激光焊接技術(shù)在新能源汽車電池行業(yè)的應(yīng)用

張華

寧德時代新能源股份有限公司 福建寧德 352000

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，新能源汽車目前正逐漸替代傳統(tǒng)燃油車。在新能源汽車電池中引進激光焊接技術(shù)，通過激光束的作用，能夠利用激光讓材料熔化，有效將塑料部件充分連接，形成一個完整的配件結(jié)構(gòu)，在提升焊接質(zhì)量的同時，也能滿足新能源汽車電池生產(chǎn)要求。

1 激光焊接工藝

（1）激光焊接是一種新興的焊接工藝，它相對各種傳統(tǒng)焊接最大的優(yōu)勢就是熱影響范圍小，變形小，焊縫精美。

（2）脈沖激光焊接一般用于點焊和中小功率的縫焊，焊接厚度一般不大于1mm。通過了解材料的類型才能夠確定其激光的焊接特性；如一些脈沖激光器焊接有缺陷的材料我們應(yīng)該優(yōu)先掌握。在實際焊接中如5系、6系的鋁合金在脈沖焊接時焊點飛濺較大并且焊縫極易產(chǎn)生裂紋。所以對不同材料的焊接特性多些了解這對我們調(diào)試工藝會有很大的幫助。

（3）連續(xù)激光器由于其光電轉(zhuǎn)換效率高，光束質(zhì)量較好其應(yīng)用較廣（如IT、電氣、電池、五金等行業(yè)）。連續(xù)激光的普及在激光焊接上起著革命性的意義；首先連續(xù)激光的焊接功率較傳統(tǒng)的燈泵浦激光器有較大的提高；而傳統(tǒng)的脈沖激光器功率只有600w；連續(xù)激光器從幾十瓦到幾千瓦。

2 激光焊接的優(yōu)點

激光焊接具有很多優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)中，進行激光焊接的母體材料本身并不熔化，僅僅是使選用焊接材料熔化，焊縫表面非常光滑，使生產(chǎn)工件的外形更加美觀，其密封性也比較好，使工件的焊接區(qū)域得到了大大的加強，提升了安全性能[1]。

熱量輸入很小、焊縫深寬比大，熱影響區(qū)小導(dǎo)致工件收縮和變形很小，無需焊后矯形；焊縫強度高、焊接速度快、焊縫窄且通常表面狀態(tài)好，免去焊后清理等工作；焊接一致性、穩(wěn)定性好一般不加填充金屬和焊劑，并能實現(xiàn)部分異種材料焊接；光束易于控制，焊接定位精確易于實現(xiàn)自動化；焊點小、能量密度高、適合于高速加工；短時間焊接，既對外界無熱影響，又對材料本身的熱變形及熱影響區(qū)小，尤其適合加工高熔點、高硬度、特種材料；無加工噪音，對環(huán)境無污染；可通過光纖實現(xiàn)遠距離、普通方法難以達到的部位、多路同時或分時焊接；很容易改變激光輸出焦距及焊點位置；很容易搭載到自動機、機器人裝置上；與其它焊接工藝方法比較激光焊接的前期投資較大；被焊工件裝配精度高，相對而言對光束操控的精確性也有較高的要求；由于飛濺大，穿透焊的焊縫相對于點焊焊接更粗糙，但是強度比普通點焊要強得多[2]。

3 激光焊接的局限性

在實際工業(yè)生產(chǎn)中，在激光焊接過程中，工件間的焊縫質(zhì)量缺陷依然會出現(xiàn)。它受到很多因素的影響，例如操作空間狹小，設(shè)備陳舊老化，焊接過程軌跡設(shè)計不合理等。

激光焊接中容易出現(xiàn)氣孔和虛焊，例如母材表面不夠清潔，鏡片的損耗度大，焊絲與激光束交點相對位置發(fā)生改變等，焊縫表面都會出現(xiàn)不同狀態(tài)的氣孔，嚴重的出現(xiàn)虛焊和爆孔。

4 新能源汽車電池激光焊接應(yīng)用

4.1 鋰電池生產(chǎn)工藝

電芯：混料-涂布-制片-烘烤-卷繞-焊蓋板-入殼對蓋-封口焊接-檢測-注液-密封釘焊接-化 成-分容-電芯

蓋板焊接：防爆閥、翻轉(zhuǎn)片、極柱、防爆閥蓋板、軟連接

模組：電芯-堆疊-側(cè)板端板安裝-側(cè)板焊接-連接片焊接-檢測-端子板安裝-塑料蓋板安裝

4.2 激光焊接系統(tǒng)總體設(shè)計

根據(jù)動力鋰電池模組極柱焊接工藝要求，需要將鋁排緊密貼合在極柱上進行焊接。鋁排通過黑色蓋板固定，由大功率激光焊接專機完成24個區(qū)域的自動焊接。該方案能夠較好的解決產(chǎn)品均一性和生產(chǎn)效率問題。本文從焊接模型區(qū)域精確定位、焊接軌跡精準控制以及焊接參數(shù)優(yōu)化調(diào)整著手來研究激光振鏡焊接系統(tǒng)。該激光振鏡精密焊接系統(tǒng)可分為激光器子系統(tǒng)、振鏡子系統(tǒng)、視覺子系統(tǒng)以及機器人子系統(tǒng)。振鏡子系統(tǒng)閉環(huán)控制XYZ軸振鏡擺動，以此控制激光掃描軌跡；視覺系統(tǒng)通過拍照、計算后得出焊接模型區(qū)域定位數(shù)據(jù)信息；激光器系統(tǒng)完成激光發(fā)生以及傳導(dǎo)報警等工作，同時設(shè)置不同的激光波形參數(shù)以及振鏡子系統(tǒng)運動掃描參數(shù)對模組焊后質(zhì)量有不同的影響，本文通過試驗測試參數(shù)得到一套適用于方形硬殼鋰電池的焊接參數(shù)，主要參數(shù)包括離焦量、焊接速度、激光開延時、激光關(guān)延時、振鏡到位延時、激光波形參數(shù)、激光功率等[3]。

按照具體生產(chǎn)工藝流程，模組激光焊接工位處于鋰電池模組組裝自動化生產(chǎn)線的模組鋁排清洗、模組極柱清洗的后段，其前段需要對待焊電芯以及鋁排進行清洗等預(yù)處理。本文該模組鋁排激光焊接專機處理電芯模組與鋁排的焊接工作。實際設(shè)計方案中采取對稱雙工位加快工作節(jié)拍。在激光焊接專機后段增設(shè)焊后檢測工位對焊接質(zhì)量進行檢驗。整條流水線中激光焊機專機是十分重要的一環(huán)，是該系統(tǒng)的核心組成部分。

5 結(jié)語

激光焊接焊縫外觀質(zhì)量良好，焊縫均勻、平整光滑，外形美觀，激光焊接不僅有著焊接效率高，外成形美觀，熱影響區(qū)域小及精度高等一系列優(yōu)點，更重要的是它大大增強了車身焊接強度。提高了汽車的安全品質(zhì)。我們需要對激光焊接降低運營成本降低方面進行進一步的研究?？煽紤]研發(fā)更低成本的焊絲替代現(xiàn)有的CuSi3焊絲，或者研究合適的鈑金搭接方式及焊接參數(shù)取消焊絲，這樣激光焊接技術(shù)可以更廣泛的應(yīng)用在汽車行業(yè)當中。