新能源汽車電池包箱體連接技術

電池包箱體連接技術

輕量化的發展對連接技術提出了新的挑戰，如何（hé）通過輕量化材料的連接技術來保證箱體的安全性能（néng），是電池箱體輕（qīng）量化過程中的一項重要課題。目前電池（chí）包箱體生產中（zhōng）應用到的連接技術主要（yào）包括焊接技術（shù）和機械連接技術。

焊（hàn）接（jiē）是電池箱體加工過（guò）程中的主要連接工藝，電池箱生產中應用到的焊接（jiē）技術（shù）包括傳統熔焊、攪拌摩擦焊、冷金屬過渡技術、激（jī）光焊、螺（luó）柱焊、凸焊等（děng）。電池箱體中（zhōng）目前涉及到（dào）的（de）機械連接方式有安裝拉鉚螺母和鋼絲螺套兩種緊固標準件方式。

傳統熔焊

箱體加工中應用到（dào）的熔焊方法有TIG和MIG焊，TIG和MIG焊作為成熟的焊接技術，在箱（xiāng）體上應用（yòng）具有使（shǐ）用靈活、適用（yòng）性強、生產成（chéng）本低（dī）等優（yōu）勢，目前在箱體連接上已進行了較多的（de）應用（yòng）。TIG焊接速度低，焊縫質（zhì）量好，適用於點固焊和複雜軌跡焊接，在箱體中一（yī）般應用於邊框拚焊（hàn）和邊梁小件焊接；MIG焊接速（sù）度高，熔透能力強，在箱（xiāng）體中一般（bān）應用（yòng）於邊框底板總成內部整圈焊接。

目（mù）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點，在進行TIG/MIG焊接（jiē）時（shí）產生熱裂紋傾向嚴重，且容易產（chǎn）生氣孔。在（zài）實際生產和試驗過程中，熔焊焊縫是箱體（tǐ）密封及機械失效主要發生的位置，是（shì）箱體性能薄弱部位（wèi）。如（rú）何控製TIG/MIG焊（hàn）接過程（chéng）中裂紋、氣孔等焊接缺陷的產生及檢驗識別，提高焊接質量，在實際生產中具有重要意義。

焊接變形的控製TIG/MIG焊接熱輸（shū）入較高且鋁（lǚ）合金線脹係數大，導致箱體焊後變形嚴重，不利於箱（xiāng）體尺寸的控製，影響生產效（xiào）率和產品合格率（lǜ）。針對焊接變形問題，可采取（qǔ）結合CAE分析優化焊（hàn）接工藝、采用反變（biàn）形法等方法進行控製。

焊（hàn）接效率的（de）提高 目前實際生產中TIG/MIG多采用人工焊接，生產效率低，勞動強（qiáng）度大，焊接一致性難以保證。采用自動化焊接方式是發展趨勢，通（tōng）過機械手臂配合變位機實（shí）現電池箱體的全位置焊接，可大幅提高焊接效率和焊接質量，並（bìng）降低生產成本。

攪拌（bàn）摩擦焊

攪拌摩擦（cā）焊（F r i c t i o n s t i r welding，FSW）是英國（guó）焊接研究所（TWI）於1991年發明的一種新型固相焊（hàn）接方法（fǎ）。攪拌摩擦焊（hàn）接過程（chéng）中，以攪拌針及軸肩與母材（cái）摩擦產熱為熱（rè）源，通過攪拌針的旋轉攪（jiǎo）拌和軸肩的軸向壓力實現對（duì）軟化母材的擠壓和鍛造，最終得（dé）到具有精細鍛造組織（zhī）特征的焊接接頭，不同於熔焊接頭的（de）鑄造組織。

相對於（yú）傳（chuán）統焊接，攪拌摩擦焊具有適用範（fàn）圍廣、接頭質量高、焊（hàn）接成本低、便於自（zì）動化等諸多優點。攪拌摩擦焊（hàn）在鋁擠型材電（diàn）池箱（xiāng）體中已得（dé）到大規模（mó）廣泛（fàn）應用（yòng）。由於焊接裝配要求，目前焊（hàn）接部（bù）位主要集中在底板型材對拚焊接和邊框與底（dǐ）板總成焊接工序。底板型（xíng）材對拚焊接為對接接（jiē）頭形式，一般（bān）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或對接接頭形式，鎖底（dǐ）接頭形式進行單麵焊接，對接接（jiē）頭形式進行正反雙麵焊接。

目前攪拌摩擦焊在電池箱體上應用需要解決的問題有（yǒu）：

焊接應用範圍有待擴大 攪拌摩擦焊（hàn）可（kě）靠性優於熔焊，而由於焊接機理的限製，其不（bú）適用於邊框拚焊和邊梁小件焊接（jiē），而該部位為氣密及機械失效薄弱位置。針（zhēn）對此問題，通過設計避免上述焊縫和通過工藝創新（xīn）實現攪拌摩擦焊在上述位置的焊接應用，以（yǐ）提高產品的質量和可靠性。

焊接生產效率有待提高 目前（qián）電池箱體生產過程中攪拌摩擦焊焊接速度相對偏低，且對工裝依賴性大，工裝較（jiào）複雜，造成生產效率低，成本（běn）較高；底板拚焊實行（háng）雙（shuāng）麵焊接（jiē），焊接過程中需進行翻麵，影響焊接效率。針對生產效率問題，改進的途徑有：通（tōng）過焊接工藝優化（huà）並結合攪拌頭設計提高焊接速度，實行高速焊接；采用雙機頭雙麵對稱焊（hàn）接或雙軸（zhóu）肩/多軸肩焊接方（fāng）法，實現一（yī）次焊接雙麵成（chéng）形，避免翻麵；優化焊接工裝（zhuāng）設（shè）計提高自動化程度來提高（gāo）生產效率。

焊接接頭性能（néng）評價有待完善（shàn） 目前對於接頭性能評價方式偏重於靜態強度評價，對於動態性能和疲勞性能（néng）評價比較（jiào）欠（qiàn）缺，而這是電池箱體（tǐ）接（jiē）頭設計和焊接工藝製定的重要理論（lùn）支撐。隨著輕量化的發展，底板對拚焊縫支撐寬度減小（xiǎo），無法（fǎ）實現全焊透，需要對接頭（tóu）的性能做出更完善的評價（jià）。

激光焊

激光焊接（ L a s e r b e a m  welding，LBW）是以高能量密（mì）度（dù）的激光（guāng）束作為能源的一種高效精密焊接（jiē）方法，具有焊接質量高、精（jīng）度高、速度快的特（tè）點，被譽為21世紀最有希望的焊接（jiē）方法，也是當前發展最快、研（yán）究最多的方法之一。

與（yǔ）傳統焊接方法相比，激光焊具（jù）有如下特點：

高能焊接 聚焦後的功率密（mì）度可達 每平方厘米105W～108W，加熱集中，完成焊接所需熱輸入小（xiǎo），因而工件焊接變形小，焊縫深寬（kuān）比大。

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

焊接質量好 對鋼焊接焊縫強度等於或大於（yú）母材。

應用範圍廣 可實現不同型號、異種金（jīn）屬之間的焊接，尤（yóu）其適用於（超）高強度鋼板及鋁合金的焊接（jiē）。

激光焊在鋁合金焊接中存在的問題是激光反射，反射嚴重影響了能量利用率和焊（hàn）接質量。為解決激光反射問題，人們（men）提出（chū）激光電（diàn）弧複合焊接方法。激光（guāng）複合焊是（shì）激光焊和MIG焊兩種方法（fǎ）同時作用於焊接區（qū），激光束在焊縫垂直方（fāng）向輸入（rù）熱量，同時MIG焊在後（hòu）方熔化焊絲，也向焊縫（féng）輸入熱量。開始焊接時，先MIG焊電源形成電弧對工件加熱，使工件表麵（miàn）揮發（fā）出大量的金屬蒸氣，從（cóng）而使激光束的能量傳（chuán）輸更加容易，形成揮發孔，順利將激（jī）光的所有能量傳到工件上。激光複合焊焊接過程穩定，焊接速度快，形成（chéng）的熔（róng）池大，搭橋能力好，具有很好（hǎo）的柔性和工件（jiàn）的適應性（如焊鋁合金）及經濟性，有望在（zài）箱體連（lián）接方麵取得大（dà）規模應用。

冷金屬過渡技術

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

CMT技術在（zài）電池箱體加工過程中可取代（dài）傳統MIG/TIG焊接（jiē）進（jìn）行邊框拚焊和邊框底板（bǎn）焊接部分。相較於傳（chuán）統MIG/TIG焊接，CMT技術熱輸入明顯降（jiàng）低，可有效減小焊接變形，有利於控製產（chǎn）品尺（chǐ）寸；可（kě）實現薄板（bǎn）焊接，避免薄板傳統（tǒng）MIG/TIG焊接發生焊穿而造成的密封和機械失效，熱輸（shū）入（rù）降低有利於控製焊接裂紋的產生，利於箱（xiāng）體的（de）輕量（liàng）化設計（jì）和產品質量保證；減（jiǎn）少焊接過程（chéng）中的飛（fēi）濺和（hé）煙（yān）塵，改善工作環境。

機械連接

拉鉚螺母解決了金屬薄板、薄管焊接螺母易焊穿、螺紋易滑牙等問（wèn）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。在電池箱體的生產過程中拉鉚螺母主要安裝於（yú）箱體邊框密封麵以實現箱體與上蓋的機械連接，安裝於箱體內（nèi）腔底板上以實現（xiàn）模（mó）組或其他部件與箱體的連接。

鋼絲螺套用來加強鋁或其他低強度機體的（de）螺孔（kǒng）或修複損壞的螺孔，可（kě）加（jiā）強低（dī）強度材料機體螺孔強度，改善螺紋沿旋和（hé）長度方向的受力分布和提高螺釘的承（chéng）載能力。在電池包箱體中，鋼絲螺套可用於電池模組安裝孔和密封麵安裝孔。相對於拉鉚螺母，鋼絲螺套強度較高且易於修複，但一般安裝於厚壁處（chù），不適用（yòng）於薄壁（bì）安裝（zhuāng）。