激光焊接辅助气体施加装置及相应的激光焊接系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种激光焊接辅助气体施加装置以及一种相应的激光焊接系统。


背景技术：

2.锂电池由于具有比能量高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应和无污染等诸多优点，广泛地应用于各种电子设备以及交通工具、例如电动汽车等中。当应用于车辆中时，锂电池也可称为动力电池。
3.锂电池通常包括电池壳本体和固定到电池壳本体上的电池壳盖板。目前，通常使用激光焊接工艺将电池壳盖板固定连接到电池壳本体上。
4.在使用激光焊接时，为了防止氧化与减少气孔，必须在焊接过程中进行局部喷气保护。现有的激光焊接工艺主要是使用固态焊接头来将电池壳盖板焊接到电池壳本体上，与此同时保护气体是由激光头上的喷嘴进行喷射的。然而，这种方法不适合于使用扫描焊接头进行焊接。而且，采用这种保护气体施加方式，焊接效率不高，焊接质量在某些情况下也无法得到保证。
5.除此之外，现实中还存在其它问题。因此，需要对现有的激光焊接装置、特别是保护气体施加装置进行改进，以改善激光焊接工艺。


技术实现要素：

6.因此，本实用新型的目的是提供一种改进的激光焊接辅助气体施加装置以及一种相应的激光焊接系统。
7.根据本实用新型的第一方面，提供了一种激光焊接辅助气体施加装置，至少包括：至少一个进气口，其被构造成用于接收要在激光焊接过程中喷射的辅助气体；辅助气体喷射口，其被构造成用于在激光焊接过程中向工件的待焊接部位喷射辅助气体；内部通道，其被构造成用于将辅助气体从所述进气口引导到所述辅助气体喷射口；其中，所述内部通道包括至少一级回旋气腔，所述回旋气腔被构造成使得辅助气体在从所述进气口经过所述回旋气腔向所述辅助气体喷射口流动的过程中在所述回旋气腔内积聚，以使辅助气体以层流方式从所述辅助气体喷射口喷射出。
8.根据本实用新型的一个可选实施例，所述激光焊接辅助气体施加装置被构造成环形并用于焊接锂电池的电池壳盖板。
9.根据本实用新型的一个可选实施例，所述激光焊接辅助气体施加装置被构造成具有第一开口和与第一开口相对的第二开口，其中，所述第一开口大于所述第二开口，所述进气口位于所述第一开口的上边缘处，所述辅助气体喷射口位于所述第二开口的内侧边缘处。
10.根据本实用新型的一个可选实施例，所述内部通道包括多级回旋气腔，其中，彼此相邻的回旋气腔通过多个渗入开口流体连通而使得辅助气体能够在各级回旋气腔内积聚；和/或所述激光焊接辅助气体施加装置包括上区段和下区段，所述回旋气腔至少部分设置
在所述上区段中，所述辅助气体喷射口设置在所述下区段中，所述上区段与所述下区段以不同的倾斜角度倾斜。
11.根据本实用新型的一个可选实施例，所述多级回旋气腔上下叠置地布置；和/或所述回旋气腔被构造成环形空腔；和/或所述上区段相比所述下区段相对于竖直轴线以更大的倾斜角度倾斜；和/或所述渗入开口被构造成缝状开口；和/或所述多级回旋气腔包括5级回旋气腔。
12.根据本实用新型的一个可选实施例，所述上区段被构造成具有矩形横截面；和/或所述下区段被构造成具有朝下端窄缩的截头锥形横截面；和/或所述回旋气腔被构造成具有矩形横截面；和/或所述多个渗入开口均匀地布置。
13.根据本实用新型的一个可选实施例，所述至少一级回旋气腔至少包括一级与所述辅助气体喷射口直接流体连通的回旋气腔；和/或所述至少一个进气口包括至少两个进气口，所述两个进气口均布地设置在激光焊接辅助气体施加装置的上边缘处；和/或所述激光焊接辅助气体施加装置至少部分被构造成由模块拼接而成的模块拼接式结构；和/或所述激光焊接辅助气体施加装置至少部分通过激光3d打印或机加工制造而成。
14.根据本实用新型的一个可选实施例，每个模块设置有相应的进气口并使每个模块具有独立的内部通道而仅允许通过相应的进气口进入的辅助气体从相应的模块喷气口喷出，所述模块喷气口构成所述辅助气体喷射口的至少一部分。
15.根据本实用新型的一个可选实施例，所述进气口包括外露段以及嵌入相应的回旋气腔内的嵌入段，其中，所述外露段用于通过输送管与辅助气体供应源流体连接，所述嵌入段设有流体连通到相应的回旋气腔的多个引入开口，以将辅助气体引入到相应的回旋气腔中；和/或所述激光焊接辅助气体施加装置包括用于在焊接过程中将激光焊接辅助气体施加装置相对于工件保持的至少一个安装结构。
16.根据本实用新型的一个可选实施例，所述嵌入段延伸到并连接到相应的回旋气腔的底壁；和/或所述引入开口布置在所述嵌入段的外周上；和/或所述安装结构被构造为安装孔；和/或所述至少一个安装结构包括两个安装结构，所述安装结构居中地设置在激光焊接辅助气体施加装置的相应的长边上。
17.根据本实用新型的第二方面，提供了一种激光焊接系统，其中，所述激光焊接系统至少包括所述激光焊接辅助气体施加装置。
18.根据本实用新型的某些示例性实施例，激光焊接辅助气体施加装置可以灵活地根据待焊的电池壳盖板的大小和/或形状设计，且制造简单、成本较低。
附图说明
19.下面，通过参看附图更详细地描述本实用新型，可以更好地理解本实用新型的原理、特点和优点。附图包括：
20.图1和图2以立体图从不同角度示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的激光焊接辅助气体施加装置。
21.图3示出了图1和图2所示的激光焊接辅助气体施加装置的俯视图。
22.图4示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的沿图3中的剖面线a-a所作的激光焊接辅助气体施加装置的局部剖切立体图。
具体实施方式
23.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本实用新型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用于解释本实用新型，而不是用于限定本实用新型的保护范围。
24.图1和图2以立体图从不同角度示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的激光焊接辅助气体施加装置。所述激光焊接辅助气体施加装置尤其适合于在激光焊接锂电池壳体、尤其是盖板时使用。在激光焊接过程中，施加辅助气体可以使激光焊接在期望的条件下进行。辅助气体既可以充当保护气体的作用，以防止氧化与减少气孔，也可以起着影响焊缝外观的作用。因此，对于本领域的技术人员来说，辅助气体可以是任何有利于实现期望焊接质量的气体，例如氮气、氩气、氦气等。
25.如图1和图2所示，激光焊接辅助气体施加装置处于组装状态。在该组装状态下，激光焊接辅助气体施加装置呈封闭环形形状而具有第一开口1、即上开口和第二开口2、即下开口。在该封闭环形的内侧下边缘处，即在下开口的内侧边缘处设有一圈辅助气体喷射口3。当激光焊接锂电池的壳体时，电池壳本体与电池壳盖板之间的待焊接部位邻近辅助气体喷射口3定位在下开口处，从而可在激光焊接过程中向焊接部位施加辅助气体、例如保护气体，以辅助完成激光焊接过程来实现良好焊接质量。
26.优选地，辅助气体喷射口3被构造成环绕一周的连续缝状开口，从而可以对锂电池壳体的待焊接部位形成全包围。换言之，整个待焊接部位在激光焊接过程中都能根据需要被施加辅助气体。
27.根据本实用新型的一个示例性实施例，激光焊接辅助气体施加装置可被构造成模块拼接式结构，即，激光焊接辅助气体施加装置可以通过多个模块拼接而成。在这种情况下，可以很容易地根据锂电池壳体的电池壳盖板的大小和/或形状拼接出合适的激光焊接辅助气体施加装置，这提供了非常大的灵活性。如果采用模块拼接式结构，各个模块可以采用例如磁吸式连接结构拼接在一起。例如，可以沿图1和图2中的线条划分模块，即，可以认为各个模块沿图1和图2中的线条拼接在一起。
28.对于本领域的技术人员来说，图1和图2所示的激光焊接辅助气体施加装置的拼接方式仅是示例性的。当然，激光焊接辅助气体施加装置也不局限于上述模块形式和拼接形式，而是可以为任何合适的形式。
29.还可以从图1和图2中看出，第一开口1大于第二开口2。相应地，激光焊接辅助气体施加装置各段的内侧表面相对于竖直轴线4至少部分地倾斜布置。这一方面有利于从上方施加激光束，另一方面也有利于辅助气体从焊接部位扩散，从而对激光焊接过程是有益的。
30.图3示出了图1和图2所示的激光焊接辅助气体施加装置的俯视图。
31.此外，根据本实用新型的一个示例性实施例，所述激光焊接辅助气体施加装置设有至少一个进气口5，用于例如通过输送管(未示出)、优选软管从辅助气体供应源(未示出)接收辅助气体。
32.为了将从进气口5进入的辅助气体引导到辅助气体喷射口3处进行喷射，激光焊接辅助气体施加装置还设有用于将进气口5与辅助气体喷射口3流体连通的内部通道6(图1-图3中未示出，但可参看图4)。
33.如图1-图3所示，激光焊接辅助气体施加装置设有两个进气口5，它们相对布置在两个短边处。当然，也可布置在任何合适的位置处、例如长边处。从两个进气口5进入的辅助气体通过内部通道6从辅助气体喷射口3均匀地喷射出。
34.本领域的技术人员可以理解，如果内部通道6构造得不合适，辅助气体经过内部通道6从辅助气体喷射口3喷出时可能不均匀(或不是层流特性)或喷射特性不利于激光焊接。理想情况下，从辅助气体喷射口3喷出的辅助气体应呈层流特性。为此，需要对内部通道6进行合适地构造和设计。
35.图4示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的沿图3中的剖面线a-a所作的激光焊接辅助气体施加装置的局部剖切立体图。
36.根据本实用新型的一个示例性实施例，内部通道6可被构造成包括至少一层回旋气腔61，使得辅助气体在从进气口5经过所述回旋气腔61向辅助气体喷射口3流动的过程中在所述回旋气腔61内积聚，以使辅助气体以层流方式从辅助气体喷射口3喷射出。
37.根据本实用新型的一个示例性实施例，所述至少一层(级)回旋气腔61至少包括一层与辅助气体喷射口3直接流体连通的回旋气腔61，从而，使得辅助气体在从辅助气体喷射口3喷射出之前被积聚。在积聚作用下，辅助气体从回旋气腔61例如均匀渗入辅助气体喷射口3。所述回旋气腔61通过多个渗入开口62、优选均匀布置的多个渗入开口62与辅助气体喷射口3流体连通，如图4所示。
38.为了进一步改善辅助气体从辅助气体喷射口3喷出时的层流特性，优选地，内部通道6可被构造成包括多层回旋气腔61，彼此相邻的回旋气腔61通过多个渗入开口62、优选均匀布置的多个渗入开口62流体连通。在这种情况下，辅助气体在一层回旋气腔61(上游回旋气腔)内积聚，在充满过程中会通过渗入开口62流入另一层回旋气腔61(下游回旋气腔)并且在该层回旋气腔61内积聚，然后再向下游流动。通过辅助气体层层积聚并逐级渗入，最终实现从辅助气体喷射口3的层流喷出。
39.根据本实用新型的一个示例性实施例，所述至少一层回旋气腔61包括5层回旋气腔61。
40.根据本实用新型的一个示例性实施例，所述渗入开口62可被构造成缝状开口。当然，本领域的技术人员也可以理解，所述渗入开口62也可以被构造成其它形状、例如圆形形状。
41.根据本实用新型的一个示例性实施例，所述渗入开口62在相邻的回旋气腔61之间均匀地分布，从而可使辅助气体从上游回旋气腔61相对均匀地渗入相邻的下游回旋气腔61。
42.在图1-图4示出的示例性实施例中，回旋气腔61是环形空腔，特别是激光焊接辅助气体施加装置采用模制机加工方法制造的情况下。当然，本领域的技术人员可以理解，回旋气腔61的形状并不局限于此，特别是在采用模块拼接方式的情况下，可以使各个模块内的回旋气腔61相应于模块本身的结构形成。
43.如图4所示，所述进气口5可包括外露段51以及嵌入相应的回旋气腔61内的嵌入段52，其中，所述外露段51用于通过输送管与辅助气体供应源流体连接，所述嵌入段52设有流体连通到相应的回旋气腔61的引入开口53，以将辅助气体引入到相应的回旋气腔61。
44.根据本实用新型的一个示例性实施例，如图4所示，所述进气口5可被构造成圆筒
形。
45.根据本实用新型的一个示例性实施例，如图4所示，所述进气口5的嵌入段52可延伸到并优选地连接到相应的回旋气腔61的底壁611。在这种情况下，引入开口53布置在所述嵌入段52的外周上。
46.根据本实用新型的一个示例性实施例，如图4所示，所述嵌入段52设有均匀分布的多个引入开口53。
47.如图4所示，激光焊接辅助气体施加装置包括上区段7和下区段8，所述回旋气腔61至少部分设置在所述上区段7中，所述辅助气体喷射口3设置在所述下区段8中。上区段7与下区段8以不同的倾斜角度倾斜，特别是上区段7相比下区段8相对于竖直轴线4以更大的倾斜角度倾斜。
48.根据本实用新型的一个示例性实施例，如图4所示，所述上区段7可被构造成具有矩形横截面，所述下区段8可被构造成具有朝下端窄缩的截头锥形横截面。
49.根据本实用新型的一个示例性实施例，如图4所示，所述回旋气腔61可被构造成具有矩形横截面。
50.根据本实用新型的一个示例性实施例，如图4所示，所述多层回旋气腔彼此叠置地布置。
51.如图1-图4所示，激光焊接辅助气体施加装置不仅可以采用激光3d打印技术制造，而且也可采用其它任何合适的制造技术，例如如上所述采用模制机加工方法制造，这种制造方式更适合批量制造，从而也可降低制造成本。
52.如上所述，激光焊接辅助气体施加装置可以采用模块拼接方式组装而成。在这种情况下，各个模块的内部通道在拼接处可能难以实现很好的密封，为此，可以为每个模块设置相应的进气口并使每个模块具有独立的内部通道来将辅助气体从相应的进气口引导到相应的模块喷气口(优选构造成缝状)，即所述模块被构造成仅允许通过相应的进气口进入的辅助气体从相应的模块喷气口喷出，而没有其它流出路径。在这种情况下，可以理解各个模块的模块喷气口共同组成辅助气体喷射口3。
53.在这种情况下，由于各个模块在拼接之后它们之间并不存在流体连通。这样，即使模块间拼接得不严密，也不会产生辅助气体泄漏问题。这对于保持辅助气体的喷射压力以及使辅助气体在焊接区域上均匀分布是非常有利的，而且使得各个模块、特别是模块的拼接结构可以设计得更为简单。
54.当然，在组装状态下，使各个模块或部分模块之间彼此流体连通而允许辅助气体在模块之间分布原则上也是可行的。
55.在采用模块拼接式方案的情况下，在激光焊接过程中，可仅使与正在焊接的部位相应的模块喷射辅助气体。当然，也可在激光焊接过程中使所有模块均喷射辅助气体。这种对辅助气体喷射的控制可以例如通过设置在输送管上的阀进行。
56.根据本实用新型的一个示例性实施例，激光焊接辅助气体施加装置还可包括安装结构9，例如如图1-图3所示为安装孔，以在焊接过程中将激光焊接辅助气体施加装置相对于待焊接工件保持在合适的位置。优选地，如图1-图3所示，在激光焊接辅助气体施加装置的相对侧、特别是长边相对侧分别设置一个安装孔，即两个安装孔。这两个安装孔优选居中地、彼此正对设置。
57.根据本实用新型，不仅可以使用固态焊接头进行焊接，而且也可使用扫描焊接头进行焊接。
58.根据本实用新型的一个示例性实施例，为了加强密封，可在进气口5处设置密封件(未示出)、例如密封环，以便在与输送管连接时能够实现可靠密封，防止辅助气体泄漏。
59.根据本实用新型，可以实现同时覆盖每个方向的均匀吹气，这对激光焊接来说是非常有利的，而且即使边角上也能实现全方位保护。
60.对于本领域的技术人员来说，显然本实用新型的技术思想并不限于激光焊接锂电池壳体，而是也可以用于焊接其它任何形状的结构。同时，也不限于严格意义上的全包围布置，而是也可以根据实际焊接需要进行调整。
61.尽管这里详细描述了本实用新型的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本实用新型的范围构成限制。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造也可被构想出来。