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（duì）連接技術提出了新的挑戰，如何通過輕量化材料的連接技術來保證箱體的安全（quán）性能，是電池箱體輕量化過程中的一項重要課題。目前電池包箱體生（shēng）產中應用到的連接技術主要包括焊接技術和機（jī）械連接（jiē）技術。

焊接是電池箱體加工過程中（zhōng）的主要連接工藝，電（diàn）池箱生產中應用到的焊接技術包括傳統熔焊、攪拌摩擦焊、冷金屬（shǔ）過渡技術（shù）、激光焊、螺柱焊、凸焊等。電池箱體中目前涉及到的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

箱體加工中應用到的熔焊方法有TIG和MIG焊（hàn），TIG和MIG焊作為成熟（shú）的焊接技術，在（zài）箱體上應用具有使用靈活、適用性（xìng）強、生（shēng）產成本低等優（yōu）勢，目前在箱體連接上已進行了較多（duō）的應用。TIG焊接速度低，焊縫質量好，適用於點固焊和（hé）複雜軌跡焊接，在箱體中一般應用於邊框拚焊和邊梁小件焊接；MIG焊接速度高，熔透能力強，在箱體中（zhōng）一般應用於邊框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（jiě）決。

焊接（jiē）缺陷（xiàn）的控製 鋁合金由於其（qí）化學成（chéng）分和物理性能的特點，在（zài）進行TIG/MIG焊接時產（chǎn）生熱（rè）裂紋傾向嚴重（chóng），且容易產生氣孔。在實際生產和試驗過程中，熔焊焊縫是箱體密封及機械失效主（zhǔ）要（yào）發生的位置，是箱體性能薄弱部位。如何控製TIG/MIG焊接過程中裂紋、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（yào）意義。

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

焊接效（xiào）率的提高 目前實際生產（chǎn）中TIG/MIG多采用人（rén）工焊接，生產效（xiào）率低，勞（láo）動（dòng）強度大，焊接一致性難以保證。采用自動化焊接方式是發展趨（qū）勢，通過機械手臂配（pèi）合變位機實現電（diàn）池箱體的全位置焊接，可大幅（fú）提高焊接效率和焊接質量，並降低生產成本。

攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊（F r i c t i o n s t i r welding，FSW）是英國焊接研究所（suǒ）（TWI）於1991年發（fā）明的一種（zhǒng）新型固相焊接方法（fǎ）。攪拌摩擦（cā）焊接過程中，以攪拌針及軸（zhóu）肩與母材摩擦產熱為熱源，通過攪拌（bàn）針的旋轉攪拌和軸肩（jiān）的軸向壓力實（shí）現對軟化母材的擠壓和鍛造，最終得到具有精細鍛造組織（zhī）特征的焊接接頭，不同於熔（róng）焊接頭的鑄造組織。

相對於傳統焊接，攪拌摩擦焊（hàn）具有適（shì）用範圍廣、接頭質量高、焊接成本低、便於自動化等諸多優點。攪拌摩擦（cā）焊在鋁擠型材電池箱體中已得到大規模廣泛（fàn）應用。由於焊接裝配要求，目前焊接部位主要集中在底板型材對拚焊接和邊框與底板總成焊接工序。底板（bǎn）型材對拚焊接為對接接頭形式，一般進行正反（fǎn）雙麵（miàn）焊接；邊框與底板總成焊接一（yī）般為鎖底接頭形式或對接接頭形式，鎖底接頭形式進（jìn）行單麵焊接，對接接頭形式進行正反雙麵（miàn）焊接。

目前攪拌摩擦焊在電池箱體上應用需要（yào）解決的問（wèn）題有：

焊（hàn）接應用範圍有待擴大 攪拌摩擦焊可（kě）靠（kào）性優於熔焊，而由於（yú）焊接機理的限製（zhì），其不適（shì）用（yòng）於邊框拚（pīn）焊和邊梁小件焊接，而該部位為氣密及機械失效薄弱位置。針對此問題，通（tōng）過設計避免上述焊縫和通過工（gōng）藝創新實（shí）現攪拌摩擦焊在上述位置的焊接（jiē）應用，以提高產品的質（zhì）量和可靠性。

焊接（jiē）生產效率有（yǒu）待提高 目前電池箱體生產（chǎn）過程中攪拌摩擦焊焊接（jiē）速度相（xiàng）對偏低，且對工裝（zhuāng）依賴性大（dà），工裝（zhuāng）較複雜，造成生產效率低，成本較高（gāo）；底板拚焊（hàn）實行雙麵焊接，焊接過（guò）程中需進（jìn）行翻麵，影響焊接效率。針對生產效率問題（tí），改進的途徑有：通過焊接工（gōng）藝優化並結合攪拌頭設計提高焊（hàn）接速度，實行高速焊接；采用雙機頭（tóu）雙（shuāng）麵對稱焊接或雙軸肩/多軸肩焊接方法，實現一（yī）次（cì）焊接雙麵成形，避免翻麵；優化焊接工裝設計提高自動化程度來提高生產效（xiào）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（shì）偏重（chóng）於（yú）靜態（tài）強度評價，對於動態性能和疲勞性能評價比較欠缺，而這（zhè）是（shì）電池箱體接頭設計和焊接工藝製定的重要理論支撐。隨著（zhe）輕量化的（de）發（fā）展，底（dǐ）板對（duì）拚焊縫支撐寬度減小，無法實現全焊透，需要對接頭的性能做出更完善（shàn）的評價。

激光焊

激光焊接（ L a s e r b e a m  welding，LBW）是以（yǐ）高能量密度的激光（guāng）束作為能源的一（yī）種高效精密焊接方法，具有焊接質量高、精度高、速度快的特點，被（bèi）譽為21世紀最有希望的焊接方法，也是（shì）當前（qián）發展最快、研究最多的方法之一。

與傳（chuán）統焊接方法相比，激光焊具（jù）有如下特點：

高能焊接 聚焦後的功率密度可達 每平（píng）方厘米105W～108W，加熱集中，完（wán）成焊接所需熱輸入小，因而工件焊接變形（xíng）小，焊縫深寬比大（dà）。

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

焊接質（zhì）量好 對鋼焊接焊縫（féng）強度等於或（huò）大於母材。

應用範圍廣 可實現不（bú）同型號、異（yì）種（zhǒng）金（jīn）屬之間的焊接，尤其適用於（超）高強度鋼板及鋁（lǚ）合金的焊接。

激光焊在鋁合金（jīn）焊接中存在的問（wèn）題是激光反射，反射嚴重影響了能量（liàng）利用率和焊接質量（liàng）。為解決（jué）激光反射問題，人們提出激光電弧複合（hé）焊接方法。激光複合焊是激光焊和MIG焊兩種方法同（tóng）時作用於焊接區，激光束在焊縫垂直方（fāng）向（xiàng）輸入熱（rè）量（liàng），同時MIG焊在（zài）後方熔化（huà）焊絲，也向焊縫輸入（rù）熱量。開始焊接時，先MIG焊電源形成電弧對（duì）工件加熱（rè），使工件表麵揮發出大量（liàng）的金屬蒸氣，從（cóng）而使激光束的能量傳輸更（gèng）加容易，形成揮發孔，順利將（jiāng）激光的所有能量傳到工件上。激（jī）光複合焊焊接過程穩定，焊接速度（dù）快，形成的熔池大，搭橋能力好，具有很好的柔性和工件的適應性（如焊鋁合金）及經濟（jì）性，有望在箱體連接方麵取得大規模應用。

冷金屬過渡技術

冷金屬過渡技術（Cold metal transfer，CMT）是在MIG焊短路過渡的基礎之上開發出的一種焊接技術。CMT焊接過程中，當熔（róng）滴與母材發生接觸（chù）短路時，焊機的（de）控製器監測到短路信號，將短路電流降到幾乎為零，同時通（tōng）過送絲機回抽焊絲實現熔滴與焊絲的分離，且（qiě）熔滴在無電流狀態下（xià）冷過渡，消除了傳統MIG/MAG焊中通過焊（hàn）絲爆斷實現過渡而（ér）產生的飛濺。

CMT技術在電池箱體（tǐ）加工過（guò）程中可取代傳統MIG/TIG焊接進行邊框拚焊和邊框底板焊接部分。相較於傳統MIG/TIG焊接（jiē），CMT技術熱輸入明顯降低，可有（yǒu）效減小焊接變形，有（yǒu）利於控製產品尺寸；可實現薄（báo）板（bǎn）焊接，避免薄（báo）板傳統MIG/TIG焊接發生焊穿而造成的密封和機械失效，熱輸入降（jiàng）低有利於（yú）控製焊接裂紋的產生，利於箱體的輕量化設計和（hé）產品質量保證；減少焊接過程中的飛濺和煙塵，改善工作環境（jìng）。

機（jī）械連（lián）接

拉鉚螺母解決了金屬薄板、薄管焊接（jiē）螺母易焊穿、螺紋易（yì）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（yòng）成本低。在（zài）電池箱體的生（shēng）產過（guò）程中拉鉚螺母主要（yào）安裝於箱體邊框密封麵以實現箱體與上蓋的機械連接，安裝於箱體內腔底（dǐ）板上以實現（xiàn）模組或其（qí）他部件與箱（xiāng）體的連接。

鋼絲螺套用來加強鋁或其他（tā）低強度（dù）機體的螺孔或修複損壞的螺孔，可加強低強度材料機體（tǐ）螺孔強度，改善螺紋沿旋和長度方向的受力分布和提高螺釘的承載能力。在電池包（bāo）箱（xiāng）體中，鋼絲螺套可用於電池模組安裝孔和密封麵（miàn）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，不適（shì）用於薄壁安裝。