淺談新能源汽車電池框架總成焊接工藝的優(yōu)化

王朝建

摘?要：目前，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)進入高速發(fā)展階段，技術(shù)和市場成熟度不斷提高，關(guān)鍵零部件支撐能力大幅提升。新能源汽車增加了電池組，導(dǎo)致整車重量大于燃油車。車輛重量的增加會導(dǎo)致制動距離變長，對乘客的保護要求更高。電池架是連接車身和電池組的關(guān)鍵部件，是汽車除輪胎外最靠近地面的部分，經(jīng)常處于惡劣的工作狀態(tài)，焊點和焊縫容易出現(xiàn)問題。因此，采用滿足電池框架焊接強度和尺寸精度要求的焊接工藝是本文的重點。

關(guān)鍵詞：電池架;焊接工藝;焊接變形;綠色汽車

電池框架總成是連接框架和動力電池的核心部件，需要承載約360kg的動力電池負載，以保證汽車的核心動力部件——電池在行駛過程中不會受到?jīng)_擊、扭轉(zhuǎn)等各種復(fù)雜應(yīng)力的破壞。該產(chǎn)品起著重要的承載和連接作用，直接決定了整個車身的剛度和抗沖擊性能以及電池的安全性。在產(chǎn)品設(shè)計方面，為了滿足產(chǎn)品的承載和沖擊性能，提高新能源純電動汽車的輕量化、節(jié)能性和續(xù)航里程等性能指標(biāo)，電池架主體部分選用SAPH440高強度鋼，加強部分選用B410LA和B210P1高強度鋼，而不是普通鋼板，以提高整車強度，減輕車身重量。電池框架的產(chǎn)品特點、結(jié)構(gòu)特點和安全要求決定了其焊接生產(chǎn)工藝需要保證，質(zhì)量一致穩(wěn)定。

1焊接工藝選擇

1.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征

電池框架為框架焊接結(jié)構(gòu)，八根主梁為U型沖壓件，其中車身X軸方向四根主梁長度為1760.6mm，而開口寬度僅為33.8mm，最窄處僅為20.6mm，腹段差達到67.2mm，導(dǎo)致產(chǎn)品焊接后容易變形。

1.2產(chǎn)品尺寸精度要求高

該產(chǎn)品有638個焊點和89道二氧化碳氣體保護焊道，總長2078毫米。裝配產(chǎn)品、電池組、車身用2個定位銷、34個螺紋裝配，需要一次同時裝配，產(chǎn)品外形要求為0.7mm。全尺寸精度達到95%以上，關(guān)鍵控制尺寸精度達到100%。

1.3焊接生產(chǎn)線的計劃和進度

為了保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量的一致性，裝配站采用機械手焊接生產(chǎn)線。自動焊接生產(chǎn)線通常有兩種，一種是由焊接機器人和搬運機器人組成的系統(tǒng)，要求機器人具有焊接和搬運兩種功能，設(shè)備投入成本高，生產(chǎn)線占地面積大;一種是使用焊接機器人和伺服吊裝搬運系統(tǒng)，可以投入較少的場地面積，但需要增加桁架和伺服機構(gòu)，由于產(chǎn)品重量達到35.85kg，為了達到生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏，每個工位的吊裝機構(gòu)需要投入高扭矩和高精度的伺服電機驅(qū)動來滿足要求，無形中增加了生產(chǎn)線成本。由于機械手工作半徑和工作角度的限制，通常采用單工位和多工位機械手聯(lián)合作業(yè)或增加工位來滿足機械手工作能力以外的焊點。根據(jù)車輛生產(chǎn)計劃（3500臺/月）的要求，考慮到生產(chǎn)線設(shè)備的投入成本和生產(chǎn)效率，設(shè)計了伺服系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)專用工裝，解決了機械手工作能力外的極限焊點的焊接問題，同時設(shè)計了搬運焊接一體化機構(gòu)，使一臺機械手可以完成焊接與搬運任務(wù)，不但減少了場地占用面積，也降低了產(chǎn)線投入成本。

2焊接工藝難點

產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點和尺寸精度要求，使得如何低焊接變形、保證產(chǎn)品焊后的尺寸精度及焊接強度成為難點。對此，我們從焊接參數(shù)選擇、焊點次序、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計等幾方面進行優(yōu)化，保證產(chǎn)品符合設(shè)計要求。

2.1采用正交試驗，合理選擇焊接參數(shù)

據(jù)上所述，本產(chǎn)品共638個焊點，焊點強度受焊接熱影響區(qū)影響較常規(guī)產(chǎn)品大，為了保證焊接強度，在焊接參數(shù)的選擇上，我們分析了焊接電流、通電時間、加壓力、保持時間四個影響因素，設(shè)計四因素四水平的正交試驗，科學(xué)定量地驗證焊接條件的選擇。

2.2焊點順序的標(biāo)準(zhǔn)化

由于產(chǎn)品的梁架結(jié)構(gòu)細長，裝配和焊接關(guān)系復(fù)雜，在實際的工藝驗證過程中，我們發(fā)現(xiàn)梁底面、側(cè)壁和法蘭面的焊接順序發(fā)生了變化，也會導(dǎo)致焊接后產(chǎn)品質(zhì)量的不同，為了克服這種影響，我們放棄了傳統(tǒng)的相鄰點順序焊接方法，對焊接順序進行了多輪驗證，選擇了最終的焊接順序，在可編程控制器中進行編程，并在操作說明書中進行標(biāo)準(zhǔn)化，以保證焊接產(chǎn)品的尺寸精度。如圖1所示。

2.3夾具結(jié)構(gòu)

由于沖壓單件產(chǎn)品的精度一致性和公差積累的影響，批次之間存在一定的尺寸差異，為了減少工藝變化，保證焊接一致性，在焊接夾具的設(shè)計中，增加了夾緊點，提高夾具的剛性固定，以控制焊接變形。

2.4控制焊接變形的措施

焊接過程中產(chǎn)生的巨大熱量和不對稱熱量導(dǎo)致膨脹不一致是導(dǎo)致焊接變形的重要原因。此外，每個沖壓單件產(chǎn)品的精度和產(chǎn)品一致性也是焊接變形的次要因素。

根據(jù)材料熱脹冷縮的原理，結(jié)合焊接結(jié)構(gòu)件同一部位加熱產(chǎn)生的伸長率小于該部位收縮的實際情況，為了防止焊接后的Y向彎曲變形，我們在夾具上使用一個4mm的工藝墊片，然后設(shè)置一個氣缸，反向用力向下壓，以消除焊接熱引起的變形（如圖2所示）。同時，在焊接工藝的設(shè)定中，焊接后將夾緊釋放時間延遲5s，以進一步抵抗焊接變形。

3結(jié)束語

綜上所述，電池框架對焊接工藝的要求非常嚴(yán)格，整個工藝流程的任何缺失都會導(dǎo)致產(chǎn)品精度下降，進而導(dǎo)致整車電池組裝無法完成或組裝應(yīng)力對后續(xù)電池安全事故造成嚴(yán)重影響。通過采用自動化生產(chǎn)，在焊接過程中采取上述措施，減少了操作人員和工藝偏差。減少了工藝偏差，既保證了產(chǎn)品的焊接強度，又保證了質(zhì)量一致性，提高了工藝能力。為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高精度產(chǎn)品的焊接制造過程提供了解決方案。

參考文獻：

[1]張國華.淺談汽車底盤-后車架總成焊接工藝的優(yōu)化[J].電子世界，2013（20）：234-234.

[2]韓志剛，劉葆生，顏書毅，等.薄壁結(jié)構(gòu)電焊組裝回彈分析[J].重慶工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2009（5）.