【焊接】汽車(chē)電池包殼體焊接工藝

電池包作為新能源汽車(chē)開(kāi)發(fā)中十分重要的部件日益受到重視，趨同的技術(shù)和生產(chǎn)水平與日益飽和的市場(chǎng)使人們更加關(guān)注電池包的壽命。本文針對(duì)鋼制電池包下殼體和鋁制電池包下殼體比較成熟的幾種連接方式，包括電阻點(diǎn)焊、冷金屬過(guò)渡（Cold Metal Transfer，CMT）焊、攪拌摩擦焊（FrictionStir Welding，F(xiàn)SW）和激光焊等進(jìn)行介紹并對(duì)比分析，對(duì)電池包下殼體常見(jiàn)的焊接裝配順序進(jìn)行介紹。

1. CO2氣體保護(hù)焊

CO2氣體保護(hù)焊具有操作靈活、簡(jiǎn)單、成本低、對(duì)油污和銹跡的敏感性差等特點(diǎn)，被國(guó)內(nèi)各汽車(chē)公司廣泛應(yīng)用，也有一些主機(jī)廠用其進(jìn)行電池包下殼體側(cè)邊框之間的連接，以及底板與側(cè)邊框的連接，某車(chē)型電池包下殼體CO2氣體保護(hù)焊，如圖所示。

雖然CO2氣體保護(hù)焊在技術(shù)和設(shè)備方面已日趨完善，但焊縫成形粗糙、飛濺較大，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，進(jìn)而影響電池包裝配精度，易產(chǎn)生焊渣，污染環(huán)境且焊接后需要打磨，工序繁瑣，增加生產(chǎn)節(jié)拍。所以CO2氣體保護(hù)焊并不是焊接下殼體側(cè)邊框、底板與側(cè)邊框最好的連接方式。

2. 電阻點(diǎn)焊電阻點(diǎn)焊是白車(chē)身最主要的連接方式，由于具有成本低、連接強(qiáng)度高、操作性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。目前，國(guó)內(nèi)外新能源汽車(chē)主機(jī)廠大多采用電阻點(diǎn)焊實(shí)現(xiàn)電池包鋼板下殼體的連接。但是，由于電阻點(diǎn)焊需要一定的焊接空間及進(jìn)出通道才能實(shí)現(xiàn)焊鉗可達(dá)，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有較高的要求，而且電池包對(duì)于氣密性要求十分嚴(yán)格，使用電阻點(diǎn)焊時(shí)需要加膠進(jìn)行焊接，增加生產(chǎn)成本和生產(chǎn)節(jié)拍。特斯拉多款車(chē)型電池包下殼體采用電阻點(diǎn)焊，如圖所示。

電阻點(diǎn)焊和加膠處理如圖所示。

鋁合金下殼體焊接工藝

1. 冷金屬過(guò)渡焊技術(shù)CMT技術(shù)是在短路過(guò)渡基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，大幅降低了焊接過(guò)程的熱輸入量，沒(méi)有汽化爆斷過(guò)程，對(duì)焊縫無(wú)壓力沖擊，不易出現(xiàn)焊接燒穿現(xiàn)象，消除了飛濺產(chǎn)生的因素，可精確控制輸入量，具有高重復(fù)焊接精度，焊接速度高，間隙容忍性好。比亞迪多款車(chē)型采用CMT技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池包下殼體的連接，提高了工作效率。鋁合金下殼體中CMT焊縫，如圖所示。人坐在學(xué)校明心湖邊有樹(shù)蔭的草地上，聽(tīng)鳥(niǎo)叫蟲(chóng)鳴，看螞蟻在身邊顧自爬行。眼前不遠(yuǎn)處，兩只蝴蝶翩翩翻飛，雙雙戲舞。真想就這樣一向坐著，閉了眼，肆意的享受這份寧?kù)o與安逸。

2. 攪拌摩擦焊FSW是由英國(guó)劍橋焊接研究所（The Welding Institute，TWI）于1991年發(fā)明的一種固相連接方法，由于其在汽車(chē)及航空工業(yè)中較為重要的地位，F(xiàn)SW現(xiàn)已經(jīng)成為一項(xiàng)很重要的焊接技術(shù)。FSW是利用特殊形狀的攪拌頭，旋轉(zhuǎn)著插入被焊零件，沿待焊界面向前移動(dòng)，通過(guò)對(duì)材料的攪拌、摩擦，使待焊材料加熱至熱塑性狀態(tài)，在攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)的帶動(dòng)下，處于塑性狀態(tài)的材料環(huán)繞攪拌頭由前向后轉(zhuǎn)移，同時(shí)結(jié)合攪拌頭對(duì)焊縫金屬的擠壓，在熱-機(jī)聯(lián)合作用下，材料擴(kuò)散連接形成致密的金屬間固相連接。由于FSW焊接接頭無(wú)裂紋、夾渣、氣孔等缺陷，焊接變形小、焊接強(qiáng)度高、焊縫密封性好等特點(diǎn)，被廣泛用在電池包下殼體焊接中。如圖所示為鋁合金下殼體FSW焊縫。

3. 激光焊接隨著激光技術(shù)的成熟、設(shè)備成本的下降和生產(chǎn)效率的提高，激光焊接在車(chē)身制造中被廣泛應(yīng)用，主要被用于汽車(chē)車(chē)門(mén)、前后蓋、頂蓋和側(cè)圍外板、流水槽和側(cè)圍外板等零部件的連接。德國(guó)大眾采用激光焊接實(shí)現(xiàn)尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接，焊后鈑金變形小、焊縫美觀、質(zhì)量穩(wěn)定，很好地保證了尾燈安裝板與燈具的安裝精度，且大幅提高了工作效率。如圖所示為激光焊在背門(mén)焊接中的應(yīng)用。

下圖為激光焊在電池殼體焊接中的應(yīng)用

車(chē)身設(shè)計(jì)中，輕量化、降成本和性能提升是最重要的目標(biāo)，然而激光焊接不僅設(shè)備成本高，而且對(duì)于待焊白車(chē)身鈑金件之間的裝配精度具有較高要求，因此，在電池包下殼體側(cè)邊框之間的連接，以及底板與側(cè)邊框的連接中并沒(méi)有得到特別廣泛的應(yīng)用。4. 焊接工藝對(duì)比對(duì)以上各種連接方式從焊接效率、連接成本、對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的要求、焊縫美觀性以及一次性投入成本等方面進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表所示。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)連接方式的選擇應(yīng)綜合考慮多種因素。

鋁合金下殼體焊接流程

1. 下殼體主要結(jié)構(gòu)形式主流鋁合金下殼體由底板和邊框組成，底板由2~4塊鋁合金型材采用攪拌摩擦焊拼接而成，邊框分為左側(cè)橫梁、右側(cè)橫梁、前端橫梁和后端橫梁等，所有橫梁均為鋁合金型材，各橫梁之間采用熔化極惰性氣體保護(hù)（Metal Inert-Gas，MIG）焊、非熔化極惰性氣體鎢極保護(hù)（Tungsten Inert Gas，TIG）焊以及CMT等方法焊接為邊框。

下殼體底板

下殼體邊框

2. 下殼體焊接工藝流程鋁合金下殼體常見(jiàn)焊接工藝流程分為兩種。一種工藝流程通常首先采用FSW拼接底板，同時(shí)各橫梁采用MIG焊、TIG焊以及CMT等方法焊接為整體邊框，最后底板和邊框采用FSW進(jìn)行雙面焊接。焊接工序如圖所示。

由于此種焊接裝配方式中，底板拼焊工序和橫梁焊接為整體邊框工序可以同時(shí)在兩個(gè)工位分別進(jìn)行，大幅節(jié)約生產(chǎn)節(jié)拍、提高生產(chǎn)效率，因此在電池包下殼體生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。另一種工藝流程首先采用FSW正、反兩面將底板拼焊，然后將各橫梁采用FSW進(jìn)行雙面焊接分別焊接在底板上，最后采用 MIG 焊、TIG焊或者CMT等方法進(jìn)行各個(gè)橫梁之間的焊接。焊接工序如圖所示。

此種焊接裝配形式可以減少邊框的焊接變形，保證邊框各橫梁上安裝孔的裝配精度，因此，對(duì)于安裝孔精度要求高的電池包，需要采用此方式進(jìn)行電池包下殼體的焊接。

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