新（xīn）能源汽車電池包箱體連接技術

電池包箱體連接技術

輕（qīng）量化的發展對（duì）連接技術提出了新的挑（tiāo）戰，如何通過輕量化材料的（de）連接技術來保（bǎo）證箱體的安全性能，是電池箱體輕量化過程中的一項重要課題。目前（qián）電池（chí）包（bāo）箱體（tǐ）生產中應用到（dào）的連接技術主（zhǔ）要包括（kuò）焊接（jiē）技術和機械連（lián）接技（jì）術。

焊接是電池箱體加工過程中的主要連接工藝，電池（chí）箱生產中應用到的焊接技術包括傳統熔焊、攪拌摩擦（cā）焊、冷金屬過渡技術、激光焊、螺柱焊（hàn）、凸焊等。電池箱體中目前（qián）涉（shè）及到的機械連接方式有安裝拉（lā）鉚螺母和鋼絲螺套兩種緊固標（biāo）準件方式。

傳統熔焊

箱體加工（gōng）中應（yīng）用（yòng）到的熔焊方法（fǎ）有TIG和MIG焊，TIG和MIG焊作為成熟的焊接技術，在箱體上應（yīng）用具有使用靈活（huó）、適用性強、生產成本低等優勢，目前在箱（xiāng）體連接上已進行了較多的應用（yòng）。TIG焊接（jiē）速度低，焊縫質量好，適用於點固焊和複雜軌跡焊接（jiē），在箱體中一般應用於邊框拚焊和邊梁小件（jiàn）焊接；MIG焊接速度高，熔透能力強，在箱體（tǐ）中一般應（yīng）用於邊（biān）框底板（bǎn）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（jìn）行TIG/MIG焊（hàn）接時產生熱裂紋傾向嚴重，且容（róng）易產生氣孔。在實際生產和（hé）試驗過程中，熔焊焊縫是箱體密封及機械失（shī）效主要發生的位（wèi）置，是箱體（tǐ）性能薄弱部位。如何控製TIG/MIG焊接（jiē）過程中（zhōng）裂紋、氣孔等（děng）焊接缺（quē）陷（xiàn）的產生及檢驗識別，提高焊接質量，在實際生（shēng）產中具有重要意義。

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

焊接效率的提高 目前實際生產中TIG/MIG多（duō）采用人工焊接，生（shēng）產效率低，勞動強度大，焊接一致性難以保證。采用自動（dòng）化焊接方式是發展趨勢，通過機械手臂配（pèi）合變位機實現（xiàn）電池（chí）箱體的（de）全位置焊接，可大幅提高焊接效率和焊接質量（liàng），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（TWI）於1991年發（fā）明的一種新型固相焊接方法。攪拌摩擦焊接過程中，以攪（jiǎo）拌針及軸肩與母（mǔ）材摩擦產熱為熱源，通過攪拌針的旋轉攪拌和軸肩的軸向壓力實現對軟化母材的擠壓和鍛造，最終得到具有精細鍛造組織特征的焊接接頭（tóu），不同於熔焊接頭的鑄造組織。

相對於傳統焊接，攪拌摩擦焊具有適用範圍廣、接頭質量高、焊接成本低、便於自動化等諸多優點。攪拌摩擦焊在鋁擠型材電池箱（xiāng）體中已得到大規模廣（guǎng）泛應用。由於焊接（jiē）裝配要求，目前焊接部位主要（yào）集中在底板（bǎn）型材對拚焊接和邊框與（yǔ）底板總成焊接工序。底板型材對拚焊接為對接接頭（tóu）形（xíng）式（shì），一般（bān）進行正反雙麵焊接；邊框與底板總成焊接一般（bān）為鎖底接頭形式或對接接頭形式（shì），鎖底接頭形式進行單（dān）麵焊接（jiē），對接接頭形式進行正反雙麵焊接（jiē）。

目（mù）前攪拌摩擦焊在電池箱體上應用需要解決的問題有：

焊接應用範圍有待擴大（dà） 攪拌摩擦焊可靠性優於熔焊，而由於焊接機理的限製（zhì），其不適用於邊（biān）框（kuàng）拚焊和邊梁小件焊（hàn）接，而該部位為氣密及機械失效薄（báo）弱位置。針對此問題，通過設計避免上述焊縫和通過工（gōng）藝創新實現攪拌摩（mó）擦焊在上述位置的焊接應用，以提高（gāo）產品的質量和可靠性。

焊接生產效率（lǜ）有待提高（gāo） 目（mù）前電池箱體生產過程中（zhōng）攪拌摩擦（cā）焊焊接（jiē）速度相對偏低，且對工裝依賴性大，工裝（zhuāng）較複雜，造成生產效率低，成（chéng）本較高；底板拚焊實行雙麵焊接，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：通過焊（hàn）接工藝優化並結合攪拌頭設計提高焊（hàn）接速度（dù），實行高速焊接；采用雙機頭雙（shuāng）麵對稱焊接或雙軸肩/多軸肩焊接方法，實現一次（cì）焊接（jiē）雙（shuāng）麵成形，避免翻麵；優化焊接工裝設計（jì）提高自動化（huà）程度來提高生產效率。

焊（hàn）接接頭性能評價有待完善 目前對於接頭性能評價方式偏（piān）重於靜態強度評價，對於動態性能和疲勞性能評價比較欠缺，而這是電池箱體接頭設計和（hé）焊接（jiē）工藝製定的重要理論支撐。隨著輕量化的發展，底板對拚焊縫支撐寬度減小，無法實現全焊透，需要對接頭的性能（néng）做出更完善的評價。

激光焊

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

與傳統焊接方法相比（bǐ），激光焊具有如下特點：

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，完成焊接所需熱輸（shū）入小，因（yīn）而工件焊接變形小（xiǎo），焊縫深寬比大。

焊接（jiē）速度快 目前鋁（lǚ）合金的（de）激光焊接（jiē）最大速度可達48m/min，鋼的激光焊（hàn）接（jiē）最大速度可達60m/min，遠高於傳統熔焊，生（shēng）產效率大幅度提（tí）高。

焊接質量好（hǎo） 對鋼焊接焊縫強度等於或大於母材（cái）。

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

激光焊在鋁合金焊接（jiē）中存（cún）在（zài）的問題是激光反射，反射嚴重影響了能（néng）量利用率和焊接質量。為解決激光反射問題，人們提出激光電弧複合焊接方法。激（jī）光複（fù）合焊是激光焊和MIG焊（hàn）兩種方法同時作用於焊接區，激光束在焊縫垂直（zhí）方（fāng）向輸入熱量，同時MIG焊在後方熔化焊絲，也（yě）向焊縫輸入熱量。開始焊接時（shí），先（xiān）MIG焊電源形成電弧對工件加熱，使工件表麵揮發出大量的（de）金屬蒸氣，從而使激光（guāng）束的能量傳（chuán）輸更加容易，形成揮發（fā）孔，順利將激光的所有能（néng）量傳到（dào）工件上。激光複合焊焊接過程穩定，焊接速度快，形成的熔池大，搭橋能力好，具有很（hěn）好的柔性和（hé）工件的適應性（如焊鋁合金）及經濟性，有望（wàng）在（zài）箱體連接方麵取得大（dà）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（jiē）過程中，當熔滴與母材發生接觸短路時（shí），焊機的控製器監測到短路信號，將短路電（diàn）流降到幾乎為零，同（tóng）時通過（guò）送絲機回（huí）抽焊（hàn）絲實現熔滴與焊絲的分離，且熔滴在無電流狀（zhuàng）態下冷過渡，消（xiāo）除了（le）傳統MIG/MAG焊中通過焊絲爆斷實（shí）現過（guò）渡而產生的飛濺。

CMT技（jì）術在電（diàn）池箱體加工過程中（zhōng）可取（qǔ）代傳統MIG/TIG焊接進行邊框拚焊和邊框底板（bǎn）焊接（jiē）部分。相較於傳統（tǒng）MIG/TIG焊接，CMT技術熱輸入明顯降低，可有效減小焊接變形，有利於控製產品尺寸；可（kě）實現薄板焊接，避免薄板傳統MIG/TIG焊接發生焊穿而造成的密封和（hé）機（jī）械（xiè）失效，熱輸入降低有利於控製焊接裂紋的產（chǎn）生，利於箱體的輕量化設計和產品質量保證；減少焊接過程中的飛濺和煙塵，改善工作環境。

機械連（lián）接

拉鉚螺母解決了金屬薄板、薄管焊接螺母易焊穿、螺紋易滑牙等問題，實現了薄板與其他部件的螺紋聯接（jiē），緊固效率高且使用成（chéng）本低。在電池箱體的生產（chǎn）過程中拉鉚螺母（mǔ）主要安裝（zhuāng）於箱體邊框密封麵（miàn）以實現箱體與（yǔ）上蓋的機（jī）械連接，安裝於箱體內腔底板上以實現模組或（huò）其他部件（jiàn）與（yǔ）箱體的連接。

鋼絲螺套用來加（jiā）強鋁或其他低強度機體的螺孔或修複損壞的螺（luó）孔，可加強（qiáng）低強度材料機體螺孔強（qiáng）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（chí）包（bāo）箱體（tǐ）中，鋼（gāng）絲（sī）螺套可用於（yú）電（diàn）池（chí）模組安裝（zhuāng）孔和密（mì）封麵安裝孔。相對於拉鉚螺母，鋼絲螺套強（qiáng）度較高且易於修複，但一般安裝於厚壁（bì）處（chù），不適用於薄壁安裝。