2和铅套管1由铅合金组成的情况下，可使用任何多种铅合金例如Pb-Sb合金、Pb-Ca-Sn合金、Pb-An合金、Pb-Sb合金等，适合用于激光焊接，但已发现Pb-Ca基合金的表面特别易于氧化，被空气覆盖黑的氧化物膜，从而提高的激光束的吸收率，适合完成相对深的激光焊接。
当完成按照本发明的激光焊接时，发现如下现象。
即当高输出的激光束开始作用于铅套管1和极柱2的表面时，观察到表面上的铅或铅合金剧烈溅射，变成所谓的溅射铅，粘附在位于其上的屏蔽玻璃的表面上，从而遮挡了激光束。因此，在激光焊接的开始时充分完成激光焊接，但激光焊接的能量随着时间推移而降低，这样，担心不能通过激光焊接完全将相互邻接环状部分8相互焊接在一起。经各种实验结果，证实如果处于第一位置，激光束5b以低输出作用，没有溅射，而沿极柱与铅套管的整个圆周表面移动一周，之后，以高输出作用，可高效及高能量地在整个圆周表面上实现满意的激光焊接。
如下详述比较实验例。
在利用脉冲激光焊接将要焊接的极柱2与铅套管1的相互邻接的环状部分8的整个圆周焊接时，通过该激光焊接情况(本发明的例子)得到各个焊接部分由低至0.8-1.5焦耳/脉冲的低输出激光束首先作用到相互邻接部分8的整个圆周表面及其附近，使铅氧化物膜破裂，然后高至6-8焦耳/脉冲的高输出激光束作用于整个圆周，从而完成激光焊接；以及通过从开始进行高至6-8焦耳/脉冲的高输出激光束的激光焊接情况(比较例)，通过在图2的相互邻接环状部分8上标号X表示的焊接开始点8a和焊接开始点8a相对侧上并用标号Δ表示的焊接中间点8b之间连接的线断开，测量断开表面的各个焊接部分的焊接(渗透)深度，结果在如下表1所示。
表1
从上面表1可了解，当按照本发明首先应用低输出的激光束，然后应用高输出的激光束，可实现良好焊接，其中在焊接开始点和焊接中间点的焊接深度相同，约为2.5mm，焊接满意。反之，当从开始就使用高输出的激光束进行焊接时，焊接良好，其中焊接开始点的焊接深度约2.5mm，焊接满意，但焊接过程的焊接中间点的焊接深度浅至1.5-2.0mm，焊接深度不够。在使用表面产生氧化物膜的任何Pb-Ca基合金的情况下，好坏差距特别大。
此外，证实当将高输出的激光束作用于相互邻接部分8和沿相互邻接部分8应用激光束而完成脉冲激光焊接时，每1mm重叠的焊接焊珠的数目，即焊珠的重叠密度，如图所示，对焊接状态有各种影响，如下文所述。
即，图1所示的100个装配好的铅蓄电池用作样品，以下列方式完成焊接，低至0.8焦耳/脉冲的低输出的激光束作用于100个装配好的铅蓄电池中每个的铅套管1和极柱2的表面，之后通过多种改变焊珠(直径2mm)的重叠密度，高至6-8焦耳/脉冲的高输出的脉冲激光束作用于相互邻接部分8。对于每个样品，检查焊接(渗透)深度、针孔产生率以及由于罩变形引起的气密失效率。结果如下表2所示。
表2
在上面表2中，焊接(渗透)深度表示6种不同重叠密度焊珠的每种中100个样品的平均值。从表2可清楚，在每毫米的焊珠重叠密度是0的情况下，即任何焊珠在1mm内未重叠，渗透深度为0.8mm，而在每毫米的焊珠重叠密度是3点的情况下，渗透深度是1.4mm，因此，不仅渗透深度浅，激光焊接不完全，而且通过渗透部分即焊接部分的针孔发生率，前者是20％，后者是48％。
另一方面，在每毫米的焊珠重叠密度是6点至12点的情况下，渗透深度深至2.5-3.3毫米，没有通过渗透部分的针孔，实现稳定和优良的激光焊接。在每mm的焊珠重叠密度是15点的情况下，发现渗透深度变成3.9mm，太深，罩b热变形，罩b中的铅套管铸件的气密破坏，发生气密失效。
因此，发现在1mm长度内的焊珠重叠数目/mm处于6点至12点范围内的情况下，可完成稳定和优良的激光焊接。
图4和5表示本发明应用于铅蓄电池的实施例，该铅蓄电池备有单独制备并焊接到侧向导出的铅套管的接头端子元件。图4是如图1的具有相同剖开部分的侧视图，而图5是罩的顶视图。
在该实施例中，装配好的铅蓄电池A′的结构在罩b′的一端及另一端的角部形成槽空间9，而铅套管1浇铸在槽空间9的底部表面的低水平处形成的罩部分b′1中。在这种情况下，铅套管1的突起部分1a离罩b′1的上表面的高度，即突起部分1a到铅套管1的上端表面的高度h同样设定为4mm，如上述实施例，在电池容器a′一端由电池室c内的电池的负极固定夹片e向上突起的极柱2的上部分2a，经过铅套管1的插入孔3插入。此外，接头端子元件10包括最优选约3-4mm厚度的延长板，接头端子元件10包括由铅或铅合金制成的延长板，经在一端制成具有适合安装在铅套管1的外表面上的直径的圆形安装孔11适当安装在圆柱形铅套管1的外周边表面上，安置具有螺栓-插入孔12的接头端子元件10的另一端，从铅蓄电池A′的侧面向外水平突出。优选用于接头端子元件的材料与用于铅套管1的铅合金相同。
此外，优选铜制成的圆柱形模子7′适当安装在铅套管1的突起1a的周边表面和接头端子元件10的安装端部分10a的外周边缘的半圆形周边表面上，并与之接触，此外，位于与接头端子元件10的上表面以及相对侧接触的罩部分b′1的上表面上，直角槽部分7′b形成在同样横跨其中的模子7′的下端，从而模子7′b在激光焊接时也起到冷却铅套管1的作用。
对于激光焊接，其中具有聚光镜的激光喷嘴位于向上离铅套管1的上表面约100mm的高度位置，而屏蔽玻璃5位于激光喷嘴4之下，与上述实施例的方法相同。
图4和5表示极柱2与沿极柱2的外边缘周围的铅套管1的相互邻接环状部分8利用上述实施例的相同焊接方法已被相互焊接在一起，从而良好形成焊接部分8a的情况。
此外，按照本发明，为将铅套管1与接头端子元件10相互焊接，通过把来自激光喷嘴4的激光束4a经屏蔽玻璃5提供到铅套管1与接头端子元件10的相互邻接环状部分13，完成该两者激光焊接。在这种情况下，至于激光焊接的方法，可采用连续焊接式或脉冲焊接式，以上述实施例所述的同一方法施加或辐射其激光束。优选利用脉冲焊接，低至0.8-1.5焦耳/脉冲的低输出激光束首先作用于铅端子元件10的表面，以曝露铅端子元件10内部的铅到其外表面，然后，应用高至6-8焦耳/脉冲以及焊珠/mm的重叠数范围为6点至12点的高输出激光束，从而完成铅套管1的突起1a与铅接头端子元件10的相互激光焊接，从而制备铅蓄电池。
与喷枪产生的热量相比，激光焊接开始到结束产生的热量极小，从而不发生罩的热变形。这与由铜制成的模子足以冷却的上述实施例相同，无需传统的水冷却。
此外，当完成了接头端子元件10的激光焊接时，可任选在上述焊接法应用于要焊接的部分，或环状焊接剂位于其上之后，再完成激光焊接。
因此，按照本发明，当利用激光焊接进行装配好的铅蓄电池罩中浇铸的铅套管与经铅套管插入的极柱的焊接以及还有将铅套管与安装在铅套管上的端子元件的焊接时，即使铅套管离罩的上表面的高度比传统工艺情况要小许多，仍可实现优良焊接，而对罩不产生不良影响，可制得稳定和优良的铅蓄电池。尤其是在顺利制备端子侧向导出式铅蓄电池方面有优势。
在这种情况下，如上所述，如果首先应用不产生溅射程度的低输出激光束，移动一周到低输出激光束的作用地点或轨迹和沿低输出激光束的作用地点或轨迹，此后应用高输出激光束并移动一周，在整个圆周实现预定深度的激光焊接，而溅射铅不粘附屏蔽玻璃。尤其是当实施脉冲式激光焊接方法时，可更加提高焊接深度，提供坚固的焊接。
当通过应用低输出或/和高输出的上述激光束将由任何多种铅合金制成的套管1和极柱相互焊接到相互邻接环状部分8或其附近并使之至少一周时，担心焊接期间产生的烟雾粘附屏蔽玻璃5，遮挡激光束的通过，结果，降低焊接能量，不能在整个圆周上实现预定均匀或相同的渗透深度，在一些情况下，不能实现具有稳定及满意焊接的端子部分的铅蓄电池。
参考图6-10，详述解决该担忧的本发明实施例。
在图6-10中，标号B表示按照本发明激光焊接夹具的一个例子，用于在制备按照本发明铅蓄电池的工艺中完成上述激光焊接工艺。构成夹具B主体的圆柱形防护罩70的圆柱形主体70a形成圆形，由具有良好热导性的金属材料制成，例如，热导性高的金属例如铜和铜合金，并对应于上述实施例中也起到冷却作用的模子7。圆柱形防护罩70的结构用可穿过激光束的透光板5，通常利用耐热玻璃板5，密封圆柱形主体70a的上表面的开口，其下端部分形成圆柱形下端部分70a1，其内径适合安装在铅蓄电池的端子部分的外边缘表面上。此外，多个，3个优选或更多出料口14、14......以规则间隔圆周布置，从而在圆柱形主体70a的下部形成开口，如图所示，而且，备有多个例如在所述实施例中位于出料口14、14......之上并以规则间隔圆周布置的6个连通口15、15......的罩环16，安装在圆柱形防护罩70中，从而在罩环16与圆柱形防护罩70的外缘壁的内表面之间存在环状空间17，并且排气口18，优选管状排气口18以突起形式设在圆柱形防护罩70中，以连通环状空间17，如图所示。
具体而言，以相对厚的5-10mm厚度的圆柱形壁70a3形成所述圆柱形防护罩70，其下部分形成锥形圆柱壁70a2，直径逐渐降低到圆柱形下端部分70a1，上述3个出料口14、14、14以锥形圆柱形壁70a2制成，从而从外端向内端倾斜向下，并在圆柱形下端部分70a1的开口附近开口，使用中，氧气或空气可在理想排放压力下由外部压缩泵(未示出)经过由套爪夹盘装置气密连接到每个出料口14的压力软管19，朝圆柱形下端部分70a1的开口表面进入圆柱形防护罩70。圆柱形防护罩70的上圆柱形壁70a3的内边缘壁表面形成截面为L-状的槽壁表面，用于安装横截面为U-形的罩环16，罩环16安装在槽壁表面的内边缘的凹槽部分中，从而在U-形罩环16的凹槽与围绕罩环的外边缘的槽壁表面之间形成环状空间17。此外，螺纹安装横截面为T-形的宽环状罩帽20，并插在圆柱形防护罩70的上圆柱形壁70a3的顶表面与位于其内部的罩环16的顶表面之间，罩环16的顶表面水平与上圆柱形壁70a的顶表面相同，从而通过圆柱形防护罩70和环状罩帽20给上和下部分加压来保持和固定罩环16。用盘状玻璃板5′密封环状罩帽20的上表面的开口，通过在罩环16与环状罩帽20之间夹住其周边边缘经过插在其间的环状填料21来气密接合，从而构成焊接夹具B。
此外，在使用时，连接管22例如压力管其一端以结合方式与管状排气口18连接而另一端与外部真空泵连接，焊接期间夹具B内产生的烟雾可被吸入，并在适当的负压下排出。
优选在罩环16的边缘壁上等间隔布置的6个连通口15以圆周切线方向平行开口，如图7所示，这样焊接期间夹具B内产生的烟雾引起涡流，从而吸入烟雾，顺利并快速排出，而不在圆柱形防护罩70内停滞，如下文所述。
接着，参考图9和10，描述利用按照本发明的上述夹具B，制备通过按照本发明的上述激光焊接工艺焊接端子的铅蓄电池的工艺的一个例子。
按照本发明的夹具B的圆柱形防护罩70的下圆柱形端部分70a1适当安装在端子部分T的外边缘部分，端子部分T包括在铅蓄电池A″中由合成树脂制成的容器罩b″中浇铸的铅套管1的上端部分1a以及正极极柱或负极极柱的上端部分2a，例如经所述实施例中铅套管1的插入孔3插入的正极极柱2的上端部分2a，换句话说，在铅套管1的上端1a的外边缘表面上，因此，圆柱形防护罩70的内部气密密封。另一方面，位于圆柱形防护罩70的下部分的出料口14、14、14经连接管19、19、19例如压力管与外部常规压缩泵(未示出)连接，而从圆柱形防护罩70的上部分的侧表面突起的管状排气口18经连接管21例如压力管与外部真空泵(未示出)连接。
例如，从脉冲式激光发生器(未示出)导出的激光喷嘴4，放置在位于围绕端子T的电池罩b″上的夹具B之上，如上所述，从而按如箭头所示导引激光束4b，经过激光喷嘴4内的入射镜对准要焊接部分的目标，即对准构成端子部分T的相互邻接圆形部分8的一个点，端子部分T由铅套管1的突起1a′与正极极柱或负极极柱的上部分，即经铅套管1′的插入孔插入的所述例子中的正极极柱2的2a组成。此时，要焊接的部分8与激光喷嘴4之间的距离设定为与激光喷嘴4内的入射镜的焦距相等。在应用激光束的情况下，激光喷嘴4以等于要焊接的圆形部分8的半径移动一周，从而把至少一周激光束作用于要焊接的部分8的整个圆周，因此将部分8焊接在一起。在这种情况下，激光束的应用条件，例如是应用热量数量范围为5-10焦耳/脉冲，应用间隔范围为6-13pps。或如上所述，实施激光焊接方法，低输出实现第一圈。激光喷嘴4的移动速度范围设定为例如0.5-3.0mm/sec。
当利用激光束完成要焊接的部分8的焊接时，在理想压力下通过压缩泵将氧气或空气经过出料口14、14......排放到圆柱形防护罩70中。在这种情况下，氧气或空气朝下圆柱形端部分70a1的开口表面即朝端子部分T排放。通常，在经济上优选使用空气。焊接期间利用氧气或空气通过氧化要焊接的部分8的表面可阻止激光束的反射，从而可高效完成由激光束照射的焊接。
另一方面，驱动减压装置例如真空泵等，经管状排气口18在理想负压下抽成真空，从而吸入将要焊接部分的焊接期间产生在圆柱形防护罩70内的烟雾，立即从圆柱形防护罩70排放到外面，这样，防止了烟雾粘附屏蔽玻璃5以及遮挡激光束的通过。因此，在部分8的整个圆周之上均匀焊接好的渗透深度激光焊接，而预定激光输出没有任何降低。吸入流入圆柱形防护罩70中的防护液体，并与作为排放气体的所产生的烟雾一起被排出。焊接期间温度升高的套管1的热量随同气体的排出同时被去除，从而相应降低套管1的温度，令人满意地防止铅套管1周围的树脂软化和熔化。
在这种情况下，当连通口15、15......如上所述在罩环16上以圆周切线方向形成时，在排放气体的流动中导致涡流，可吸入排放气体，作为流体在给定的确定方向上顺利并快速排放。因此，按需要可将经出料口14流入圆柱形防护罩70的防护流体的出料量以及将要吸入和排放的防护流体的排放量调节到所需的任何各种值，完成理想的优选激光焊接。为此，利用压缩泵可调节出料压力和防护流体出料流动速率，利用真空泵可调节排放压力和排放流体的排放速率到任何各种值，尤其是，出料压力的优选范围设定在60-80Kpa，出料流动速率范围在15-20liters/min，排放压力范围在300-450Pa，排放流动速率范围在4-5m3/min。
如果防护流体的出料压力和流速大于上述值，熔化的铅易于泄漏。反之，如果出料压力和流动速率小于上述值，铅的熔化或熔融不足，焊接或渗透深度不足。此外，如果排放流体的排放压力和流动速率大于上述值，电池中的空气经仍未焊接的端子部分8的一部分吸收，导致焊接失败。反之，如果小于上述值，由于烟雾的散开污染了透光板5，从而降低了激光束作用于部分8的焊接能量，引起导致焊接失败的趋向。
另一方面，由于圆柱形防护罩70由导热材料制成，如上所述，焊接期间产生的热量立即排放并扩散到外界空气中，从而可防止铅套管1周围的树脂的融化和熔化。
图10表示进行激光焊接时将要焊接部分8′的焊接状态。由于在整个圆周上以约4-6mm深度均匀圆周焊接的端子部分的边缘表面被适当安装在其上面的、具有良好导热性的圆柱形防护罩70的下圆柱形端部分70a1所保护，可实现外观优良的激光焊接端子部分T。
而且，在上面图9所示的实施例中，对于100片的备有将要焊接的端子部分的铅蓄电池，利用3.8焦耳/脉冲的低输出激光束，而同时沿将要焊接的部分8移动第一圈(第一圆周)，使氧化物膜破裂，然后在多个阶段施加高输出逐渐降低的激光束，例如，11.5焦耳/脉冲、10.8焦耳/脉冲、10焦耳/脉冲和9.2焦耳/脉冲，移动第二圈(第二圆周)，如图11所示，来完成将要焊接的环状部分8的焊接。发现第一圈和第二圈导致在将要焊接的环状部分的整个圆周之上的焊接深度基本上均匀，在4-6mm范围，如图12所示，在端子部分T周围的罩b″的树脂完全未软化或融化，因此，确保得到可保持气密优良的铅蓄电池，而电解质不渗出。而且，高输出的逐步阶段数是不受限制的，但从质量生产装置等的观点来说约2-8个阶段是优选的。
此外，出料口14形成在圆柱形防护罩70并且氧气或空气经此供给的例子表示为本发明实施例的一个例子。然而，如果只去除烟雾，只通过排气口18吸入就可实现。在这种情况下，形成适当缝隙，从而可不降低圆柱形防护罩70中的压力。例如，在圆柱形防护罩70的下端部分与罩的表面之间或在下圆柱形端部分70a1与端子部分T的外边缘表面之间存在缝隙，或省略环状填料20的提供，从而经环状罩帽19与玻璃坂5之间的缝隙外界空气通过吸入到圆柱形防护罩70。在这种情况下，由于外界空气经这些缝隙通过吸入到圆柱形防护罩70中，优选供给氧气，焊接深度深。
因此，按照本发明，以如下方式完成将要焊接的端子部分的激光焊接，在该状态下铅蓄电池的端子部分被圆柱形防护罩的下圆柱形端部分围绕，防护流体经形成在圆柱形防护罩上的出料口而流入，与将要焊接的端子部分接触，同时，利用经形成在圆柱形防护罩上的排气口吸入而去除激光焊接期间产生的烟雾，利用防护流体阻止了激光束的反射，可高效完成激光焊接，也可防止激光束被烟雾遮挡，可防止足够激光输出的下降，改善了焊接效率，也可确保焊接部分处的均匀焊接深度。
在这种情况下，由于在圆柱形防护罩上安装具有连通口的罩环，可保持流入圆柱形防护罩中的防护流体在罩环的内空间一段时间，而不直接进行排气吸入，确保与将要焊接的部分接触，之后被排出，而经连通口携带烟雾。
此外，通过在罩环以圆周切线方向安置连通口，在烟雾中形成涡流，从而顺利并满意地吸入和去除。
而且，通过使用按照本发明的激光焊接夹具完成激光焊接，可带来上述效果，可防止套管周围树脂的软化和融化，从而可容易并高效获得良好的铅蓄电池。
图13表示完成用于按照本发明铅蓄电池的工艺的设备改型。形成极柱2，使突起2b的高度和直径使得激光束不碰在突起2a上，具体而言，中空圆柱形或中空圆柱形突起例如圆柱形突起(所述实施例中)，整体位于极柱2的上端表面中心处。至于经此插入极柱2并由此围绕的铅套管1，用环状槽台阶1b形成突起部分1a的外边缘表面。激光焊接夹具B′具有如下结构围绕并保持透光玻璃5′的环状罩帽20′，其中多个例如6个圆形空气-吸入口23、23......，每个直径约5mm，以相同间隔圆周形成，环状罩帽20′固定在由良好热导性制成的圆柱形防护罩70′的上表面上，内直径约30mm的排气管21′位于圆柱形防护罩70′的上圆柱形壁70a3′上。使用中，安置激光焊接夹具B′使其下圆柱形端70a1′可合适安装在铅套管1的突起1a的外边缘表面上，同时也位于环状槽台阶1b的表面上，如图13所示。图13中，标号15′表示位于罩环16′上的连通口；标号17′表示环状空间；而标号22′表示与排气管21′相连的连接管。
因此，在如下状态下完成激光焊接，激光焊接夹具B′的下圆柱形端70a1′合适安装在环状槽台阶1b上，环状槽台阶1b位于端子T的外边缘表面上，换句话说，所述实施例中，在铅套管1的突起1a的外边缘表面上，安置激光喷嘴4，通过聚光镜4c会聚的激光束4b可聚焦，在极柱2的外边缘表面与铅套管1的内边缘表面之间对准离环状邻接部分8(之间0-0.5mm缝隙)的边界约0.15mm的外侧部分，换句话说，激光束4b对准铅套管1的内边缘。激光喷嘴4沿铅套管的内边缘圆周移动，使激光束4b作用于此，同时，经排气管21′和连接管22′进行吸入抽真空。以上述方式完成激光焊接，应用不产生溅射的低输出激光束一圈，之后，应用高输出激光束一圈。因此，可满意地在极柱2与铅套管1之间进行激光焊接在一起，圆周上深度均匀。在这种情况下，当应用高输出的激光束一圈时，当然，以均匀或确定高输出或通过在多个阶段逐渐降低高输出也施加激光一圈。按照本发明，外界空气利用上述吸入抽空作用经空气吸入口23、23、......吸入到圆柱形防护罩70′，总是通过圆柱形防护罩70′排放到外面，同时携带激光焊接产生的烟雾，从而保护玻璃5可防止烟雾粘附，因此，不仅能以预定高能量和预定合适深度满意地将将要焊接的部分X焊接到一起而不遮挡激光束，而且附带有焊接期间受热的铅套管1通过吸入的排气流来空气冷却的效果。
另一方面，由于下圆柱形端部分70a1′与铅套管的突起部分1a的外边缘表面上的槽台阶1b紧密接触，由铜制成的圆柱形防护罩70′带走铅套管1的热量，将热量释放到外面，冷却铅套管1的突起部分1a，从而与上述空气冷却一起防止了铅套管的温度升高，同时更确保防止了焊接端子的熔化，在完成激光焊接步骤之后，得到确保防止电解质经焊接端子部分T的边缘泄漏的优良铅蓄电池。
此外，根据被激光焊接时的热量熔化的环状部分的状态，在极柱2的上端表面上的圆柱形突起2b起到判断焊接深度的指标作用。
而且，如果突起2a制成固体圆柱形突起，在完成激光焊接之后充电步骤时圆柱形突起被卡子夹住，即使充电期间在突起与卡子之间产生火花，突起起到防止端子T由于火花而破裂的作用。
此外，在安置激光束的焦点以对准环状邻接部分内部的极柱2的外边缘的情况下，沿内边缘施加激光束，因为可进一步降低作用于铅套管1周围的罩的树脂的热影响，这具有优势。
工业应用因此，本发明可应用于制备各种铅蓄电池例如用于电动汽车的铅蓄电池、用于汽车的铅蓄电池、固定铅蓄电池等。
权利要求
1.一种激光焊接夹具，其特征在于具有良好热导性的金属构成的圆柱形主体的上表面开口被透光板封闭，下圆柱形部分适合安装在铅蓄电池的端子的外周边表面，从而形成圆柱形防护罩，圆柱形防护罩设有圆周位于其下部分的用于防护流体的多个出料口，设有多个连通口的罩环安装在圆柱形防护罩上，连通口以规则间隔圆周位于出料口之上，在罩环与圆柱形防护罩的边缘壁的内表面之间形成环状空间，而圆柱形防护罩备有用于与环状空间连通的排气口。
2.根据权利要求1的激光焊接夹具，其特征在于圆柱形防护罩设有位于上部分的多个空气吸入口，与环状空间连通的排气口位于空气吸入口之下的圆柱形防护罩一侧。
全文摘要
制备铅蓄电池的方法，其中通过应用激光束(4b)，将浇铸在装配好的铅蓄电池(A)的罩(b)中的铅套管与经铅套管(1)的插入孔(3)插入的极柱(2)焊接在一起。在激光焊接时，按照所需要，夹具(7)位于铅套管(1)的周围以围绕它，完成激光焊接。
文档编号B23K26/02GK1684288SQ200510063860
公开日2005年10月19日 申请日期2000年10月26日 优先权日1999年10月28日
发明者坂本光, 蛭田友喜, 铃木寿一, 松本健之, 饭冢博幸, 星野耕一 申请人:古河电池株式会社