工藝丨動力電池工藝-激光焊接概述.doc

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1、工藝丨動力電池工藝，激光焊接概述動力電池制造過程焊接方法與工藝的合理選用，將直接影響電池的成本、質(zhì)量、安全以及電池的一致性。接下來就整理一下動力電池焊接方面的內(nèi)容。還是先來原理，好像我是最喜歡搬運原理的作者之一呢。1激光焊接原理激光焊接是利用激光束優(yōu)異的方向性和高功率密度等特性進(jìn)行工作，通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦在很小的區(qū)域內(nèi)，在極短的時間內(nèi)使被焊處形成一個能量高度集中的熱源區(qū)，從而使被焊物熔化并形成牢固的焊點和焊縫。2激光焊接類型熱傳導(dǎo)焊接和深熔焊熱傳導(dǎo)焊接，激光光束沿接縫將合作在工件的外表熔化，熔融物匯流到一同并固化，構(gòu)成焊縫。主要用于相對較薄的材料，材料

2、的最大焊接深度受其導(dǎo)熱系數(shù)的約束，且焊縫寬度總是大于焊接深度。深熔焊，當(dāng)高功率激光聚集到金屬外表時，熱量來不及散失，焊接深度會急劇加深，此焊接技術(shù)即是深熔焊。因為深熔焊技術(shù)加工速度極快，熱影響區(qū)域很小，而且使畸變降至最低，因而此技術(shù)可用于需求深度焊接或幾層資料一起焊接。熱傳導(dǎo)焊接和深熔焊的主要區(qū)別在于單位時間內(nèi)施加在金屬表面的功率密度，不同金屬下臨界值不同。穿透焊和縫焊穿透焊，連接片無需沖孔，加工相對簡單。穿透焊需要功率較大的激光焊機。穿透焊的熔深比縫焊的熔深要低，可靠性相對差點。縫焊相比穿透焊，只需較小功率激光焊機?？p焊的熔深比穿透焊的熔深要高，可靠性相對

3、較好。但連接片需沖孔，加工相對困難。脈沖焊接和連續(xù)焊接1）脈沖模式焊接激光焊接時應(yīng)選擇合適的焊接波形，常用脈沖波形有方波、尖峰波、雙峰波等，鋁合金表面對光的反射率太高，當(dāng)高強度激光束射至材料表面，金屬表面將會有60%-98%的激光能量因反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。一般焊接鋁合金時最優(yōu)選擇尖形波和雙峰波，此種焊接波形后面緩降部分脈寬較長，能夠有效地減少氣孔和裂紋的產(chǎn)生。脈沖激光焊接樣品由于鋁合金對激光的反射率較高，為了防止激光束垂直入射造成垂直反射而損害激光聚焦鏡，焊接過程中通常將焊接頭偏轉(zhuǎn)一定角度。焊點直徑和有效結(jié)合面的直徑隨激光傾斜角增大而增大，

4、當(dāng)激光傾斜角度為40°時，獲得最大的焊點及有效結(jié)合面。焊點熔深和有效熔深隨激光傾斜角減小，當(dāng)大于60°時，其有效焊接熔深降為零。所以傾斜焊接頭到一定角度，可以適當(dāng)增加焊縫熔深和熔寬。另外在焊接時，以焊縫為界，需將激光焊斑偏蓋板65%、殼體35%進(jìn)行焊接，可以有效減少因合蓋問題導(dǎo)致的炸火。2）連續(xù)模式焊接連續(xù)激光器焊接由于其受熱過程不像脈沖機器驟冷驟熱，焊接時裂紋傾向不是很明顯，為了改善焊縫質(zhì)量，采用連續(xù)激光器焊接，焊縫表面平滑均勻，無飛濺，無缺陷，焊縫內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)裂紋。在鋁合金的焊接方面，連續(xù)激光器的優(yōu)勢很明顯，與傳統(tǒng)的焊接方法相比，生產(chǎn)效率高，且無需填絲；與

5、脈沖激光焊相比可以解決其在焊后產(chǎn)生的缺陷，如裂紋、氣孔、飛濺等，保證鋁合金在焊后有良好的機械性能；焊后不會凹陷，焊后拋光打磨量減少，節(jié)約了生產(chǎn)成本，但是因為連續(xù)激光器的光斑比較小，所以對工件的裝配精度要求較高。連續(xù)激光焊接樣品在動力電池焊接當(dāng)中，焊接工藝技術(shù)人員會根據(jù)客戶的電池材料、形狀、厚度、拉力要求等選擇合適的激光器和焊接工藝參數(shù)，包括焊接速度、波形、峰值、焊頭傾斜角度等來設(shè)置合理的焊接工藝參數(shù)，以保證最終的焊接效果滿足動力電池廠家的要求。3激光焊接優(yōu)點能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊縫深寬比大。激光束易于聚焦、對準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引，可放置在離工件

6、適當(dāng)之距離，可在工件周圍的夾具或障礙間再導(dǎo)引，其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發(fā)揮。熱輸入量小，熱影響區(qū)小，工件殘余應(yīng)力和變形?。缓附幽芰靠删_控制，焊接效果穩(wěn)定，焊接外觀好；非接觸式焊接，光纖傳輸，可達(dá)性較好，自動化程度高。焊接薄材或細(xì)徑線材時，不會像電弧焊接般易有回熔的困擾。用于動力電池的電芯由于遵循“輕便”的原則，通常會采用較“輕”的鋁材質(zhì)外，還需要做得更“薄”，一般殼、蓋、底基本都要求達(dá)到1.0mm以下，主流廠家目前基本材料厚度均在0.8mm左右。能為各種材料組合提供高強度焊接，尤其是在進(jìn)行銅材料之間和鋁材料之間焊接的時候更為有效。這也是唯一可

7、以將電鍍鎳焊接至銅材料上的技術(shù)。4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(xiàn)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(chǎn)生氣孔，主要有兩類：氫氣孔和氣泡破滅產(chǎn)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(yán)重，并且在激光焊接中還多了一類由于小孔的塌陷而產(chǎn)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(xiàn)熱裂紋，包括焊縫結(jié)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(xiàn)晶界熔化，在應(yīng)

8、力作用下會在晶界處形成液化裂紋，降低焊接接頭的性能。