新能源汽車電池包下殼體焊接工藝分析

新能源汽車電池包下殼體焊接工藝分析劉美娜【摘要】為了解決新能源汽車電池包下殼體連接問題，分別介紹了鋼制電池包、鋁制電池包下殼體較為成熟的幾種連接方式，從多方面進(jìn)行對(duì)比分析，為實(shí)際生產(chǎn)過程中連接方式的選擇提供參考.介紹了新能源汽車電池包下殼體常見的焊接裝配順序,解決了工程實(shí)際問題，可為電池包下殼體焊接裝配順序的優(yōu)化提供參考.【期刊名稱】《汽車工藝與材料》【年(卷)，期】2018(000)012【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P37-39,42)【關(guān)鍵詞】電池包下殼體;電阻點(diǎn)焊;CMT;FSW;激光焊【作者】劉美娜【作者單位】廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院廣州511434【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TG457.11前言電池包作為新能源汽車開發(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、冷金屬過渡(ColdMetalTransfer，CMT)焊、攪拌摩擦焊(FrictionStirWelding，F(xiàn)SW)和激光焊等進(jìn)行介紹并對(duì)比分析，對(duì)電池包下殼體常見的焊接裝配順序進(jìn)行介紹。2鋼制下殼體焊接工藝2.1CO2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，如圖1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。隨著汽車車身輕量化技術(shù)的發(fā)展，也需要CO2氣體保護(hù)焊接技術(shù)向〃精量化焊接制造”的方向發(fā)展，才能進(jìn)一步推動(dòng)其在汽車中的應(yīng)用，更好地服務(wù)于未來(lái)汽車行業(yè)［1］。圖1某車型電池包下殼體CO2氣體保護(hù)焊2.2電阻點(diǎn)焊電阻點(diǎn)焊是白車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。特斯拉多款車型電池包下殼體采用電阻點(diǎn)焊，如圖2所示。電阻點(diǎn)焊和加膠處理如圖3所示。圖2特斯拉某車型電池包下殼體圖3電阻點(diǎn)焊和加膠處理3鋁合金下殼體焊接工藝3.1冷金屬過渡焊技術(shù)CMT技術(shù)是在短路過渡基礎(chǔ)上開發(fā)的新技術(shù)，大幅降低了焊接過程的熱輸入量，沒有汽化爆斷過程，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］。比亞迪多款車型采用CMT技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池包下殼體的連接，提高了工作效率。圖4所示為鋁合金下殼體中CMT焊縫。圖4鋁合金下殼體CMT焊縫3.2攪拌摩擦焊FSW是由英國(guó)劍橋焊接研究所(TheWeldingInstitute，TWI)于1991年發(fā)明的一種固相連接方法，由于其在汽車及航空工業(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［3］。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)，被廣泛應(yīng)用在電池包下殼體的焊接中。圖5所示為鋁合金下殼體FSW焊縫。圖5鋁合金下殼體FSW焊縫3.3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，激光焊接在車身制造中被廣泛應(yīng)用，主要被用于汽車車門、前后蓋、頂蓋和側(cè)圍夕卜板、流水槽和側(cè)圍夕卜板等零部件的連接［4］。德國(guó)大眾采用激光焊接實(shí)現(xiàn)尾燈安裝板與側(cè)圍外板的連接，焊后鈑金變形小、焊縫美觀、質(zhì)量穩(wěn)定，很好地保證了尾燈安裝板與燈具的安裝精度，且大幅提高了工作效率。圖6所示為激光焊在背門焊接中的應(yīng)用，圖7所示為激光焊在電池殼體焊接中的應(yīng)用［5］。車身設(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)邊框的連接中并沒有得到特別廣泛的應(yīng)用。3.4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1所示。實(shí)際生產(chǎn)過程中對(duì)連接方式的選擇應(yīng)綜合考慮多種因素。圖6激光焊在背門焊接中的應(yīng)用圖7激光焊在電池殼焊接中的應(yīng)用表1連接方式對(duì)比焊接效率/m-min-1焊接結(jié)構(gòu)連接方式連接成本焊縫美觀性一次性投入成本4鋁合金下殼體焊接流程4.1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)(MetalInert-Gas,MIG)焊、非熔化極惰性氣體鎢極保護(hù)(TungstenInertGas,TIG)焊以及CMT等方法焊接為邊框，如圖8和圖9所示。4.2下殼體焊接工藝流程鋁合金下殼體常見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10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。圖8下殼體底板圖9下殼體邊框圖10下殼體焊接工藝流程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11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。圖11下殼體焊接工藝流程5結(jié)論本文介紹了鋼制電池包下殼體和鋁制電池包下殼體主要連接方式，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對(duì)電池包下殼體主要連接方式進(jìn)行對(duì)比，為現(xiàn)場(chǎng)連接方式的選擇提供參考。介紹了兩種主流電池包鋁合金下殼體焊接流程，通過對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析，為實(shí)際生產(chǎn)過程中遇到的連接困難問題以及焊接裝配形式提供了解決方案。參考文獻(xiàn)：【相關(guān)文獻(xiàn)】楊勝統(tǒng).淺談CO2氣體保護(hù)焊在汽車車身焊接中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)2009(2):147-149.張滿，李年蓮,呂建強(qiáng)，等.CMT焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].