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动力电池激光焊接的难点及解决方案

动力电池激光焊接的难点及解决方案

分类:
行业资讯
作者:
新华鹏激光焊接研发中心
2020-03-11

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
一、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:
1、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。
2)、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。
二、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:
1、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。
2、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。
3、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:
一、软包电池部件
1、极耳/汇流排
软包电池部件
1)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。
2)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。
2、圆柱电池部件
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。
3、模组
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。
4、方形电池部件
方形电池部件
注液孔(左上)、翻转片(右上)、极柱(左下)、防爆阀(右下)
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。
5、壳体封口
壳体封口
1)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。
2)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。
3)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。
6、汇流排
汇流排
1)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。
2)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。
7、侧板
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。
8、软连接
1)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。
2)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。

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