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（fā）展對連接（jiē）技（jì）術提出了新的挑戰，如何通過輕量化材料的連接技術來保（bǎo）證箱（xiāng）體的（de）安全性能，是電池箱體輕量化過程中的一項重（chóng）要課題。目前電池包箱體生產中應用到的連接技術主要包括焊接技術和機械連接技術。

焊（hàn）接是（shì）電（diàn）池箱體加（jiā）工過程中的主要連接工藝，電池箱生產中應用到的焊（hàn）接技術包括傳統熔焊、攪拌摩擦焊、冷金屬過渡（dù）技術、激（jī）光焊、螺柱（zhù）焊、凸焊等。電池箱體中目前涉及到（dào）的機械連接方式有安（ān）裝拉鉚螺母和鋼（gāng）絲（sī）螺套（tào）兩種緊固標準件方式。

傳統熔焊

箱體加工中（zhōng）應用到的熔（róng）焊（hàn）方法有TIG和MIG焊（hàn），TIG和MIG焊作（zuò）為成熟的焊接技術，在（zài）箱體上（shàng）應用具有（yǒu）使用（yòng）靈活、適用性強、生產成（chéng）本低等優勢，目前在箱體（tǐ）連接上已進行了較多的應用。TIG焊接速度（dù）低，焊縫質量好（hǎo），適用於點固焊和複雜軌（guǐ）跡焊接，在箱體中一般應用於邊框拚焊和邊梁小件焊（hàn）接；MIG焊接速度高（gāo），熔透能力強，在箱體中（zhōng）一般應用於邊框（kuàng）底板總成內部整圈焊接（jiē）。

目前鋁（lǚ）合金TIG/MIG焊接尚存在（zài）一些問題需要解決。

焊接缺陷的控製 鋁合（hé）金由（yóu）於其化學成分和物理性能的特點，在進行TIG/MIG焊（hàn）接時產生熱裂紋傾向嚴重，且容易產（chǎn）生氣孔。在實際生產和試驗過程（chéng）中，熔焊（hàn）焊縫是箱體密封及機械失效主要發生的（de）位置，是箱體性能薄弱部位。如何（hé）控製TIG/MIG焊接過程中裂紋、氣孔等焊接缺陷的（de）產生及檢驗識別，提高焊接質量，在實（shí）際生產（chǎn）中具有重要意義。

焊接變形的控製TIG/MIG焊接熱（rè）輸入（rù）較（jiào）高且鋁合金線脹係數大（dà），導致箱（xiāng）體焊後變形嚴重，不利於箱體尺寸的控製，影響生產效率和產品合格率。針對焊接變形問（wèn）題，可采取結合CAE分析優化焊接（jiē）工（gōng）藝、采用（yòng）反（fǎn）變形法等方法進行控製。

焊接效率的（de）提高 目前實際生產（chǎn）中TIG/MIG多采用人工焊接，生產效率低，勞動強度大，焊接一致性（xìng）難以保證。采（cǎi）用自動化焊接方（fāng）式是發展趨勢，通過機械手臂配合變位機實現電池箱體（tǐ）的（de）全位置焊接，可大（dà）幅提高焊接效率和焊接質量，並降低生產成本。

攪拌摩擦焊（hàn）

攪拌摩擦（cā）焊（F r i c t i o n s t i r welding，FSW）是英國焊（hàn）接（jiē）研究所（TWI）於1991年發明的一種新型固相焊接（jiē）方（fāng）法（fǎ）。攪（jiǎo）拌摩擦焊接過程中（zhōng），以攪（jiǎo）拌針及軸肩與母材摩擦產熱為（wéi）熱源，通過攪拌針的旋轉攪拌和軸肩的軸向壓力（lì）實現對（duì）軟化母材的擠壓和鍛造，最終得到具有精細鍛造（zào）組織特征（zhēng）的焊（hàn）接接頭，不同於熔焊接頭（tóu）的鑄（zhù）造組織。

相對於傳統焊（hàn）接，攪拌摩擦焊具有適用範圍廣、接頭質量高、焊接成本低、便於自動（dòng）化等諸多優點（diǎn）。攪拌摩擦焊在鋁擠型（xíng）材電池箱（xiāng）體中已（yǐ）得到大規模廣泛應用。由於焊接裝配（pèi）要求，目前焊接部位主要集中在底板型材對拚焊（hàn）接和邊框與底板總成焊接工序。底板型材對（duì）拚焊接（jiē）為對接接（jiē）頭（tóu）形式，一般進行正反雙麵焊接；邊框（kuàng）與底板（bǎn）總成焊接一般為鎖底接頭形（xíng）式或（huò）對（duì）接接頭形（xíng）式，鎖底接頭形式進（jìn）行單麵焊接，對接接頭形式進行正（zhèng）反雙麵焊接。

目前攪拌摩擦焊在電（diàn）池箱體上應（yīng）用需要解決的問題有：

焊接應用範圍有（yǒu）待擴大 攪拌摩擦焊可（kě）靠（kào）性優於熔焊，而由於焊接機理的限製（zhì），其不（bú）適用（yòng）於（yú）邊（biān）框拚焊和邊梁小件焊接，而該部位為氣密及機械失效薄弱位置。針對（duì）此問題，通過設計（jì）避免上述焊縫（féng）和通（tōng）過工藝創新實現攪拌摩擦焊在（zài）上述位置的焊接應用（yòng），以（yǐ）提高（gāo）產品的質量和（hé）可靠性。

焊接生產（chǎn）效率有待提高 目前電池箱體生產（chǎn）過程中攪拌摩擦焊焊接速度相對偏（piān）低，且對工裝依賴性大，工裝較複雜，造（zào）成生產效率低，成本（běn）較高；底板拚焊實行雙麵焊接，焊（hàn）接過程中需進行翻麵，影響焊接效率。針對生產效率問（wèn）題，改進的途徑有：通過焊接工藝優化並結合攪拌（bàn）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接或雙軸肩/多軸肩焊接方法，實現一次（cì）焊接雙麵成形，避免翻麵；優化焊接工裝設計提（tí）高自動化程度來提高生產效率。

焊接（jiē）接頭性能評價有待完善 目前對於接頭性能評價方式偏重於靜態強度（dù）評價，對於動態性能和疲勞性能評價比較欠缺（quē），而這是電池箱體（tǐ）接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（kuān）度減小，無法實現全焊透，需要對接頭的性能做出（chū）更完善的評價。

激光焊

激光焊接（ L a s e r b e a m  welding，LBW）是以高能（néng）量密度（dù）的激光束（shù）作為能（néng）源的一（yī）種高效精密焊接方法，具有焊接質（zhì）量（liàng）高、精度高、速度快的特點，被譽為21世紀最有希望的焊接方法，也是當前發展最快、研究最多的方法之一。

與傳統焊接方（fāng）法相比，激光焊具（jù）有如下特點：

高能焊接 聚焦後的功率密度可達 每平方厘米105W～108W，加熱集中，完成（chéng）焊（hàn）接所需熱輸（shū）入小，因（yīn）而工件焊接變形小，焊縫深寬比大。

焊接速度快 目前鋁合金的激光（guāng）焊接最大速度可達48m/min，鋼的激光焊接最大速度可達（dá）60m/min，遠高於（yú）傳統熔焊，生產效率大幅度提（tí）高。

焊接質量好 對鋼焊接焊縫（féng）強度等（děng）於（yú）或大於母材。

應用範圍廣 可實現不同型號、異種金屬之間的（de）焊（hàn）接，尤其適用於（超）高強度鋼板及鋁合（hé）金的焊接。

激光焊在鋁合金焊（hàn）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接質量。為解決激光反射問題，人們提出（chū）激光電弧複合焊接方法。激（jī）光複合焊是激光焊（hàn）和MIG焊兩種方法同（tóng）時作用（yòng）於焊（hàn）接區，激光束在焊縫垂直方向輸入熱量，同時MIG焊在後方熔化焊絲，也向焊縫輸入熱量。開始焊接時，先MIG焊電源形成電弧對工件加熱，使工件（jiàn）表麵揮發出大（dà）量的金屬蒸氣，從而（ér）使激光束的（de）能量傳輸更加容易，形成揮發孔，順利（lì）將激光的所（suǒ）有能（néng）量傳到工（gōng）件上（shàng）。激光複合（hé）焊焊接過程穩定，焊接速度快，形成的熔池大，搭橋（qiáo）能力好，具有很好的柔性和工件的適應性（如焊鋁合（hé）金（jīn））及經濟性，有望在箱體連接方麵取得大規模應用。

冷（lěng）金屬過渡技術

冷金屬過渡技術（Cold metal transfer，CMT）是在MIG焊短路過（guò）渡的基礎之上開發（fā）出（chū）的一種焊接技術。CMT焊接過程中，當熔滴（dī）與母材發（fā）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（shí）通過（guò）送絲機（jī）回抽焊絲（sī）實現熔滴與焊絲的（de）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（shí）現過渡（dù）而產生的飛（fēi）濺。

CMT技術在電池箱體加工過程中可取代傳統MIG/TIG焊接進行邊框拚焊（hàn）和邊框底板（bǎn）焊接部分。相較於（yú）傳統（tǒng）MIG/TIG焊接，CMT技術熱輸入（rù）明顯降低（dī），可（kě）有效減小（xiǎo）焊接變形，有（yǒu）利於控製產品尺寸；可實現薄板焊接，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品質量保證；減（jiǎn）少焊接過程中的飛（fēi）濺和煙塵，改善工作環境。

機（jī）械連接

拉鉚螺母解決（jué）了金屬（shǔ）薄板、薄管焊（hàn）接螺母易焊穿、螺紋易滑牙等問題，實現了薄板與其他（tā）部件的（de）螺紋聯接，緊固效率高且（qiě）使用成本低。在電池箱體的生產（chǎn）過程中拉鉚螺母主要安裝於箱體邊（biān）框密封麵（miàn）以實現箱體與上蓋的機械連（lián）接，安裝於箱體內腔底板上以實現模組或其他部（bù）件與箱體的連接。

鋼絲螺套用（yòng）來加強鋁（lǚ）或其他低強度機體的螺孔或（huò）修複損壞的螺孔，可（kě）加強低強度材料（liào）機體螺（luó）孔強度，改善（shàn）螺紋沿旋和長度方向的受力分布和提高螺釘的（de）承載能力。在電池包箱體（tǐ）中，鋼（gāng）絲螺套可用於電池模組安裝孔和密（mì）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（hòu）壁（bì）處，不適用於薄壁安裝。