汽車(chē)電池包殼體焊接工藝

汽車(chē)電池包殼體焊接工藝

Jun 17, 2021

電池包作為新能源汽車(chē)開(kāi)發(fā)中十分重要的部件日益受到重視,趨同的技術(shù)和生產(chǎn)水平與日益飽和的市場(chǎng)使人們更加關(guān)注電池包的壽命。本文針對(duì)鋼制電池包下殼體和鋁制電池包下殼體比較成熟的幾種連接方式,包括電阻點(diǎn)焊、冷金屬過(guò)渡(Cold Metal Transfer,CMT)焊、攪拌摩擦焊(FrictionStir Welding,F(xiàn)SW)和激光焊等進(jìn)行介紹并對(duì)比分析,對(duì)電池包下殼體常見(jiàn)的焊接裝配順序進(jìn)行介紹。

暑期沖鋼制下殼體焊接工藝刺班

1. CO2氣體保護(hù)焊

CO2氣體保護(hù)焊具有操作靈活、簡(jiǎn)單、成本低、對(duì)油污和銹跡的敏感性差等特點(diǎn),被國(guó)內(nèi)各汽車(chē)公司廣泛應(yīng)用,也有一些主機(jī)廠用其進(jìn)行電池包下殼體側(cè)邊框之間的連接,以及底板與側(cè)邊框的連接,某車(chē)型電池包下殼體CO2氣體保護(hù)焊,如圖所示。

雖然CO2氣體保護(hù)焊在技術(shù)和設(shè)備方面已日趨完善,但焊縫成形粗糙、飛濺較大,嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量,進(jìn)而影響電池包裝配精度,易產(chǎn)生焊渣,污染環(huán)境且焊接后需要打磨,工序繁瑣,增加生產(chǎn)節(jié)拍。所以CO2氣體保護(hù)焊并不是焊接下殼體側(cè)邊框、底板與側(cè)邊框最好的連接方式。


2. 電阻點(diǎn)焊
電阻點(diǎn)焊是白車(chē)身最主要的連接方式,由于具有成本低、連接強(qiáng)度高、操作性好等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用最為廣泛。目前,國(guó)內(nèi)外新能源汽車(chē)主機(jī)廠大多采用電阻點(diǎn)焊實(shí)現(xiàn)電池包鋼板下殼體的連接。
但是,由于電阻點(diǎn)焊需要一定的焊接空間及進(jìn)出通道才能實(shí)現(xiàn)焊鉗可達(dá),對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有較高的要求,而且電池包對(duì)于氣密性要求十分嚴(yán)格,使用電阻點(diǎn)焊時(shí)需要加膠進(jìn)行焊接,增加生產(chǎn)成本和生產(chǎn)節(jié)拍。

電阻點(diǎn)焊和加膠處理如圖所示。

鋁合金下殼體焊接工藝

1. 冷金屬過(guò)渡焊技術(shù)
CMT技術(shù)是在短路過(guò)渡基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新技術(shù),大幅降低了焊接過(guò)程的熱輸入量,沒(méi)有汽化爆斷過(guò)程,對(duì)焊縫無(wú)壓力沖擊,不易出現(xiàn)焊接燒穿現(xiàn)象,消除了飛濺產(chǎn)生的因素,可精確控制輸入量,具有高重復(fù)焊接精度,焊接速度高,間隙容忍性好。

2. 攪拌摩擦焊
FSW是由英國(guó)劍橋焊接研究所(The Welding Institute,TWI)于1991年發(fā)明的一種固相連接方法,由于其在汽車(chē)及航空工業(yè)中較為重要的地位,F(xiàn)SW現(xiàn)已經(jīng)成為一項(xiàng)很重要的焊接技術(shù)。

FSW是利用特殊形狀的攪拌頭,旋轉(zhuǎn)著插入被焊零件,沿待焊界面向前移動(dòng),通過(guò)對(duì)材料的攪拌、摩擦,使待焊材料加熱至熱塑性狀態(tài),在攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)的帶動(dòng)下,處于塑性狀態(tài)的材料環(huán)繞攪拌頭由前向后轉(zhuǎn)移,同時(shí)結(jié)合攪拌頭對(duì)焊縫金屬的擠壓,在熱-機(jī)聯(lián)合作用下,材料擴(kuò)散連接形成致密的金屬間固相連接。

由于FSW焊接接頭無(wú)裂紋、夾渣、氣孔等缺陷,焊接變形小、焊接強(qiáng)度高、焊縫密封性好等特點(diǎn),被廣泛用在電池包下殼體焊接中。如圖所示為鋁合金下殼體FSW焊縫。

3. 激光焊接
隨著激光技術(shù)的成熟、設(shè)備成本的下降和生產(chǎn)效率的提高,激光焊接在車(chē)身制造中被廣泛應(yīng)用,主要被用于汽車(chē)車(chē)門(mén)、前后蓋、頂蓋和側(cè)圍外板、流水槽和側(cè)圍外板等零部件的連接。

如圖所示為激光焊在背門(mén)焊接中的應(yīng)用。

下圖為激光焊在電池殼體焊接中的應(yīng)用

車(chē)身設(shè)計(jì)中,輕量化、降成本和性能提升是最重要的目標(biāo),然而激光焊接不僅設(shè)備成本高,而且對(duì)于待焊白車(chē)身鈑金件之間的裝配精度具有較高要求,因此,在電池包下殼體側(cè)邊框之間的連接,以及底板與側(cè)邊框的連接中并沒(méi)有得到特別廣泛的應(yīng)用。

4. 焊接工藝對(duì)比
對(duì)以上各種連接方式從焊接效率、連接成本、對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的要求、焊縫美觀性以及一次性投入成本等方面進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表所示。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)連接方式的選擇應(yīng)綜合考慮多種因素。

鋁合金下殼體焊接流程

1. 下殼體主要結(jié)構(gòu)形式
主流鋁合金下殼體由底板和邊框組成,底板由2~4塊鋁合金型材采用攪拌摩擦焊拼接而成,邊框分為左側(cè)橫梁、右側(cè)橫梁、前端橫梁和后端橫梁等,所有橫梁均為鋁合金型材,各橫梁之間采用熔化極惰性氣體保護(hù)(Metal Inert-Gas,MIG)焊、非熔化極惰性氣體鎢極保護(hù)(Tungsten Inert Gas,TIG)焊以及CMT等方法焊接為邊框。

下殼體底板

下殼體邊框

2. 下殼體焊接工藝流程
鋁合金下殼體常見(jiàn)焊接工藝流程分為兩種。一種工藝流程通常首先采用FSW拼接底板,同時(shí)各橫梁采用MIG焊、TIG焊以及CMT等方法焊接為整體邊框,最后底板和邊框采用FSW進(jìn)行雙面焊接。焊接工序如圖所示。

由于此種焊接裝配方式中,底板拼焊工序和橫梁焊接為整體邊框工序可以同時(shí)在兩個(gè)工位分別進(jìn)行,大幅節(jié)約生產(chǎn)節(jié)拍、提高生產(chǎn)效率,因此在電池包下殼體生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

另一種工藝流程首先采用FSW正、反兩面將底板拼焊,然后將各橫梁采用FSW進(jìn)行雙面焊接分別焊接在底板上,最后采用 MIG 焊、TIG焊或者CMT等方法進(jìn)行各個(gè)橫梁之間的焊接。焊接工序如圖所示。

此種焊接裝配形式可以減少邊框的焊接變形,保證邊框各橫梁上安裝孔的裝配精度,因此,對(duì)于安裝孔精度要求高的電池包,需要采用此方式進(jìn)行電池包下殼體的焊接。

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