新能源汽車鋁合金電池殼激光焊

在新能源汽車產(chǎn)業(yè)，由于電池包重量增加對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化提出了更高的需求，所以與成本較高的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和密度較高的高強(qiáng)鋼相比，鋁及鋁合金毫無疑問地成為各類電池殼結(jié)構(gòu)的首選材料，從電芯殼體與極耳、模組與連接體，到電池托盤，鋁合金板材、型材，以及鑄造鋁合金均獲得了廣泛應(yīng)用。

方殼電芯是鋁合金激光焊接應(yīng)用最普及的產(chǎn)品，包括殼體封口、防爆閥、極柱、注液孔及軟連接等，所用材料包括純鋁和3系鋁合金，焊接性良好，尤其在使用擺動(dòng)激光焊接工藝下，形成幾乎無缺陷、滿足了密封條件的焊接接頭。上述工藝采用常規(guī)光纖激光器與掃描振鏡焊接頭，即可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率激光焊接。目前，已在市場(chǎng)上形成完備的定制化激光焊接生產(chǎn)線裝備。

新能源汽車電池模組與電池托盤個(gè)性化程度高，主要使用強(qiáng)度較高的6系鋁合金，部分使用5系鋁合金，當(dāng)前主要采用MIG焊接工藝和攪拌摩擦焊技術(shù)。根據(jù)產(chǎn)品不同的需求和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，大致存在三種類型。

第一種是非承力模組電池殼，其特點(diǎn)是存在板厚≤1.5mm的鋁合金板，并且對(duì)整體結(jié)構(gòu)無密封要求，以搭接穿透焊、對(duì)接、搭接角焊等形式實(shí)施焊接，采用單激光或者擺動(dòng)激光即可滿足熔深、熔寬需求。此類產(chǎn)品要求相對(duì)簡(jiǎn)單，因此工藝難度不大，已經(jīng)獲得生產(chǎn)應(yīng)用，主要由激光頭廠家、激光系統(tǒng)集成商提供技術(shù)方案。但是，由于采用單激光焊，對(duì)產(chǎn)品裝配間隙要求較高，所以焊接質(zhì)量一致性受來料尺寸精度和裝夾工序影響較大。

第二種是產(chǎn)品有密封要求，某些要求須承受一定時(shí)間的保壓壓力條件，板料厚度通常在3~5mm，與鋁合金型材組裝，涉及到對(duì)接、角接、搭接等形式。由于產(chǎn)品尺寸與電池托盤相比較小，服役條件也相對(duì)較低，所以生產(chǎn)廠與使用方均有意將焊接工藝從MIG焊升級(jí)為激光焊。目前，處于激光焊接工藝探索與測(cè)試階段，主要由科研院所、激光器供應(yīng)商、零部件廠家合作實(shí)施。

第三種是產(chǎn)品承受外力載荷的電池托盤，目前主要由鋁合金型材拼接的底板和型材邊框組成，型材壁厚2mm左右，底板拼接厚度5~8mm，底板與邊框采用MIG焊，部分產(chǎn)品采用鑄造鋁合金來獲得底板與邊框一體結(jié)構(gòu)。受制于MIG焊和攪拌摩擦焊較低的效率、較大的變形，以及攪拌頭的耗材成本投入，生產(chǎn)廠家希望引入高效率、高質(zhì)量的激光焊接技術(shù)。但是，電池托盤結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)激光焊接工藝特性考慮不足，底板拼焊對(duì)接頭強(qiáng)度要求較高，諸多因素限制了激光焊接技術(shù)的應(yīng)用。目前，相關(guān)鋁合金激光焊接技術(shù)開發(fā)主要在科研院所和部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)廠家進(jìn)行。

第二種與第三種產(chǎn)品由于板料厚度較大、6系鋁合金材料存在裂紋傾向，因此可以采用激光填絲焊或者激光電弧復(fù)合焊工藝，除了激光焊接工藝本身面臨的難題，激光焊接的接頭質(zhì)量以及激光焊接產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)評(píng)估方法和標(biāo)準(zhǔn)還有待同步開發(fā)。