ag九游会官网VIP:一种薄板的激光焊接方法与流程

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  本发明针对不锈钢超薄板焊接密封性差的问题，提出通过优化激光焊接参数（光斑直径、焊接高度、轨迹）及夹具保护气体设计，实现焊缝均匀熔透和密封效果。采用搭接接头消除间隙，结合背面气体保护与参数调控，在低热输入下获得力学性能优异的沙漏形焊缝，明显提升电池壳体密封性与成形质量。

  激光焊接具有成形质量好、热影响区小、工件变形量小、后续加工量少、灵活性高等优点，非常适用于金属薄板的焊接成形。激光焊接根据焊接的热传导机理的不同大致可分为激光热导焊和激光深熔焊两种。当激光热输入超过一定阈值后，焊接模式由热导焊向具有“小孔效应”的深熔焊转变，以此来实现金属薄板的全熔透焊接。在金属薄板激光深熔焊全熔透条件下，当激光热输入较低时，薄板焊接成形形貌呈钉头形(v形)，即激光直接作用的薄板正面焊缝较宽而背面焊缝较窄；当激光热输入足够大时，则出现具有单面焊接双面成形的沙漏形(x形)焊缝，即薄板正面和背面的焊缝宽度大致相当。显然，沙漏形(x形)焊缝要较钉头形(v形)焊缝具有更加好的力学性能。然而，在金属薄板激光深熔焊全熔透条件下，要获得沙漏形(x形)焊缝则需要较大的热输入。但是，对于金属薄板焊接，较大的热输入将会引起金属薄板热变形增大和热影响区变宽等不利影响，极大地影响到金属薄板焊接成形品质。

  在金属薄板激光深熔焊焊接成形过程中，基于控制薄板焊接变形及减小热影响区等的考虑，当热输入量达到能实现金属薄板全穿透时即薄板焊接成形形貌呈钉头形(v形)，即可认为此时激光焊接工艺参数较优，因其焊接热变形和热影响区小，故通常将此种状态定义为低热输入。事实上，当激光实现全穿透金属薄板的瞬间，激光束会进入金属薄板下部的气体(激光焊接过程中若有保护气体则为保护气体，若无则为空气)介质中。众所周知，激光属于高能束流且在焊接过程中作用在一点的时间极短。换言之，激光实现全穿透金属薄板瞬间内进入气体介质中的能量占激光器整体输出能量的比重较大，若此部分激光能量能够被有效利用，则可望在低热输入状态下获得具有更好力学性能的沙漏形(x形)焊缝，进而兼顾焊缝的力学性能和控制薄板的热变形及热影响区。

  采用不锈钢超薄板制造的电池壳体重量轻、强度高、形状规则、刚性大、电池容量高。但如何将组成电池壳体的不锈钢超薄板密封，成为制约不锈钢超薄板在电池领域应用的关键因素。

  s004：激光器对两块薄板连接处的焊接，其焊接的起焊段和收焊段均引出到有效焊缝的外面。

  优选地，所述步骤s003还包括根据光斑直径选的对应的光纤、准直镜、聚焦镜、工作台及吹气保护设施，根据选择的聚焦镜的焦距确定焊接高度，根据两块薄板的形状确定焊接轨迹。

  优选地，光斑直径d1＝d2*f1/f2，其中，d2为光纤直径，f1为聚焦镜焦距，f2为准直镜焦距。

  a4：在显微镜下能够正常的看到，焊点尺寸随着聚焦镜离薄板高度的增加呈先降低后增加的趋势。

  优选地，焊接轨迹的确定方法如下：以具体的薄板形状为参照，沿着电池壳体形成一条封闭的焊接轨迹。

  优选地，激光焊接峰值功率和脉冲宽度需结合实际焊缝的熔深和熔宽进行调节，在固定的焊接速度下，以从小到大的激光峰值功率和脉冲宽度分别焊接数个样品，然后切开焊缝观察熔深和熔宽，选取合适的熔深熔宽所对应的峰值功率和脉冲宽度。

  优选地，脉冲频率f＝v/(0.2～0.5d)，其中，v是焊接速度，d为焊点尺寸。

  s004：激光器对两块薄板连接处的焊接，其焊接的起焊段和收焊段均引出到有效焊缝的外面。

  其中，步骤s003还包括根据光斑直径选的对应的光纤、准直镜、聚焦镜、工作台及吹气保护设施，根据选择的聚焦镜的焦距确定焊接高度；根据两块薄板的形状确定焊接轨迹；调节激光峰值功率、脉冲宽度、焊接速度、脉冲频率等参数以达到密封效果。

  其中，连接装置为搭接接头。由于薄板焊接时激光能量小，对焊接间隙非常敏感，因此就需要采用一种可以使两块薄板完全贴合在一起的连接装置。如图1所示，1为下薄板，2为上薄板。采用搭接接头，将焊缝3引到两块薄板1、2的外部，再用夹具装置5将上下两块薄板1、2压紧，激光束4对焊缝3焊接，从而最大限度的消除焊接间隙，同时，也可以有效的预防焊穿对电池里面电芯的损伤。

  夹具装置5将上薄板2和下薄板1压紧贴合，并且能实现背面气体保护功能。夹具装置5离焊缝3之间的距离为1～2mm。背面气体保护能预防焊缝背面被氧化，夹具装置5离焊缝3的距离为1～2mm既能实现压紧功能，又不会干扰到激光光束。

  光斑直径d1＝(0.33～1)*两块薄板的总厚度。因为薄板焊接时采用的是热传导焊，焊缝的熔深与熔宽比值基本为1。焊缝熔宽与光斑直径的比值基本在1-3之间。因此得到所述光斑直径d1＝(0.33～1)*两块超薄板的总厚度。

  光斑直径d1＝d2*f1/f2。其中，d2为光纤直径，f1为聚焦镜焦距，f2为准直镜焦距。在不锈钢超薄板焊接过程中，应尽量选用焦距较大的聚焦镜。因为焦距越大，激光能量在高度方向越稳定。

  a4:在显微镜下能够正常的看到，焊点尺寸随着聚焦镜离薄板高度的增加呈先降低后增加的趋势：处于中间位置并且尺寸最小的焊点对应的高度即为焊接高度。

  焊接轨迹的确定方法如下：以具体的电池壳体形状为参照，沿着电池壳体形成一条封闭的焊接轨迹。

  其中必须要格外注意的是，起焊段和收焊段需要引出到有效焊缝的外面：因为起焊段由于工件温度低，工作台从静止开始加速，导致焊缝能量不稳定；收焊段存在焊坑，易产生焊坑裂纹。

  激光焊接峰值功率和脉冲宽度需结合实际焊缝的熔深和熔宽进行调节，在固定的焊接速度下，以从小到大的激光峰值功率和脉冲宽度分别焊接数个样品，然后切开焊缝观察熔深和熔宽，选取合适的熔深熔宽所对应的峰值功率和脉冲宽度。

  激光焊接的脉冲频率应该要依据焊接速度和焊点尺寸确定，正常的情况下，焊点重叠率在50％～80～之间可实现密封。因此，脉冲频率f＝v/(0.2～0.5d)，其中，v是焊接速度，d为焊点尺寸。

  对于单层厚度为0.075mm的316l不锈钢超薄板，采用光纤激光器进行焊接。连接装置和夹具装置5结构如图1所示。采用的光纤芯径为50um，准直镜焦距100mm，聚焦镜焦距180mm，光斑直径90um，离焦量0mm。保护气为ar气，正反面流量均为10l/min。峰值功率0.14kw，脉冲宽度0.30ms，焊接速度30mm/s，脉冲频率600hz。得到焊缝外观均匀，纹路一致。熔池形貌：熔宽0.17mm，熔深0.13mm。焊缝无变形和飞溅，并焊缝经过渗透和氦检，均无泄漏现象，能达到良好的密封效果。

  以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

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