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動力電池激光焊接難點分析及解決方案

動力電池激光焊接難點分析及解決方案

分類:
行業資訊
作者:
激光焊接
2022-03-15

激光焊接作為一種高效精密的連接方式,具有明顯的優勢:加工效率高、加工精度高、熱影響區小、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,還有極少數采用不鏽鋼作為電池外殼,在這些材料中,鎳和不鏽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,焊接接頭的狀態也會對焊接效果產生較大影響。

待焊接的材料種類及狀態

待焊材料種類

鋁合金和紫銅作為待焊接的材料時,其常規方式的激光焊接效果不良的主要原因在於:

①兩者對於光纖激光來說均屬於高反材料,對光纖激光的吸收率不高,導致焊接過程穩定性較差;

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於鋁合金的,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,控製在60mm/s以上;

3. 采用光纖-半導體激光複合焊接;

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

本文中所述的待焊材料狀態是指材料的表麵清潔度、預處理程度,這些情況均會導致焊縫質量變差,具體的結果表現及解決方案:

材料表麵有雜質

難點表現: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汙、水漬等雜質。

鋁合金表麵氧化物未清理

難點表現:焊縫氣孔較多,密封性不夠,強度不夠;成型不穩定,良品率降低。

解決方案:待焊材料焊前進行去氧化膜處理,然後盡快進行焊接。

材料待焊處加工粗糙

難點表現:成型不均勻,外觀較差;容易出現焊漏,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,並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:控製來料平整度;設計優良性能的夾具,控製裝夾間隙。

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:控製來料一致性;設計優良性能的夾具,控製裝夾間隙;選用小纖芯光纖激光器,並用振鏡高速(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、防爆閥焊接難點:氣孔多,容易出現爆點,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+半導體激光器進行複合焊接。

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台;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+半導體激光器進行複合焊接。

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:控製來料平整度;設計優良性能的夾具,控製裝夾間隙。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:控製來料平整度;設計優良性能的夾具,控製裝夾間隙。

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。

解決方案

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