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【Rayclass | 銳課堂】第25期:動力電池激光焊接的難點及解決方案
時間:2019-12-16來源:原創文章

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,少量部位采用紫銅等材料,還有極少數采用不銹鋼作為電池外殼,在這些材料中,鎳和不銹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。

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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于:

①兩者對于光纖激光來說均屬于高反材料,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于鋁合金的,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,控制在60mm/s以上;

3采用光纖-半導體激光復合焊接;

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面清潔度、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:

 

材料表面有雜質

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污、水漬等雜質。

 

鋁合金表面氧化物未清理

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,然后盡快進行焊接。

 

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,并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:

控制來料平整度;

設計優良性能的夾具,控制裝夾間隙。

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。

 

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:

控制來料一致性;

設計優良性能的夾具,控制裝夾間隙;

選用小纖芯光纖激光器,并用振鏡高速(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

?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+半導體激光器進行復合焊接。

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臺;

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+半導體激光器進行復合焊接。

 

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:

控制來料平整度;

設計優良性能的夾具,控制裝夾間隙。

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:

控制來料平整度;

設計優良性能的夾具,控制裝夾間隙。

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。

 

激光器推薦

為了能夠解決在動力電池焊接中所遇到的難題,針對上述解決方案中所涉及的激光器,銳科激光重點推出了幾款適用于動力電池激光焊接的小纖芯光纖激光器、配合雙激光復合焊接用的半導體激光器以及優質的高功率光纖激光器,這些可以很好的覆蓋動力電池焊接所需的系列激光器,如下圖所示。

500W~1kW

連續光纖激光器

光纖芯徑

14μm~50μm

 

2kW~3kW

連續光纖激光器

光纖芯徑

25μm~50μm

 

 

?1kW~2kW

光纖輸出半導體激光器

光纖芯徑

300μm~600μm

 

4kW~6kW

連續光纖激光器

光纖芯徑

100μm~200μm

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議程預告

12月16-18日,“2019高工鋰電&電動車年會”在深圳機場凱悅酒店盛大開幕,年會主題為“全球電動化的至暗時刻與遠大前程”,一場鋰電行業的年度思想盛宴激光上演。

隨著激光技術的不斷發展和新工藝的開發,將會為鋰電領域提供更好的解決方案,銳科激光也將在此次鋰電盛宴上分享助力動力電池智能制造的光纖激光器產品和解決方案。

 

2019 高工鋰電&電動車年會

?時間:

12月17日(周二) 9:45-10:00

演講人:

銳科激光 新能源行業總監 童慰

演講主題:

國產激光器進口替代加速度

圓桌對話:

在12月17日(周二)11:30-12:00同期舉行的圓桌對話中,銳科激光副總經理李杰將與現場眾多精英共同探討,激光智能制造升級助力動力電池制造降本提效等相關議題。

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