動力電池激光焊接難點分析及解決方案

激光焊接作為一種高效精密的連接方式，具有明顯的優勢：加工效率高、加工精度高、熱影響區小、焊件變形小、自動化程度高等等。將激光焊接應用在汽車動力電池焊接上可以大大提高其安全性、可靠性和使用壽命。
動力電池的激光焊接部位多，其材料主要是鋁合金，少量部位采用紫銅、鎳等材料，還有極少數采用不銹鋼作為電池外殼，在這些材料中，鎳和不銹鋼的激光焊接工藝相對較為簡單，也更為成熟，但是鋁合金和紫銅的激光焊接依然存在較多的難點。除材料特性的影響之外，焊接接頭的狀態也會對焊接效果產生較大影響。

待焊接的材料種類及狀態

待焊材料種類

鋁合金和紫銅作為待焊接的材料時，其常規方式的激光焊接效果不良的主要原因在于：

①兩者對于光纖激光來說均屬于高反材料，對光纖激光的吸收率不高，導致焊接過程穩定性較差；

②兩者的導熱性能較好，焊縫成型困難，易產生氣孔。

同時這兩種材料也存在一定的差異，相對來說，鋁合金對光纖激光的吸收率比紫銅的高，而紫銅的導熱性能更優于鋁合金的，所以兩者激光焊接難點的解決辦法有相同的地方，也存在著一定的差異：

鋁合金

1.采用相對較小的聚焦光斑（0.1mm～0.3mm）進行焊接；

2.焊接速度不能太低，控制在60mm/s以上；

3. 采用光纖-半導體激光復合焊接；

4. 采用擺動焊接。 

紫銅

1.采用較小的聚焦光斑（0.02mm～0.2mm）進行焊接；

2.焊接速度要快，建議100mm/s以上；

3.采用擺動焊接。

待焊材料狀態

本文中所述的待焊材料狀態是指材料的表面清潔度、預處理程度，這些情況均會導致焊縫質量變差，具體的結果表現及解決方案：

材料表面有雜質

難點表現：焊縫存在氣孔，密封性不夠，強度不夠；焊縫有爆點，產品報廢。

解決方案：待焊材料焊接前需去除油污、水漬等雜質。

鋁合金表面氧化物未清理

難點表現：焊縫氣孔較多，密封性不夠，強度不夠；成型不穩定，良品率降低。

解決方案：待焊材料焊前進行去氧化膜處理，然后盡快進行焊接。

材料待焊處加工粗糙

難點表現：成型不均勻，外觀較差；容易出現焊漏，無密封性。解決方案：材料進行機加工處理，需平整無變形。

焊縫所屬部件類型及要求

目前主流的汽車動力電池有三種，分別是方形電池、圓柱電池以及軟包電池，最常用的是方形電池，并且它也是采用激光焊接部位最多的電池類型，另外兩類電池市場份額以及激光焊接需求均相對要少很多。焊縫主要存在的問題是強度不夠、密封性不夠和成型不好，導致這些問題的產生，其共性是因為焊接工藝選擇不正確，此外還有待焊部位結構及其焊縫要求所導致的焊接難點，具體情況及解決方案：

軟包電池部件極耳/匯流排

焊接難點：材料薄，多片疊焊易虛焊，導致強度不夠，導電性不好。

解決方案：控制來料平整度；設計優良性能的夾具，控制裝夾間隙。

圓柱電池部件21700電池蓋帽

焊接難點：材料薄，易燒穿，強度達不到。

解決方案：控制來料一致性；設計優良性能的夾具，控制裝夾間隙；選用小纖芯光纖激光器，并用振鏡高速（300mm/s以上）焊接。

模組

焊接難點：熔深要求較大，焊縫成型較差。

解決方案：激光器纖芯選擇50μm～100μm，使用較高功率進行高速（80mm/s以上）焊接。

方形電池部件注液孔、翻轉片、極柱、防爆閥焊接難點：氣孔多，容易出現爆點，導致密封性不夠。

解決方案：提高待焊部位的清潔度；選用50μm纖芯的光纖激光器，焊接速度可適當提高。

殼體封口

焊接難點：氣孔多，容易出現爆點，導致密封性不夠。

解決方案：提高待焊部位的清潔度；選用50μm纖芯的光纖激光器，焊接速度可適當提高；選用小纖芯光纖激光器+半導體激光器進行復合焊接。

焊接難點：方形焊縫四個拐角處容易燒穿，導致密封性不夠。

解決方案：選擇加速性能更好的焊接平臺；采用較高的焊接速度，縮短拐角處激光的照射時間。

焊接難點：焊縫成型不均勻，加工效率不夠高。

解決方案：選用小纖芯光纖激光器+半導體激光器進行復合焊接。

匯流排

焊接難點：材料薄，多片疊焊易虛焊，導致強度不夠，導電性不好。

解決方案：控制來料平整度；設計優良性能的夾具，控制裝夾間隙。焊接難點：焊縫連接寬度不夠導致強度不夠。解決方案：選用小纖芯光纖激光器，采用擺動焊接。

側板

焊接難點：焊接部位多，效率要求高。
解決方案：選擇高功率光纖激光器，進行遠程掃描焊接。

軟連接

焊接難點：材料薄，多片疊焊易虛焊，導致強度不夠，導電性不好。

解決方案：控制來料平整度；設計優良性能的夾具，控制裝夾間隙。

焊接難點：焊縫連接寬度不夠導致強度不夠。

解決方案：選用小纖芯光纖激光器，采用擺動焊接。