动力电池激光焊接的难点及解决方案
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行业资讯
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2020-03-11
激光焊接作为一种高效精密的连接方式，具有明显的优势：加工效率高、加工精度高、热影响区小、焊件变形小、自动化程度高等等 。将激光焊接应用在汽车动力电池焊接上可以大大提高其安全性、可靠性和使用寿命。
动力电池的激光焊接部位多，其材料主要是铝合金，少量部位采用紫铜、镍等材料，还有极少数采用不锈钢作为电池外壳，在这些材 料中，镍和不锈钢的激光焊接工艺相对较为简单，也更为成熟，但是铝合金和紫铜的激光焊接依然存在较多的难点。除材料特性的影 响之外，焊接接头的状态也会对焊接效果产生较大影响。
待焊接的材料种类及状态
一、待焊材料种类
铝合金和紫铜作为待焊接的材料时，其常规方式的激光焊接效果不良的主要原因在于：
①两者对于光纤激光来说均属于高反材料，对光纤激光的吸收率不高，导致焊接过程稳定性较差；
②两者的导热性能较好，焊缝成型困难，易产生气孔。
同时这两种材料也存在一定的差异，相对来说，铝合金对光纤激光的吸收率比紫铜的高，而紫铜的导热性能更优于铝合金的，所以两 者激光焊接难点的解决办法有相同的地方，也存在着一定的差异：
1、铝合金
1)、采用相对较小的聚焦光斑（0.1mm～0.3mm）进行焊接；
2)、焊接速度不能太低，控制在60mm/s以上；
3)、采用光纤-半导体激光复合焊接；
4)、采用摆动焊接。
2)、紫铜
1)、采用较小的聚焦光斑（0.02mm～0.2mm）进行焊接；
2)、焊接速度要快，建议100mm/s以上；
3、采用摆动焊接。
二、待焊材料状态
本文中所述的待焊材料状态是指材料的表面清洁度、预处理程度，这些情况均会导致焊缝质量变差，具体的结果表现及解决方案：
1、材料表面有杂质
难点表现：
焊缝存在气孔，密封性不够，强度不够；
焊缝有爆点，产品报废。
解决方案：
待焊材料焊接前需去除油污、水渍等杂质。
2、铝合金表面氧化物未清理
难点表现：
焊缝气孔较多，密封性不够，强度不够；
成型不稳定，良品率降低。
解决方案：
待焊材料焊前进行去氧化膜处理，然后尽快进行焊接。
3、材料待焊处加工粗糙
难点表现：
成型不均匀，外观较差；
容易出现焊漏，无密封性。
解决方案：
材料进行机加工处理，需平整无变形。
焊缝所属部件类型及要求
目前主流的汽车动力电池有三种，分别是方形电池、圆柱电池以及软包电池，最常用的是方形电池，并且它也是采用激光焊接部 位最多的电池类型，另外两类电池市场份额以及激光焊接需求均相对要少很多。焊缝主要存在的问题是强度不够、密封性不够和成型 不好，导致这些问题的产生，其共性是因为焊接工艺选择不正确，此外还有待焊部位结构及其焊缝要求所导致的焊接难点，具体情况 及解决方案：
一、软包电池部件
1）焊接难点：
材料薄，多片叠焊易虚焊，导致强度不够，导电性不好。
解决方案：
控制来料平整度；
设计优良性能的夹具，控制装夹间隙。
2）焊接难点：
焊缝连接宽度不够导致强度不够。
解决方案：
选用小纤芯光纤激光器，采用摆动焊接。
21700电池盖帽
焊接难点：
材料薄，易烧穿，强度达不到。
解决方案：
控制来料一致性；
设计优良性能的夹具，控制装夹间隙；
选用小纤芯光纤激光器，并用振镜高速（300mm/s以上）焊接。
焊接难点：
熔深要求较大，焊缝成型较差。
解决方案：
激光器纤芯选择50μm～100μm，使用较高功率进行高速（80mm/s以上）焊接。
注液孔（左上）、翻转片（右上）、极柱（左下）、防爆阀（右下）
焊接难点：
气孔多，容易出现爆点，导致密封性不够。
解决方案：
提高待焊部位的清洁度；
选用50μm纤芯的光纤激光器，焊接速度可适当提高。
气孔多，容易出现爆点，导致密封性不够。
解决方案：
提高待焊部位的清洁度；
选用50μm纤芯的光纤激光器，焊接速度可适当提高；
选用小纤芯光纤激光器+半导体激光器进行复合焊接。
2）焊接难点：
方形焊缝四个拐角处容易烧穿，导致密封性不够。
解决方案：
选择加速性能更好的焊接平台；
采用较高的焊接速度，缩短拐角处激光的照射时间。
3）焊接难点：
焊缝成型不均匀，加工效率不够高。
解决方案：
选用小纤芯光纤激光器+半导体激光器进行复合焊接。
1）焊接难点：
材料薄，多片叠焊易虚焊，导致强度不够，导电性不好。
解决方案：
控制来料平整度；
设计优良性能的夹具，控制装夹间隙。
2）焊接难点：
焊缝连接宽度不够导致强度不够。
解决方案：
选用小纤芯光纤激光器，采用摆动焊接。
焊接难点：
焊接部位多，效率要求高。
解决方案：
选择高功率光纤激光器，进行远程扫描焊接。
8、软连接
1）焊接难点：
材料薄，多片叠焊易虚焊，导致强度不够，导电性不好。
解决方案：
控制来料平整度；
设计优良性能的夹具，控制装夹间隙。
2）焊接难点：
焊缝连接宽度不够导致强度不够。
解决方案：
选用小纤芯光纤激光器，采用摆动焊接。
动力电池的激光焊接部位多，其材料主要是铝合金，少量部位采用紫铜、镍等材料，还有极少数采用不锈钢作为电池外壳，在这些材 料中，镍和不锈钢的激光焊接工艺相对较为简单，也更为成熟，但是铝合金和紫铜的激光焊接依然存在较多的难点。除材料特性的影 响之外，焊接接头的状态也会对焊接效果产生较大影响。
待焊接的材料种类及状态
一、待焊材料种类
铝合金和紫铜作为待焊接的材料时，其常规方式的激光焊接效果不良的主要原因在于：
①两者对于光纤激光来说均属于高反材料，对光纤激光的吸收率不高，导致焊接过程稳定性较差；
②两者的导热性能较好，焊缝成型困难，易产生气孔。
同时这两种材料也存在一定的差异，相对来说，铝合金对光纤激光的吸收率比紫铜的高，而紫铜的导热性能更优于铝合金的，所以两 者激光焊接难点的解决办法有相同的地方，也存在着一定的差异：
1、铝合金
1)、采用相对较小的聚焦光斑（0.1mm～0.3mm）进行焊接；
2)、焊接速度不能太低，控制在60mm/s以上；
3)、采用光纤-半导体激光复合焊接；
4)、采用摆动焊接。
2)、紫铜
1)、采用较小的聚焦光斑（0.02mm～0.2mm）进行焊接；
2)、焊接速度要快，建议100mm/s以上；
3、采用摆动焊接。
二、待焊材料状态
本文中所述的待焊材料状态是指材料的表面清洁度、预处理程度，这些情况均会导致焊缝质量变差，具体的结果表现及解决方案：
1、材料表面有杂质
难点表现：
焊缝存在气孔，密封性不够，强度不够；
焊缝有爆点，产品报废。
解决方案：
待焊材料焊接前需去除油污、水渍等杂质。
2、铝合金表面氧化物未清理
难点表现：
焊缝气孔较多，密封性不够，强度不够；
成型不稳定，良品率降低。
解决方案：
待焊材料焊前进行去氧化膜处理，然后尽快进行焊接。
3、材料待焊处加工粗糙
难点表现：
成型不均匀，外观较差；
容易出现焊漏，无密封性。
解决方案：
材料进行机加工处理，需平整无变形。
焊缝所属部件类型及要求
目前主流的汽车动力电池有三种，分别是方形电池、圆柱电池以及软包电池，最常用的是方形电池，并且它也是采用激光焊接部 位最多的电池类型，另外两类电池市场份额以及激光焊接需求均相对要少很多。焊缝主要存在的问题是强度不够、密封性不够和成型 不好，导致这些问题的产生，其共性是因为焊接工艺选择不正确，此外还有待焊部位结构及其焊缝要求所导致的焊接难点，具体情况 及解决方案：
一、软包电池部件
1、极耳/汇流排
1）焊接难点：
材料薄，多片叠焊易虚焊，导致强度不够，导电性不好。
解决方案：
控制来料平整度；
设计优良性能的夹具，控制装夹间隙。
2）焊接难点：
焊缝连接宽度不够导致强度不够。
解决方案：
选用小纤芯光纤激光器，采用摆动焊接。
2、圆柱电池部件
21700电池盖帽
焊接难点：
材料薄，易烧穿，强度达不到。
解决方案：
控制来料一致性；
设计优良性能的夹具，控制装夹间隙；
选用小纤芯光纤激光器，并用振镜高速（300mm/s以上）焊接。
3、模组
焊接难点：
熔深要求较大，焊缝成型较差。
解决方案：
激光器纤芯选择50μm～100μm，使用较高功率进行高速（80mm/s以上）焊接。
4、方形电池部件
注液孔（左上）、翻转片（右上）、极柱（左下）、防爆阀（右下）
焊接难点：
气孔多，容易出现爆点，导致密封性不够。
解决方案：
提高待焊部位的清洁度；
选用50μm纤芯的光纤激光器，焊接速度可适当提高。
5、壳体封口
气孔多，容易出现爆点，导致密封性不够。
解决方案：
提高待焊部位的清洁度；
选用50μm纤芯的光纤激光器，焊接速度可适当提高；
选用小纤芯光纤激光器+半导体激光器进行复合焊接。
2）焊接难点：
方形焊缝四个拐角处容易烧穿，导致密封性不够。
解决方案：
选择加速性能更好的焊接平台；
采用较高的焊接速度，缩短拐角处激光的照射时间。
3）焊接难点：
焊缝成型不均匀，加工效率不够高。
解决方案：
选用小纤芯光纤激光器+半导体激光器进行复合焊接。
6、汇流排
1）焊接难点：
材料薄，多片叠焊易虚焊，导致强度不够，导电性不好。
解决方案：
控制来料平整度；
设计优良性能的夹具，控制装夹间隙。
2）焊接难点：
焊缝连接宽度不够导致强度不够。
解决方案：
选用小纤芯光纤激光器，采用摆动焊接。
7、侧板
焊接难点：
焊接部位多，效率要求高。
解决方案：
选择高功率光纤激光器，进行远程扫描焊接。
8、软连接
1）焊接难点：
材料薄，多片叠焊易虚焊，导致强度不够，导电性不好。
解决方案：
控制来料平整度；
设计优良性能的夹具，控制装夹间隙。
2）焊接难点：
焊缝连接宽度不够导致强度不够。
解决方案：
选用小纤芯光纤激光器，采用摆动焊接。
