新能源汽車電池包下殼體焊接工藝分析

吳慶

中國日用五金技術開發中心 遼寧沈陽 110000

電池包是新能源汽車發展中非常重要的組成部分，它的價值越來越高，由于技術和生產水平的提高以及市場的飽和度，使人們更加關注電池包的使用壽命。

1 鋼制下殼體焊接工藝

1.1 CO2氣體保護焊

因操作靈活，簡單，成本低，對油和鐵銹敏感度低等特點，CO2氣體保護焊廣泛應用于國內汽車公司電池包下殼體側邊框之間的連接。隨著CO2氣體保護焊的技術和設備日趨完善，其焊縫粗糙和飛濺較大等問題也表現出來，嚴重影響了焊接質量。而且，產生焊渣，污染環境，焊后打磨繁瑣等缺點也不是焊接下殼體側邊框、底板與側邊框最好的連接方法。隨著車身輕量化技術的發展，必須向“精密焊接”方向發展的CO2氣體保護焊技術，才能進一步促進其在汽車中的應用，并更好地服務于未來的汽車工業[1]。

1.2 電阻自動定位精準點焊機

電池包裝中的一個很重要的環節就是點焊，將保護板與電芯焊接在一起，目前大部分車間均采用腳踏人工點焊，效率低，焊點位置不一致且經常有焊偏炸焊現象發生，導致因焊接不牢導致返工及報廢。因此，成為一種急需，自動定位精準點焊機在治具的輔助下，實現多個焊點的精準自動定位，控制放電主機自動點焊，當一個冶具中的所有電池焊接完成后，自動回到取件位，操作員工取走電池后，放上另一個冶具又可以重新開始點焊。由于自動定位點焊機完全由步進電機帶動精密絲桿實現二維空間的精準定位，所以各個焊點的位置精度可以控制在0.1mm，所以焊點完全一致。另外焊頭也是由電機控制，所以下壓的速度及位移也完全一致，只要在工作前調到最佳位置，后面所有焊接對焊點的壓力均一致，保證了焊點的質量。自動定位點焊機效率高、焊點質量有保證，極大的提高了電池包裝生產線的點焊效率。

2 鋁合金下殼體焊接工藝

2.1 冷金屬過渡焊技術

在短路過渡的基礎上，相關學者開發出CMT技術這項新技術，其大大減少了焊接過程中的熱量輸入，避免了飛濺因素的產生和汽化爆斷過程，并且對焊接成形縫沒有壓力影響。其輸入量能夠進行精確控制，具有焊接速度快，重復焊接精度高，間隙容忍性好等優點。

2.2 攪拌摩擦焊

FSW焊接接頭由于具有焊接接頭無裂紋，夾渣，氣孔等缺陷，在汽車和航空航天行業中有著相對重要的地位。。

其使用特殊形狀的攪拌頭在旋轉過程中插入需要焊接的零件，并沿著待焊接的界面向前移動。通過攪拌和摩擦，將需要焊接的材料加熱到熱塑性狀態。處于塑性狀態的材料在高速旋轉的攪拌頭周圍前后移動，同時，在熱-機聯合作用下，結合攪拌頭對焊接金屬的擠壓，材料產生擴散變形現象，在金屬之間形成致密的固相連接。焊縫密封性好，焊接的強度高和變形小等特點，使其被廣泛用于電池組的下殼體焊接中[2]。

2.3 激光焊接

隨著激光技術的成熟，降低了設備的焊接成本和提高了生產的效率，其已廣泛用于車身制造的車門，前后蓋板，頂蓋，側板等零部件的焊接。目前，德國大眾使用激光焊接來實現尾燈安裝板和側板之間的焊接后，鈑金變形少，焊縫美觀，質量穩定，保證了安裝精度，大大提高了工作效率。但是，其設備成本高，對于鈑金件之間的裝配精度要求較高，不能廣泛應用于電池下殼體的側框架與底板和側框架之間的連接。

2.4 焊接工藝對比

表1顯示了上述各種焊接方法在各方面的比較。因此，在實際生產過程中選擇焊接方法時，必須考慮各種因素。

表1 連接方式對比

3 鋁合金下殼體焊接流程

3.1 下殼體主要結構形式

鋁合金下殼體由2-4個鋁合金型材采用攪拌摩擦焊接而成的底板和邊框架組成，其中，框架分為鋁合金型材制成的左右側橫梁和前后橫梁。并通過MIG（熔化極惰性氣體焊），TIG（非熔化極惰性氣體鎢極保護焊）和CMT等方法進行焊接。

3.2 下殼體焊接工藝流程

鋁合金下殼的一般焊接工藝分為兩種。第一種，在焊接過程中通常首先使用FSW拼接底板，同時將每根橫梁通過MIG焊，TIG焊和CMT焊接為整體框架，最后通過FSW雙面焊接底板和框架。其焊接過程如圖1所示。采用這種焊接組裝方式，可以同時在兩個工位分別進行底板拼焊工序和橫梁焊接工藝，大大節省了生產周期，提高了生產效率，因此廣泛應用于電池包下殼體的焊接中。

圖1 下殼體焊接工藝流程

另一種焊接工藝是先將底板利用FSW進行正反面拼焊，然后使用FSW將各橫梁分別雙面焊接到底板，然后使用MIG焊，TIG焊或CMT進行橫梁之間的焊接。焊接過程如圖2所示。這種焊接方式可以很好的減少邊框的焊接變形，并確保邊框橫梁上安裝孔的精度。

圖2 下殼體焊接工藝流程

因此，可以使用此方法對安裝孔精度要求高的電池包下殼體進行焊接[3]。

3.3 結語

隨著經濟發展，我國汽車工業持也隨之迅速發展，國內各大汽車主機廠為了加快研發、生產新型汽車，占有市場，紛紛引入了更先進的生產模式與工藝設備，改進生產線的柔性化策略，縮短新產品的研發周期，以求快速將新產品推向市場。因此，本文從焊接效率，連接成本，焊接結構要求，焊縫美觀性等角度介紹并比較了電池包下殼體的幾種焊接方法[4]。