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激光焊接机焊接动力电池加工工艺分析

    动力电池制造过程焊接方法与工艺的合理选用,将直接影响电池的成本、质量、安全以及电池的一致性。接下来就整理一下动力电池焊接方面的内容。

1.激光焊接原理


    激光焊接机是利用激光束优异的方向性和高功率密度等特性进行工作,通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。


2.激光焊接类型

热传导焊接和深熔焊


    激光功率密度为105~106w/cm2形成激光热传导焊,激光功率密度为105~106w/cm2形成激光深熔焊。


穿透焊和缝焊

    穿透焊,连接片无需冲孔,加工相对简单。穿透焊需要功率较大的激光焊机。穿透焊的熔深比缝焊的熔深要低,可靠性相对差点。


    缝焊相比穿透焊,只需较小功率激光焊机。缝焊的熔深比穿透焊的熔深要高,可靠性相对较好。但连接片需冲孔,加工相对困难。




脉冲焊接和连续焊接

1) 脉冲模式焊接

    激光焊接时应选择合适的焊接波形,常用脉冲波形有方波、尖峰波、双峰波等,铝合金表面对光的反射率太高,当高强度激光束射至材料表面,金属表面将会有60%-98% 的激光能量因反射而损失掉,且反射率随表面温度变化。一般焊接铝合金时最优选择尖形波和双峰波,此种焊接波形后面缓降部分脉宽较长,能够有效地减少气孔和裂纹的产生。


    由于铝合金对激光的反射率较高,为了防止激光束垂直入射造成垂直反射而损害激光聚焦镜,焊接过程中通常将焊接头偏转一定角度。焊点直径和有效结合面的直径随激光倾斜角增大而增大,当激光倾斜角度为40°时,获得最大的焊点及有效结合面。焊点熔深和有效熔深随激光倾斜角减小,当大于60°时,其有效焊接熔深降为零。所以倾斜焊接头到一定角度,可以适当增加焊缝熔深和熔宽。

另外在焊接时,以焊缝为界,需将激光焊斑偏盖板65%、壳体35% 进行焊接,可以有效减少因合盖问题导致的炸火。



2) 连续模式焊接

    连续激光器焊接由于其受热过程不像脉冲机器骤冷骤热,焊接时裂纹倾向不是很明显,为了改善焊缝质量,采用连续激光器焊接,焊缝表面平滑均匀,无飞溅,无缺陷,焊缝内部未发现裂纹。在铝合金的焊接方面,连续激光器的优势很明显,与传统的焊接方法相比,生产效率高,且无需填丝;与脉冲激光焊相比可以解决其在焊后产生的缺陷,如裂纹、气孔、飞溅等,保证铝合金在焊后有良好的机械性能;焊后不会凹陷,焊后抛光打磨量减少,节约了生产成本,但是因为连续激光器的光斑比较小,所以对工件的装配精度要求较高。

在动力电池焊接当中,焊接工艺技术人员会根据客户的电池材料、形状、厚度、拉力要求等选择合适的激光器和焊接工艺参数,包括焊接速度、波形、峰值、焊头倾斜角度等来设置合理的焊接工艺参数,以保证最终的焊接效果满足动力电池厂家的要求。



3.激光焊接优点


能量集中,焊接效率高、加工精度高,焊缝深宽比大。激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引,可放置在离工件适当之距离,可在工件周围的夹具或障碍间再导引,其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。

热输入量小,热影响区小,工件残余应力和变形小;焊接能量可精确控制,焊接效果稳定,焊接外观好;

非接触式焊接,光纤传输,可达性较好,自动化程度高。焊接薄材或细径线材时,不会像电弧焊接般易有回熔的困扰。用于动力电池的电芯由于遵循“轻便”的原则,通常会采用较“轻”的铝材质外,还需要做得更“薄”,一般壳、盖、底基本都要求达到1.0 mm 以下,主流厂家目前基本材料厚度均在0.8 mm 左右。

能为各种材料组合提供高强度焊接,尤其是在进行铜材料之间和铝材料之间焊接的时候更为有效。这也是唯一可以将电镀镍焊接至铜材料上的技术。







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