激光焊接 | 如何提高動(dòng)力電池量產(chǎn)階段的一次合格率和穩(wěn)定性？

動(dòng)力電池為汽車提供動(dòng)力，在很大程度上決定了汽車的安全性、可靠性和耐久性。動(dòng)力電池的電芯及模組的制造過程中都大量應(yīng)用激光焊接這種特殊工藝，AIAG CQI-15規(guī)定了乘用車行業(yè)的激光焊接過程的特殊要求。

以動(dòng)力電池常用的方殼電芯為例，有蓋板防爆閥的激光焊接，極柱的激光焊接，蓋板與殼體的激光焊接等。進(jìn)行激光焊接鋁合金過程中，很容易產(chǎn)生爆點(diǎn)、氣孔、焊接裂紋、熔深超差、熔寬超差等不合格的現(xiàn)象，因此需要定義不合格項(xiàng)的影響，分析影響的后果（危害程度），明白產(chǎn)生激光焊接不合格的機(jī)理，從而采取有效的措施，來提高量產(chǎn)階段的激光焊接的質(zhì)量及一致性，提高產(chǎn)線的產(chǎn)出，降低焊接不合格，降低料廢的成本。

常見激光焊接失效（部分）

01 電池防爆閥密封焊接常見失效

防爆閥是一種純鋁（１０６０或３００３）的圓形薄片，厚度在0.08 ~ 0.1 mm之間。用紅外光纖激光器焊接時(shí)，由于固態(tài)鋁材對(duì)紅外激光的反射率高，且材料很薄，如焊接工藝不當(dāng)，防爆閥在激光焊接過程中容易出現(xiàn)過燒穿孔或者炸孔，使其失去泄壓防爆的功能。

防爆閥焊接位置

潛在失效1：過燒/熔穿

產(chǎn)生原因：用紅外激光焊接時(shí)，因固態(tài)鋁合金表面對(duì)紅外激光反射率很高，因此往往采用較高的激光功率，而防爆閥0.08 ~ 0.1 mm的厚度太小，很容易熔穿。

解決方案建議：選擇合適的焊接工藝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)激光功率的陡升緩降，控制熱輸入。采用帶有前置尖峰并以指數(shù)形式衰減的波形，通過前置尖峰可以提高鋁材對(duì)激光的吸收率，而后續(xù)的指數(shù)衰減波可防止功率密度過高導(dǎo)致的穿孔。

潛在失效2：炸孔

產(chǎn)生原因：激光焊接過程中熔池內(nèi)的氣體逸出所引起。

氣體的來源：1）動(dòng)力電池蓋板和防爆閥是厚度很薄的沖壓件，加工后容易殘留潤滑油、清潔液。在高功率密度的激光作用下，這些液體極易汽化并上浮到熔池表面，爆裂的同時(shí)產(chǎn)生大量飛濺而在焊縫表面留下凹坑，形成炸孔。2）防爆閥的寬厚比一般可達(dá)30左右，焊接時(shí)因受熱而極易產(chǎn)生熱變形翹曲，導(dǎo)致防爆閥和頂蓋的裝配間隙中存在大量空氣。焊接時(shí)這些殘留空氣受熱膨脹，噴出熔池，形成炸孔。

建議解決方案：1）焊前徹底清洗蓋板和防爆閥；2）優(yōu)化焊接工藝，用預(yù)點(diǎn)焊＋縫焊，通過點(diǎn)焊固定預(yù)防翹曲變形，以減少炸孔缺陷。

02 電池極柱焊接常見失效

動(dòng)力電池成組時(shí)其正負(fù)極柱與轉(zhuǎn)接塊之間的連接用激光焊接的方式。

容易產(chǎn)生的潛在失效：炸孔

產(chǎn)生原因：極柱焊縫是鋁轉(zhuǎn)接片和直徑6 mm左右的極柱的配合面，因此極易殘留潤滑油、清潔劑等雜質(zhì)。激光焊接時(shí)的熱量使極柱處殘留的雜質(zhì)快速汽化，氣體逸出熔池造成炸孔。

建議解決方案：1）焊前徹底清洗，清除產(chǎn)氣雜質(zhì)；2）優(yōu)化焊接工藝，通過功率緩升來減少炸孔。把常規(guī)的一道焊接工藝優(yōu)化為兩道焊接，低功率的第一次焊接預(yù)熱材料并排出氣體，高功率的第二次焊接使熔深達(dá)到要求。

03 電池殼體與蓋板焊接失效

動(dòng)力電池殼體主要采用Al3003鋁合金，其厚度一般在0.6 ~ 0.8 mm之間，常用小功率光纖連續(xù)激光器焊接。該處的激光焊縫的主要質(zhì)量問題是氣孔，會(huì)降低電池的密封性。

潛在失效：氣孔

解決方案建議：氣孔主要是氧化膜或水汽分解導(dǎo)致的冶金型氣孔。降低激光功率并提高焊接速度，氣孔率最多降低到1.1％。為了進(jìn)一步減少氣孔，建議采用振鏡激光代替脈沖激光點(diǎn)焊，利用匙孔對(duì)熔池的攪拌作用可以加快氣泡逸出，幾乎能完全消除密封焊縫的氣孔。

動(dòng)力電池的激光焊接是一種特殊工藝過程，各方面的失控都有可能會(huì)影響到其本身及整車的安全，性能及壽命。全面理解及掌握動(dòng)力電池的激光焊接工藝，系統(tǒng)性地導(dǎo)入激光焊接過程質(zhì)量監(jiān)制的最佳實(shí)踐，是保證量產(chǎn)階段激光焊接高合格率，高一致性的基礎(chǔ)。

2020年發(fā)布的第二版CQI-15焊接工藝系統(tǒng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為動(dòng)力電池行業(yè)頭部生產(chǎn)廠家的激光焊接工藝及質(zhì)量監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)，目前也是主流的乘用車整車廠對(duì)動(dòng)力電池廠商的質(zhì)量體系及激光焊接過程認(rèn)可的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。

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