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細說電池激光焊接有哪些優(yōu)點與難點呢?
激光應用于電池焊接是當前市場發(fā)展的趨勢,也是由激光本身的技術優(yōu)點決定的,是未來代替?zhèn)鹘y(tǒng)焊接的重要焊接技術之一,
一、激光焊接電池的優(yōu)點主要體現(xiàn)在下邊幾點:
1、能量集中,焊接效率高、加工精度高,焊縫深寬比大。激光束易于聚焦、對準及受光學儀器所導引,可放置在離工件適當之距離,可在工件周圍的夾具或障礙間再導引,其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發(fā)揮。
2、熱輸入量小,熱影響區(qū)小,工件殘余應力和變形小;焊接能量可精確控制,焊接效果穩(wěn)定,焊接外觀好;
3、非接觸式焊接,光纖傳輸,可達性較好,自動化程度高。焊接薄材或細徑線材時,不會像電弧焊接般易有回熔的困擾。
用于動力電池的電芯由于遵循“輕便”的原則,通常會采用較“輕”的鋁材質(zhì)外,還需要做得更“薄”,一般殼、蓋、底基本都要求達到1.0mm以下,主流廠家目前基本材料厚度均在0.8mm左右,能為各種材料組合提供高強度焊接,尤其是在進行銅材料之間和鋁材料之間焊接的時候更為有效。這也是唯一可以將電鍍鎳焊接至銅材料上的技術。
二、激光焊接工藝難點
目前,鋁合金材料的電池殼占整個動力電池的90%以上。其焊接的難點在于鋁合金對激光的反射率極高,焊接過程中氣孔敏感性高,焊接時不可避免地會出現(xiàn)一些問題缺陷,其中最主要的是氣孔、熱裂紋和炸火。
1、鋁合金的激光焊接過程中容易產(chǎn)生氣孔,主要有兩類:氫氣孔和氣泡破滅產(chǎn)生的氣孔。由于激光焊接的冷卻速度太快,氫氣孔問題更加嚴重,并且在激光焊接中還多了一類由于小孔的塌陷而產(chǎn)生的孔洞。
2、熱裂紋問題。鋁合金屬于典型的共晶型合金,焊接時容易出現(xiàn)熱裂紋,包括焊縫結晶裂紋和HAZ液化裂紋,由于焊縫區(qū)成分偏析會發(fā)生共晶偏析而出現(xiàn)晶界熔化,在應力作用下會在晶界處形成液化裂紋,降低焊接接頭的性能。
3、炸火(也稱飛濺)問題。引起炸火的因素很多,如材料的清潔度、材料本身的純度、材料自身的特性等,而起決定性作用的則是激光器的穩(wěn)定性。
殼體表面凸起、氣孔、內(nèi)部氣泡。究其原因,主要是光纖芯徑過小或者激光能量設置過高所致。并不是一些激光設備提供商宣傳的“光束質(zhì)量越好,焊接效果越優(yōu)秀”,好的光束質(zhì)量適合于熔深較大的疊加焊接。尋找合適的工藝參數(shù)才是解決問題的致勝法寶。
▲激光焊接電池電芯配件樣品
三、其他難點
軟包極耳焊接,對焊接工裝要求較高,必須將極耳壓牢,保證焊接間隙??蓪崿F(xiàn)S形、螺旋形等復雜軌跡的高速焊接,增大焊縫結合面積的同時加強焊接強度。
圓柱電芯的焊接主要用于正極的焊接,由于負極部位殼體薄,極容易焊穿。如目前一些廠家采用的負極免焊接工藝,正極采用的為激光焊接。
方形電池組合焊接時,極柱或連接片受污染厚,焊接連接片時,污染物分解,易形成焊接炸點,造成孔洞;極柱較薄、下有塑料或陶瓷結構件的電池,容易焊穿。極柱較小時,也容易焊偏至塑料燒損,形成爆點。不要使用多層連接片,層之間有孔隙,不易焊牢。
▲需要采用激光焊接的電芯部件之一
方型電池的焊接工藝最重要的工序是殼蓋的封裝,根據(jù)位置的不同分為頂蓋和底蓋的焊接。有些電池廠家由于生產(chǎn)的電池體積不大,采用了“拉深”工藝制造電池殼,只需進行頂蓋的焊接。
方形電池焊接方式主要分為側焊和頂焊,其中側焊的主要好處是對電芯內(nèi)部的影響較小,飛濺物不會輕易進入殼蓋內(nèi)側。由于焊接后可能會導致凸起,這對后續(xù)工藝的裝配會有些微影響,因此側焊工藝對激光器的穩(wěn)定性、材料的潔凈度等要求極高。而頂焊工藝由于焊接在一個面上,對焊接設備集成要求比較低,量產(chǎn)化簡單,但是也有兩個不利的地方,一是焊接可能會有少許飛濺進入電芯內(nèi),二是殼體前段加工要求高會導致成本問題。