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激光焊接方法和焊接工艺的选用

作者: 郑州百维 时间:2017-07-12 来源:百维激光
摘要:焊接方法和焊接工艺的选用,将直接影响电池的成本、质量、安全以及电池的一致性。在众多焊接方式中,激光焊接以如下优势脱颖而出...

从锂电池电芯的制造到电池 PACK 成组,焊接都是一道很重要的制造工序,锂电池的导电性、强度、气密性、金属疲劳和耐腐蚀性,是典型的电池焊接质量评价标准。

焊接方法和焊接工艺的选用,将直接影响电池的成本、质量、安全以及电池的一致性。在众多焊接方式中,激光焊接以如下优势脱颖而出 :首先,激光焊接能量密度高、焊接变形小、热影响区小,可以有效地提高制件精度,焊缝光滑无杂质、均匀致密、无需附加的打磨工作;其次,激光焊接可精确控制,聚焦光点小,高精度定位,配合机械手臂易于实现自动化,提高焊接效率,减少工时,降低成本 ;另外,激光焊接薄板材或细径线材时,不会像电弧焊接那样容易受到回熔的困扰。
电池的结构通常包含多种材料,如钢、铝、铜、镍等,这些金属可能被制成电极、导线,或是外壳 ;因此,无论是一种材料之间或是多种材料之间的焊接,均对焊接工艺提出了较高要求。激光焊接的工艺优势就在于可以焊接的材质种类广泛,能够实现不同材料之间的焊接。

工艺难点

动力电池电芯的制造由于遵循“轻便”原则,通常会采用较“轻”的铝材质,而且还要做得更“薄”,一般壳、盖、底的厚度基本都要求达到 1.0mm 以下,目前一些主流厂家的基本材料厚度均在 0.8mm 左右。据统计,铝合金材料的电池壳体占整个动力电池的 90% 以上。

铝材焊接的难点在于铝合金对激光束的高初始反射率及其本身的高导热性,使得铝合金在未熔化前对激光的吸收率低,由于铝的电离能低,焊接过程中光致等离子体不易于扩散,使得焊接稳定性差。另外,焊接过程中合金元素的烧损,使铝合金焊接接头的力学性能下降。由于焊接过程中气孔敏感性高 , 焊接时不可避免地会出现一些问题缺陷,其中最主要的是气孔和热裂纹。铝合金的激光焊接过程中产生的气孔主要有两类 :氢气孔和匙孔破灭产生的气孔。由于激光焊接的冷却速度太快,氢气孔问题更加严重,并且在激光焊接中还多了一类由于小孔的塌陷而产生的孔洞。
热裂纹问题。铝合金属于典型的共晶型合金,焊接时容易出现热裂纹,包括焊缝结晶裂纹和 HAZ 液化裂纹,由于焊缝区成分偏析会发生共晶偏析而出现晶界熔化,在应力作用下会在晶界处形成液化裂纹,降低焊接接头的性能。
炸火(也称飞溅)问题。引起炸火的因素很多,如材料的清洁度、材料本身的纯度、材料自身的特性等,而起决定性作用的则是激光器的稳定性。壳体表面凸起、气孔、内部气泡,究其原因,主要是光纤芯径过小或者激光能量设置过高所致。
针对以上出现的问题,寻找到合适的工艺参数才是解决问题的关键。

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