激光焊接技術在新能源汽車電池行業的應用

張華

寧德時代新能源股份有限公司 福建寧德 352000

隨著汽車行業的快速發展，新能源汽車目前正逐漸替代傳統燃油車。在新能源汽車電池中引進激光焊接技術，通過激光束的作用，能夠利用激光讓材料熔化，有效將塑料部件充分連接，形成一個完整的配件結構，在提升焊接質量的同時，也能滿足新能源汽車電池生產要求。

1 激光焊接工藝

（1）激光焊接是一種新興的焊接工藝，它相對各種傳統焊接最大的優勢就是熱影響范圍小，變形小，焊縫精美。

（2）脈沖激光焊接一般用于點焊和中小功率的縫焊，焊接厚度一般不大于1mm。通過了解材料的類型才能夠確定其激光的焊接特性；如一些脈沖激光器焊接有缺陷的材料我們應該優先掌握。在實際焊接中如5系、6系的鋁合金在脈沖焊接時焊點飛濺較大并且焊縫極易產生裂紋。所以對不同材料的焊接特性多些了解這對我們調試工藝會有很大的幫助。

（3）連續激光器由于其光電轉換效率高，光束質量較好其應用較廣（如IT、電氣、電池、五金等行業）。連續激光的普及在激光焊接上起著革命性的意義；首先連續激光的焊接功率較傳統的燈泵浦激光器有較大的提高；而傳統的脈沖激光器功率只有600w；連續激光器從幾十瓦到幾千瓦。

2 激光焊接的優點

激光焊接具有很多優點，在工業生產中，進行激光焊接的母體材料本身并不熔化，僅僅是使選用焊接材料熔化，焊縫表面非常光滑，使生產工件的外形更加美觀，其密封性也比較好，使工件的焊接區域得到了大大的加強，提升了安全性能[1]。

熱量輸入很小、焊縫深寬比大，熱影響區小導致工件收縮和變形很小，無需焊后矯形；焊縫強度高、焊接速度快、焊縫窄且通常表面狀態好，免去焊后清理等工作；焊接一致性、穩定性好一般不加填充金屬和焊劑，并能實現部分異種材料焊接；光束易于控制，焊接定位精確易于實現自動化；焊點小、能量密度高、適合于高速加工；短時間焊接，既對外界無熱影響，又對材料本身的熱變形及熱影響區小，尤其適合加工高熔點、高硬度、特種材料；無加工噪音，對環境無污染；可通過光纖實現遠距離、普通方法難以達到的部位、多路同時或分時焊接；很容易改變激光輸出焦距及焊點位置；很容易搭載到自動機、機器人裝置上；與其它焊接工藝方法比較激光焊接的前期投資較大；被焊工件裝配精度高，相對而言對光束操控的精確性也有較高的要求；由于飛濺大，穿透焊的焊縫相對于點焊焊接更粗糙，但是強度比普通點焊要強得多[2]。

3 激光焊接的局限性

在實際工業生產中，在激光焊接過程中，工件間的焊縫質量缺陷依然會出現。它受到很多因素的影響，例如操作空間狹小，設備陳舊老化，焊接過程軌跡設計不合理等。

激光焊接中容易出現氣孔和虛焊，例如母材表面不夠清潔，鏡片的損耗度大，焊絲與激光束交點相對位置發生改變等，焊縫表面都會出現不同狀態的氣孔，嚴重的出現虛焊和爆孔。

4 新能源汽車電池激光焊接應用

4.1 鋰電池生產工藝

電芯：混料-涂布-制片-烘烤-卷繞-焊蓋板-入殼對蓋-封口焊接-檢測-注液-密封釘焊接-化 成-分容-電芯

蓋板焊接：防爆閥、翻轉片、極柱、防爆閥蓋板、軟連接

模組：電芯-堆疊-側板端板安裝-側板焊接-連接片焊接-檢測-端子板安裝-塑料蓋板安裝

4.2 激光焊接系統總體設計

根據動力鋰電池模組極柱焊接工藝要求，需要將鋁排緊密貼合在極柱上進行焊接。鋁排通過黑色蓋板固定，由大功率激光焊接專機完成24個區域的自動焊接。該方案能夠較好的解決產品均一性和生產效率問題。本文從焊接模型區域精確定位、焊接軌跡精準控制以及焊接參數優化調整著手來研究激光振鏡焊接系統。該激光振鏡精密焊接系統可分為激光器子系統、振鏡子系統、視覺子系統以及機器人子系統。振鏡子系統閉環控制XYZ軸振鏡擺動，以此控制激光掃描軌跡；視覺系統通過拍照、計算后得出焊接模型區域定位數據信息；激光器系統完成激光發生以及傳導報警等工作，同時設置不同的激光波形參數以及振鏡子系統運動掃描參數對模組焊后質量有不同的影響，本文通過試驗測試參數得到一套適用于方形硬殼鋰電池的焊接參數，主要參數包括離焦量、焊接速度、激光開延時、激光關延時、振鏡到位延時、激光波形參數、激光功率等[3]。

按照具體生產工藝流程，模組激光焊接工位處于鋰電池模組組裝自動化生產線的模組鋁排清洗、模組極柱清洗的后段，其前段需要對待焊電芯以及鋁排進行清洗等預處理。本文該模組鋁排激光焊接專機處理電芯模組與鋁排的焊接工作。實際設計方案中采取對稱雙工位加快工作節拍。在激光焊接專機后段增設焊后檢測工位對焊接質量進行檢驗。整條流水線中激光焊機專機是十分重要的一環，是該系統的核心組成部分。

5 結語

激光焊接焊縫外觀質量良好，焊縫均勻、平整光滑，外形美觀，激光焊接不僅有著焊接效率高，外成形美觀，熱影響區域小及精度高等一系列優點，更重要的是它大大增強了車身焊接強度。提高了汽車的安全品質。我們需要對激光焊接降低運營成本降低方面進行進一步的研究。可考慮研發更低成本的焊絲替代現有的CuSi3焊絲，或者研究合適的鈑金搭接方式及焊接參數取消焊絲，這樣激光焊接技術可以更廣泛的應用在汽車行業當中。