動力電池激光焊接技術揭秘
來源:尚拓激光 日期:2021/12/24
高效精密的激光焊接可以大大提高汽車動力電池的安全性、可靠性和使用壽命,將為今后的汽車動力技術帶來革命化進步。動力電池的激光焊接部位多,有耐壓和漏液測試要求,材料多數為鋁材,因此焊接難度大,對焊接工藝的要求更高。動力電池是新能源汽車的核心零部件,直接決定整車性能,其生產流程可分為前端、中端和后端設備,設備的精度和自動化水平將直接影響到電池的效率和一致性。
動力電池由于焊接部位多,焊接難度大,精度要求高,所以傳統(tǒng)焊接方式難以滿足要求,而激光焊接技術由于焊材損耗小、被焊接工件變形小、性能穩(wěn)定易操作,焊接質量及自動化程度高,運用于動力電池焊接領域可大大提高電池的安全性、可靠性,延長使用壽命。其作為一個將正負極材料、隔膜和電解液等原材料化零為整的融合制造過程,是整個動力電池生產流程中的關鍵工藝。
動力電池焊接圖
激光焊接工藝難點
目前,鋁合金材料的電池殼占整個動力電池的90% 以上。其焊接的難點在于鋁合金對激光的反射率極高, 焊接過程中氣孔敏感性高, 焊接時不可避免地會出現一些問題缺陷,其中最主要的是氣孔、熱裂紋和炸火。
鋁合金的激光焊接過程中容易產生氣孔,主要有兩類:氫氣孔和氣泡破滅產生的氣孔。由于激光焊接的冷卻速度太快,氫氣孔問題更加嚴重,并且在激光焊接中還多了一類由于小孔的塌陷而產生的孔洞。
熱裂紋問題。鋁合金屬于典型的共晶型合金,焊接時容易出現熱裂紋,包括焊縫結晶裂紋和HAZ 液化裂紋,由于焊縫區(qū)成分偏析會發(fā)生共晶偏析而出現晶界熔化,在應力作用下會在晶界處形成液化裂紋,降低焊接接頭的性能。
炸火(也稱飛濺)問題。引起炸火的因素很多,如材料的清潔度、材料本身的純度、材料自身的特性等,而起決定性作用的則是激光器的穩(wěn)定性。殼體表面凸起、氣孔、內部氣泡。究其原因,主要是光纖芯徑過小或者激光能量設置過高所致。并不是一些激光設備提供商宣傳的“光束質量越好,焊接效果越優(yōu)秀”,好的光束質量適合于熔深較大的疊加焊接。尋找合適的工藝參數才是解決問題的致勝法寶。
其他難點
軟包極耳焊接,對焊接工裝要求較高,必須將極耳壓牢,保證焊接間隙。可實現S形、螺旋形等復雜軌跡的高速焊接,增大焊縫結合面積的同時加強焊接強度。
圓柱電芯的焊接主要用于正極的焊接,由于負極部位殼體薄,極容易焊穿。如目前一些廠家采用的負極免焊接工藝,正極采用的為激光焊接。
方形電池組合焊接時,極柱或連接片受污染厚,焊接連接片時,污染物分解,易形成焊接炸點,造成孔洞;極柱較薄、下有塑料或陶瓷結構件的電池,容易焊穿。極柱較小時,也容易焊偏至塑料燒損,形成爆點。不要使用多層連接片,層之間有孔隙,不易焊牢。
方型電池的焊接工藝最重要的工序是殼蓋的封裝,根據位置的不同分為頂蓋和底蓋的焊接。有些電池廠家由于生產的電池體積不大,采用了“拉深”工藝制造電池殼,只需進行頂蓋的焊接。