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      如何提高動力電池量產階段激光焊接的一次合格率和穩定性
      材料來源:汽車工藝師           錄入時間:2024/3/26 21:55:51

      動力電池為汽車提供動力,在很大程度上決定了汽車的安全性、可靠性和耐久性。動力電池的電芯及模組的制造過程中都大量應用激光焊接這種特殊工藝,AIAG CQI-15規定了乘用車行業的激光焊接過程的特殊要求。

      以動力電池常用的方殼電芯為例,有蓋板防爆閥的激光焊接,極柱的激光焊接,蓋板與殼體的激光焊接等。進行激光焊接鋁合金過程中,很容易產生爆點、氣孔、焊接裂紋、熔深超差、熔寬超差等不合格的現象,因此需要定義不合格項的影響,分析影響的后果(危害程度),明白產生激光焊接不合格的機理,從而采取有效的措施,來提高量產階段的激光焊接的質量及一致性,提高產線的產出,降低焊接不合格,降低料廢的成本。

      常見激光焊接失效(部分):

      01 電池防爆閥密封焊接常見失效

      防爆閥是一種純鋁(1060或3003)的圓形薄片,厚度在0.08 ~ 0.1 mm之間。用紅外光纖激光器焊接時,由于固態鋁材對紅外激光的反射率高,且材料很薄,如焊接工藝不當,防爆閥在激光焊接過程中容易出現過燒穿孔或者炸孔,使其失去泄壓防爆的功能。

      防爆閥焊接位置

      潛在失效1:過燒/熔穿

      產生原因:用紅外激光焊接時,因固態鋁合金表面對紅外激光反射率很高,因此往往采用較高的激光功率,而防爆閥0.08 ~ 0.1 mm的厚度太小,很容易熔穿。

      解決方案建議:選擇合適的焊接工藝參數,以實現激光功率的陡升緩降,控制熱輸入。采用帶有前置尖峰并以指數形式衰減的波形,通過前置尖峰可以提高鋁材對激光的吸收率,而后續的指數衰減波可防止功率密度過高導致的穿孔。

      潛在失效2:炸孔

      產生原因:激光焊接過程中熔池內的氣體逸出所引起。

      氣體的來源:1)動力電池蓋板和防爆閥是厚度很薄的沖壓件,加工后容易殘留潤滑油、清潔液。在高功率密度的激光作用下,這些液體極易汽化并上浮到熔池表面,爆裂的同時產生大量飛濺而在焊縫表面留下凹坑,形成炸孔。2)防爆閥的寬厚比一般可達30左右,焊接時因受熱而極易產生熱變形翹曲,導致防爆閥和頂蓋的裝配間隙中存在大量空氣。焊接時這些殘留空氣受熱膨脹,噴出熔池,形成炸孔。

      建議解決方案:1)焊前徹底清洗蓋板和防爆閥;2)優化焊接工藝,用預點焊+縫焊,通過點焊固定預防翹曲變形,以減少炸孔缺陷。

      02 電池極柱焊接常見失效

      動力電池成組時其正負極柱與轉接塊之間的連接用激光焊接的方式。

      容易產生的潛在失效:炸孔

      產生原因:極柱焊縫是鋁轉接片和直徑6 mm左右的極柱的配合面,因此極易殘留潤滑油、清潔劑等雜質。激光焊接時的熱量使極柱處殘留的雜質快速汽化,氣體逸出熔池造成炸孔。

      建議解決方案:1)焊前徹底清洗,清除產氣雜質;2)優化焊接工藝,通過功率緩升來減少炸孔。把常規的一道焊接工藝優化為兩道焊接,低功率的第一次焊接預熱材料并排出氣體,高功率的第二次焊接使熔深達到要求。

      03 電池殼體與蓋板焊接失效

      動力電池殼體主要采用Al3003鋁合金,其厚度一般在0.6 ~ 0.8 mm之間,常用小功率光纖連續激光器焊接。該處的激光焊縫的主要質量問題是氣孔,會降低電池的密封性。

      潛在失效:氣孔

      解決方案建議:氣孔主要是氧化膜或水汽分解導致的冶金型氣孔。降低激光功率并提高焊接速度,氣孔率最多降低到1.1%。為了進一步減少氣孔,建議采用振鏡激光代替脈沖激光點焊,利用匙孔對熔池的攪拌作用可以加快氣泡逸出,幾乎能完全消除密封焊縫的氣孔。

      動力電池的激光焊接是一種特殊工藝過程,各方面的失控都有可能會影響到其本身及整車的安全,性能及壽命。全面理解及掌握動力電池的激光焊接工藝,系統性地導入激光焊接過程質量監制的最佳實踐,是保證量產階段激光焊接高合格率,高一致性的基礎。

      2020年發布的第二版CQI-15焊接工藝系統評估標準已經成為動力電池行業頭部生產廠家的激光焊接工藝及質量監控的標準,目前也是主流的乘用車整車廠對動力電池廠商的質量體系及激光焊接過程認可的重要參考標準。

      轉自:汽車工藝師

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