新能源汽車電池包下殼體焊接工藝分析

吳慶

中國(guó)日用五金技術(shù)開(kāi)發(fā)中心 遼寧沈陽(yáng) 110000

電池包是新能源汽車發(fā)展中非常重要的組成部分，它的價(jià)值越來(lái)越高，由于技術(shù)和生產(chǎn)水平的提高以及市場(chǎng)的飽和度，使人們更加關(guān)注電池包的使用壽命。

1 鋼制下殼體焊接工藝

1.1 CO2氣體保護(hù)焊

因操作靈活，簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)油和鐵銹敏感度低等特點(diǎn)，CO2氣體保護(hù)焊廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)汽車公司電池包下殼體側(cè)邊框之間的連接。隨著CO2氣體保護(hù)焊的技術(shù)和設(shè)備日趨完善，其焊縫粗糙和飛濺較大等問(wèn)題也表現(xiàn)出來(lái)，嚴(yán)重影響了焊接質(zhì)量。而且，產(chǎn)生焊渣，污染環(huán)境，焊后打磨繁瑣等缺點(diǎn)也不是焊接下殼體側(cè)邊框、底板與側(cè)邊框最好的連接方法。隨著車身輕量化技術(shù)的發(fā)展，必須向“精密焊接”方向發(fā)展的CO2氣體保護(hù)焊技術(shù)，才能進(jìn)一步促進(jìn)其在汽車中的應(yīng)用，并更好地服務(wù)于未來(lái)的汽車工業(yè)[1]。

1.2 電阻自動(dòng)定位精準(zhǔn)點(diǎn)焊機(jī)

電池包裝中的一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)就是點(diǎn)焊，將保護(hù)板與電芯焊接在一起，目前大部分車間均采用腳踏人工點(diǎn)焊，效率低，焊點(diǎn)位置不一致且經(jīng)常有焊偏炸焊現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致因焊接不牢導(dǎo)致返工及報(bào)廢。因此，成為一種急需，自動(dòng)定位精準(zhǔn)點(diǎn)焊機(jī)在治具的輔助下，實(shí)現(xiàn)多個(gè)焊點(diǎn)的精準(zhǔn)自動(dòng)定位，控制放電主機(jī)自動(dòng)點(diǎn)焊，當(dāng)一個(gè)冶具中的所有電池焊接完成后，自動(dòng)回到取件位，操作員工取走電池后，放上另一個(gè)冶具又可以重新開(kāi)始點(diǎn)焊。由于自動(dòng)定位點(diǎn)焊機(jī)完全由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)精密絲桿實(shí)現(xiàn)二維空間的精準(zhǔn)定位，所以各個(gè)焊點(diǎn)的位置精度可以控制在0.1mm，所以焊點(diǎn)完全一致。另外焊頭也是由電機(jī)控制，所以下壓的速度及位移也完全一致，只要在工作前調(diào)到最佳位置，后面所有焊接對(duì)焊點(diǎn)的壓力均一致，保證了焊點(diǎn)的質(zhì)量。自動(dòng)定位點(diǎn)焊機(jī)效率高、焊點(diǎn)質(zhì)量有保證，極大的提高了電池包裝生產(chǎn)線的點(diǎn)焊效率。

2 鋁合金下殼體焊接工藝

2.1 冷金屬過(guò)渡焊技術(shù)

在短路過(guò)渡的基礎(chǔ)上，相關(guān)學(xué)者開(kāi)發(fā)出CMT技術(shù)這項(xiàng)新技術(shù)，其大大減少了焊接過(guò)程中的熱量輸入，避免了飛濺因素的產(chǎn)生和汽化爆斷過(guò)程，并且對(duì)焊接成形縫沒(méi)有壓力影響。其輸入量能夠進(jìn)行精確控制，具有焊接速度快，重復(fù)焊接精度高，間隙容忍性好等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 攪拌摩擦焊

FSW焊接接頭由于具有焊接接頭無(wú)裂紋，夾渣，氣孔等缺陷，在汽車和航空航天行業(yè)中有著相對(duì)重要的地位。。

其使用特殊形狀的攪拌頭在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中插入需要焊接的零件，并沿著待焊接的界面向前移動(dòng)。通過(guò)攪拌和摩擦，將需要焊接的材料加熱到熱塑性狀態(tài)。處于塑性狀態(tài)的材料在高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭周圍前后移動(dòng)，同時(shí)，在熱-機(jī)聯(lián)合作用下，結(jié)合攪拌頭對(duì)焊接金屬的擠壓，材料產(chǎn)生擴(kuò)散變形現(xiàn)象，在金屬之間形成致密的固相連接。焊縫密封性好，焊接的強(qiáng)度高和變形小等特點(diǎn)，使其被廣泛用于電池組的下殼體焊接中[2]。

2.3 激光焊接

隨著激光技術(shù)的成熟，降低了設(shè)備的焊接成本和提高了生產(chǎn)的效率，其已廣泛用于車身制造的車門，前后蓋板，頂蓋，側(cè)板等零部件的焊接。目前，德國(guó)大眾使用激光焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)尾燈安裝板和側(cè)板之間的焊接后，鈑金變形少，焊縫美觀，質(zhì)量穩(wěn)定，保證了安裝精度，大大提高了工作效率。但是，其設(shè)備成本高，對(duì)于鈑金件之間的裝配精度要求較高，不能廣泛應(yīng)用于電池下殼體的側(cè)框架與底板和側(cè)框架之間的連接。

2.4 焊接工藝對(duì)比

表1顯示了上述各種焊接方法在各方面的比較。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中選擇焊接方法時(shí)，必須考慮各種因素。

表1 連接方式對(duì)比

3 鋁合金下殼體焊接流程

3.1 下殼體主要結(jié)構(gòu)形式

鋁合金下殼體由2-4個(gè)鋁合金型材采用攪拌摩擦焊接而成的底板和邊框架組成，其中，框架分為鋁合金型材制成的左右側(cè)橫梁和前后橫梁。并通過(guò)MIG（熔化極惰性氣體焊），TIG（非熔化極惰性氣體鎢極保護(hù)焊）和CMT等方法進(jìn)行焊接。

3.2 下殼體焊接工藝流程

鋁合金下殼的一般焊接工藝分為兩種。第一種，在焊接過(guò)程中通常首先使用FSW拼接底板，同時(shí)將每根橫梁通過(guò)MIG焊，TIG焊和CMT焊接為整體框架，最后通過(guò)FSW雙面焊接底板和框架。其焊接過(guò)程如圖1所示。采用這種焊接組裝方式，可以同時(shí)在兩個(gè)工位分別進(jìn)行底板拼焊工序和橫梁焊接工藝，大大節(jié)省了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率，因此廣泛應(yīng)用于電池包下殼體的焊接中。

圖1 下殼體焊接工藝流程

另一種焊接工藝是先將底板利用FSW進(jìn)行正反面拼焊，然后使用FSW將各橫梁分別雙面焊接到底板，然后使用MIG焊，TIG焊或CMT進(jìn)行橫梁之間的焊接。焊接過(guò)程如圖2所示。這種焊接方式可以很好的減少邊框的焊接變形，并確保邊框橫梁上安裝孔的精度。

圖2 下殼體焊接工藝流程

因此，可以使用此方法對(duì)安裝孔精度要求高的電池包下殼體進(jìn)行焊接[3]。

3.3 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)汽車工業(yè)持也隨之迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)各大汽車主機(jī)廠為了加快研發(fā)、生產(chǎn)新型汽車，占有市場(chǎng)，紛紛引入了更先進(jìn)的生產(chǎn)模式與工藝設(shè)備，改進(jìn)生產(chǎn)線的柔性化策略，縮短新產(chǎn)品的研發(fā)周期，以求快速將新產(chǎn)品推向市場(chǎng)。因此，本文從焊接效率，連接成本，焊接結(jié)構(gòu)要求，焊縫美觀性等角度介紹并比較了電池包下殼體的幾種焊接方法[4]。