專利名稱：制備鉛蓄電池的方法以及制備鉛蓄電池的夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備鉛蓄電池的方法，尤其是涉及與焊接電池端部分有關(guān)的鉛蓄電池的制備方法以及制備該電池的夾具。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)應(yīng)用是制備所謂套管端式鉛蓄電池，其中鉛套管也充當(dāng)端子，將從裝配鉛蓄電池的電池容器內(nèi)的電池室向上突出的極柱上部經(jīng)插孔插入通過鑄件模壓工藝由合成樹脂制成的罩中的鉛套管鑄件內(nèi)，并且沿極柱的外周邊將所插入的極柱和鉛套管相互焊接，或者制備端子元件斜向?qū)С鍪姐U蓄電池，在鉛套管的外周邊表面上固定單獨(dú)制造的端子，并使用噴槍將套管與端子相互焊接。
在這種情況下，如上所述使用噴槍進(jìn)行焊接時，為預(yù)先防止罩由于焊接熱量而變形，從而在罩與罩中整體澆鑄的鉛套管之間發(fā)生氣密失效，通常在該狀態(tài)下優(yōu)選進(jìn)行噴槍焊接，用于通過涼水的護(hù)套型環(huán)形模與鉛套管周邊表面或安裝在套管上的端子的周邊表面接觸。
尤其是在制備如上所述的套管端子式的鉛蓄電池的情況下，傳統(tǒng)上通過噴槍火焰將鉛蓄電池要焊接的端子部分，即通過插入模制在由合成樹脂制成的罩中整體澆鑄的鉛套管的相互鄰接或相鄰周邊部分，與通過鉛套管中的圓柱孔插入的電池體極柱相互焊接。
然而，在使用噴槍將極柱與鉛套管焊接的情況下，如果罩表面到鉛套管的上端表面之間的高度不大于8-10mm，換句話說，小于8-10mm，不能避免由于噴槍焊接期間產(chǎn)生的熱量而引起的罩變形，即使使用上述冷卻裝置，但在罩與罩中形成的鉛套管之間發(fā)生氣密失效。因此，需要鉛套管的上端從罩表面突出大于8-10mm，從而在罩的上表面之上需要足以容納鉛套管端子的該對應(yīng)的高度空間。另一方面，希望制備側(cè)向?qū)С龆俗邮姐U蓄電池，能降低罩上表面之上的高度空間。然而，將鉛套管的基礎(chǔ)部分與幾毫米厚的板形端子噴槍焊接中，裝在其上的、在焊接的端子部分與罩表面之間的距離只有幾毫米，從而由于噴槍焊接而引起罩的熱變形，常在罩與罩中的鉛套管鑄件之間發(fā)生氣密失效，造成許多產(chǎn)品損失。
因此，希望解決這種不便并研制能制備鉛蓄電池的工藝，其中能順利焊接所需部分而沒有任何產(chǎn)品損失。
當(dāng)使用噴槍火焰進(jìn)行上述端子部分的焊接時，由于噴槍火焰的熱量使得沿端子部分周圍的由合成樹脂制成的罩變軟，在罩與套管之間產(chǎn)生一縫隙，從而引起氣密失效。此外，焊接部分滲透深度難于均勻，而且，焊接端子部分的外觀形狀塌陷，從而難于制成確定形狀的焊接端子。
因此，希望解決這種不便并通過焊接端子部分的方法研制能制備鉛蓄電池的方法，能穩(wěn)定并滿意地相互焊接端子部分而沒有任何產(chǎn)品損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供制備鉛蓄電池的方法，解決與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的問題，本發(fā)明的特征在于通過激光焊接將裝配好的鉛蓄電池的罩中整體澆鑄的鉛套管與經(jīng)鉛套管插入的極柱相互焊接在一起。
為此，本發(fā)明提供一種制備鉛蓄電池的方法，其特征在于在利用激光焊接將整體澆鑄在裝配好的鉛蓄電池的罩中的鉛套管與經(jīng)鉛套管插入的極柱焊接在一起時，施加低輸出的激光束并在其后施加高輸出的激光束。
本發(fā)明還提供一種制備鉛蓄電池的方法，其特征在于在通過激光焊接執(zhí)行整體澆鑄在裝配好的鉛蓄電池的罩中的鉛套管與經(jīng)鉛套管插入并焊到鉛套管上的極柱以及鉛套管與適當(dāng)安裝在鉛套管上的接頭端子元件的焊接時，施加低輸出的激光束并在其后施加高輸出的激光束。
此外，在按照本發(fā)明的制備鉛蓄電池的方法中，其特征在于激光焊接是脈沖式。
此外，在按照本發(fā)明的制備鉛蓄電池的方法中，其特征在于脈沖式的激光焊接中的焊珠重疊密度范圍為6-12點(diǎn)/毫米。
此外，本發(fā)明的目的是提供用于鉛蓄電池的端子部分的激光焊接的方法，防止激光束在制備上述鉛蓄電池的激光焊接過程中被由于其應(yīng)用時產(chǎn)生的煙霧所遮斷，能以高效并穩(wěn)定及滿意地完成焊接。其特征在于當(dāng)激光提供給鉛蓄電池的要焊接端子部分執(zhí)行激光焊接時，利用激光焊接端子部分方法，使端子部分被圓柱形防護(hù)罩的下端圓柱部分所包圍，在這種情況下，激光焊接時產(chǎn)生的煙霧被吸入，經(jīng)過圓柱形防護(hù)罩的排氣口排到圓柱形防護(hù)罩的外面。
此外，本發(fā)明的目的是提供激光焊接端子部分的方法，當(dāng)在制備鉛蓄電池的上述方法中使用激光焊接的上述方法時，通過精確和高效應(yīng)用激光束能完成焊接，其特征在于在圓柱形防護(hù)罩上提供出料口，氧氣或空氣經(jīng)過出料口供給要焊接的部分。
此外，本發(fā)明的目的是提供激光焊接的方法，當(dāng)在制備鉛蓄電池的上述方法中使用激光焊接的上述方法時，可更精確和更高效完成激光焊接，其特征在于具有在周邊壁環(huán)繞形成的多個連通口的罩環(huán)安裝在圓柱形防護(hù)罩中，環(huán)狀空間位于罩環(huán)與圓柱形防護(hù)罩的內(nèi)周邊壁表面之間，從而可吸入罩環(huán)中產(chǎn)生的煙霧，經(jīng)過罩環(huán)連通口、圍繞的環(huán)狀空間以及排氣口從圓柱形防護(hù)罩排出，同時遮擋液體經(jīng)過出料口流入圓柱形防護(hù)罩。
此外，當(dāng)在制備鉛蓄電池的上述方法中使用上述激光焊接時，本發(fā)明能有效完成激光焊接而同時高效去除激光焊接產(chǎn)生的煙霧，其特征在于罩環(huán)中以規(guī)則間隔形成的多個連通孔制成環(huán)的圓周切線方向上開口，從而在罩環(huán)內(nèi)部產(chǎn)生的煙霧出現(xiàn)渦流流動，吸入并被排出。
此外，本發(fā)明的目的是提供激光焊接夾具，適合完成制備鉛蓄電池的上述方法，其特征在于用透光板密封由良好導(dǎo)熱性金屬制成的圓柱體的上表面的開口，其下圓柱形部分適合安裝在鉛蓄電池的端子部分的外周邊表面上，從而形成圓柱形防護(hù)罩，圓柱形防護(hù)罩備有多個出料口，用于遮擋液體在其下部分環(huán)繞放置，在出料口上的位置處以規(guī)則間隔環(huán)形地設(shè)有多個連通口的罩環(huán)安裝在圓柱形防護(hù)罩上，以便在罩環(huán)與圓柱形防護(hù)罩的周邊壁的內(nèi)表面之間存在一個環(huán)狀空間，而圓柱形防護(hù)罩備有與環(huán)狀空間相連的排氣口。


按照本發(fā)明的制備鉛蓄電池方法的其它性能以及所用的焊接夾具的公開下面將更清楚。
圖1是按照本發(fā)明的制備鉛蓄電池方法的實(shí)施例的一個例子的部分剖開側(cè)視圖。
圖2是圖1所示鉛蓄電池的端子部分是頂視圖。
圖3是解釋焊接焊珠的重疊密度的圖。
圖4是按照本發(fā)明的制備鉛蓄電池方法的另一實(shí)施例的部分剖開側(cè)視圖。
圖5是圖4所示鉛蓄電池的端子部分的頂視圖。
圖6是按照本發(fā)明制備鉛蓄電池方法中所用的按照本發(fā)明一個實(shí)施例的激光焊接夾具的側(cè)視圖。
圖7是沿圖6的VI-VI線剖開的截面圖。
圖8是沿圖7的VII-VII線剖開的截面圖。
圖9是用于解釋本發(fā)明所用的激光焊接方法的一個例子的部分剖開透視圖。
圖10是表示鉛蓄電池的端子部分的激光焊接狀態(tài)的一個例子的圖9的部分截面圖。
圖11是用于解釋按照本發(fā)明制備鉛蓄電池的方法中所用的激光焊接方法最優(yōu)選實(shí)施例的圖。
圖12是用于解釋在最優(yōu)選實(shí)施例中焊接端子部分的整個周邊之上均勻焊接深度的圖。
圖13是在按照本發(fā)明制備鉛蓄電池方法中所用的設(shè)備的另一實(shí)施例的中心垂直截面圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明，以便更清楚理解。
圖1和2表示適合制備鉛套管端子式鉛蓄電池的方法的本發(fā)明一個實(shí)施例。圖1是裝配好的鉛蓄電池A的部分剖開側(cè)視圖，在該狀態(tài)下，與激光發(fā)生器(未示出)相連的激光噴嘴位于裝配好的鉛蓄電池A要焊接的極柱的端子部分的上表面之上，而圖2是其罩的頂視圖。
具體而言，裝配好的鉛蓄電池A包括單-組型鉛蓄電池，例如，包括6個電池。圖中，標(biāo)號a表示由例如聚丙烯的合成樹脂制成的模壓電池容器，而標(biāo)號b表示鄰接并與容器a上表面氣密結(jié)合的電池容器的模壓罩，具有上平面，并設(shè)有利用例如聚丙烯的合成樹脂作為原材料通過澆鑄工藝而整體澆鑄其中的鉛套管1。優(yōu)選鉛套管1利用例如Pb-Ca-Sn等的鉛合金作為材料制備。按照本發(fā)明，澆鑄鉛套管1，從罩b的上表面到其上端表面的突出的高度h非常小，為15mm或更小，優(yōu)選10mm或更小，例如所述實(shí)施例中的4mm。
裝在容器a的各個電池室c中的電池通常串聯(lián)連接，以如下方式裝配鉛蓄電池從固定夾片e向上突出的正極極柱2的上部分2a經(jīng)過位于容器罩b的一側(cè)的角部分處的鉛套管1的插入孔3插入，固定夾片e與在容器a的一端處的例如組成電池室c內(nèi)的電池的正極和負(fù)極板中的正極板d、d......的極耳連接，如圖所示，從固定夾片向上突出的負(fù)極極柱的上部分經(jīng)過同樣澆鑄其中的鉛套管上的插入孔插入，盡管未示出，固定夾片與在容器a的另一端處的電池室內(nèi)的電池負(fù)極板連接。按照本發(fā)明，通過激光焊接將所裝配的鉛蓄電池的正極極柱2的上部分2a與沿其外周邊表面的鉛套管1的突起部分1a焊接在一起，同樣通過激光焊接將負(fù)極極柱的上部分2a與沿外周邊的鉛套管的突起焊接在一起。為方便起見，以下只詳述圖1所述正極極柱的極柱2與一側(cè)上的鉛套管1激光焊接。省略負(fù)極側(cè)上的激光焊接的描述，因?yàn)槠湟韵嗤椒ㄍ瓿伞?br> 按照本發(fā)明，希望激光焊接噴嘴4離正極極柱2之上的鉛套管1的上端以及沿外周邊的鉛套管1的距離是一個理想的高度，而板形透明屏蔽玻璃5位于焊接噴嘴4之下。屏蔽玻璃5經(jīng)由此垂直懸掛的支撐腳6剛好位于焊接噴嘴4之下，或位于裝在罩b的上表面上的圓柱形模子7的上表面，也適當(dāng)安裝在鉛套管1的突起1a的外周邊表面上，以便支撐鉛套管1，如虛線所示。如圖所示的模子7，換句話說，夾具是由良好熱導(dǎo)性的銅制成的圓柱形模子，也起到焊接期間冷卻受熱的鉛套管1的作用，上部分的內(nèi)周邊表面形成向上延伸的喇叭形傾斜表面7a，從而屏蔽玻璃5穩(wěn)定地放置在內(nèi)周邊傾斜表面7a上。對于由銅制成的模子7，無需提供像傳統(tǒng)那樣通過冷卻水的護(hù)套式設(shè)備，不必在使水通過時來完成冷卻操作。當(dāng)來自激光噴嘴4的激光束4b作用于極柱2的上表面和鉛套管1以便相互焊接時，屏蔽玻璃5用于防止激光噴嘴4被所產(chǎn)生的濺射鉛沉積，如圖1所示。鉛套管1的上端表面到鉛屏蔽玻璃5的高度距離一般保持約15mm-100mm。
激光噴嘴4經(jīng)光纖4b與未示出的預(yù)定激光發(fā)生源連接。激光類型是例如，YAG激光，利用YAG激光可完成按照本發(fā)明的激光焊接。激光焊接的方法可以是連續(xù)焊接或脈沖焊接，但是，在鉛或鉛合金焊接(滲透)的深度需要深的情況下，優(yōu)選脈沖焊接方法。通過把例如6-8焦耳的足以焊接鉛或鉛合金的高輸出激光束作用到極柱2的外周邊表面的鄰接或相鄰圓形部分8以及鉛套管1的外周邊表面或其附近或沿極柱2的外周邊表面的鄰接或相鄰圓形部分8以及鉛套管1的外周邊表面或其附近，移動激光至少一周而同時焊接部分8在一起，就能完成按照本發(fā)明的激光焊接，從而將極柱2與鉛套管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滲透深度至少約2.5mm，這已足夠。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，按照該激光焊接，即使鉛套管1到罩b的上表面的高度只有4mm，也可將極柱2與鉛套管1穩(wěn)定并良好焊接在一起，而不發(fā)生罩b的熱變形。因此，就按照本發(fā)明制備的鉛蓄電池而論，由罩b的上表面突起的鉛套管端子低至4mm，從而與通常所需要的8-10mm或更大相比，產(chǎn)生極大降低端子之上的高度空間的效果。
此外，極柱2和鉛套管1由鉛或鉛合金組成，一般優(yōu)選二者元件使用相同材料。
在極柱2和鉛套管1由鉛合金組成的情況下，可使用任何多種鉛合金例如Pb-Sb合金、Pb-Ca-Sn合金、Pb-An合金、Pb-Sb合金等，適合用于激光焊接，但已發(fā)現(xiàn)Pb-Ca基合金的表面特別易于氧化，被空氣覆蓋黑的氧化物膜，從而提高的激光束的吸收率，適合完成相對深的激光焊接。
當(dāng)完成按照本發(fā)明的激光焊接時，發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象。
即當(dāng)高輸出的激光束開始作用于鉛套管1和極柱2的表面時，觀察到表面上的鉛或鉛合金劇烈濺射，變成所謂的濺射鉛，粘附在位于其上的屏蔽玻璃的表面上，從而遮擋了激光束。因此，在激光焊接的開始時充分完成激光焊接，但激光焊接的能量隨著時間推移而降低，這樣，擔(dān)心不能通過激光焊接完全將相互鄰接環(huán)狀部分8相互焊接在一起。經(jīng)各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)如果處于第一位置，激光束5b以低輸出作用，沒有濺射，而沿極柱與鉛套管的整個圓周表面移動一周，之后，以高輸出作用，可高效及高能量地在整個圓周表面上實(shí)現(xiàn)滿意的激光焊接。
如下詳述比較實(shí)驗(yàn)例。
在利用脈沖激光焊接將要焊接的極柱2與鉛套管1的相互鄰接的環(huán)狀部分8的整個圓周焊接時，通過該激光焊接情況(本發(fā)明的例子)得到各個焊接部分由低至0.8-1.5焦耳/脈沖的低輸出激光束首先作用到相互鄰接部分8的整個圓周表面及其附近，使鉛氧化物膜破裂，然后高至6-8焦耳/脈沖的高輸出激光束作用于整個圓周，從而完成激光焊接；以及通過從開始進(jìn)行高至6-8焦耳/脈沖的高輸出激光束的激光焊接情況(比較例)，通過在圖2的相互鄰接環(huán)狀部分8上標(biāo)號X表示的焊接開始點(diǎn)8a和焊接開始點(diǎn)8a相對側(cè)上并用標(biāo)號Δ表示的焊接中間點(diǎn)8b之間連接的線斷開，測量斷開表面的各個焊接部分的焊接(滲透)深度，結(jié)果在如下表1所示。
表1

從上面表1可了解，當(dāng)按照本發(fā)明首先應(yīng)用低輸出的激光束，然后應(yīng)用高輸出的激光束，可實(shí)現(xiàn)良好焊接，其中在焊接開始點(diǎn)和焊接中間點(diǎn)的焊接深度相同，約為2.5mm，焊接滿意。反之，當(dāng)從開始就使用高輸出的激光束進(jìn)行焊接時，焊接良好，其中焊接開始點(diǎn)的焊接深度約2.5mm，焊接滿意，但焊接過程的焊接中間點(diǎn)的焊接深度淺至1.5-2.0mm，焊接深度不夠。在使用表面產(chǎn)生氧化物膜的任何Pb-Ca基合金的情況下，好壞差距特別大。
此外，證實(shí)當(dāng)將高輸出的激光束作用于相互鄰接部分8和沿相互鄰接部分8應(yīng)用激光束而完成脈沖激光焊接時，每1mm重疊的焊接焊珠的數(shù)目，即焊珠的重疊密度，如圖所示，對焊接狀態(tài)有各種影響，如下文所述。
即，圖1所示的100個裝配好的鉛蓄電池用作樣品，以下列方式完成焊接，低至0.8焦耳/脈沖的低輸出的激光束作用于100個裝配好的鉛蓄電池中每個的鉛套管1和極柱2的表面，之后通過多種改變焊珠(直徑2mm)的重疊密度，高至6-8焦耳/脈沖的高輸出的脈沖激光束作用于相互鄰接部分8。對于每個樣品，檢查焊接(滲透)深度、針孔產(chǎn)生率以及由于罩變形引起的氣密失效率。結(jié)果如下表2所示。
表2

在上面表2中，焊接(滲透)深度表示6種不同重疊密度焊珠的每種中100個樣品的平均值。從表2可清楚，在每毫米的焊珠重疊密度是0的情況下，即任何焊珠在1mm內(nèi)未重疊，滲透深度為0.8mm，而在每毫米的焊珠重疊密度是3點(diǎn)的情況下，滲透深度是1.4mm，因此，不僅滲透深度淺，激光焊接不完全，而且通過滲透部分即焊接部分的針孔發(fā)生率，前者是20％，后者是48％。
另一方面，在每毫米的焊珠重疊密度是6點(diǎn)至12點(diǎn)的情況下，滲透深度深至2.5-3.3毫米，沒有通過滲透部分的針孔，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和優(yōu)良的激光焊接。在每mm的焊珠重疊密度是15點(diǎn)的情況下，發(fā)現(xiàn)滲透深度變成3.9mm，太深，罩b熱變形，罩b中的鉛套管鑄件的氣密破壞，發(fā)生氣密失效。
因此，發(fā)現(xiàn)在1mm長度內(nèi)的焊珠重疊數(shù)目/mm處于6點(diǎn)至12點(diǎn)范圍內(nèi)的情況下，可完成穩(wěn)定和優(yōu)良的激光焊接。
圖4和5表示本發(fā)明應(yīng)用于鉛蓄電池的實(shí)施例，該鉛蓄電池備有單獨(dú)制備并焊接到側(cè)向?qū)С龅你U套管的接頭端子元件。圖4是如圖1的具有相同剖開部分的側(cè)視圖，而圖5是罩的頂視圖。
在該實(shí)施例中，裝配好的鉛蓄電池A′的結(jié)構(gòu)在罩b′的一端及另一端的角部形成槽空間9，而鉛套管1澆鑄在槽空間9的底部表面的低水平處形成的罩部分b′1中。在這種情況下，鉛套管1的突起部分1a離罩b′1的上表面的高度，即突起部分1a到鉛套管1的上端表面的高度h同樣設(shè)定為4mm，如上述實(shí)施例，在電池容器a′一端由電池室c內(nèi)的電池的負(fù)極固定夾片e向上突起的極柱2的上部分2a，經(jīng)過鉛套管1的插入孔3插入。此外，接頭端子元件10包括最優(yōu)選約3-4mm厚度的延長板，接頭端子元件10包括由鉛或鉛合金制成的延長板，經(jīng)在一端制成具有適合安裝在鉛套管1的外表面上的直徑的圓形安裝孔11適當(dāng)安裝在圓柱形鉛套管1的外周邊表面上，安置具有螺栓-插入孔12的接頭端子元件10的另一端，從鉛蓄電池A′的側(cè)面向外水平突出。優(yōu)選用于接頭端子元件的材料與用于鉛套管1的鉛合金相同。
此外，優(yōu)選銅制成的圓柱形模子7′適當(dāng)安裝在鉛套管1的突起1a的周邊表面和接頭端子元件10的安裝端部分10a的外周邊緣的半圓形周邊表面上，并與之接觸，此外，位于與接頭端子元件10的上表面以及相對側(cè)接觸的罩部分b′1的上表面上，直角槽部分7′b形成在同樣橫跨其中的模子7′的下端，從而模子7′b在激光焊接時也起到冷卻鉛套管1的作用。
對于激光焊接，其中具有聚光鏡的激光噴嘴位于向上離鉛套管1的上表面約100mm的高度位置，而屏蔽玻璃5位于激光噴嘴4之下，與上述實(shí)施例的方法相同。
圖4和5表示極柱2與沿極柱2的外邊緣周圍的鉛套管1的相互鄰接環(huán)狀部分8利用上述實(shí)施例的相同焊接方法已被相互焊接在一起，從而良好形成焊接部分8a的情況。
此外，按照本發(fā)明，為將鉛套管1與接頭端子元件10相互焊接，通過把來自激光噴嘴4的激光束4a經(jīng)屏蔽玻璃5提供到鉛套管1與接頭端子元件10的相互鄰接環(huán)狀部分13，完成該兩者激光焊接。在這種情況下，至于激光焊接的方法，可采用連續(xù)焊接式或脈沖焊接式，以上述實(shí)施例所述的同一方法施加或輻射其激光束。優(yōu)選利用脈沖焊接，低至0.8-1.5焦耳/脈沖的低輸出激光束首先作用于鉛端子元件10的表面，以曝露鉛端子元件10內(nèi)部的鉛到其外表面，然后，應(yīng)用高至6-8焦耳/脈沖以及焊珠/mm的重疊數(shù)范圍為6點(diǎn)至12點(diǎn)的高輸出激光束，從而完成鉛套管1的突起1a與鉛接頭端子元件10的相互激光焊接，從而制備鉛蓄電池。
與噴槍產(chǎn)生的熱量相比，激光焊接開始到結(jié)束產(chǎn)生的熱量極小，從而不發(fā)生罩的熱變形。這與由銅制成的模子足以冷卻的上述實(shí)施例相同，無需傳統(tǒng)的水冷卻。
此外，當(dāng)完成了接頭端子元件10的激光焊接時，可任選在上述焊接法應(yīng)用于要焊接的部分，或環(huán)狀焊接劑位于其上之后，再完成激光焊接。
因此，按照本發(fā)明，當(dāng)利用激光焊接進(jìn)行裝配好的鉛蓄電池罩中澆鑄的鉛套管與經(jīng)鉛套管插入的極柱的焊接以及還有將鉛套管與安裝在鉛套管上的端子元件的焊接時，即使鉛套管離罩的上表面的高度比傳統(tǒng)工藝情況要小許多，仍可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良焊接，而對罩不產(chǎn)生不良影響，可制得穩(wěn)定和優(yōu)良的鉛蓄電池。尤其是在順利制備端子側(cè)向?qū)С鍪姐U蓄電池方面有優(yōu)勢。
在這種情況下，如上所述，如果首先應(yīng)用不產(chǎn)生濺射程度的低輸出激光束，移動一周到低輸出激光束的作用地點(diǎn)或軌跡和沿低輸出激光束的作用地點(diǎn)或軌跡，此后應(yīng)用高輸出激光束并移動一周，在整個圓周實(shí)現(xiàn)預(yù)定深度的激光焊接，而濺射鉛不粘附屏蔽玻璃。尤其是當(dāng)實(shí)施脈沖式激光焊接方法時，可更加提高焊接深度，提供堅(jiān)固的焊接。
當(dāng)通過應(yīng)用低輸出或/和高輸出的上述激光束將由任何多種鉛合金制成的套管1和極柱相互焊接到相互鄰接環(huán)狀部分8或其附近并使之至少一周時，擔(dān)心焊接期間產(chǎn)生的煙霧粘附屏蔽玻璃5，遮擋激光束的通過，結(jié)果，降低焊接能量，不能在整個圓周上實(shí)現(xiàn)預(yù)定均勻或相同的滲透深度，在一些情況下，不能實(shí)現(xiàn)具有穩(wěn)定及滿意焊接的端子部分的鉛蓄電池。
參考圖6-10，詳述解決該擔(dān)憂的本發(fā)明實(shí)施例。
在圖6-10中，標(biāo)號B表示按照本發(fā)明激光焊接夾具的一個例子，用于在制備按照本發(fā)明鉛蓄電池的工藝中完成上述激光焊接工藝。構(gòu)成夾具B主體的圓柱形防護(hù)罩70的圓柱形主體70a形成圓形，由具有良好熱導(dǎo)性的金屬材料制成，例如，熱導(dǎo)性高的金屬例如銅和銅合金，并對應(yīng)于上述實(shí)施例中也起到冷卻作用的模子7。圓柱形防護(hù)罩70的結(jié)構(gòu)用可穿過激光束的透光板5，通常利用耐熱玻璃板5，密封圓柱形主體70a的上表面的開口，其下端部分形成圓柱形下端部分70a1，其內(nèi)徑適合安裝在鉛蓄電池的端子部分的外邊緣表面上。此外，多個，3個優(yōu)選或更多出料口14、14......以規(guī)則間隔圓周布置，從而在圓柱形主體70a的下部形成開口，如圖所示，而且，備有多個例如在所述實(shí)施例中位于出料口14、14......之上并以規(guī)則間隔圓周布置的6個連通口15、15......的罩環(huán)16，安裝在圓柱形防護(hù)罩70中，從而在罩環(huán)16與圓柱形防護(hù)罩70的外緣壁的內(nèi)表面之間存在環(huán)狀空間17，并且排氣口18，優(yōu)選管狀排氣口18以突起形式設(shè)在圓柱形防護(hù)罩70中，以連通環(huán)狀空間17，如圖所示。
具體而言，以相對厚的5-10mm厚度的圓柱形壁70a3形成所述圓柱形防護(hù)罩70，其下部分形成錐形圓柱壁70a2，直徑逐漸降低到圓柱形下端部分70a1，上述3個出料口14、14、14以錐形圓柱形壁70a2制成，從而從外端向內(nèi)端傾斜向下，并在圓柱形下端部分70a1的開口附近開口，使用中，氧氣或空氣可在理想排放壓力下由外部壓縮泵(未示出)經(jīng)過由套爪夾盤裝置氣密連接到每個出料口14的壓力軟管19，朝圓柱形下端部分70a1的開口表面進(jìn)入圓柱形防護(hù)罩70。圓柱形防護(hù)罩70的上圓柱形壁70a3的內(nèi)邊緣壁表面形成截面為L-狀的槽壁表面，用于安裝橫截面為U-形的罩環(huán)16，罩環(huán)16安裝在槽壁表面的內(nèi)邊緣的凹槽部分中，從而在U-形罩環(huán)16的凹槽與圍繞罩環(huán)的外邊緣的槽壁表面之間形成環(huán)狀空間17。此外，螺紋安裝橫截面為T-形的寬環(huán)狀罩帽20，并插在圓柱形防護(hù)罩70的上圓柱形壁70a3的頂表面與位于其內(nèi)部的罩環(huán)16的頂表面之間，罩環(huán)16的頂表面水平與上圓柱形壁70a的頂表面相同，從而通過圓柱形防護(hù)罩70和環(huán)狀罩帽20給上和下部分加壓來保持和固定罩環(huán)16。用盤狀玻璃板5′密封環(huán)狀罩帽20的上表面的開口，通過在罩環(huán)16與環(huán)狀罩帽20之間夾住其周邊邊緣經(jīng)過插在其間的環(huán)狀填料21來氣密接合，從而構(gòu)成焊接夾具B。
此外，在使用時，連接管22例如壓力管其一端以結(jié)合方式與管狀排氣口18連接而另一端與外部真空泵連接，焊接期間夾具B內(nèi)產(chǎn)生的煙霧可被吸入，并在適當(dāng)?shù)呢?fù)壓下排出。
優(yōu)選在罩環(huán)16的邊緣壁上等間隔布置的6個連通口15以圓周切線方向平行開口，如圖7所示，這樣焊接期間夾具B內(nèi)產(chǎn)生的煙霧引起渦流，從而吸入煙霧，順利并快速排出，而不在圓柱形防護(hù)罩70內(nèi)停滯，如下文所述。
接著，參考圖9和10，描述利用按照本發(fā)明的上述夾具B，制備通過按照本發(fā)明的上述激光焊接工藝焊接端子的鉛蓄電池的工藝的一個例子。
按照本發(fā)明的夾具B的圓柱形防護(hù)罩70的下圓柱形端部分70a1適當(dāng)安裝在端子部分T的外邊緣部分，端子部分T包括在鉛蓄電池A″中由合成樹脂制成的容器罩b″中澆鑄的鉛套管1的上端部分1a以及正極極柱或負(fù)極極柱的上端部分2a，例如經(jīng)所述實(shí)施例中鉛套管1的插入孔3插入的正極極柱2的上端部分2a，換句話說，在鉛套管1的上端1a的外邊緣表面上，因此，圓柱形防護(hù)罩70的內(nèi)部氣密密封。另一方面，位于圓柱形防護(hù)罩70的下部分的出料口14、14、14經(jīng)連接管19、19、19例如壓力管與外部常規(guī)壓縮泵(未示出)連接，而從圓柱形防護(hù)罩70的上部分的側(cè)表面突起的管狀排氣口18經(jīng)連接管21例如壓力管與外部真空泵(未示出)連接。
例如，從脈沖式激光發(fā)生器(未示出)導(dǎo)出的激光噴嘴4，放置在位于圍繞端子T的電池罩b″上的夾具B之上，如上所述，從而按如箭頭所示導(dǎo)引激光束4b，經(jīng)過激光噴嘴4內(nèi)的入射鏡對準(zhǔn)要焊接部分的目標(biāo)，即對準(zhǔn)構(gòu)成端子部分T的相互鄰接圓形部分8的一個點(diǎn)，端子部分T由鉛套管1的突起1a′與正極極柱或負(fù)極極柱的上部分，即經(jīng)鉛套管1′的插入孔插入的所述例子中的正極極柱2的2a組成。此時，要焊接的部分8與激光噴嘴4之間的距離設(shè)定為與激光噴嘴4內(nèi)的入射鏡的焦距相等。在應(yīng)用激光束的情況下，激光噴嘴4以等于要焊接的圓形部分8的半徑移動一周，從而把至少一周激光束作用于要焊接的部分8的整個圓周，因此將部分8焊接在一起。在這種情況下，激光束的應(yīng)用條件，例如是應(yīng)用熱量數(shù)量范圍為5-10焦耳/脈沖，應(yīng)用間隔范圍為6-13pps?；蛉缟纤觯瑢?shí)施激光焊接方法，低輸出實(shí)現(xiàn)第一圈。激光噴嘴4的移動速度范圍設(shè)定為例如0.5-3.0mm/sec。
當(dāng)利用激光束完成要焊接的部分8的焊接時，在理想壓力下通過壓縮泵將氧氣或空氣經(jīng)過出料口14、14......排放到圓柱形防護(hù)罩70中。在這種情況下，氧氣或空氣朝下圓柱形端部分70a1的開口表面即朝端子部分T排放。通常，在經(jīng)濟(jì)上優(yōu)選使用空氣。焊接期間利用氧氣或空氣通過氧化要焊接的部分8的表面可阻止激光束的反射，從而可高效完成由激光束照射的焊接。
另一方面，驅(qū)動減壓裝置例如真空泵等，經(jīng)管狀排氣口18在理想負(fù)壓下抽成真空，從而吸入將要焊接部分的焊接期間產(chǎn)生在圓柱形防護(hù)罩70內(nèi)的煙霧，立即從圓柱形防護(hù)罩70排放到外面，這樣，防止了煙霧粘附屏蔽玻璃5以及遮擋激光束的通過。因此，在部分8的整個圓周之上均勻焊接好的滲透深度激光焊接，而預(yù)定激光輸出沒有任何降低。吸入流入圓柱形防護(hù)罩70中的防護(hù)液體，并與作為排放氣體的所產(chǎn)生的煙霧一起被排出。焊接期間溫度升高的套管1的熱量隨同氣體的排出同時被去除，從而相應(yīng)降低套管1的溫度，令人滿意地防止鉛套管1周圍的樹脂軟化和熔化。
在這種情況下，當(dāng)連通口15、15......如上所述在罩環(huán)16上以圓周切線方向形成時，在排放氣體的流動中導(dǎo)致渦流，可吸入排放氣體，作為流體在給定的確定方向上順利并快速排放。因此，按需要可將經(jīng)出料口14流入圓柱形防護(hù)罩70的防護(hù)流體的出料量以及將要吸入和排放的防護(hù)流體的排放量調(diào)節(jié)到所需的任何各種值，完成理想的優(yōu)選激光焊接。為此，利用壓縮泵可調(diào)節(jié)出料壓力和防護(hù)流體出料流動速率，利用真空泵可調(diào)節(jié)排放壓力和排放流體的排放速率到任何各種值，尤其是，出料壓力的優(yōu)選范圍設(shè)定在60-80Kpa，出料流動速率范圍在15-20liters/min，排放壓力范圍在300-450Pa，排放流動速率范圍在4-5m3/min。
如果防護(hù)流體的出料壓力和流速大于上述值，熔化的鉛易于泄漏。反之，如果出料壓力和流動速率小于上述值，鉛的熔化或熔融不足，焊接或滲透深度不足。此外，如果排放流體的排放壓力和流動速率大于上述值，電池中的空氣經(jīng)仍未焊接的端子部分8的一部分吸收，導(dǎo)致焊接失敗。反之，如果小于上述值，由于煙霧的散開污染了透光板5，從而降低了激光束作用于部分8的焊接能量，引起導(dǎo)致焊接失敗的趨向。
另一方面，由于圓柱形防護(hù)罩70由導(dǎo)熱材料制成，如上所述，焊接期間產(chǎn)生的熱量立即排放并擴(kuò)散到外界空氣中，從而可防止鉛套管1周圍的樹脂的融化和熔化。
圖10表示進(jìn)行激光焊接時將要焊接部分8′的焊接狀態(tài)。由于在整個圓周上以約4-6mm深度均勻圓周焊接的端子部分的邊緣表面被適當(dāng)安裝在其上面的、具有良好導(dǎo)熱性的圓柱形防護(hù)罩70的下圓柱形端部分70a1所保護(hù)，可實(shí)現(xiàn)外觀優(yōu)良的激光焊接端子部分T。
而且，在上面圖9所示的實(shí)施例中，對于100片的備有將要焊接的端子部分的鉛蓄電池，利用3.8焦耳/脈沖的低輸出激光束，而同時沿將要焊接的部分8移動第一圈(第一圓周)，使氧化物膜破裂，然后在多個階段施加高輸出逐漸降低的激光束，例如，11.5焦耳/脈沖、10.8焦耳/脈沖、10焦耳/脈沖和9.2焦耳/脈沖，移動第二圈(第二圓周)，如圖11所示，來完成將要焊接的環(huán)狀部分8的焊接。發(fā)現(xiàn)第一圈和第二圈導(dǎo)致在將要焊接的環(huán)狀部分的整個圓周之上的焊接深度基本上均勻，在4-6mm范圍，如圖12所示，在端子部分T周圍的罩b″的樹脂完全未軟化或融化，因此，確保得到可保持氣密優(yōu)良的鉛蓄電池，而電解質(zhì)不滲出。而且，高輸出的逐步階段數(shù)是不受限制的，但從質(zhì)量生產(chǎn)裝置等的觀點(diǎn)來說約2-8個階段是優(yōu)選的。
此外，出料口14形成在圓柱形防護(hù)罩70并且氧氣或空氣經(jīng)此供給的例子表示為本發(fā)明實(shí)施例的一個例子。然而，如果只去除煙霧，只通過排氣口18吸入就可實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，形成適當(dāng)縫隙，從而可不降低圓柱形防護(hù)罩70中的壓力。例如，在圓柱形防護(hù)罩70的下端部分與罩的表面之間或在下圓柱形端部分70a1與端子部分T的外邊緣表面之間存在縫隙，或省略環(huán)狀填料20的提供，從而經(jīng)環(huán)狀罩帽19與玻璃坂5之間的縫隙外界空氣通過吸入到圓柱形防護(hù)罩70。在這種情況下，由于外界空氣經(jīng)這些縫隙通過吸入到圓柱形防護(hù)罩70中，優(yōu)選供給氧氣，焊接深度深。
因此，按照本發(fā)明，以如下方式完成將要焊接的端子部分的激光焊接，在該狀態(tài)下鉛蓄電池的端子部分被圓柱形防護(hù)罩的下圓柱形端部分圍繞，防護(hù)流體經(jīng)形成在圓柱形防護(hù)罩上的出料口而流入，與將要焊接的端子部分接觸，同時，利用經(jīng)形成在圓柱形防護(hù)罩上的排氣口吸入而去除激光焊接期間產(chǎn)生的煙霧，利用防護(hù)流體阻止了激光束的反射，可高效完成激光焊接，也可防止激光束被煙霧遮擋，可防止足夠激光輸出的下降，改善了焊接效率，也可確保焊接部分處的均勻焊接深度。
在這種情況下，由于在圓柱形防護(hù)罩上安裝具有連通口的罩環(huán)，可保持流入圓柱形防護(hù)罩中的防護(hù)流體在罩環(huán)的內(nèi)空間一段時間，而不直接進(jìn)行排氣吸入，確保與將要焊接的部分接觸，之后被排出，而經(jīng)連通口攜帶煙霧。
此外，通過在罩環(huán)以圓周切線方向安置連通口，在煙霧中形成渦流，從而順利并滿意地吸入和去除。
而且，通過使用按照本發(fā)明的激光焊接夾具完成激光焊接，可帶來上述效果，可防止套管周圍樹脂的軟化和融化，從而可容易并高效獲得良好的鉛蓄電池。
圖13表示完成用于按照本發(fā)明鉛蓄電池的工藝的設(shè)備改型。形成極柱2，使突起2b的高度和直徑使得激光束不碰在突起2a上，具體而言，中空圓柱形或中空圓柱形突起例如圓柱形突起(所述實(shí)施例中)，整體位于極柱2的上端表面中心處。至于經(jīng)此插入極柱2并由此圍繞的鉛套管1，用環(huán)狀槽臺階1b形成突起部分1a的外邊緣表面。激光焊接夾具B′具有如下結(jié)構(gòu)圍繞并保持透光玻璃5′的環(huán)狀罩帽20′，其中多個例如6個圓形空氣-吸入口23、23......，每個直徑約5mm，以相同間隔圓周形成，環(huán)狀罩帽20′固定在由良好熱導(dǎo)性制成的圓柱形防護(hù)罩70′的上表面上，內(nèi)直徑約30mm的排氣管21′位于圓柱形防護(hù)罩70′的上圓柱形壁70a3′上。使用中，安置激光焊接夾具B′使其下圓柱形端70a1′可合適安裝在鉛套管1的突起1a的外邊緣表面上，同時也位于環(huán)狀槽臺階1b的表面上，如圖13所示。圖13中，標(biāo)號15′表示位于罩環(huán)16′上的連通口；標(biāo)號17′表示環(huán)狀空間；而標(biāo)號22′表示與排氣管21′相連的連接管。
因此，在如下狀態(tài)下完成激光焊接，激光焊接夾具B′的下圓柱形端70a1′合適安裝在環(huán)狀槽臺階1b上，環(huán)狀槽臺階1b位于端子T的外邊緣表面上，換句話說，所述實(shí)施例中，在鉛套管1的突起1a的外邊緣表面上，安置激光噴嘴4，通過聚光鏡4c會聚的激光束4b可聚焦，在極柱2的外邊緣表面與鉛套管1的內(nèi)邊緣表面之間對準(zhǔn)離環(huán)狀鄰接部分8(之間0-0.5mm縫隙)的邊界約0.15mm的外側(cè)部分，換句話說，激光束4b對準(zhǔn)鉛套管1的內(nèi)邊緣。激光噴嘴4沿鉛套管的內(nèi)邊緣圓周移動，使激光束4b作用于此，同時，經(jīng)排氣管21′和連接管22′進(jìn)行吸入抽真空。以上述方式完成激光焊接，應(yīng)用不產(chǎn)生濺射的低輸出激光束一圈，之后，應(yīng)用高輸出激光束一圈。因此，可滿意地在極柱2與鉛套管1之間進(jìn)行激光焊接在一起，圓周上深度均勻。在這種情況下，當(dāng)應(yīng)用高輸出的激光束一圈時，當(dāng)然，以均勻或確定高輸出或通過在多個階段逐漸降低高輸出也施加激光一圈。按照本發(fā)明，外界空氣利用上述吸入抽空作用經(jīng)空氣吸入口23、23、......吸入到圓柱形防護(hù)罩70′，總是通過圓柱形防護(hù)罩70′排放到外面，同時攜帶激光焊接產(chǎn)生的煙霧，從而保護(hù)玻璃5可防止煙霧粘附，因此，不僅能以預(yù)定高能量和預(yù)定合適深度滿意地將將要焊接的部分X焊接到一起而不遮擋激光束，而且附帶有焊接期間受熱的鉛套管1通過吸入的排氣流來空氣冷卻的效果。
另一方面，由于下圓柱形端部分70a1′與鉛套管的突起部分1a的外邊緣表面上的槽臺階1b緊密接觸，由銅制成的圓柱形防護(hù)罩70′帶走鉛套管1的熱量，將熱量釋放到外面，冷卻鉛套管1的突起部分1a，從而與上述空氣冷卻一起防止了鉛套管的溫度升高，同時更確保防止了焊接端子的熔化，在完成激光焊接步驟之后，得到確保防止電解質(zhì)經(jīng)焊接端子部分T的邊緣泄漏的優(yōu)良鉛蓄電池。
此外，根據(jù)被激光焊接時的熱量熔化的環(huán)狀部分的狀態(tài)，在極柱2的上端表面上的圓柱形突起2b起到判斷焊接深度的指標(biāo)作用。
而且，如果突起2a制成固體圓柱形突起，在完成激光焊接之后充電步驟時圓柱形突起被卡子夾住，即使充電期間在突起與卡子之間產(chǎn)生火花，突起起到防止端子T由于火花而破裂的作用。
此外，在安置激光束的焦點(diǎn)以對準(zhǔn)環(huán)狀鄰接部分內(nèi)部的極柱2的外邊緣的情況下，沿內(nèi)邊緣施加激光束，因?yàn)榭蛇M(jìn)一步降低作用于鉛套管1周圍的罩的樹脂的熱影響，這具有優(yōu)勢。
工業(yè)應(yīng)用因此，本發(fā)明可應(yīng)用于制備各種鉛蓄電池例如用于電動汽車的鉛蓄電池、用于汽車的鉛蓄電池、固定鉛蓄電池等。
權(quán)利要求
1.一種激光焊接夾具，其特征在于具有良好熱導(dǎo)性的金屬構(gòu)成的圓柱形主體的上表面開口被透光板封閉，下圓柱形部分適合安裝在鉛蓄電池的端子的外周邊表面，從而形成圓柱形防護(hù)罩，圓柱形防護(hù)罩設(shè)有圓周位于其下部分的用于防護(hù)流體的多個出料口，設(shè)有多個連通口的罩環(huán)安裝在圓柱形防護(hù)罩上，連通口以規(guī)則間隔圓周位于出料口之上，在罩環(huán)與圓柱形防護(hù)罩的邊緣壁的內(nèi)表面之間形成環(huán)狀空間，而圓柱形防護(hù)罩備有用于與環(huán)狀空間連通的排氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的激光焊接夾具，其特征在于圓柱形防護(hù)罩設(shè)有位于上部分的多個空氣吸入口，與環(huán)狀空間連通的排氣口位于空氣吸入口之下的圓柱形防護(hù)罩一側(cè)。
全文摘要
制備鉛蓄電池的方法，其中通過應(yīng)用激光束(4b)，將澆鑄在裝配好的鉛蓄電池(A)的罩(b)中的鉛套管與經(jīng)鉛套管(1)的插入孔(3)插入的極柱(2)焊接在一起。在激光焊接時，按照所需要，夾具(7)位于鉛套管(1)的周圍以圍繞它，完成激光焊接。
文檔編號B23K26/02GK1684288SQ200510063860
公開日2005年10月19日 申請日期2000年10月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月28日
發(fā)明者坂本光, 蛭田友喜, 鈴木壽一, 松本健之, 飯冢博幸, 星野耕一 申請人:古河電池株式會社