[發(fā)明專利]使用光束整形裝置和遮擋裝置焊接的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480084661.5
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN107427960A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 津久井亮
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動車歐洲公開有限公司
• 主分類號: B23K26/064
• 分類號: B23K26/064;B23K26/066;B23K26/067;B23K26/073;B23K26/082;B23K26/20
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所11247
• 代理人: 賀月嬌,楊曉光

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及用于焊接的系統(tǒng)和方法，更特別地，涉及使用光學(xué)元件和遮擋件(shield)以形成整形的(shaped)焊接輪廓的激光焊接。

背景技術(shù)

在電子設(shè)備(例如電池、燃料電池等)的制造中，部件設(shè)計經(jīng)常涉及通過焊接而組裝在一起的各種工件(例如兩個或更多個薄金屬片)。

典型地，金屬片被定位在一起并被置于焊接支撐物上。然后焊接設(shè)備(例如激光器、電子束/等離子體、弧焊機(jī)和/或其它類似的設(shè)備)可用于進(jìn)行焊接操作。

例如，當(dāng)將電池(例如鋰離子)封閉在殼和蓋內(nèi)時，電池的內(nèi)部部分可被組裝或放置在殼內(nèi)，蓋被放置在正確的位置，并且激光焊接操作被進(jìn)行以固定殼和蓋以密封封閉電池。

然而，在激光能量進(jìn)入電池的內(nèi)部部分的某些情況下，可能出現(xiàn)不期望的影響(例如損壞電極)。此外，焊接操作可能沒有完全將殼密封到蓋上，因此可能出現(xiàn)問題。

根據(jù)一些可用的技術(shù)，通過光纖激光器形成的激光束被用于使用光學(xué)元件(例如衍射光學(xué)元件)生成多個對稱十字形的熱源點，并且利用所產(chǎn)生的多點光束進(jìn)行焊接操作。例如，這樣的配置，其中，在中心部分中生成主熱源點，該中心部分在四個角被副熱源點圍繞，從而形成矩形輪廓。例如參見2014年6月16日提交的日本專利申請JP2014123850。

發(fā)明內(nèi)容

當(dāng)前較高的能量消耗光纖激光器通常為了基于其較小的光斑尺寸進(jìn)行各種激光焊接操作而被實現(xiàn)。然而，這樣的光纖激光器可具有不希望地高的每單位功率操作成本，并且可能發(fā)射對于焊接特定材料而言不希望的波長。

此外，可用的二極管激光器在消耗較小能量的同時具有對于在減小的余隙區(qū)域內(nèi)進(jìn)行焊接操作而言通常不希望的光斑尺寸，在所述余隙區(qū)域中焊接激光束的侵入對周圍區(qū)域(例如內(nèi)部電池組件)的損傷的風(fēng)險提高。

已經(jīng)確定，現(xiàn)有系統(tǒng)缺乏其中可以實現(xiàn)在能量和不希望的影響方面降低的用于焊接的有效且高效的系統(tǒng)。因此，本公開的主要的目標(biāo)是提供克服當(dāng)前可用系統(tǒng)和方法的不足的系統(tǒng)和方法。

根據(jù)本公開的實施例，提供一種激光焊接系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：激光源，其被配置為產(chǎn)生具有一光束輪廓的激光束；光束整形裝置，其被配置為形成不同于所述光束輪廓的整形的光束輪廓；以及遮擋裝置，其被配置為遮擋所述整形的光束輪廓的至少一部分。例如，所述遮擋裝置可以遮擋整個整形的光束輪廓區(qū)域的至少20％。

通過提供如上所述的激光焊接系統(tǒng)，使用各種光束輪廓的激光源以及根據(jù)遮擋裝置的調(diào)整/放置來整形激光束輪廓變得可能。因此，使用這樣的激光源變得可能：該激光源具有較低的每單位功率輸出的能量消耗，但否則將不適合焊接，例如，在減小的余隙區(qū)域中的二極管激光器。

所述激光源可包括二極管激光器，優(yōu)選地具有在200μm與800μm之間，更好地在300與500μm之間的光斑尺寸的二極管激光器。此外，所述激光束可具有600nm與1200nm之間，更好地800nm與900nm之間的波長。

所述光束整形裝置可包括衍射光學(xué)元件，和/或所述整形的光束輪廓包括頂帽(top-hat)輪廓。

根據(jù)一些實施例，可提供引導(dǎo)裝置，所述引導(dǎo)裝置被配置為沿著目標(biāo)的焊接線引導(dǎo)遮擋后的光束輪廓以進(jìn)行激光焊接。

所述整形的激光束輪廓的遮擋后的部分可包括整個整形的光束輪廓區(qū)域的至少50％。

所述遮擋裝置可包括至少一種激光吸收材料。

所述遮擋裝置的形狀可選自三角形和矩形。

根據(jù)一些實施例，所述遮擋裝置可包括兩個三角形形狀的遮擋件。

所述遮擋裝置可被配置為形成選自十字形或線形中的一者的遮擋后的光束輪廓。

根據(jù)一些實施例，所述系統(tǒng)可包括調(diào)整裝置，所述調(diào)整裝置被配置為基于沿著目標(biāo)的焊接線的位置調(diào)整所述遮擋裝置。

根據(jù)進(jìn)一步的實施例，提供了一種用于激光焊接的方法。該方法包括對激光束整形以形成期望的激光束輪廓；調(diào)整至少一個激光遮擋件，以使整形的激光束輪廓的區(qū)域的至少一部分被遮擋以形成焊接輪廓；以及沿著目標(biāo)的焊接線在行進(jìn)方向上引導(dǎo)所述焊接輪廓，以進(jìn)行焊接操作。所述部分可為所述區(qū)域的20％以上。

通過提供如上所述的激光焊接方法，使用各種光束輪廓的激光源以及根據(jù)遮擋件的調(diào)整來對激光束輪廓整形變得可能。因此，使用這樣的激光源變得可能：所述激光源具有較低的每單位功率輸出的能量消耗，但否則將不適合焊接，例如在減小的余隙區(qū)域中的二極管激光器。

所述調(diào)整可導(dǎo)致對所述期望的激光束輪廓的進(jìn)一步整形，以及可導(dǎo)致頂帽輪廓的形成。