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激光焊接方法和焊接工藝的選用

閱讀:123發(fā)布時間:2023-5-31

從鋰電池電芯的制造到電池 PACK 成組,焊接都是一道很重要的制造工序,鋰電池的導(dǎo)電性、強度、氣密性、金屬疲勞和耐腐蝕性,是典型的電池焊接質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)。

焊接方法和焊接工藝的選用,將直接影響電池的成本、質(zhì)量、安全以及電池的一致性。在眾多焊接方式中,激光焊接以如下優(yōu)勢脫穎而出 :優(yōu)先,激光焊接能量密度高、焊接變形小、熱影響區(qū)小,可以有效地提高制件精度,焊縫光滑無雜質(zhì)、均勻致密、無需附加的打磨工作;其次,激光焊接可精確控制,聚焦光點小,高精度定位,配合機(jī)械手臂易于實現(xiàn)自動化,提高焊接效率,減少工時,降低成本 ;另外,激光焊接薄板材或細(xì)徑線材時,不會像電弧焊接那樣容易受到回熔的困擾。
電池的結(jié)構(gòu)通常包含多種材料,如鋼、鋁、銅、鎳等,這些金屬可能被制成電非常、導(dǎo)線,或是外殼 ;因此,無論是一種材料之間或是多種材料之間的焊接,均對焊接工藝提出了較高要求。激光焊接的工藝優(yōu)勢就在于可以焊接的材質(zhì)種類廣泛,能夠?qū)崿F(xiàn)不同材料之間的焊接。

工藝難點

動力電池電芯的制造由于遵循“輕便”原則,通常會采用較“輕”的鋁材質(zhì),而且還要做得更“薄”,一般殼、蓋、底的厚度基本都要求達(dá)到 1.0mm 以下,目前一些主流廠家的基本材料厚度均在 0.8mm 左右。據(jù)統(tǒng)計,鋁合金材料的電池殼體占整個動力電池的 90% 以上。

鋁材焊接的難點在于鋁合金對激光束的高初始反射率及其本身的高導(dǎo)熱性,使得鋁合金在未熔化前對激光的吸收率低,由于鋁的電離能低,焊接過程中光致等離子體不易于擴(kuò)散,使得焊接穩(wěn)定性差。另外,焊接過程中合金元素的燒損,使鋁合金焊接接頭的力學(xué)性能下降。由于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,其中主要的是氣孔和熱裂紋。鋁合金的激光焊接過程中產(chǎn)生的氣孔主要有兩類 :氫氣孔和匙孔破滅產(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)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(nèi)部氣泡,究其原因,主要是光纖芯徑過小或者激光能量設(shè)置過高所致。
針對以上出現(xiàn)的問題,尋找到合適的工藝參數(shù)才是解決問題的關(guān)鍵。


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