激光焊接作為一種高效精密的連接方式,具有明顯的優(yōu)勢:加工效率高、加工精度高、熱影響區(qū)小、焊件變形小、自動化程度高等等。將激光焊接應用在汽車動力電池焊接上可以大大提高其安全性、可靠性和使用壽命。
動力電池的激光焊接部位多,其材料主要是鋁合金,少量部位采用紫銅、鎳等材料,還有極少數(shù)采用不銹鋼作為電池外殼,在這些材料中,鎳和不銹鋼的激光焊接工藝相對較為簡單,也更為成熟,但是鋁合金和紫銅的激光焊接依然存在較多的難點。除材料特性的影響之外,焊接接頭的狀態(tài)也會對焊接效果產生較大影響。
待焊接的材料種類及狀態(tài)
待焊材料種類
鋁合金和紫銅作為待焊接的材料時,其常規(guī)方式的激光焊接效果不良的主要原因在于:
①兩者對于光纖激光來說均屬于高反材料,對光纖激光的吸收率不高,導致焊接過程穩(wěn)定性較差;
②兩者的導熱性能較好,焊縫成型困難,易產生氣孔。
同時這兩種材料也存在一定的差異,相對來說,鋁合金對光纖激光的吸收率比紫銅的高,而紫銅的導熱性能更優(yōu)于鋁合金的,所以兩者激光焊接難點的解決辦法有相同的地方,也存在著一定的差異:
鋁合金
1采用相對較小的聚焦光斑(0.1mm~0.3mm)進行焊接;
2焊接速度不能太低,控制在60mm/s以上;
3采用光纖-半導體激光復合焊接;
4采用擺動焊接。
紫銅
1采用較小的聚焦光斑(0.02mm~0.2mm)進行焊接;
2焊接速度要快,建議100mm/s以上;
3采用擺動焊接。
待焊材料狀態(tài)
本文中所述的待焊材料狀態(tài)是指材料的表面清潔度、預處理程度,這些情況均會導致焊縫質量變差,具體的結果表現(xiàn)及解決方案:
材料表面有雜質
難點表現(xiàn):
焊縫存在氣孔,密封性不夠,強度不夠;
焊縫有爆點,產品報廢。
解決方案:
待焊材料焊接前需去除油污、水漬等雜質。
鋁合金表面氧化物未清理
難點表現(xiàn):
焊縫氣孔較多,密封性不夠,強度不夠;
成型不穩(wěn)定,良品率降低。
解決方案:
待焊材料焊前進行去氧化膜處理,然后盡快進行焊接。
材料待焊處加工粗糙
難點表現(xiàn):
成型不均勻,外觀較差;
容易出現(xiàn)焊漏,無密封性。
解決方案:
材料進行機加工處理,需平整無變形。
焊縫所屬部件類型及要求
目前主流的汽車動力電池有三種,分別是方形電池、圓柱電池以及軟包電池,最常用的是方形電池,并且它也是采用激光焊接部位最多的電池類型,另外兩類電池市場份額以及激光焊接需求均相對要少很多。焊縫主要存在的問題是強度不夠、密封性不夠和成型不好,導致這些問題的產生,其共性是因為焊接工藝選擇不正確,此外還有待焊部位結構及其焊縫要求所導致的焊接難點,具體情況及解決方案:
軟包電池部件
極耳/匯流排
焊接難點:
材料薄,多片疊焊易虛焊,導致強度不夠,導電性不好。
解決方案:
控制來料平整度;
設計優(yōu)良性能的夾具,控制裝夾間隙。
焊接難點:
焊縫連接寬度不夠導致強度不夠。
解決方案:
選用小纖芯光纖激光器,采用擺動焊接。
圓柱電池部件
21700電池蓋帽
焊接難點:
材料薄,易燒穿,強度達不到。
解決方案:
控制來料一致性;
設計優(yōu)良性能的夾具,控制裝夾間隙;
選用小纖芯光纖激光器,并用振鏡高速(300mm/s以上)焊接。
模組
焊接難點:
熔深要求較大,焊縫成型較差。
解決方案:
激光器纖芯選擇50μm~100μm,使用較高功率進行高速(80mm/s以上)焊接。
方形電池部件
注液孔、翻轉片、極柱、防爆閥
注液孔
翻轉片
極柱
防爆閥
焊接難點:
氣孔多,容易出現(xiàn)爆點,導致密封性不夠。
解決方案:
提高待焊部位的清潔度;
選用50μm纖芯的光纖激光器,焊接速度可適當提高。
殼體封口
焊接難點:
氣孔多,容易出現(xiàn)爆點,導致密封性不夠。
解決方案:
提高待焊部位的清潔度;
選用50μm纖芯的光纖激光器,焊接速度可適當提高;
選用小纖芯光纖激光器+半導體激光器進行復合焊接。
焊接難點:
方形焊縫四個拐角處容易燒穿,導致密封性不夠。
解決方案:
選擇加速性能更好的焊接平臺;
采用較高的焊接速度,縮短拐角處激光的照射時間。
焊接難點:
焊縫成型不均勻,加工效率不夠高。
解決方案:
選用小纖芯光纖激光器+半導體激光器進行復合焊接。
匯流排
焊接難點:
材料薄,多片疊焊易虛焊,導致強度不夠,導電性不好。
解決方案:
控制來料平整度;
設計優(yōu)良性能的夾具,控制裝夾間隙。
焊接難點:
焊縫連接寬度不夠導致強度不夠。
解決方案:
選用小纖芯光纖激光器,采用擺動焊接。
側板
焊接難點:
焊接部位多,效率要求高。
解決方案:
選擇高功率光纖激光器,進行遠程掃描焊接。
軟連接
焊接難點:
材料薄,多片疊焊易虛焊,導致強度不夠,導電性不好。
解決方案:
控制來料平整度;
設計優(yōu)良性能的夾具,控制裝夾間隙。
焊接難點:
焊縫連接寬度不夠導致強度不夠。
解決方案:
選用小纖芯光纖激光器,采用擺動焊接。
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