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动力电池激光焊接难点分析及解决方案

rongpuiwing 来源:锐科激光2019-12-16 我要评论(0 )   

激光焊接作为一种高效精密的连接方式,具有明显的优势:加工效率高、加工精度高、热影响区小、焊件变形小、自动化程度高等等。将

激光焊接作为一种高效精密的连接方式,具有明显的优势:加工效率高、加工精度高、热影响区小、焊件变形小、自动化程度高等等。将激光焊接应用在汽车动力电池焊接上可以大大提高其安全性、可靠性和使用寿命。


动力电池的激光焊接部位多,其材料主要是铝合金,少量部位采用紫铜、镍等材料,还有极少数采用不锈钢作为电池外壳,在这些材料中,镍和不锈钢的激光焊接工艺相对较为简单,也更为成熟,但是铝合金和紫铜的激光焊接依然存在较多的难点。除材料特性的影响之外,焊接接头的状态也会对焊接效果产生较大影响。


待焊接的材料种类及状态


待焊材料种类


铝合金和紫铜作为待焊接的材料时,其常规方式的激光焊接效果不良的主要原因在于:


①两者对于光纤激光来说均属于高反材料,对光纤激光的吸收率不高,导致焊接过程稳定性较差;


②两者的导热性能较好,焊缝成型困难,易产生气孔。


同时这两种材料也存在一定的差异,相对来说,铝合金对光纤激光的吸收率比紫铜的高,而紫铜的导热性能更优于铝合金的,所以两者激光焊接难点的解决办法有相同的地方,也存在着一定的差异:


铝合金

1.采用相对较小的聚焦光斑(0.1mm~0.3mm)进行焊接;

2.焊接速度不能太低,控制在60mm/s以上;

3. 采用光纤-半导体激光复合焊接;

4. 采用摆动焊接。 



紫铜

1.采用较小的聚焦光斑(0.02mm~0.2mm)进行焊接;

2.焊接速度要快,建议100mm/s以上;

3.采用摆动焊接。


待焊材料状态


本文中所述的待焊材料状态是指材料的表面清洁度、预处理程度,这些情况均会导致焊缝质量变差,具体的结果表现及解决方案:


材料表面有杂质

难点表现:焊缝存在气孔,密封性不够,强度不够;焊缝有爆点,产品报废。

解决方案:待焊材料焊接前需去除油污、水渍等杂质。


铝合金表面氧化物未清理

难点表现:焊缝气孔较多,密封性不够,强度不够;成型不稳定,良品率降低。

解决方案:待焊材料焊前进行去氧化膜处理,然后尽快进行焊接。

材料待焊处加工粗糙

难点表现:成型不均匀,外观较差;容易出现焊漏,无密封性。解决方案:材料进行机加工处理,需平整无变形。


焊缝所属部件类型及要求


目前主流的汽车动力电池有三种,分别是方形电池、圆柱电池以及软包电池,最常用的是方形电池,并且它也是采用激光焊接部位最多的电池类型,另外两类电池市场份额以及激光焊接需求均相对要少很多。焊缝主要存在的问题是强度不够、密封性不够和成型不好,导致这些问题的产生,其共性是因为焊接工艺选择不正确,此外还有待焊部位结构及其焊缝要求所导致的焊接难点,具体情况及解决方案:


软包电池部件极耳/汇流排

焊接难点:材料薄,多片叠焊易虚焊,导致强度不够,导电性不好。

解决方案:控制来料平整度;设计优良性能的夹具,控制装夹间隙。


圆柱电池部件21700电池盖帽

焊接难点:材料薄,易烧穿,强度达不到。

解决方案:控制来料一致性;设计优良性能的夹具,控制装夹间隙;选用小纤芯光纤激光器,并用振镜高速(300mm/s以上)焊接。

模组

焊接难点:熔深要求较大,焊缝成型较差。

解决方案:激光器纤芯选择50μm~100μm,使用较高功率进行高速(80mm/s以上)焊接。


方形电池部件注液孔、翻转片、极柱、防爆阀

焊接难点:气孔多,容易出现爆点,导致密封性不够。

解决方案:提高待焊部位的清洁度;选用50μm纤芯的光纤激光器,焊接速度可适当提高。


壳体封口

焊接难点:气孔多,容易出现爆点,导致密封性不够。

解决方案:提高待焊部位的清洁度;选用50μm纤芯的光纤激光器,焊接速度可适当提高;选用小纤芯光纤激光器+半导体激光器进行复合焊接。


焊接难点:方形焊缝四个拐角处容易烧穿,导致密封性不够。

解决方案:选择加速性能更好的焊接平台;采用较高的焊接速度,缩短拐角处激光的照射时间。


焊接难点:焊缝成型不均匀,加工效率不够高。

解决方案:选用小纤芯光纤激光器+半导体激光器进行复合焊接。

汇流排

焊接难点:材料薄,多片叠焊易虚焊,导致强度不够,导电性不好。

解决方案:控制来料平整度;设计优良性能的夹具,控制装夹间隙。焊接难点:焊缝连接宽度不够导致强度不够。解决方案:选用小纤芯光纤激光器,采用摆动焊接。

侧板

焊接难点:焊接部位多,效率要求高。

解决方案:选择高功率光纤激光器,进行远程扫描焊接。

软连接

焊接难点:材料薄,多片叠焊易虚焊,导致强度不够,导电性不好。

解决方案:控制来料平整度;设计优良性能的夹具,控制装夹间隙。


焊接难点:焊缝连接宽度不够导致强度不够。

解决方案:选用小纤芯光纤激光器,采用摆动焊接。


稿件来源:锐科激光

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