新能源汽車電池包箱體連接技術

電池包箱體連接技術

輕量（liàng）化的發展對（duì）連接技術提出了新的挑戰，如何通過輕（qīng）量（liàng）化材（cái）料的連接（jiē）技術來保證箱體的安全性能，是電池箱體輕量（liàng）化過程中的一項重要（yào）課（kè）題。目前電池包箱體生產中應用到的連接（jiē）技術主要（yào）包括焊（hàn）接技術（shù）和機械連接技術。

焊接是電池箱體加工（gōng）過程中的主要連接工藝，電池箱（xiāng）生產中應用到的焊接技術包括（kuò）傳統熔焊、攪拌摩擦焊、冷金屬（shǔ）過渡技術、激光焊、螺柱焊、凸焊等。電池箱體中目（mù）前涉及到的機械連接方式有安裝拉鉚螺（luó）母和鋼絲螺套兩種緊固標準件方式。

傳統熔焊（hàn）

箱體加工中應用到的熔焊方法有TIG和MIG焊，TIG和MIG焊作為成熟的焊接技（jì）術，在箱體上應用（yòng）具有使用靈活、適用性強、生產成本低等優勢，目前在箱體連接（jiē）上已進（jìn）行了較多的應用。TIG焊接速度低，焊縫質量好，適用於點固焊（hàn）和複雜（zá）軌跡焊接，在箱體中一（yī）般應用（yòng）於邊框拚焊和邊梁小件焊接；MIG焊接速度高，熔透能力（lì）強，在箱體中一般應用於邊框（kuàng）底板總成內部整圈焊接。

目前鋁合金TIG/MIG焊接尚存在一些問題需要解決。

焊接缺陷的控製 鋁合金由於其化學成分和物理性能的特（tè）點，在進行TIG/MIG焊（hàn）接時產生熱裂（liè）紋傾（qīng）向（xiàng）嚴重，且容易產生氣孔。在實際生產和試驗過（guò）程中，熔焊焊縫是箱體密封及（jí）機械失效主要發生的位置，是箱體性能薄弱部位。如何控（kòng）製TIG/MIG焊接過（guò）程中裂紋、氣（qì）孔等焊接缺陷（xiàn）的產生及檢驗識別，提高焊接質量，在實際生產中具有重要意義（yì）。

焊接變（biàn）形的控製（zhì）TIG/MIG焊接熱輸（shū）入較高且鋁合（hé）金（jīn）線脹係數大，導致（zhì）箱（xiāng）體焊（hàn）後（hòu）變（biàn）形嚴重（chóng），不利於（yú）箱體尺寸的控製（zhì），影響（xiǎng）生產效率（lǜ）和產品合（hé）格率。針對焊接變（biàn）形問題，可采取結合CAE分析優化焊接工藝、采（cǎi）用反變形法等方法進行控製。

焊接（jiē）效率的提高 目（mù）前實際生產中TIG/MIG多采用人工焊接，生產效率低，勞動強度大（dà），焊接一致性難以保證。采用自動化焊接（jiē）方式是發展（zhǎn）趨勢，通過機械手臂配合變（biàn）位機實現電池箱體的全位置焊接，可大幅（fú）提高焊接效率和（hé）焊接質量，並降低生產成本。

攪（jiǎo）拌摩（mó）擦焊

攪拌摩擦焊（F r i c t i o n s t i r welding，FSW）是（shì）英國焊接研究（jiū）所（TWI）於（yú）1991年發（fā）明的一種新型固相焊接方法。攪拌摩擦（cā）焊接過程中，以攪拌針及軸肩與母材摩擦產熱為熱源，通過攪拌針（zhēn）的旋轉攪拌和軸肩的軸向壓力實現對軟（ruǎn）化母材的擠壓和鍛造，最終得（dé）到具有（yǒu）精細鍛造組織特（tè）征的焊接接頭，不同於熔焊接頭的鑄造組織。

相對於傳統焊接，攪拌摩擦焊具有適用範（fàn）圍廣、接頭（tóu）質量（liàng）高、焊接（jiē）成本低、便於自動化等諸多優點（diǎn）。攪拌（bàn）摩擦焊（hàn）在鋁擠（jǐ）型材電池箱體中已得（dé）到大規模廣泛應用。由於焊（hàn）接裝配要求，目前焊接部位主（zhǔ）要集中在（zài）底板型材對拚焊接和邊（biān）框與底（dǐ）板總成焊接工序。底板型材對拚焊接為對接接頭形式，一般進行正反雙麵焊接；邊框與底板總成焊接一般為鎖底接頭形式（shì）或對接接頭形式，鎖底接頭形式進行（háng）單麵焊接，對接接頭形式進行正反雙麵焊接。

目前攪拌摩擦焊在電池箱體（tǐ）上應用需要解決的問題有：

焊接應用範圍有待擴大 攪拌摩擦焊可（kě）靠性優於熔焊，而由於焊接機理的（de）限製，其不適用於邊框拚焊和邊梁小件焊接，而該部位為氣密及機械失效薄（báo）弱位置。針對此問題，通過（guò）設計（jì）避免上（shàng）述（shù）焊縫和（hé）通過工藝創新實現攪拌摩擦焊在上（shàng）述位（wèi）置的焊接應用，以提高產品的質量和可靠性（xìng）。

焊接生產效率有待提高 目前電池（chí）箱體（tǐ）生產過程中攪拌摩擦（cā）焊焊接（jiē）速度相對偏低，且對工裝依賴性大，工裝較複雜（zá），造成生產效率低，成本較高；底板拚焊實行（háng）雙麵焊接，焊接過程中需進行（háng）翻麵，影響焊接效率。針對（duì）生產效率問題，改進的途徑（jìng）有：通過焊接工藝優化並結合攪（jiǎo）拌頭設計提高焊接速度，實行高速焊接；采用雙機（jī）頭雙麵對（duì）稱焊接或雙軸肩/多軸肩焊（hàn）接方法，實現一次焊接雙麵成形（xíng），避免翻麵；優化焊接工裝設（shè）計提高（gāo）自動化程度來提高生產（chǎn）效率。

焊接接頭性能評價有待完善 目前對於接頭性能評價方式偏（piān）重於靜態（tài）強度評價，對於動（dòng）態性能和疲勞性能評（píng）價比較欠缺，而這是電池箱體接（jiē）頭設計和焊接工藝製定（dìng）的重要理論支撐。隨著（zhe）輕量（liàng）化（huà）的發展，底板對拚焊縫支撐（chēng）寬度減小，無法實（shí）現全（quán）焊透，需要對接頭的性能做（zuò）出更完善的評價。

激（jī）光焊

激光（guāng）焊接（ L a s e r b e a m  welding，LBW）是以（yǐ）高能量密度的激（jī）光束作為能源的（de）一種高效精密焊接方法，具有焊接質量高、精度高（gāo）、速度（dù）快的特（tè）點，被譽為（wéi）21世紀最有希望的焊接方法，也（yě）是當前發展最快、研究最多的方法之一。

與傳統焊接方法相比，激光焊具有如下特點：

高能焊接 聚焦後的功率密度可達 每平方厘米（mǐ）105W～108W，加熱集中（zhōng），完成焊接所需熱輸入小，因（yīn）而工（gōng）件焊接（jiē）變形小（xiǎo），焊縫深寬比大。

焊接速度快（kuài） 目前鋁合金的激光焊接最大速度可達48m/min，鋼的激光焊接最（zuì）大速度可達60m/min，遠高於傳（chuán）統熔焊，生產效率大幅度提高。

焊接質量好 對鋼焊接焊縫強度等（děng）於或大於母材。

應用範圍廣 可實現不同型號、異種金屬之間的焊接，尤其（qí）適用於（yú）（超）高強度鋼板及（jí）鋁合金的焊接。

激光焊在鋁合（hé）金焊接中（zhōng）存在的問題是激光反射，反射嚴重影響了能量利用率和焊接（jiē）質量。為解決激光反射問題，人們提出激（jī）光電弧複合焊接方法。激光複合焊是激光焊和MIG焊兩種（zhǒng）方法同時作用於焊接區（qū），激（jī）光束在焊縫垂直方向輸入熱量，同時MIG焊在後（hòu）方熔化焊絲，也向焊縫輸入熱量。開始焊（hàn）接時，先MIG焊電源形成電弧對工件加熱，使工件表麵揮發出（chū）大量（liàng）的金屬蒸氣，從而使激光束的能量（liàng）傳輸更加容易，形成揮發孔，順利將激光的所有能量傳到工件上。激光複合焊焊（hàn）接過程穩定，焊接（jiē）速度快，形成的熔池大，搭橋能（néng）力好，具有很好的柔性和工（gōng）件的適應性（如焊鋁合金）及經濟性（xìng），有望在箱體連（lián）接方麵（miàn）取得大規模應用。

冷金屬過渡技術

冷金屬過渡技（jì）術（Cold metal transfer，CMT）是在MIG焊短路過渡的基礎之上（shàng）開發（fā）出的一種焊接技術（shù）。CMT焊接過程中，當熔滴與母材發生接觸短路時，焊機的控製器（qì）監測（cè）到短路信號，將短路電流降到幾乎為零，同時通過送絲機回（huí）抽焊絲實現熔滴與（yǔ）焊絲的（de）分離，且熔（róng）滴在無（wú）電流狀態（tài）下冷過渡，消除了傳統MIG/MAG焊中通過焊絲爆斷實現過渡而產生的飛濺（jiàn）。

CMT技術在電池箱體加工過程中可（kě）取代傳統MIG/TIG焊（hàn）接進（jìn）行邊框拚焊和邊框底板焊接部分。相較於傳（chuán）統MIG/TIG焊接，CMT技術熱輸入明顯降低，可有效減小焊（hàn）接（jiē）變形，有利於控製產品尺寸；可實現（xiàn）薄板焊接，避免薄板傳統MIG/TIG焊（hàn）接發生焊穿而造成的密封和機械失效（xiào），熱輸入降低有利於控製焊接裂紋的產生，利於箱體的輕量化設計和產（chǎn）品質量保證；減少焊接過程中的飛（fēi）濺和煙塵，改善（shàn）工作環境。

機械連（lián）接

拉鉚螺母解決了金屬（shǔ）薄板、薄管焊接螺母易焊穿、螺紋易滑牙（yá）等問題，實現了薄板與其他部件的螺紋聯接，緊固效率高且使用成本低。在電池箱體的（de）生產過程中（zhōng）拉鉚螺母主要安裝於箱體邊框密封麵以實現（xiàn）箱（xiāng）體與上（shàng）蓋的機械連接（jiē），安裝於（yú）箱體內腔底板上以實（shí）現模組或其他部件與箱體（tǐ）的連接。

鋼絲螺套用來加強鋁或（huò）其他低強度機體的螺孔或修複損壞的螺孔，可（kě）加強低強（qiáng）度材料（liào）機體螺孔強度，改（gǎi）善螺（luó）紋沿旋和長度方向的（de）受力分布（bù）和提高螺釘的（de）承載能力。在電池（chí）包箱體中，鋼絲螺套可用於電池模組安裝孔和密封麵安裝（zhuāng）孔。相對於拉鉚螺母，鋼絲螺套強度較高且易於修複，但一般安（ān）裝於厚壁處，不適（shì）用於薄壁安裝。