激光焊接装置和激光焊接方法
阅读：1033发布：2020-09-29
专利汇可以提供激光焊接装置和激光焊接方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 激光 焊接 装置和 激光焊接 方法。所述激光焊接装置用于通过激光焊接将第一部件和第二部件接合在一起，并且包括：第一 激光束 照射装置，所述第一激光束照射装置向所述第一部件和所述第二部件之间的边界区域照射激光束；和第二激光束照射装置，所述第二激光束照射装置向所述第一部件和所述第二部件中的每一者的激光束照射 位置 照射激光束，该激光束照射位置在激光焊接进行方向上位于供所述第一激光束照射装置照射激光束的激光束照射位置的前方。，下面是激光焊接装置和激光焊接方法专利的具体信息内容。
1.一种用于通过激光焊接将第一部件(2)和第二部件(3)接合在一起的激光焊接装置，所述激光焊接装置的特征在于包括：
第一激光束照射装置(20a；30)，所述第一激光束照射装置向所述第一部件和所述第二部件之间的边界区域照射激光束；和
第二激光束照射装置(20b；30)，所述第二激光束照射装置向所述第一部件和所述第二部件中的每一者的激光束照射位置照射激光束，该激光束照射位置在激光焊接进行方向上位于供所述第一激光束照射装置照射激光束的激光束照射位置的前方。
2.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于还包括第三激光束照射装置(20c；30)，所述第三激光束照射装置向所述第一部件和所述第二部件中的每一者的激光束照射位置照射激光束，该激光束照射位置在激光焊接进行方向上位于供所述第一激光束照射装置照射激光束的激光束照射位置的前方，并且在激光焊接进行方向上位于供所述第二激光束照射装置照射激光束的激光束照射位置的后方。
3.根据权利要求1或2所述的激光焊接装置，其特征在于还包括：
单个激光束源(21)；和
衍射光学元件(31)，
其中，所述第一激光束照射装置和所述第二激光束照射装置集成在单个激光束照射装置中，所述单个激光束照射装置由于所述单个激光束源和所述衍射光学元件的设置而用作所述第一激光束照射装置和所述第二激光束照射装置两者。
4.根据权利要求2所述的激光焊接装置，其特征在于还包括：
单个激光束源(21)；和
衍射光学元件(31)，
其中，所述第一激光束照射装置、所述第二激光束照射装置和所述第三激光束照射装置集成在单个激光束照射装置中，所述单个激光束照射装置由于所述单个激光束源和所述衍射光学元件的设置而用作所述第一激光束照射装置、所述第二激光束照射装置和所述第三激光束照射装置。
5.一种用于通过激光焊接将第一部件(2)和第二部件(3)接合在一起的激光焊接方法，所述激光焊接方法的特征在于包括：
向所述第一部件和所述第二部件之间的边界区域照射激光束的第一激光束照射工序；
以及
向所述第一部件和所述第二部件中的每一者的激光束照射位置照射激光束的第二激光束照射工序，该激光束照射位置在激光焊接进行方向上位于在所述第一激光束照射工序中供激光束照射的激光束照射位置的前方。
6.根据权利要求5所述的激光焊接方法，其特征在于，当存在在激光焊接进行方向转过90度的状态下被执行激光焊接的部位时，所述第一激光束照射工序中的激光束和所述第二激光束照射工序中的激光束的照射样式构造成关于沿激光焊接进行方向延伸的线对称并且关于与沿激光焊接进行方向延伸的线垂直的线对称。
7.根据权利要求5所述的激光焊接方法，其特征在于还包括向所述第一部件和所述第二部件中的每一者的激光束照射位置照射激光束的第三激光束照射工序，该激光束照射位置在激光焊接进行方向上位于在所述第一激光束照射工序中供激光束照射的激光束照射位置的前方，并且在激光焊接进行方向上位于通过所述第二激光束照射工序照射激光束的激光束照射位置的后方。
8.根据权利要求7所述的激光焊接方法，其特征在于，当存在在激光焊接进行方向转过90度的状态下被执行激光焊接的部位时，所述第一激光束照射工序中的激光束、所述第二激光束照射工序中的激光束和所述第三激光束照射工序中的激光束的照射样式构造成关于沿激光焊接进行方向延伸的线对称并且关于与沿激光焊接进行方向延伸的线垂直的线对称。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的激光焊接方法，其特征在于：
所述第一部件是电池壳体且所述第二部件是盖部件，并且
在所述盖部件被焊接于所述电池壳体的开口部以密封所述开口部的情况下，至少所述开口部的角部设置有支承部，所述支承部在密封所述电池壳体和所述盖部件之间的间隙的状态下支承所述盖部件。
激光焊接装置和激光焊接方法
技术领域
[0001] 本发明总体上涉及有关于激光焊接装置和激光焊接方法的技术，更具体地涉及一种用于提高激光焊接速度的技术。
背景技术
[0002] 用于通过激光焊接将两个部件接合在一起的激光焊接装置和激光焊接方法被广泛使用。通过利用激光焊接装置和激光焊接方法将两个部件接合在一起而制造的产品的示例包括二次电池，该二次电池包括箱形电池壳体和盖部件。此类二次电池通常是通过利用激光焊接将盖部件与电池壳体的开口部接合而制造的。日本专利申请公报No.2012-110905(JP 2012-110905 A)中描述了用于通过激光焊接将盖部件与电池壳体的开口部接合的技术的一个示例。
[0003] 对于JP 2012-110905 A中所述的激光焊接方法和激光焊接装置，通过向电池壳体和盖部件照射激光束而将壳体(电池壳体)和密封板(盖部件)焊接在一起。激光束由低功率密度激光束和高功率密度激光束构成。对于JP 2012-110905 A中所述的通常的激光焊接方法和激光焊接装置，低功率密度激光束总体上向电池壳体、盖部件以及电池壳体和盖部件之间的间隙照射，而高功率密度激光束向电池壳体和盖部件中的每一者的位于被照射低功率密度激光束的区域内的部位照射。JP 2012-110905 A中描述的激光焊接方法和激光焊接装置使得能以高品质将电池壳体和盖部件稳定地焊接在一起。
[0004] 照射用于JP 2012-110905 A中所述的激光焊接方法和激光焊接装置中的低功率密度激光束是为了避免由于高功率密度激光束而引起的突然温度变化。因而，低功率密度激光束的强度不够高到使材料熔化和蒸发。出于此原因，对于通常的激光焊接方法和激光焊接装置而言，熔融材料流入间隙中所花的时间长。因此，对于通常的激光焊接方法和激光焊接装置而言，用熔融材料填充间隙所花的时间长。因而，激光束(高功率密度激光束)扫描速度的增大可能会使得激光束进入间隙中。注意，在以下说明中，将激光束进入构成进行焊接的工件的两个部件之间的间隙且然后激光束到达工件的内部或背侧的现象称为激光束穿透。
[0005] 在采用JP 2012-110905 A中所述的激光焊接方法和激光焊接装置的情况下，当进行焊接的工件的内部或背侧设置有应当受到保护的部件时，有必要将焊接速度设定为不发生激光束穿透的速度。这使得难以提高激光焊接的速度。鉴于这种情况，存在研发这样一种有关于激光焊接装置和激光焊接方法的技术的需求，该技术使得能在避免发生激光束穿透的同时提高为了将两个部件接合在一起而执行的激光焊接的速度。
发明内容
[0006] 本发明提供了一种激光焊接装置和一种激光焊接方法，该激光焊接装置和激光焊接方法使得能通过抑制激光束进入要通过激光焊接而被接合在一起的两个部件之间的间隙来提高激光焊接的速度。
[0007] 本发明的第一方面涉及用于通过激光焊接将第一部件和第二部件接合在一起的激光焊接装置。所述激光焊接装置包括：第一激光束照射装置，所述第一激光束照射装置向所述第一部件和所述第二部件之间的边界区域照射激光束；和第二激光束照射装置，所述第二激光束照射装置向所述第一部件和所述第二部件中的每一者的激光束照射位置照射激光束，该激光束照射位置在激光焊接进行方向上位于供所述第一激光束照射装置照射激光束的激光束照射位置的前方。
[0008] 根据第一方面，能使用通过由第二激光束照射装置照射的激光束熔化的材料来填充第一部件和第二部件之间的间隙，由此抑制由第一激光束照射装置照射的激光束从该间隙通过。因而，即使当激光焊接速度提高时，也避免了激光束穿透的发生。
[0009] 根据第一方面的激光焊接装置还可包括第三激光束照射装置，所述第三激光束照射装置向所述第一部件和所述第二部件中的每一者的激光束照射位置照射激光束，该激光束照射位置在激光焊接进行方向上位于供所述第一激光束照射装置照射激光束的激光束照射位置的前方，并且在激光焊接进行方向上位于供所述第二激光束照射装置照射激光束的激光束照射位置的后方。
[0010] 对于这种构型，材料通过由第三激光束照射装置照射的激光束而充分熔化。因而，能在提高激光焊接速度的同时确保充分的融合深度。
[0011] 根据第一方面的激光焊接装置还可包括：单个激光束源；和衍射光学元件。所述第一激光束照射装置和所述第二激光束照射装置可集成在单个激光束照射装置中，所述单个激光束照射装置由于所述单个激光束源和所述衍射光学元件的设置而用作所述第一激光束照射装置和所述第二激光束照射装置两者。
[0012] 对于这种构型，利用简单地构成的激光焊接装置提高了激光焊接速度。
[0013] 根据第一方面的激光焊接装置还可包括：单个激光束源；和衍射光学元件。所述第一激光束照射装置、所述第二激光束照射装置和所述第三激光束照射装置可集成在单个激光束照射装置中，所述单个激光束照射装置由于所述单个激光束源和所述衍射光学元件的设置而用作所述第一激光束照射装置、所述第二激光束照射装置和所述第三激光束照射装置。
[0014] 对于这种构型，利用简单地构成的激光焊接装置提高了激光焊接速度。
[0015] 本发明的第二方面涉及一种用于通过激光焊接将第一部件和第二部件接合在一起的激光焊接方法。所述激光焊接方法包括：向所述第一部件和所述第二部件之间的边界区域照射激光束的第一激光束照射工序；以及向所述第一部件和所述第二部件中的每一者的激光束照射位置照射激光束的第二激光束照射工序，该激光束照射位置在激光焊接进行方向上位于在所述第一激光束照射工序中供激光束照射的激光束照射位置的前方。
[0016] 根据第二方面，能使用在第二激光束照射工序中熔化的材料来填充第一部件和第二部件之间的间隙，由此抑制在第一激光束照射工序中照射的激光束从该间隙通过。因而，即使当激光焊接速度提高时，也避免了激光束穿透的发生。
[0017] 根据第二方面的激光焊接方法还可包括向所述第一部件和所述第二部件中的每一者的激光束照射位置照射激光束的第三激光束照射工序，该激光束照射位置在激光焊接进行方向上位于在所述第一激光束照射工序中供激光束照射的激光束照射位置的前方，并且在激光焊接进行方向上位于通过所述第二激光束照射工序照射激光束的激光束照射位置的后方。
[0018] 对于这种构型，材料在第三激光束照射工序中充分熔化。因而，能在提高激光焊接速度的同时确保充分的融合深度。
[0019] 在第二方面中，当存在在激光焊接进行方向转过90度的状态下被执行激光焊接的部位时，所述第一激光束照射工序中的激光束和所述第二激光束照射工序中的激光束的照射样式可构造成关于沿激光焊接进行方向延伸的线对称并且关于与沿激光焊接进行方向延伸的线垂直的线对称。此外，当存在在激光焊接进行方向转过90度的状态下被执行激光焊接的部位时，所述第一激光束照射工序中的激光束、所述第二激光束照射工序中的激光束和所述第三激光束照射工序中的激光束的照射样式可构造成关于沿激光焊接进行方向延伸的线对称并且关于与沿激光焊接进行方向延伸的线垂直的线对称。
[0020] 根据上述方面，利用简易方法提高了激光焊接速度。
[0021] 在第二方面中，所述第一部件可以是电池壳体且所述第二部件可以是盖部件。在所述盖部件被焊接于所述电池壳体的开口部以密封所述开口部的情况下，至少所述开口部的角部可设置有支承部，所述支承部在密封所述电池壳体和所述盖部件之间的间隙的状态下支承所述盖部件。
[0023] 下面将参照附图说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
[0024] 图1A和图1B是示出作为进行激光焊接的工件的一个示例的二次电池的视图，其中图1A是示意性的透视图，而图1B是示意性的俯视图；
[0025] 图2是示出二次电池的角部处的激光焊接状态的示意性的局部俯视图；
[0026] 图3A和图3B是示出在二次电池的角部处进行焊接之前的部件配置状况的示意图，其中图3A是示意性的局部俯视图，而图3B是示意性的局部剖视图；
[0027] 图4A和图4B是示出通过根据本发明一个实施例的激光焊接装置和激光焊接方法形成的激光束照射样式的视图，其中图4A示出由主激光束和副激光束构成的激光束照射样式，而图4B示出由主激光束、副激光束和附加激光束构成的激光束照射样式；
[0028] 图5A和图5B是各自示出对二次电池的激光束照射的状态的示意性的局部俯视图，其中图5A示出通过根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法执行的激光束照射的状态，而图5B示出通过根据相关技术的激光焊接装置和激光焊接方法执行的激光束照射的状态；
[0029] 图6A和图6B是各自示出在对二次电池执行激光焊接期间各蒸发部的形成状态的示意性的俯视图，其中图6A示出通过根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法执行激光焊接的情形，而图6B示出通过根据相关技术的激光焊接装置和激光焊接方法执行激光焊接的情形；
[0030] 图7A和图7B是各自示出对二次电池的激光束照射的状态的示意性的局部剖视图，其中图7A示出通过根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法执行激光焊接的情形，而图7B示出通过根据相关技术的激光焊接装置和激光焊接方法执行激光焊接的情形；
[0031] 图8是示出构成根据本发明第一实施例的激光焊接装置的激光束照射装置的其中一个的示意图；
[0032] 图9是示出通过根据本发明实施例的激光焊接装置对二次电池执行的激光束照射的状态的示意性的透视图；
[0033] 图10是示出构成根据本发明第二实施例的激光焊接装置的激光束照射装置(包括衍射光学元件)的示意图；
[0034] 图11A和图11B是示出通过根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法形成的激光束照射样式的视图，其中图11A是示出样式1的视图，而图11B是示出样式2的视图；
[0035] 图12A和图12B是示出通过根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法形成的激光束照射样式的视图，其中图12A是示出样式3的视图，而图12B是示出样式4的视图；
[0036] 图13A和图13B是示出通过根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法形成的激光束照射样式的视图，其中图13A是示出样式5的视图，而图13B是示出样式6的视图；
[0037] 图14是示出通过根据本发明实施例的激光焊接方法执行的激光焊接的状态的示意性的俯视图；
[0038] 图15A和图15B是示出通过根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法对角部执行的激光焊接的状态的示意图，其中图15A是示意性的局部俯视图，而图15B是示意性的局部剖视图；以及
[0039] 图16A和图16B是示出激光束穿透的发生的抑制状态的示意图，其中图16A示出设置有支承部的情形，而图16B示出未设置支承部的情形。
具体实施方式
[0040] 在下文中，将描述本发明的示例性实施例。首先，参照图1A、图1B、图2、图3A和图3B，将对进行通过根据本发明一个实施例的激光焊接装置和激光焊接方法执行的焊接的二次电池的构型进行描述。
[0041] 如图1A和图1B所示，二次电池1包括电池壳体2、盖部件3、正极端子4和负极端子5。二次电池1是通过利用根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法执行的激光焊接而制造的。
[0042] 电池壳体2是容纳电极体(未示出)和电解液(未示出)的大致长方体形的容器。电池壳体2在其一侧开口，以便形成开口部2a。盖部件3呈板状，并用来密封电池壳体2的开口部2a。盖部件3具有与开口部2a的内周部的形状基本一致的外形。另外，盖部件3的尺寸略小于开口部2a的尺寸，以便盖部件3被容纳在开口部2a中。构成该实施例中的二次电池1的电池壳体2和盖部件3均由铝制成。
[0043] 二次电池1包括从盖部件3向外突出的正极端子4和负极端子5。正极端子4经由金属片6与电极体的正极(未示出)电连接，而负极端子5经由金属片7与电极体的负极(未示出)电连接。二次电池1的盖部件3具有安全阀8和注液口9。
[0044] 如图2所示，当盖部件3配置在电池壳体2的开口部2a中时，在开口部2a和盖部件3之间形成了间隙10。间隙10由于电池壳体2和盖部件3之间的尺寸差异而形成。在该实施例中的二次电池1中，间隙10是0.5mm以下的小间隙。二次电池1是通过利用激光焊接将两个部件——亦即，电池壳体2和盖部件3——接合在一起、由此使用盖部件3密封开口部2a而制造的。在激光焊接完成之后获得的二次电池1中，间隙10由已流入间隙10及其周围区域中的焊缝11密封。
[0045] 激光焊接沿间隙10所延伸的方向执行，并且二次电池1具有角部1a。因而，当各角部1a进行激光焊接时，激光焊接进行的方向(在下文中称为“激光焊接进行方向”)在角部1a的相对两个端部之间转过90度(即，在位于角部1a的一端的激光焊接进行方向和位于角部1a的另一端的激光焊接进行方向之间形成90度角)。在该实施例中，间隙10在各角部1a处呈圆形。但是，二次电池1的各角部1a的形状不必为圆形。尽管在图2中示出二次电池1的一个角部1a，但二次电池1在如图1A和图1B所示的俯视图中具有在二次电池1的四个相应角部处限定出的共计四个角部1a。
[0046] 图3A和图3B示出电池壳体2和盖部件3在角部1a进行激光焊接之前的配置状况。在激光焊接之前，电池壳体2和盖部件3之间存在间隙10。因而，当向间隙10照射激光束时，会发生激光束穿透(激光束到达电池壳体2的内部的现象)并且因而激光束可能损坏容纳于电池壳体2中的电极体(未示出)。
[0047] 鉴于这种情况，根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法被构成为用于通过利用激光焊接在避免发生激光束穿透的同时将两个部件——亦即，电池壳体2和盖部件3——接合在一起而制造二次电池1的技术。在该实施例中，要通过该激光焊接装置和激光焊接方法接合在一起的两个部件是构成二次电池1的电池壳体2和盖部件3。但是，根据本发明的激光焊接装置和激光焊接方法适用的工件不限于二次电池。根据本发明的激光焊接装置和激光焊接方法可广泛适用于通过利用激光焊接将两个部件接合在一起而制造的各种类型的工件。
[0048] 接下来，将参照图4A、图4B、图5A、图5B、图6A、图6B、图7A和图7B描述通过根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法形成的激光束照射样式。在根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法中，激光束照射装置以如图4A所示的由至少主激光束S1和副激光束S2的组合构成的激光束照射样式照射激光束，由此进行激光焊接。
[0049] 主激光束S1是为了利用由主激光束S1施加的热充分熔化材料、由此确保所需的融合深度而照射的主激光束。副激光束S2包括向在激光焊接进行方向X上位于供主激光束S1照射的位置(在下文中称为“主激光束S1的照射位置”)的前方的位置照射的激光束。
[0050] 如图5A所示，主激光束S1对准间隙10照射，该间隙10是电池壳体2和盖部件3之间的边界区域。因而，由主激光束S1施加的热使间隙10周围的材料充分熔化，以便确保间隙10周围的材料的所需融合深度。
[0051] 副激光束S2向在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的主激光束S1的照射位置的前方的位置照射。照射副激光束S2是为了将熔融材料供给到间隙10的在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的前方的部位。间隙10周围的材料被副激光束S2熔化。
[0052] 图5B示出通过通常的激光焊接装置和通常的激光焊接方法形成的激光束照射样式。如图5B所示，通过通常的激光焊接装置和激光焊接方法形成的激光束照射样式仅由主激光束S1构成。对于该照射样式，以如下方式执行激光焊接。主激光束S1向与间隙10重叠的位置照射。仅在通过主激光束S1熔化的材料流入间隙10中之后，主激光束S1的照射位置才在激光焊接进行方向X上前移。在通常的照射样式中，主激光束S1位于通过激光焊接形成的焊缝11的前端部。因而，激光焊接速度(即，主激光束S1的照射位置的移位速度)的提高可能导致激光束S1进入间隙10中。
[0053] 另一方面，对于根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法，激光束以如图4A和图5A所示的激光束照射样式照射。这使得能在在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的前方的位置通过副激光束S2来熔化电池壳体2和盖部件3，并且使得能将熔融材料供给到间隙10中，由此使用熔融材料填充间隙10。如上所述，在根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法中，采用了由主激光束S1和副激光束S2的组合构成的激光束照射样式。因而，能抑制激光束进入间隙10(激光束穿透)，由此提高激光焊接的速度。
[0054] 在根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法中，优选地，还向在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的后方的材料照射副激光束S2，如图4A所示。
[0055] 对于通常的激光焊接方法和激光焊接方法，当主激光束S1对准间隙10照射时，可能发生激光束穿透。因而，在一些情形中，如图6B和图7B所示向与间隙10隔离开的位置照射多个主激光束S1。在此情况下，如图6B所示，在彼此隔离开的位置形成多个蒸发部12。因而，无法确保间隙10周围的材料融合部M的充分深度。
[0056] 另一方面，在根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法中，主激光束S1照射到间隙10上，而副激光束S2照射到在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的后方的位置上。以此方式，如图6A所示在宽范围上形成连续蒸发部12。另外，通过向在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置后方的位置照射副激光束S2，能确保间隙10周围的材料融合部M的充分深度，如图7A所示。对于根据本发明的该实施例的激光焊接装置和激光焊接方法，通过向在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的后方的位置照射副激光束S2而提高了焊接品质。
[0057] 在根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法中，优选地，除主激光束S1和副激光束S2外还照射附加激光束S3，如图4B所示。
[0058] 附加激光束S3是为了更可靠地使由主激光束S1和副激光束S2形成的各蒸发部12彼此连续而照射的激光束。附加激光束S3对准位于主激光束S1的照射位置和副激光束S2的照射位置之间的位置照射。优选地，各附加激光束S3的强度与各副激光束S2的强度基本相等。
[0059] 激光焊接具有以下特性。已通过激光束照射熔化的部位的能量吸收率比尚未熔化的部位高。因而，向熔融部照射激光束更有效地促进了激光焊接。鉴于这种情况，当通过向位于副激光束S2的照射位置和主激光束S1的照射位置之间的位置照射附加激光束S3来使激光束S1、S2、S3的照射位置彼此连续时，激光束的照射位置全部维持在高温下，使得能量吸收率提高。结果，材料在更短的时间内有效地熔化。对于根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法，附加激光束S3的照射缩短了熔化材料所需的时间，从而进一步提高了激光焊接速度。此外，确保了充分的融合深度，从而进一步提高了焊接品质。在本说明书中，“使激光束S1、S2、S3的照射位置彼此连续”的状态是指激光束S1、S2、S3的照射位置彼此如此接近以致由于激光束照射而在材料中形成的各蒸发部12变得彼此连续的状态。换言之，激光束S1、S2、S3的照射位置无需彼此接触。
[0060] 接下来，将参照图8和图9描述根据本发明第一实施例的激光焊接装置。根据本发明实施例的激光焊接装置是用于通过执行激光焊接而将两个部件接合在一起的装置，并且包括照射激光束的激光束照射装置。该激光焊接装置构造成通过同时使用多个激光束照射装置来例如以图4A所示的激光束照射样式照射激光束。
[0062] 电扫描仪22是用于以高速在准确位置上执行激光束扫描的装置，并且包括一对反射镜(电镜)22a、22b。各反射镜22a、22b被支承在马达轴(未示出)上。电扫描仪22是通过以高速驱动马达以改变各反射镜22a、22b的反射角来实现高速激光束扫描的装置。在电扫描仪22的输入侧配置有准直透镜26。准直透镜26是使所接收的光束(激光束)转变为平行光束并且将该平行光束送至反射镜(电镜)22a、22b的透镜。
[0063] 在电扫描仪22的输出侧配置有Fθ透镜24和保护透镜25。Fθ透镜24是修正激光束扫描速度以使得激光束扫描速度变得恒定的透镜。
[0064] 激光束照射装置20构造成使得激光束在反射镜22a、22b的角度彼此独立地改变的状态下在电扫描仪22的反射镜22a、22b上反射。因而，在通过Fθ透镜24修正扫描速度的状态下对二次电池1执行激光束扫描。这样，如图9所示，激光束在相对于二次电池1的焊接部精确定位的状态下向二次电池1的焊接部(即，沿间隙10)照射。
[0065] 准备具有不同规格的激光束照射装置20，以便从激光束照射装置20照射不同类型的激光束。根据本发明实施例的激光焊接装置至少包括第一激光束照射装置20a和第二激光束照射装置20b，所述第一激光束照射装置20a是照射主激光束S1的第一激光束照射装置20，所述第二激光束照射装置20b是照射副激光束S2的第二激光束照射装置20。优选地，根据本发明实施例的激光焊接装置除第一激光束照射装置20a和第二激光束照射装置20b外还包括第三激光束照射装置20c，该第三激光束照射装置20c是照射附加激光束S3的第三激光束照射装置20。
[0066] 为了形成例如如图4A所示的激光束照射样式，多个(在图4A中的示例中，共8个)激光束照射装置20a、20b彼此组合而构成激光焊接装置，并且通过第一激光束照射装置20a向主激光束S1的照射位置照射激光束，而通过第二激光束照射装置20b向副激光束S2的照射位置照射激光束。
[0067] 为了形成例如如图4B所示的激光束照射样式，还设置了第三激光束照射装置20c，并且多个(在图4B中的示例中，共9个)激光束照射装置20a、20b、20c彼此组合而构成激光焊接装置，且通过第三激光束照射装置20c向附加激光束S3的照射位置照射激光束。
[0068] 具体地，根据本发明第一实施例的激光焊接装置是通过执行激光焊接而将电池壳体2和盖部件3接合在一起的装置，所述电池壳体2是第一部件的一个示例，所述盖部件3是第二部件的一个示例。该激光焊接装置包括第一激光束照射装置20a和第二激光束照射装置20b。第一激光束照射装置20a是向间隙10——亦即，电池壳体2和盖部件3之间的边界区域——照射激光束的激光束照射装置20。第二激光束照射装置20b是向电池壳体2和盖部件3上在激光焊接进行方向X上位于供第一激光束照射装置20a照射激光束的位置的前方的位置照射激光束的激光束照射装置20。对于这种构型，能使用通过由第一激光束照射装置20a照射的激光束熔化的材料来填充电池壳体2和盖部件3之间的间隙10，并抑制由第二激光束照射装置20b照射的激光束从间隙10通过(即，避免激光束穿透的发生)。结果，即使当激光焊接速度提高时，也可靠地避免了激光束穿透的发生。
[0069] 优选地，根据本发明第一实施例的激光焊接装置还包括第三激光束照射装置20c。第三激光束照射装置20c向电池壳体2和盖部件3上在激光焊接进行方向X上位于供第一激光束照射装置20a照射激光束(主激光束S1)的位置的前方并且在激光焊接进行方向X上位于供第二激光束照射装置20b照射激光束(副激光束S2)的位置的后方的位置照射附加激光束S3。利用这种构型，能使用由第三激光束照射装置20c照射的激光束来充分熔化材料。这使得能在提高激光焊接速度的同时确保焊接部处的材料的充分融合深度。
[0070] 图10示出根据本发明第二实施例的激光束照射装置。图10所示的根据第二实施例的激光束照射装置30包括激光振荡器21、电扫描仪22和光纤23，并且还包括准直透镜26和衍射光学元件(DOE)31。准直透镜26和衍射光学元件31配置在电扫描仪22的输入侧。在电扫描仪22的输出侧配置有Fθ透镜24和保护透镜25。
[0071] 在激光束照射装置30中，激光束流由准直透镜26调节为平行的激光束，然后平行的激光束从衍射光学元件31通过。以此方式，激光束照射装置30调节激光束照射样式。在激光束照射装置30中，在通过衍射光学元件31调节激光束照射样式之后获得的激光束进入电扫描仪22。
[0072] 在如图10所示的激光束照射装置30中，从单个激光振荡器21输出的激光束射线通过从准直透镜26和衍射光学元件31通过而被分割成多个激光束射线，且该多个激光束射线经电扫描仪22和Fθ透镜24向二次电池1的焊接部(即，沿间隙10)照射。
[0073] 该激光束由衍射光学元件31分割成与主激光束S1和副激光束S2对应的多个激光束。因而，单个激光束照射装置30能够实现与通过第一激光束照射装置20a和第二激光束照射装置20b实现的功能相同的功能。
[0074] 如上所述，单个激光束照射装置30能够实现与通过多种类型的激光束照射装置——亦即，激光束照射装置20a、20b——实现的功能相同的功能。这使得能简化激光焊接装置的构型并实现成本降低。上述衍射光学元件31能够将激光束分割成与主激光束S1和副激光束S2对应的多个激光束。此外，通过调节衍射光学元件31的构型，还能允许衍射光学元件31除与主激光束S1和副激光束S2对应的激光束外还输出与附加激光束S3对应的激光束。亦即，包括一个激光振荡器21和一个衍射光学元件31的单个激光束照射装置30能够实现与通过三种类型的激光束照射装置20a、20b、20c实现的功能相同的功能。
[0075] 亦即，根据本发明第二实施例的激光焊接装置包括作为单个激光束源的激光振荡器21，和衍射光学元件31，且根据第二实施例的激光焊接装置用作第一实施例中的第一激光束照射装置20a和第二激光束照射装置20b两者。亦即，第一实施例中的第一激光束照射装置20a和第二激光束照射装置20b在第二实施例中被集成在单个激光束照射装置30中。这使得能使用简单地构成的激光焊接装置来提高激光焊接速度。
[0076] 优选地，根据本发明第二实施例的激光焊接装置包括作为单个激光束源的激光振荡器21，和衍射光学元件31，且根据第二实施例的激光焊接装置用作第一激光束照射装置20a、第二激光束照射装置20b和第三激光束照射装置20c。亦即，第一实施例中的第一激光束照射装置20a、第二激光束照射装置20b和第三激光束照射装置20c在第二实施例中被集成在单个激光束照射装置30中。这使得能使用简单地构成的激光焊接装置来确保焊接部处的材料的充分融合深度。
[0077] 如上所述，根据本发明第一实施例的激光焊接装置包括多个激光束照射装置20。替代地，根据本发明第二实施例的激光焊接装置包括具有衍射光学元件31的单个激光束照射装置30，并且能够实现与通过多个激光束照射装置20实现的功能相同的功能。
[0078] 接下来，将参照图11A、图11B、图12A、图12B、图13A和图13B描述通过根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法形成的各种激光束照射样式。不论激光焊接装置的构型(更具体地，激光束照射装置的构型)是包括多个激光束照射装置20的构型还是包括单个激光束照射装置30的构型，都可形成下述各种激光束照射样式。
[0079] 首先，将描述激光束照射样式为图11A所示的样式1的情形。在图11A所示的样式1中，副激光束S2的照射位置位于作为第一部件的一个示例的电池壳体2和作为第二部件的一个示例的盖部件3上，并且主激光束S1的照射位置与间隙10重叠。当激光束照射样式为样式1时，副激光束S2向电池壳体2和盖部件3上在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的前方照射，使得激光束S1、S2的照射位置呈大致V形配置。这允许熔融材料更快地流入间隙10的在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的前方的部位。因而，当采用样式1时，副激光束S2和主激光束S1的扫描速度提高，使得激光焊接速度提高。
[0080] 在样式1中，主激光束S1仅向一个与间隙10重叠的位置照射。替代地，如图11B中的样式2所示，主激光束S1可向多个位置(在该实施例中，四个位置)照射。在此情况下，副激光束S2和主激光束S1的扫描速度比在采用样式1的情况下高。结果，激光焊接速度进一步提高。
[0081] 接下来，将描述激光束照射样式为图12A所示的样式3的情形。在图12A所示的样式3中，副激光束S2的照射位置位于作为第一部件的一个示例的电池壳体2和作为第二部件的一个示例的盖部件上，并且主激光束S1的照射位置与间隙10重叠。在样式3中，副激光束S2向电池壳体2和盖部件3上在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的前方的位置照射，且副激光束S2向电池壳体2和盖部件3上在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的后方的位置照射，使得激光束S1、S2的照射位置呈大致X形配置。这允许熔融材料快速流入间隙10的在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的前方的部位。此外，即使在主激光束S1已通过之后，也能使用向在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的后方的位置照射的副激光束S2保持加热熔融材料。对于这种构型，足量熔融材料可靠地流入间隙10中，使得焊接品质提高。亦即，在样式3中，能在提高激光焊接速度的同时提高激光焊接的焊接品质。
[0082] 在样式3中，主激光束S1仅向一个与间隙10重叠的位置照射。替代地，如图12B中的样式4所示，主激光束S1可向多个位置(在该实施例中，四个位置)照射。在此情况下，副激光束S2和主激光束S1的扫描速度比在采用样式3的情况下高。结果，激光焊接速度进一步提高。
[0083] 接下来，将描述激光束照射样式为图13A所示的样式5的情形。在图13A所示的样式5中，副激光束S2的照射位置位于电池壳体2和盖部件3上，并且主激光束S1的照射位置与间隙10重叠。更具体地，副激光束S2向电池壳体2和盖部件3上在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的前方的位置照射，同时副激光束S2也向电池壳体2和盖部件3上在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的照射位置的后方的位置照射，使得激光束S1、S2的照射位置呈大致X形配置。在样式5中，附加激光束S3的照射位置位于副激光束S2和主激光束S1的照射位置之间。
[0084] 在样式5中，主激光束S1仅向一个与间隙10重叠的位置照射。替代地，如图13B中的样式6所示，主激光束S1可向多个位置(在该实施例中，四个位置)照射。在此情况下，副激光束S2和主激光束S1的扫描速度比在采用样式5的情况下高。结果，激光焊接速度进一步提高。
[0085] 对于根据本发明实施例的激光焊接装置和激光焊接方法，向副激光束S2和主激光束S1的照射位置之间的位置照射附加激光束S3缩短了使材料熔化所需的时间，使得激光焊接速度进一步提高。此外，确保了充分的融合深度，从而进一步提高了焊接品质。
[0086] 接下来，将参照图14至图16描述根据本发明实施例的激光焊接方法。根据本发明实施例的激光焊接方法是用于通过激光焊接将第一部件和第二部件接合在一起的方法。在该实施例中，如图14所示，使用激光束扫描沿形成在电池壳体2的开口部2a和盖部件3之间的大致矩形间隙10延伸的大致矩形的激光束照射部，以便通过激光焊接将盖部件3与开口部2a接合。在该激光焊接方法中，激光焊接开始位置与激光焊接结束位置一致，从而形成矩形的环形无端的焊缝11。注意，下文将描述通过包括衍射光学元件31的根据第二实施例的激光焊接装置执行激光焊接的情形。
[0087] 在根据本发明实施例的激光焊接方法中，可选择上述样式1至样式6中的任一种。例如，当样式1至样式4中的任一种被选择时，根据本发明实施例的激光焊接方法包括照射主激光束S1的第一激光束照射工序和照射副激光束S2的第二激光束照射工序。
[0088] 利用包括照射主激光束S1的第一激光束照射工序和照射副激光束S2的第二激光束照射工序的根据本发明实施例的激光焊接方法，能可靠地抑制激光束穿透的发生并提高激光焊接速度。
[0089] 当样式5或样式6被选择时，根据本发明实施例的激光焊接方法除照射主激光束S1的第一激光束照射工序和照射副激光束S2的第二激光束照射工序外还包括照射附加激光束S3的第三激光束照射工序。
[0090] 利用除照射主激光束S1的第一激光束照射工序和照射副激光束S2的第二激光束照射工序外还包括照射附加激光束S3的第三激光束照射工序的根据本发明实施例的激光焊接方法，能可靠地抑制激光束穿透的发生并提高激光焊接速度，以及提高焊接品质。
[0091] 更具体地，用于通过激光焊接将作为第一部件的一个示例的电池壳体2和作为第二部件的一个示例的盖部件3接合在一起的激光焊接方法包括：向电池壳体2和盖部件3之间的边界区域照射激光束(主激光束S1)的第一激光束照射工序；和向电池壳体2和盖部件3上在激光焊接进行方向上位于供在第一激光束照射工序中照射主激光束S1的位置的前方的位置照射激光束(副激光束S1)的第二激光束照射工序。因而，能通过使用在第二激光束照射工序中熔化的材料填充电池壳体2和盖部件3之间的间隙10来抑制在第一激光束照射工序中照射的激光束从间隙10通过(即，激光束穿透)。结果，即使当激光焊接速度提高时，也能可靠地抑制激光束穿透的发生。
[0092] 优选地，根据本发明实施例的激光焊接方法还包括向电池壳体2和盖部件3上在激光焊接进行方向X上位于供在第一激光束照射工序中照射激光束(主激光束S1)的位置的前方并且在激光焊接进行方向X上位于供在第二激光束照射工序中照射激光束(副激光束S2)的位置的后方的位置照射激光束(附加激光束S3)的第三激光束照射工序。因而，能在第三激光束照射工序中充分熔化材料。结果，能在提高激光焊接速度的同时确保焊接部处的材料的充分融合深度。
[0093] 下面将描述对具有角部1a的工件如二次电池1执行激光焊接的情形。在根据本发明实施例的激光焊接方法中，当在角部1a处对电池壳体2和盖部件3执行激光焊接时，激光焊接进行方向X在不沿圆形形状旋转由激光焊接装置形成的激光束照射样式的情况下(即，在不旋转激光束照射装置30的情况下)转过90度，如图15A所示。该激光焊接方法在激光束照射样式构造成关于沿激光焊接进行方向延伸的线对称并且关于与沿激光焊接进行方向延伸的线垂直的线对称——如在图12A、12B和图13A、13B所示的样式3至样式6中那样——时特别有效。更具体地，该激光束照射样式构造成关于沿激光焊接进行方向延伸并从该激光束照射样式的中心通过的线对称并且关于从该激光束照射样式的中心通过并与沿激光焊接进行方向延伸的线垂直的线对称，如在图12A、12B和图13A、13B所示的样式3至样式6中那样。
[0094] 如果在对角部1a执行激光焊接时需要旋转激光束照射装置30，则有必要使激光束照射装置30的旋转运动和移位运动同步。这会妨碍激光焊接速度的提高。
[0095] 另一方面，在根据本发明实施例的激光焊接方法中，激光束照射装置30在不转动的状态下沿激光焊接进行方向X移位。因而，当对角部1a执行激光焊接时，不必降低激光束照射装置30的移位速度。这有助于激光焊接速度的提高。
[0096] 在根据本发明实施例的激光焊接方法中，当存在在激光焊接进行方向转过90度的状态下被执行激光焊接的部位时，亦即，当对角部执行激光焊接时，第一激光束照射工序中的激光束(主激光束S1)和第二激光束照射工序中的激光束(副激光束S2)的照射样式(样式3，样式4)或第一激光束照射工序中的激光束(主激光束S1)、第二激光束照射工序中的激光束(副激光束S2)和第三激光束照射工序中的激光束(附加激光束S3)的照射样式构造成关于沿激光焊接进行方向延伸的线对称并且关于与沿激光焊接进行方向延伸的线垂直的线对称。更具体地，上述照射样式中的每一者都构造成关于沿激光焊接进行方向延伸并从激光束照射样式的中心通过的线对称并且关于从激光束照射样式的中心通过并与沿激光焊接进行方向延伸的线垂直的线对称。因而，使用简单的激光焊接方法提高了激光焊接的速度。
[0097] 在根据该实施例的激光焊接方法中，在每个角部1a都配置有支承部13的情况下执行激光焊接以便避免在向角部1a照射激光束时发生激光束穿透，如图15A和图15B所示。
[0098] 支承部13以等于或大于间隙10的宽度的量(高度或厚度)从电池壳体2的内表面向内突出。支承部13配置成至少在角部1a密封间隙10。在激光束照射样式包括在激光焊接进行方向X上位于主激光束S1的前方的副激光束S2的情况下，随着照射位置从角部1a通过，位于主激光束S1前方的副激光束S2如图15A所示必定横跨间隙10。这可能导致在角部1a发生激光束穿透。但是，当使用支承部13从下方密封角部1a处的间隙时，进入间隙10的激光束照在支承部13上，从而能容易和可靠地抑制角部1a处的激光束穿透。
[0099] 支承部13适合作为被选择为激光焊接的起点的部位。当不存在支承部13时，需要从电池壳体2和盖部件3选择激光焊接的起点。在此情况下，主激光束S1在间隙10由被选择为起点的电池壳体2或盖部件3的熔融部分密封之后沿间隙10前进。
[0100] 另一方面，当设置了支承部13时，不必选择电池壳体2或盖部件3作为激光焊接的起点，并且能从激光焊接开始就向间隙10照射主激光束S1。激光束向位于间隙10下方的支承部13照射，以熔化间隙10周围的电池壳体2和盖部件3。然后，激光焊接沿间隙10进行。因而，当设置了支承部13时，激光束照射装置30的移动距离缩短。这有助于激光焊接速度的提高。
[0101] 支承部13可以采取各种形式形成。例如，如图16A所示，支承部13可通过在每个角部1a处在电池壳体2的壁面中形成台阶而形成。替代地，支承部13可通过在每个角部1a设置从电池壳体2的壁面向内突出的部件而形成。
[0102] 在根据本发明实施例的激光焊接方法中，在盖部件3被焊接于电池壳体2的开口部2a以密封开口部2a的情况下，至少在每个角部1a都设置有在密封电池壳体2和盖部件3之间的间隙10的状态下支承盖部件3的支承部13。此构型使得能可靠地抑制在角部1a发生激光束穿透。
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