激光焊接机/光纤激光焊接机

网站首页 > 技术支持 > 焊接知识

激光焊接工艺之动力电池篇

动力电池制造过程焊接方法与工艺的合理选用,将直接影响电池的成本、质量、安全以及电池的一致性。因此激光焊接机亦或者光纤激光焊接机成为首选。

首先我们来了解下激光焊接机的原理

激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功率密度等特性进行工作,通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。

激光焊接机类型

热传导焊接,激光光束沿接缝将合作在工件的外表熔化,熔融物汇流到一同并固化,构成焊缝。主要用于相对较薄的材料,材料的最大焊接深度受其导热系数的约束,且焊缝宽度总是大于焊接深度。

深熔焊,当高功率激光聚集到金属外表时,热量来不及散失,焊接深度会急剧加深,此焊接技术即是深熔焊。因为深熔焊技术加工速度极快,热影响区域很小,而且使畸变降至最低,因而此技术可用于需求深度焊接或几层资料一起焊接。

热传导焊接和深熔焊的主要区别在于单位时间内施加在金属表面的功率密度,不同金属下临界值不同。

穿透焊,连接片无需冲孔,加工相对简单。穿透焊需要功率较大的激光焊机。穿透焊的熔深比缝焊的熔深要低,可靠性相对差点。

缝焊相比穿透焊,只需较小功率激光焊机。缝焊的熔深比穿透焊的熔深要高,可靠性相对较好。但连接片需冲孔,加工相对困难。

脉冲激光焊接和连续激光焊接

脉冲激光焊接机

激光焊接时应选择合适的焊接波形,常用脉冲波形有方波、尖峰波、双峰波等,铝合金表面对光的反射率太高,当高强度激光束射至材料表面,金属表面将会有60%-98% 的激光能量因反射而损失掉,且反射率随表面温度变化。一般焊接铝合金时最优选择尖形波和双峰波,此种焊接波形后面缓降部分脉宽较长,能够有效地减少气孔和裂纹的产生。

由于铝合金对激光的反射率较高,为了防止激光束垂直入射造成垂直反射而损害激光聚焦镜,焊接过程中通常将焊接头偏转一定角度。焊点直径和有效结合面的直径随激光倾斜角增大而增大,当激光倾斜角度为40°时,获得最大的焊点及有效结合面。焊点熔深和有效熔深随激光倾斜角减小,当大于60°时,其有效焊接熔深降为零。所以倾斜焊接头到一定角度,可以适当增加焊缝熔深和熔宽。

另外在焊接时,以焊缝为界,需将激光焊斑偏盖板65%、壳体35% 进行焊接,可以有效减少因合盖问题导致的飞溅。

连续激光焊接机

连续激光焊接机由于其受热过程不像脉冲激光焊接机骤冷骤热,焊接时裂纹倾向不是很明显,为了改善焊缝质量,采用连续激光焊接机,焊缝表面平滑均匀,无飞溅,无缺陷,焊缝内部未发现裂纹。在铝合金的焊接方面,连续激光焊接机的优势很明显,与传统的焊接方法相比,生产效率高,且无需填丝;与脉冲激光焊相比可以解决其在焊后产生的缺陷,如裂纹、气孔、飞溅等,保证铝合金在焊后有良好的机械性能;焊后不会凹陷,焊后抛光打磨量减少,节约了生产成本,但是因为连续激光焊接机的光斑比较小,所以对工件的装配精度要求较高。

在动力电池焊接当中,焊接工艺技术人员会根据客户的电池材料、形状、厚度、拉力要求等选择合适的激光焊接机和焊接工艺参数,包括焊接速度、波形、峰值、焊头倾斜角度等来设置合理的焊接工艺参数,以保证最终的焊接效果满足动力电池厂家的要求。

激光焊接优点

能量集中,焊接效率高、加工精度高,焊缝深宽比大。激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引,可放置在离工件适当之距离,可在工件周围的夹具或障碍间再导引,其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。

热输入量小,热影响区小,工件残余应力和变形小;焊接能量可精确控制,焊接效果稳定,焊接外观好;

非接触式焊接,光纤传输,可达性较好,自动化程度高。焊接薄材或细径线材时,不会像电弧焊接般易有回熔的困扰。用于动力电池的电芯由于遵循“轻便”的原则,通常会采用较“轻”的铝材质外,还需要做得更“薄”,一般壳、盖、底基本都要求达到1.0 mm 以下,主流厂家目前基本材料厚度均在0.8 mm 左右。

能为各种材料组合提供高强度焊接,尤其是在进行铜材料之间和铝材料之间焊接的时候更为有效。这也是唯一可以将电镀镍焊接至铜材料上的技术。

激光焊接工艺难点

目前,铝合金材料的电池壳占整个动力电池的90% 以上。其焊接的难点在于铝合金对激光的反射率极高, 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、热裂纹和飞溅。

铝合金的激光焊接过程中容易产生气孔,主要有两类:氢气孔和气泡破灭产生的气孔。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。

飞溅问题。引起飞溅的因素很多,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光纤激光焊接机的稳定性。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。并不是一些激光焊接机厂商宣传的焊接效果取决于激光光束,好的光束质量适合于熔深较大的叠加焊接。寻找合适的工艺参数才是解决常见问题的关键。

软包极耳焊接,对焊接工装要求较高,必须将极耳压牢,保证焊接间隙。可实现S形、螺旋形等复杂轨迹的高速焊接,增大焊缝结合面积的同时加强焊接强度。

圆柱电芯的焊接主要用于正极的焊接,由于负极部位壳体薄,极容易焊穿。如目前一些厂家采用的负极免焊接工艺,正极采用的为激光焊接。

方形电池组合焊接时,极柱或连接片受污染厚,焊接连接片时,污染物分解,易形成焊接炸点,造成孔洞;极柱较薄、下有塑料或陶瓷结构件的电池,容易焊穿。极柱较小时,也容易焊偏至塑料烧损,形成爆点。不要使用多层连接片,层之间有孔隙,不易焊牢。

方型电池的焊接工艺最重要的工序是壳盖的封装,根据位置的不同分为顶盖和底盖的焊接。有些电池厂家由于生产的电池体积不大,采用了“拉深”工艺制造电池壳,只需进行顶盖的焊接。

方形电池焊接方式主要分为侧焊和顶焊,其中侧焊的主要好处是对电芯内部的影响较小,飞溅物不会轻易进入壳盖内侧。由于焊接后可能会导致凸起,这对后续工艺的装配会有些微影响,因此侧焊工艺对激光器的稳定性、材料的洁净度等要求极高。而顶焊工艺由于焊接在一个面上,对焊接设备集成要求比较低,量产化简单,但是也有两个不利的地方,一是焊接可能会有少许飞溅进入电芯内,二是壳体前段加工要求高会导致成本问题。

激光焊接是目前高端电池焊接推崇的主要方法。激光焊接是高能束激光照射工件,使工作温度急剧升高,工件熔化并重新连接形成永久连接的过程。激光焊接的剪切强度和抗撕裂强度都比较好。电池焊接的好坏其导电性、强度、气密性、金属疲劳和耐腐蚀性能是典型的焊接质量评价标准。

影响激光焊接质量的因素很多。其中一些极易波动,具有相当的不稳定性。如何正确设定和控制这些参数,使其在高速连续的激光焊接过程中控制在合适的范围内,以保证焊接质量。焊缝成形的可靠性和稳定性,是关系到激光焊接技术实用化、产业化的重要问题。影响激光焊接质量的主要因素分焊接设备,工件状况和工艺参数三方面。



标签:   激光焊接机 光纤激光焊接机

版权:无锡时盛激光科技有限公司

备案号:苏ICP备13052498

无锡市时盛激光科技有限公司

免费热线:400-9287-068

手机:189 6172 0099              联系人:周先生

电话:0510-85172008             传真:0510-85172009

邮箱:chinazdfg@163.com     网址:www.jszdfg.com

地址:江苏省无锡市滨湖区钱姚路88号龙山文博工业园2号楼

关注时盛激光微信公众号

友情链接:网站备案 友情链接:无锡网站建设