電池包箱體連接技術(shù)

輕量化的發(fā)展對(duì)連接技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，如何通過(guò)輕量化材料的連接技術(shù)來(lái)保證箱體的安全性能，是電池箱體輕量化過(guò)程中的一項(xiàng)重要課題。目前電池包箱體生產(chǎn)中應(yīng)用到的連接技術(shù)主要包括焊接技術(shù)和機(jī)械連接技術(shù)。

焊接是電池箱體加工過(guò)程中的主要連接工藝，電池箱生產(chǎn)中應(yīng)用到的焊接技術(shù)包括傳統(tǒng)熔焊、攪拌摩擦焊、冷金屬過(guò)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(jī)械連接方式有安裝拉鉚螺母和鋼絲螺套兩種緊固標(biāo)準(zhǔn)件方式。

傳統(tǒng)熔焊

箱體加工中應(yīng)用到的熔焊方法有TIG和MIG焊，TIG和MIG焊作為成熟的焊接技術(shù)，在箱體上應(yīng)用具有使用靈活、適用性強(qiáng)、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，目前在箱體連接上已進(jìn)行了較多的應(yīng)用。TIG焊接速度低，焊縫質(zhì)量好，適用于點(diǎn)固焊和復(fù)雜軌跡焊接，在箱體中一般應(yīng)用于邊框拼焊和邊梁小件焊接；MIG焊接速度高，熔透能力強(qiáng)，在箱體中一般應(yīng)用于邊框底板總成內(nèi)部整圈焊接。

目前鋁合金TIG/MIG焊接尚存在一些問(wèn)題需要解決。

焊接缺陷的控制 鋁合金由于其化學(xué)成分和物理性能的特點(diǎn)，在進(jìn)行TIG/MIG焊接時(shí)產(chǎn)生熱裂紋傾向嚴(yán)重，且容易產(chǎn)生氣孔。在實(shí)際生產(chǎn)和試驗(yàn)過(guò)程中，熔焊焊縫是箱體密封及機(jī)械失效主要發(fā)生的位置，是箱體性能薄弱部位。如何控制TIG/MIG焊接過(guò)程中裂紋、氣孔等焊接缺陷的產(chǎn)生及檢驗(yàn)識(shí)別，提高焊接質(zhì)量，在實(shí)際生產(chǎn)中具有重要意義。

焊接變形的控制TIG/MIG焊接熱輸入較高且鋁合金線脹系數(shù)大，導(dǎo)致箱體焊后變形嚴(yán)重，不利于箱體尺寸的控制，影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率。針對(duì)焊接變形問(wèn)題，可采取結(jié)合CAE分析優(yōu)化焊接工藝、采用反變形法等方法進(jìn)行控制。

焊接效率的提高 目前實(shí)際生產(chǎn)中TIG/MIG多采用人工焊接，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊接一致性難以保證。采用自動(dòng)化焊接方式是發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)機(jī)械手臂配合變位機(jī)實(shí)現(xiàn)電池箱體的全位置焊接，可大幅提高焊接效率和焊接質(zhì)量，并降低生產(chǎn)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(guó)焊接研究所（TWI）于1991年發(fā)明的一種新型固相焊接方法。攪拌摩擦焊接過(guò)程中，以攪拌針及軸肩與母材摩擦產(chǎn)熱為熱源，通過(guò)攪拌針的旋轉(zhuǎn)攪拌和軸肩的軸向壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)軟化母材的擠壓和鍛造，最終得到具有精細(xì)鍛造組織特征的焊接接頭，不同于熔焊接頭的鑄造組織。

相對(duì)于傳統(tǒng)焊接，攪拌摩擦焊具有適用范圍廣、接頭質(zhì)量高、焊接成本低、便于自動(dòng)化等諸多優(yōu)點(diǎn)。攪拌摩擦焊在鋁擠型材電池箱體中已得到大規(guī)模廣泛應(yīng)用。由于焊接裝配要求，目前焊接部位主要集中在底板型材對(duì)拼焊接和邊框與底板總成焊接工序。底板型材對(duì)拼焊接為對(duì)接接頭形式，一般進(jìn)行正反雙面焊接；邊框與底板總成焊接一般為鎖底接頭形式或?qū)咏宇^形式，鎖底接頭形式進(jìn)行單面焊接，對(duì)接接頭形式進(jìn)行正反雙面焊接。

目前攪拌摩擦焊在電池箱體上應(yīng)用需要解決的問(wèn)題有：

焊接應(yīng)用范圍有待擴(kuò)大 攪拌摩擦焊可靠性優(yōu)于熔焊，而由于焊接機(jī)理的限制，其不適用于邊框拼焊和邊梁小件焊接，而該部位為氣密及機(jī)械失效薄弱位置。針對(duì)此問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)避免上述焊縫和通過(guò)工藝創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊在上述位置的焊接應(yīng)用，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

焊接生產(chǎn)效率有待提高 目前電池箱體生產(chǎn)過(guò)程中攪拌摩擦焊焊接速度相對(duì)偏低，且對(duì)工裝依賴性大，工裝較復(fù)雜，造成生產(chǎn)效率低，成本較高；底板拼焊實(shí)行雙面焊接，焊接過(guò)程中需進(jìn)行翻面，影響焊接效率。針對(duì)生產(chǎn)效率問(wèn)題，改進(jìn)的途徑有：通過(guò)焊接工藝優(yōu)化并結(jié)合攪拌頭設(shè)計(jì)提高焊接速度，實(shí)行高速焊接；采用雙機(jī)頭雙面對(duì)稱焊接或雙軸肩/多軸肩焊接方法，實(shí)現(xiàn)一次焊接雙面成形，避免翻面；優(yōu)化焊接工裝設(shè)計(jì)提高自動(dòng)化程度來(lái)提高生產(chǎn)效率。

焊接接頭性能評(píng)價(jià)有待完善 目前對(duì)于接頭性能評(píng)價(jià)方式偏重于靜態(tài)強(qiáng)度評(píng)價(jià)，對(duì)于動(dòng)態(tài)性能和疲勞性能評(píng)價(jià)比較欠缺，而這是電池箱體接頭設(shè)計(jì)和焊接工藝制定的重要理論支撐。隨著輕量化的發(fā)展，底板對(duì)拼焊縫支撐寬度減小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全焊透，需要對(duì)接頭的性能做出更完善的評(píng)價(jià)。

激光焊

激光焊接（ L a s e r b e a m  welding，LBW）是以高能量密度的激光束作為能源的一種高效精密焊接方法，具有焊接質(zhì)量高、精度高、速度快的特點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)最有希望的焊接方法，也是當(dāng)前發(fā)展最快、研究最多的方法之一。

與傳統(tǒng)焊接方法相比，激光焊具有如下特點(diǎn)：

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

焊接速度快 目前鋁合金的激光焊接最大速度可達(dá)48m/min，鋼的激光焊接最大速度可達(dá)60m/min，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)熔焊，生產(chǎn)效率大幅度提高。

焊接質(zhì)量好 對(duì)鋼焊接焊縫強(qiáng)度等于或大于母材。

應(yīng)用范圍廣 可實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)、異種金屬之間的焊接，尤其適用于（超）高強(qiáng)度鋼板及鋁合金的焊接。

激光焊在鋁合金焊接中存在的問(wèn)題是激光反射，反射嚴(yán)重影響了能量利用率和焊接質(zhì)量。為解決激光反射問(wèn)題，人們提出激光電弧復(fù)合焊接方法。激光復(fù)合焊是激光焊和MIG焊兩種方法同時(shí)作用于焊接區(qū)，激光束在焊縫垂直方向輸入熱量，同時(shí)MIG焊在后方熔化焊絲，也向焊縫輸入熱量。開始焊接時(shí)，先MIG焊電源形成電弧對(duì)工件加熱，使工件表面揮發(fā)出大量的金屬蒸氣，從而使激光束的能量傳輸更加容易，形成揮發(fā)孔，順利將激光的所有能量傳到工件上。激光復(fù)合焊焊接過(guò)程穩(wěn)定，焊接速度快，形成的熔池大，搭橋能力好，具有很好的柔性和工件的適應(yīng)性（如焊鋁合金）及經(jīng)濟(jì)性，有望在箱體連接方面取得大規(guī)模應(yīng)用。

冷金屬過(guò)渡技術(shù)

冷金屬過(guò)渡技術(shù)（Cold metal transfer，CMT）是在MIG焊短路過(guò)渡的基礎(chǔ)之上開發(fā)出的一種焊接技術(shù)。CMT焊接過(guò)程中，當(dāng)熔滴與母材發(fā)生接觸短路時(shí)，焊機(jī)的控制器監(jiān)測(cè)到短路信號(hào)，將短路電流降到幾乎為零，同時(shí)通過(guò)送絲機(jī)回抽焊絲實(shí)現(xiàn)熔滴與焊絲的分離，且熔滴在無(wú)電流狀態(tài)下冷過(guò)渡，消除了傳統(tǒng)MIG/MAG焊中通過(guò)焊絲爆斷實(shí)現(xiàn)過(guò)渡而產(chǎn)生的飛濺。

CMT技術(shù)在電池箱體加工過(guò)程中可取代傳統(tǒng)MIG/TIG焊接進(jìn)行邊框拼焊和邊框底板焊接部分。相較于傳統(tǒng)MIG/TIG焊接，CMT技術(shù)熱輸入明顯降低，可有效減小焊接變形，有利于控制產(chǎn)品尺寸；可實(shí)現(xiàn)薄板焊接，避免薄板傳統(tǒng)MIG/TIG焊接發(fā)生焊穿而造成的密封和機(jī)械失效，熱輸入降低有利于控制焊接裂紋的產(chǎn)生，利于箱體的輕量化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品質(zhì)量保證；減少焊接過(guò)程中的飛濺和煙塵，改善工作環(huán)境。

機(jī)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(shí)現(xiàn)了薄板與其他部件的螺紋聯(lián)接，緊固效率高且使用成本低。在電池箱體的生產(chǎn)過(guò)程中拉鉚螺母主要安裝于箱體邊框密封面以實(shí)現(xiàn)箱體與上蓋的機(jī)械連接，安裝于箱體內(nèi)腔底板上以實(shí)現(xiàn)模組或其他部件與箱體的連接。

鋼絲螺套用來(lái)加強(qiáng)鋁或其他低強(qiáng)度機(jī)體的螺孔或修復(fù)損壞的螺孔，可加強(qiáng)低強(qiáng)度材料機(jī)體螺孔強(qiáng)度，改善螺紋沿旋和長(zhǎng)度方向的受力分布和提高螺釘?shù)某休d能力。在電池包箱體中，鋼絲螺套可用于電池模組安裝孔和密封面安裝孔。相對(duì)于拉鉚螺母，鋼絲螺套強(qiáng)度較高且易于修復(fù)，但一般安裝于厚壁處，不適用于薄壁安裝。