ES2988500T3 - Procedimiento y dispositivo de soldadura láser de una primera pieza a una segunda pieza - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un procedimiento de soldadura por láser de un primer componente a un segundo componente, que comprende: - la colocación del primer componente (1) sobre el segundo componente (2), - la aplicación de una máscara de soldadura (4) que comprende una superficie de contacto plana (41) sobre el primer componente (1) para presionar dicho primer componente sobre el segundo componente (2), comprendiendo dicha máscara de soldadura (4) un paso pasante (43) para un haz láser, que define una zona de soldadura sobre el primer componente, rodeando al menos parcialmente dicho paso la superficie de contacto (41), - la emisión de un haz láser por un cabezal (L) en dicho paso de la máscara de soldadura, para formar un cordón de soldadura que une el primer componente al segundo componente en dicha zona de soldadura, caracterizándose dicho procedimiento porque la máscara de soldadura (4) es rígida y está unida rígidamente al cabezal láser (L), y porque la distancia focal (f) del láser es constante, asegurándose dicha distancia focal constante mediante dicha máscara rígida. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo de soldadura láser de una primera pieza a una segunda pieza
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo de soldadura láser de una primera pieza a una segunda pieza, en particular en el caso en que la primera pieza es un colector de corriente metálico y la segunda pieza metálica es un polo acumulador electroquímico de iones metálicos, y a la aplicación de dicho procedimiento al ensamblaje de una batería.
Estado de la técnica
Una batería se fabrica ensamblando una pluralidad de acumuladores integrados entre sí por una brida en cuyo interior están pegados.
Dichos acumuladores están conectados eléctricamente mediante colectores de corriente, que generalmente tienen forma de láminas metálicas.
Cada acumulador tiene una forma generalmente cilíndrica o prismática, que comprende un polo positivo y un polo negativo. Estos polos positivo y negativo pueden estar en lados opuestos o en el mismo lado del acumulador.
Debido a las tolerancias de fabricación de los acumuladores, así como a las variaciones de altura resultantes de su instalación en la brida, los polos a conectar eléctricamente no están necesariamente en el mismo plano. En consecuencia, cuando el colector de corriente se coloca frente a los polos, puede haber un hueco entre el colector de corriente y el polo al que se va a soldar el colector de corriente.
La soldadura láser es una técnica de ensamblaje que puede utilizarse ventajosamente para interconectar acumuladores soldando el colector de corriente a un polo de cada acumulador.
Sin embargo, la técnica de soldadura láser requiere que el colector de corriente esté presionado de forma estable contra el polo del acumulador a soldar durante la aplicación del haz láser.
Además, como es probable que la batería esté sometida a vibraciones durante su uso, el cordón de soldadura debe ser lo suficientemente resistente para no romperse bajo el efecto de dichas vibraciones y para mantener una sección transversal de flujo suficiente para la corriente eléctrica.
El documento CN 206952362, que constituye la base del preámbulo de las reivindicaciones independientes, describe un dispositivo de soldadura por láser que comprende una máscara de soldadura destinada a apoyarse contra el colector de corriente, y un cabezal láser al que la máscara de soldadura está unida elásticamente por muelles. Esta conexión elástica permite absorber las diferencias de altura entre distintos acumuladores, de modo que el colector de corriente y el polo del acumulador se presionan mutuamente a pesar de las posibles variaciones de altura del acumulador.
Descripción de la invención
Un objetivo de la invención es diseñar un procedimiento y un dispositivo de soldadura láser que permitan formar un cordón de soldadura robusto y de buena calidad entre una primera pieza y una segunda pieza. En particular, el dispositivo utilizado debe facilitar que, para cada soldadura de un conjunto formado por la primera y la segunda piezas, la distancia focal del haz láser sea óptima, es decir, adaptada para suministrar una energía máxima y controlada, es decir, repetible, a la zona de soldadura.
A tal fin, la invención propone un procedimiento de soldadura láser de una primera pieza a una segunda pieza, tal como se define en la reivindicación 1.
La máscara de soldadura tiene una estructura rígida al menos en la dirección del haz láser y está conectada rígidamente al cabezal láser. De este modo, la dimensión de la máscara de soldadura en la dirección del haz, que define la distancia entre el cabezal láser y la zona de soldadura, es constante, incluso cuando la máscara presiona contra la zona de soldadura. Por lo tanto, durante todo el procedimiento de soldadura, el haz láser tiene una distancia focal constante, optimizada para suministrar la máxima energía a la zona de soldadura e independiente de la presión aplicada. En particular, cuando dos conjuntos, cada uno compuesto por una primera pieza y una segunda pieza, se sueldan sucesivamente, la máscara garantiza una distancia focal constante del haz láser de un conjunto al otro.
De forma particularmente ventajosa, las piezas primera y segunda y la máscara de soldadura permanecen fijas durante la formación de todo el cordón de soldadura.
Ventajosamente, el cabezal láser comprende un sistema óptico de focalización programable que comprende dos espejos orientables para posicionar el haz láser en una ubicación determinada en la zona de soldadura.
La máscara de soldadura tiene ventajosamente una forma externa troncocónica.
El paso también puede tener una pared troncocónica.
Según una realización, la costura de soldadura tiene una forma cerrada.
Según una realización, la superficie de apoyo se extiende de forma continua alrededor de la zona de soldadura. Preferiblemente, dicha superficie de apoyo se extiende a lo largo de al menos tres cuartas partes del perímetro de la zona de soldadura.
Alternativamente, la superficie de apoyo se extiende de forma discontinua alrededor de la zona de soldadura. Preferiblemente, dicha superficie de apoyo está formada por al menos tres zonas de apoyo coplanares espaciadas entre sí.
El cabezal láser puede emitir un haz láser pulsado o un haz láser continuo.
Según una aplicación ventajosa de la invención, la primera pieza es un colector de corriente metálico y la segunda pieza es un acumulador electroquímico de iones metálicos.
La invención también se refiere a un procedimiento de ensamblaje de una batería que comprende una pluralidad de acumuladores, que comprende:
• pegar cada acumulador en una brida,
• establecer una conexión eléctrica entre al menos dos acumuladores mediante un colector de corriente, soldando por láser dicho colector de corriente a un polo respectivo de cada acumulador mediante el procedimiento descrito anteriormente.
De forma particularmente ventajosa, la posición del cabezal provisto de la máscara de soldadura se ajusta para cada acumulador, con el fin de compensar una diferencia de altura entre dos acumuladores.
Otro objeto de la invención se refiere a un dispositivo para llevar a cabo dicho procedimiento como se define en la reivindicación 7.
Ventajosamente, dicho cabezal láser comprende un sistema óptico de focalización programable que comprende dos espejos orientables para posicionar el haz láser en una ubicación determinada en la zona de soldadura.
Preferiblemente, la máscara de soldadura tiene una forma externa troncocónica que se estrecha desde el cabezal láser hacia la superficie de apoyo. Además, el paso tiene ventajosamente una forma troncocónica que se estrecha desde el cabezal láser hacia la zona de soldadura.
Según una realización, la superficie de apoyo se extiende de forma continua alrededor de la zona de soldadura. Alternativamente, la superficie de apoyo se extiende de forma discontinua alrededor de la zona de soldadura.
Según la invención, la máscara de soldadura comprende un revestimiento eléctricamente aislante en al menos parte de su superficie exterior.
Dicho revestimiento puede comprender ventajosamente una porción cerámica que se extiende sobre la superficie de apoyo y sobre una primera porción de la superficie exterior adyacente a dicha superficie de apoyo.
Dicho revestimiento puede comprender también o alternativamente una porción de polímero que se extiende sobre una segunda porción de la superficie exterior, opuesta a la superficie de apoyo y adyacente a la primera porción. Por otra parte, la superficie interior de la máscara de soldadura está preferiblemente desprovista de tal revestimiento eléctricamente aislante.
Breve descripción de las figuras
Otras características y ventajas de la invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
• la figura 1 es un diagrama esquemático de la soldadura láser de un colector de corriente a un acumulador en su brida;
• la figura 2 es un diagrama esquemático del dispositivo de soldadura según una realización de la invención;
• la figura 3 es una vista en perspectiva del polo positivo de un acumulador de tipo 18650;
• la figura 4 muestra la zona de apoyo de la herramienta de soldadura y la zona de soldadura en un acumulador del tipo mostrado en la figura 3;
• las figuras 5A y 5B son respectivamente una vista lateral y una vista en perspectiva de una herramienta de soldadura según una realización de la invención;
• la figura 6 muestra esquemáticamente la distancia focal del láser en la herramienta de soldadura de las figuras 5A y 5B;
• la figura 7 es una vista esquemática en sección transversal de una máscara de soldadura que comprende dos revestimientos eléctricamente aislantes diferentes, siendo la parte derecha de la figura una ampliación de la parte izquierda a nivel de la zona en la que la máscara descansa sobre un colector de corriente cuando se suelda a un acumulador;
• la figura 8 es una vista esquemática en sección transversal de las salpicaduras proyectadas en la máscara durante la soldadura;
• la figura 9 ilustra la soldadura de un colector de corriente a un acumulador utilizando un dispositivo según la invención;
• la figura 10 muestra un cordón de soldadura realizado en el polo positivo de un acumulador del tipo mostrado en la figura 3.
En aras de la legibilidad, no todos los elementos se han representado necesariamente a escala.
Descripción detallada de las realizaciones de la invención
En la siguiente descripción, nos ocupamos esencialmente del caso de la soldadura de un colector de corriente a un acumulador electroquímico de iones metálicos, que es una aplicación particularmente ventajosa de la invención. Sin embargo, la invención se aplica en general a la soldadura por láser de una primera pieza a una segunda pieza, no siendo dichas piezas necesariamente metálicas. Por lo tanto, el experto en la materia podrá generalizar sin dificultad las realizaciones descritas a continuación asimilando el colector de corriente metálico a la primera pieza y el acumulador a la segunda pieza. La forma de dichas piezas primera y segunda y la de la máscara de soldadura pueden variar según las aplicaciones previstas; no obstante, las dos piezas se sueldan entre sí en una superficie plana, que comprende en su centro la zona de soldadura en la que se forma el cordón de soldadura, y en su periferia una o varias zonas de apoyo para la máscara de soldadura.
La figura 1 ilustra el principio general de la soldadura láser utilizada para ensamblar una batería.
El dispositivo de soldadura comprende un cabezal láser L capaz de emitir un haz láser pulsado o continuo en una dirección sustancialmente vertical.
Un acumulador 2 ha sido previamente encolado en un alojamiento 30 previsto a tal efecto en una brida 3. Aunque no se muestra, la brida comprende una pluralidad de alojamientos, cada uno diseñado para recibir un acumulador. La brida actúa como soporte mecánico de los acumuladores y puede ser de plástico, material compuesto o metal.
El acumulador se aloja en la brida en posición vertical, es decir, sus polos positivo (+) y negativo (-) están alineados a lo largo de un eje vertical. El fondo del alojamiento está abierto para permitir el acceso al polo -.
El acumulador 2 representada tiene forma cilíndrica, por ejemplo del tipo 18650, pero huelga decir que esta forma particular se da a título meramente ilustrativo y que el acumulador podría tener otra forma, en particular prismática.
La carcasa del acumulador puede ser de diferentes materiales, como aluminio, acero inoxidable o HILUMIN™ (acero revestido con una capa de níquel). El polo - del acumulador suele tener una base plana, mientras que el polo tiene un cabezal elevado de menor diámetro que el polo -.
Para conectar eléctricamente el acumulador 2 a otro acumulador (no mostrado), debe soldarse un colector de corriente 1, 1' a cada uno de los dos polos, proporcionando el cordón de soldadura no sólo una conexión mecánica entre las dos piezas, sino también una conexión eléctrica. Ventajosamente, el cordón de soldadura es lo más largo posible. Además, el cordón de soldadura tiene ventajosamente una forma cerrada, lo que aumenta la robustez del conjunto. También son posibles otras formas de cordón de soldadura en función de la aplicación prevista, por ejemplo, un cordón en forma de hélice, un cordón en forma de cruz, etc.
El colector de corriente se forma estampando y/o cortando una lámina metálica con una forma adaptada al diseño de la batería. El grosor del colector de corriente suele oscilar entre 0,1 y 1 mm. El material del colector de corriente puede ser aluminio, acero inoxidable, acero o cobre. Estos materiales pueden haber recibido un tratamiento superficial como el niquelado o el estañado. Naturalmente, deben elegirse materiales compatibles con la soldadura para el acumulador y el colector de corriente.
En función de los materiales a soldar, la soldadura puede realizarse por transparencia o por conducción térmica.
Para ello, el colector de corriente 1 debe ser presionado contra el polo del acumulador 2 con una fuerza F durante la aplicación del haz láser para formar el cordón de soldadura.
La figura 2 es un diagrama esquemático de un dispositivo de soldadura que permite aplicar dicha fuerza durante la formación del cordón de soldadura.
Este dispositivo utiliza una máscara de soldadura 4 que comprende una abertura de paso, en el lado opuesto al cabezal láser, hacia una abertura 40 que define una zona de soldadura. La máscara también comprende una superficie de apoyo 41 que rodea, al menos parcialmente, la abertura 40, para garantizar la colocación del colector de corriente 1 sobre el acumulador 2.
La máscara de soldadura es muy rígida, al menos en la dirección del haz láser. Esto significa que la máscara es dimensionalmente estable cuando se somete a las tensiones mecánicas habituales durante el procedimiento.
Para garantizar una distancia focal f fija, la máscara de soldadura 4 está fijada rígidamente al cabezal láser L.
Dicha distancia focal se elige para suministrar una energía máxima y controlada a la zona de soldadura. En la medida en que es la dimensión (también denominada "altura", señalada h en la figura 6) de la máscara en la dirección del haz láser la que define la distancia entre el cabezal láser y la zona de soldadura, dicha distancia focal se define en función de dicha dimensión de la máscara en la dirección del haz láser y es independiente de la fuerza de apoyo aplicada. Una vez ajustada esta distancia focal óptima en una fase inicial, se mantiene constante durante todo el procedimiento de soldadura del acumulador o acumuladores, ya que la distancia entre el cabezal láser y la zona de soldadura no varía. Las diferencias de altura de un acumulador a otro se absorben chapando la máscara contra el colector de corriente.
Para poder ajustar la posición de la máscara con respecto a las piezas a soldar y controlar la fuerza de apoyo de la máscara, el cabezal láser L puede moverse en traslación en dirección vertical (indicada por la doble flecha Z) con respecto a un bastidor 5, por ejemplo mediante un gato o un muelle. Este sistema no requiere un control preciso de la fuerza de contacto, ya que la distancia focal del láser está directamente vinculada a la altura fija de la máscara de soldadura. Dicho bastidor también incluye un soporte (no mostrado) para las piezas a soldar.
De este modo, cualesquiera que sean las variaciones dimensionales de los acumuladores o las holguras de posicionamiento de los acumuladores en la brida, la máscara siempre puede apoyarse contra el colector de corriente y aplicar la fuerza necesaria para asegurar un buen recubrimiento durante la formación del cordón de soldadura y garantizar la distancia focal del láser.
Por otra parte, en el dispositivo descrito en el documento CN 206952362 antes citado , la conexión elástica entre la máscara y el cabezal láser no permite garantizar una distancia focal óptima cualquiera que sea la altura de los acumuladores. La precisión de la distancia focal está limitada por la precisión del movimiento del cabezal con respecto a la máscara, en relación con la fuerza de apoyo aplicada. En consecuencia, la resistencia mecánica de la zona de soldadura puede variar de un acumulador a otro.
Un caso particularmente delicado es la soldadura del colector de corriente al polo del acumulador porque, como puede verse en la figura 3, la superficie de contacto disponible para formar el cordón de soldadura es particularmente pequeña. Por ejemplo, en el caso de un acumulador de tipo 18650, el diámetro de la zona 20 disponible es de unos 9 mm.
Con referencia a la figura 4, dicha zona disponible 20 se utiliza para formar una zona de apoyo periférica 21, destinada a recibir la superficie de apoyo de la máscara, y una zona de soldadura central 22, en la que puede formarse el cordón de soldadura. Para optimizar la superficie disponible, la zona de apoyo 21 tiene forma anular y se extiende desde el borde exterior de la zona disponible 20, pero huelga decir que, en función de la configuración de la zona disponible, puede elegirse cualquier otra forma para la zona de apoyo y la zona de soldadura.
Para soldar, la máscara se apoya por tanto contra el colector de corriente (no representado en la figura 4) para presionarlo contra la zona de apoyo 21 del polo del acumulador.
Según una realización, la superficie de apoyo de la máscara es continua, es decir, de una sola pieza. Esta superficie debe ser lo suficientemente grande en relación con el perímetro de la zona de soldadura para garantizar un buen chapado de las dos piezas en la zona de soldadura. Esto significa que la superficie de apoyo debe extenderse al menos tres cuartas partes del perímetro de la zona de soldadura. Si la zona de soldadura es circular, la superficie de apoyo se extiende ventajosamente sobre un sector angular comprendido entre 270 y 360°.
Según una realización particular, la superficie de apoyo rodea completamente la zona de soldadura.
Según otra realización, la superficie de apoyo es discontinua, es decir, comprende una pluralidad de regiones de apoyo coplanares separadas por huecos. Preferentemente, dichas regiones tienen una superficie suficiente y están distribuidas de forma suficientemente uniforme para garantizar un chapado correcto de las dos piezas a soldar. Por ejemplo, la superficie de apoyo puede estar formada por tres regiones coplanares en forma de arco separadas por la misma distancia. La ventaja de tal superficie de apoyo discontinua es que permite evacuar los humos generados durante la soldadura, reduciendo así la obstrucción de la máscara. Estas distancias también pueden utilizarse para reducir el riesgo de contacto involuntario en función de la geometría de las baterías que se van a soldar (por ejemplo, láminas en espera de ser soldadas, o parcialmente soldadas), o de una configuración simple de aporte de gases específicos mediante soplado (por ejemplo, gas inerte).
Las figuras 5A y 5B muestran una vista lateral externa y en perspectiva de una máscara de soldadura que es particularmente adecuada para soldar un colector de corriente al polo del acumulador de las figuras 3 y 4, pero que también es ventajosa para otras configuraciones.
Dicha máscara 4 tiene una forma externa troncocónica, que se estrecha desde el cabezal láser hacia la zona de soldadura. La superficie de apoyo 41 está situada en un plano que forma el extremo de la máscara opuesto al cabezal láser. En el ejemplo mostrado, la superficie de apoyo tiene una forma anular continua, pero como se ha indicado anteriormente, dicha superficie de apoyo podría extenderse sobre un solo sector angular o sobre varios sectores angulares espaciados entre sí.
Una ventaja de esta forma troncocónica es que se minimiza el espacio requerido por la máscara en el lado de las piezas a soldar.
Opcionalmente, el extremo 42 de la máscara orientado hacia el cabezal láser puede tener una parte cilíndrica, por ejemplo para fijar la máscara al cabezal láser.
La máscara de soldadura puede fijarse al cabezal láser por cualquier medio adecuado.
La máscara está hecha de un material opaco al haz láser, por ejemplo un material metálico resistente al calor y al haz láser en caso de error de programación. Dicho material puede ser acero inoxidable, acero revestido con una capa protectora adecuada para evitar la corrosión y, por tanto, la contaminación de las piezas a soldar, aluminio ventajosamente anodizado en negro para que absorba bien la luz, etc.
Como puede verse en la figura 6, la máscara comprende un paso 43 para el paso del haz láser (mostrado en línea de puntos). Ventajosamente, dicho paso 43 tiene también forma troncocónica, lo que permite adaptarse a la geometría del haz.
El paso 43 desemboca en una abertura 40 situada ventajosamente en el centro de la superficie de apoyo 41 y define así una zona de soldadura en las piezas a soldar.
Según la invención, la máscara de soldadura comprende un revestimiento eléctricamente aislante, con el fin de minimizar el riesgo de cortocircuitos entre las diferentes partes de la batería durante la soldadura. En un procedimiento de montaje convencional, estos riesgos se tienen en cuenta colocando barreras aislantes de la electricidad entre los acumuladores, lo que aumenta el coste y el peso de la batería. El revestimiento eléctricamente aislante elimina la necesidad de estos dispositivos de protección.
Dicho revestimiento se aplica a la superficie de apoyo y al menos a una parte de la superficie exterior de la máscara.
Dicho revestimiento puede comprender diferentes materiales en función de la región de la máscara. Así, en referencia a la figura 7, la superficie de apoyo y la superficie exterior adyacente a dicha superficie de apoyo están sometidas a importantes tensiones mecánicas y térmicas debido a la fuerza de apoyo y a la elevada temperatura que implica la soldadura. En esta parte de la máscara, el revestimiento debe ser capaz de soportar temperaturas de unos 1085 °C (la temperatura de fusión del cobre, que es el material térmicamente más crítico que hay que soldar al ensamblar una batería). Además, el material de revestimiento debe depositarse en forma de una capa fina (normalmente del orden de diez micrómetros) que sea uniforme para no perjudicar la focalización del haz láser. Por ejemplo, se puede depositar una cerámica (como alúmina) en esta parte de la máscara. Esta cerámica puede soportar una temperatura máxima de 1650°C; además, tiene muy buena resistencia al desgaste (dureza superior a 800 HV) y bastante buena resistencia a la fricción, sin dejar de ser químicamente inerte. El espesor depositado puede estar comprendido entre 5 jm y 20 |jm, lo que es compatible con la tolerancia en la distancia focal aceptable por el equipo (siendo dicha tolerancia del orden de ± 1,5 mm). La cerámica puede depositarse mediante deposición física de vapor (PVD) o deposición química de vapor (CVD). En caso necesario, puede realizarse una operación de lapeado para mejorar la planitud y uniformidad del espesor del revestimiento en la superficie de apoyo.
En función del material y de su grosor, puede realizarse una etapa de lapeado o de cepillado en la superficie de apoyo para garantizar tanto la planitud de la superficie como un buen control dimensional de la altura final de la máscara, en relación con la distancia focal deseada.
En una porción de la superficie externa más alejada de la superficie de apoyo, las tensiones mecánicas y térmicas son menos significativas. Por otro lado, es probable que esta parte entre en contacto con elementos de la batería que se está montando o con el sistema de soldadura. Puede utilizarse un material polimérico, como el fluoruro de polivinilideno (PVDF) o el politetrafluoroetileno (PTFE), que puede absorber los golpes sin dañarse.
En la realización ilustrada en la figura 7, el revestimiento eléctricamente aislante comprende una primera parte 44 de cerámica que se extiende sobre la superficie de apoyo y una primera porción de la superficie exterior adyacente a la superficie de apoyo, y una segunda parte 45 de polímero que se extiende sobre una segunda porción de la superficie exterior adyacente a la primera porción, hasta el extremo de la máscara opuesto a la superficie de apoyo.
Preferentemente, como se ilustra en la figura 8, no se aplica ningún revestimiento a la superficie interior de la máscara 4 que define el paso 43, para evitar cualquier escurrimiento del material M proyectado en la máscara durante la soldadura (el haz láser se designa con la marca LL), que caería de nuevo sobre la zona de soldadura y la contaminaría. Al dejar desnuda la superficie metálica interior de la máscara, el material pulverizado tiende a adherirse a esta superficie. La máscara puede limpiarse periódicamente, por ejemplo mediante mecanizado, para eliminar los depósitos de material acumulados.
Para poder producir un cordón de soldadura en la zona de soldadura sin mover las piezas a soldar, el cabezal láser está provisto de un sistema óptico de focalización programable que permite dirigir selectivamente el haz láser dentro de la zona de soldadura. Un sistema óptico de este tipo suele constar de dos espejos que pueden ajustarse con precisión y rapidez. En el caso de un láser pulsado, el cordón de soldadura está formado por una pluralidad de puntos de soldadura, cada uno de los cuales corresponde a una posición de focalización sucesiva. En el caso de un láser continuo, el cordón de soldadura está formado por una línea, una sucesión de segmentos o una curva continua cuya trayectoria está definida por el movimiento del haz.
Gracias al objetivo de campo plano, las condiciones de focalización, y por tanto la calidad del cordón de soldadura, son idénticas en cada punto de la zona de soldadura.
La figura 9 muestra la máscara de soldadura 4 apoyada sobre el colector de corriente 1 con vistas a soldarlo al polo del acumulador.
La superficie de apoyo de la máscara está centrada con respecto a la zona disponible 20 del polo del acumulador y, por tanto, proporciona un chapado estable del colector de corriente sobre dicho polo. Por lo tanto, la zona de soldadura también está centrada con respecto a dicho polo. Por lo tanto, se puede formar un cordón de soldadura en esta zona.
Teniendo en cuenta la geometría de la zona de soldadura, el cordón de soldadura tiene ventajosamente una forma circular. Por supuesto, para otras aplicaciones, el cordón de soldadura podría tener una forma diferente.
Como se muestra en la figura 10, el cordón de soldadura 23 consta de 20 puntos ligeramente superpuestos centrados en un círculo de 4 mm de diámetro. Dado el tamaño de los puntos de soldadura (diámetro de 0,6 mm), el diámetro exterior del cordón de soldadura es del orden de 4,6 mm. Este diámetro se elige para que sea estrictamente inferior al diámetro interior de la abertura formada en la máscara de soldadura (que en este ejemplo es de 5,2 mm), a fin de no correr el riesgo de soldar la máscara al colector de corriente, teniendo en cuenta al mismo tiempo las variaciones dimensionales que podrían provocar desplazamientos posicionales con respecto a una posición nominal.
El diámetro exterior de la zona de apoyo 21 de la máscara es de 8 mm; la anchura de la superficie de apoyo anular es, por tanto, de 1,4 mm, lo que en el ejemplo considerado es suficiente para garantizar un buen chapado de las dos piezas entre sí.
El cabezal láser y el soporte que lleva las piezas a soldar son móviles entre sí en tres direcciones en el espacio, para permitir la soldadura sucesiva de varios acumuladores. Según una realización, el cabezal láser y el soporte pueden moverse a lo largo de diferentes ejes. Alternativamente, el soporte puede ser fijo y el cabezal láser móvil para situar la máscara frente a cada acumulador a soldar.
Por ejemplo, en referencia a la Figura 9, una vez que el colector de corriente se ha soldado a un acumulador, la máscara y el cabezal láser se elevan (a lo largo del eje Z) a una posición lo suficientemente alta como para no interferir con las piezas a soldar. El soporte portador de la brida y/o el cabezal provisto de la máscara se desplazan en el plano X, Y para situar la máscara frente al polo de otro acumulador a soldar al colector de corriente. A continuación, el cabezal y la máscara de soldadura se bajan de nuevo para que la máscara de soldadura se apoye contra el colector de corriente. Por tanto, se puede formar un nuevo cordón de soldadura como se ha descrito anteriormente.
De este modo, el montaje de la batería no se ve afectado por ninguna diferencia de altura de un acumulador a otro, y todas las costuras de soldadura pueden producirse de manera repetible.
Como se ha indicado anteriormente, la presente invención no se limita a soldar un colector de corriente a un acumulador. En el campo del montaje de baterías, la invención también puede aplicarse a la soldadura de dos colectores de corriente. Por ejemplo, un colector de corriente puede estar hecho de una lámina de cobre de 500 pm de espesor y otro colector de corriente, soldado a él, está hecho de una lámina de HILUMIN™ de 300 pm de espesor. No se necesitan herramientas especiales para soldar. Se pueden formar sucesivamente una pluralidad de cordones de soldadura circulares presionando las dos chapas entre sí en la zona de soldadura respectiva utilizando la máscara descrita anteriormente.
En el caso de la soldadura láser de piezas de plástico, la soldadura se realiza por transparencia: se superponen las piezas a soldar, que están hechas de dos materiales diferentes, uno transparente a la radiación láser y el otro absorbente. El haz láser, enfocado en la unión de las dos piezas, atraviesa el material transparente y funde el material absorbente. A continuación, los plásticos se sueldan gracias a la sólida unión creada por el rápido enfriamiento del conjunto tras el paso del haz láser. La tecnología láser es diferente de la utilizada para la soldadura de metales porque requiere el uso de un láser con una longitud de onda adaptada al color de las piezas a soldar.
Claims (15)
1. Procedimiento de soldadura láser de una primera pieza a una segunda pieza, que comprende:
- colocar la primera pieza (1) sobre la segunda pieza (2),
- aplicar una máscara de soldadura (4) que comprende una superficie de apoyo plana (41) contra la primera pieza (1) para presionar dicha primera pieza contra la segunda pieza (2), comprendiendo dicha máscara de soldadura (4) un paso (43) para que un haz láser lo atraviese, definiendo una zona de soldadura en la primera pieza, rodeando la superficie de apoyo (41) al menos una parte de dicho paso,
- emitir un haz láser desde un cabezal (L) hacia el interior de dicho paso de la máscara de soldadura, para formar un cordón de soldadura que une la primera pieza con la segunda pieza en dicha zona de soldadura,
en el que la máscara de soldadura (4) es rígida y está rígidamente conectada al cabezal láser (L) y la distancia focal (f) del láser es constante, siendo dicha distancia focal constante proporcionada por dicha máscara rígida, estando dicho procedimientocaracterizado porquela máscara de soldadura (4) comprende un revestimiento eléctricamente aislante aplicado a al menos parte de una superficie externa de la máscara de soldadura (4).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que las piezas primera y segunda y la máscara de soldadura permanecen fijas durante la formación de todo el cordón de soldadura.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el cabezal láser comprende un sistema óptico de focalización programable que comprende dos espejos orientables para posicionar el haz láser en un lugar determinado de la zona de soldadura.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la primera pieza es un colector de corriente metálico y la segunda pieza es un acumulador electroquímico de iones metálicos.
5. Procedimiento de ensamblaje de una batería que comprende una pluralidad de acumuladores, que comprende:
- pegar cada acumulador (2) en una brida (3),
- establecer una conexión eléctrica entre al menos dos acumuladores (2) mediante un colector de corriente (1), soldando por láser dicho colector de corriente a un polo respectivo de cada acumulador mediante el procedimiento de la reivindicación 4.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la posición del cabezal provisto de la máscara de soldadura se ajusta para cada acumulador, a fin de compensar una diferencia de altura entre dos acumuladores.
7. Dispositivo de soldadura láser de una primera pieza a una segunda pieza, que comprende:
- un bastidor (5) que comprende un soporte para las piezas primera y segunda que se van a soldar,
- un cabezal láser (L) que puede moverse en translación verticalmente en relación con el bastidor,
- una máscara de soldadura (4) rígida conectada rígidamente al cabezal láser (L) para asegurar una distancia focal (f) constante del haz láser, que comprende una superficie de apoyo plana (41) opuesta al cabezal láser, y un paso (43) para que un haz láser emitido por el cabezal lo atraviese, desembocando dicho paso en una abertura (40) en la superficie de apoyo definiendo una zona de soldadura, estando dicho dispositivocaracterizado porquela máscara de soldadura (4) comprende un revestimiento eléctricamente aislante en al menos una parte de su superficie externa.
8. Dispositivo según la reivindicación 7, en el que el cabezal láser (L) comprende un sistema óptico de focalización programable que comprende dos espejos orientables para posicionar el haz láser en un lugar determinado de la zona de soldadura.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 a 8, en el que la máscara de soldadura tiene una forma externa troncocónica que se estrecha desde el cabezal láser hacia la superficie de apoyo.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el paso (43) tiene una forma troncocónica que se estrecha desde el cabezal láser hacia la zona de soldadura.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 a 10, en el que la superficie de apoyo se extiende de forma continua alrededor de la zona de soldadura.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 a 11, en el que la superficie de apoyo se extiende de forma discontinua alrededor de la zona de soldadura.
13. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, en el que dicho revestimiento comprende una porción cerámica (44) que se extiende sobre la superficie de apoyo y sobre una primera porción de la superficie exterior adyacente a dicha superficie de apoyo.
14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 ó 13, en el que dicho revestimiento comprende una porción polimérica (45) que se extiende sobre una segunda porción de la superficie exterior, opuesta a la superficie de apoyo y adyacente a la primera porción.
15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 7 a 14, en el que la máscara de soldadura tiene una superficie interior desprovista de dicho revestimiento eléctricamente aislante.
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