隨著碳達(dá)峰和碳中和的推進(jìn),傳統(tǒng)汽車行業(yè)已經(jīng)無法滿足“綠色”發(fā)展的潮流,因此以電力作為能源,驅(qū)動(dòng)力的新能源汽車受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。然而動(dòng)力電池作為新能源汽車的核心零部件之一其連接質(zhì)量和使用壽命直接影響電動(dòng)汽車的性能指標(biāo),對電動(dòng)汽車的發(fā)展至關(guān)重要。
動(dòng)力電池焊接質(zhì)量的好壞直接決定了電池的連接質(zhì)量和使用壽命。激光焊接相較于傳統(tǒng)焊接工藝來說,更適合動(dòng)力電池的焊接。激光焊接具有能量密度高,焊接速度快,加工精度高,熱影響區(qū)小等優(yōu)勢,現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于電池焊接中。
目前,在新能源生產(chǎn)制造領(lǐng)域,鋁合金、紫銅等高反材料的應(yīng)用占整個(gè)動(dòng)力電池及電機(jī)整體的90%以上。采用傳統(tǒng)常規(guī)型號單一傳輸芯徑激光器焊接鋁合金和紫銅時(shí),不可避免的會(huì)出現(xiàn)一些缺陷:1、高反材料反射率高,連續(xù)焊接穩(wěn)定差、成型差;2、氣孔和裂紋會(huì)大幅降低接頭的性能;3、飛濺和炸火產(chǎn)生的顆粒物極易引起電池和電機(jī)短路。
針對新能源行業(yè)以上痛點(diǎn),ABP光束可調(diào)光纖激光器應(yīng)運(yùn)而生。ABP技術(shù)實(shí)現(xiàn)了用一根光纖輸出兩個(gè)可分別獨(dú)立控制的同軸光束,中心光斑和周圍環(huán)形光斑的功率等級都可分別獨(dú)立調(diào)節(jié)。這不僅有助實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池、電機(jī)高速度、高效率的無飛濺加工,大大降低孔隙率、減小裂紋、美化成型,并且對后期處理工作的需求大大減少,從而降低了總體生產(chǎn)成本,保證生產(chǎn)質(zhì)量。
我們采用銳科激光自主研發(fā)的環(huán)形光斑激光器(RFL-ABP4000/4000)對電池領(lǐng)域不同部位進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)。
01
電池頂蓋封口焊接
電池電芯殼和頂蓋一般采用A13003,在保證一定的焊接熔深熔寬情況下,理想焊接速度達(dá)到200mm/s,無虛焊爆孔焊渣等缺陷。其中方形電池封口焊接速度可達(dá)350mm/s,與行業(yè)內(nèi)理想速度200mm/s相比,速度提高了43%。
中心功率1000W,環(huán)形功率1800W,焊接速度200mm/s,焊縫宏觀形貌如圖1。焊縫截面形貌如圖2。焊縫外觀成型均勻一致,并無虛焊、焊渣和爆孔等缺陷,焊縫內(nèi)部無裂紋和氣孔等缺陷,氣密性檢測均合格。
圖1 方型電池殼頂蓋焊縫表面形貌
圖2 焊縫截面形貌
02
銅/鋁連接片焊接
一般連接片的焊接對速度的要求不高,但對下板熔深和連接寬度有較高要求,對外觀和內(nèi)部缺陷也有一定要求。
鋁連接片一般材料為鋁合金3003,中心功率3000W,環(huán)形功率2000W,速度180mm/s,正離焦外加圓形擺動(dòng)焊接,焊縫宏觀形貌如圖3,焊縫截面形貌如圖4。銅連接片中心功率4000W,環(huán)形功率2000W,速度110mm/s,正離焦外焊接,焊縫宏觀形貌如圖5,焊縫截面形貌如圖6。
銅鋁連接片焊縫外觀成型均勻一致,并無虛焊、焊渣和爆孔等缺陷,焊縫內(nèi)部無裂紋缺陷。
圖3 鋁連接片焊縫表面形貌
圖4 鋁連接片焊縫截面形貌
圖5 銅連接片焊縫表面形貌
圖6 銅連接片焊縫截面形貌
03
Busbar焊接
巴片一般選用鋁合金1060,常見巴片厚度有1.2mm和1.5mm兩種。焊接要求基本與轉(zhuǎn)接片相同。中心功率3400W,環(huán)形功率2000W,速度80mm/s,圓形擺動(dòng)焊接。焊縫宏觀形貌如圖7。焊縫截面形貌如圖8。焊縫外觀成型均勻一致,并無虛焊、焊渣和爆孔等缺陷,焊縫內(nèi)部無裂紋缺陷。
圖7 Busbar焊縫表面形貌
圖8 Busbar焊縫截面形貌
04
側(cè)板焊接疊焊/拼焊
側(cè)板焊接分為兩種:側(cè)板和端板拼焊以及側(cè)板和端板疊焊。側(cè)板一般選用鋁合金5083,端板一般選用鋁合金6063。焊接對焊接速度要求不高,但對下板熔深和連接寬度有一定要求,同時(shí)拼焊時(shí)一般會(huì)有對應(yīng)的拉力要求。
拼焊中心功率3800W,環(huán)形功率2000W,速度80mm/s,sin擺動(dòng)焊接,焊縫宏觀形貌如圖9,焊縫截面形貌如圖10。疊焊中心功率3800W,環(huán)形功率2000W,速度80mm/s,sin擺動(dòng)焊接,焊縫宏觀形貌如圖11,焊縫截面形貌如圖12。焊縫外觀成型均勻一致,并無虛焊、焊渣和爆孔等缺陷,焊縫內(nèi)部無裂紋缺陷。
圖9 側(cè)板拼接焊縫表面形貌
圖10 側(cè)板拼接焊縫截面形貌
圖11 側(cè)板疊焊焊縫表面形貌
圖12 側(cè)板疊焊焊縫截面形貌
當(dāng)前光束可調(diào)激光器在新能源動(dòng)力電池焊接領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢非常明顯的,ABP系列也勢必能成為新能源領(lǐng)域發(fā)展的一大助力。
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