CN116275493A - 新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法，属于铝合金激光焊接技术领域。所述新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法包括：S1焊前准备：对待焊工件进行打磨、擦拭和固定；设定焊接参数：焊接功率为3800～4000W，焊接速度为2～3m/min，光斑直径为0.4～0.5mm，离焦量为‑3～3mm；激光脉冲持续时间为28～32ms，激光脉冲频率为30～34Hz，选择预热保温波形；送丝速度为3～3.4m/min；焊前示教：对待焊工件进行焊前示教；焊接工件：对待焊工件采用激光脉冲填丝焊的方法进行焊接。所述新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法操作步骤简单，实用性强，对工装精度要求不高，优化了激光焊接工艺参数，能够保证焊缝性能良好，成型美观。

Description

新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法

技术领域

本发明涉及铝合金激光焊接技术领域，特别涉及一种新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法。

背景技术

激光焊是一种以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法。激光焊接一直以来都是汽车电池制造过程中必不可少的工序，从不锈钢外壳到铝合金外壳，都大量应用激光焊接技术。与传统的电弧焊接相比，激光焊接具有能量密度高、焊接效率高、热输入量小和可达性好等优点，是一种优质高效的焊接方法。激光焊接又可分为连续激光焊接、脉冲激光焊接。

由于铝合金的高反射性，以及低沸点合金元素的强烈蒸发，特别是低沸点强化合金元素的烧损非常严重，引起深熔小孔的波动，造成激光焊接铝合金过程稳定性差，焊缝存在气孔和裂纹等缺陷，很难获得良好的焊缝。其中最常见的问题是气孔，气孔会严重破坏焊缝金属的致密性、削弱焊缝的有效截面积、极大地降低焊缝的力学性能。

目前，单纯激光焊接方式主要是通过焊前工装夹具确定的轨迹进行焊接，水冷板一体化电池壳对气密性有一定要求，接头方式为对搭接结构，所以在装配过程中存在配合间隙，所以对工装夹具定位精度要求较高及工艺参数选择较苛刻；在焊接结构由于焊缝不在同一平面，加大了焊接工艺参数选择的难度，在编辑焊接轨迹时，考虑激光束角度的变换，光速的轨迹，导致激光焊接焊后易出现气密性不好、气孔、焊偏、弧坑、焊穿等质量缺陷问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的激光焊接过程中产生的缺陷等问题，本发明提供了一种新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法，其操作步骤简单，实用性强，对工装精度要求不高，优化了激光焊接工艺参数，能够保证焊缝性能良好，成型美观。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法，包括如下步骤：

S1、焊前准备：

对待焊工件进行打磨、擦拭和固定；

S2、设定焊接参数：

设定激光焊焊接参数：焊接功率为3800～4000W，焊接速度为2～3m/min，光斑直径为0.4～0.5mm，离焦量为-3～3mm；

设定脉冲参数：激光脉冲持续时间为28～32ms，激光脉冲频率为30～34Hz，选择预热保温波形；

设定填丝参数：送丝速度为3～3.4m/min；

S3、焊前示教：

对待焊工件进行焊前示教；

S4、焊接工件：

根据步骤S2中的焊接参数，对待焊工件采用激光脉冲填丝焊的方法进行焊接。

进一步的，所述对待焊工件进行打磨、擦拭和固定具体包括：将待焊工件进行打磨，去除焊接区域及周围的氧化层、油污，直至露出金属本体；采用挥发性有机溶剂擦拭干净；将待焊工件放置在专用工装平台上进行固定夹紧；

进一步的，焊接时，采用浓度不低于99.99％的高纯氩气进行正面保护，正面侧吹气流量为28～32L/min，保护气体的喷射方向与被焊部位平面成30°夹角。

进一步的，焊接时，激光束与焊接面形成的夹角为90度。

进一步的，所述新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法还包括步骤S5、焊后检测与分析：

焊后对铝合金水冷板一体化电池壳使用355KPa±5KPa气压给水冷管充气，测稳压后箱体内的泄漏率60s，压降绝对值小于161Pa进行气密性检测。

本发明的有益效果：

1)本发明的激光焊接方法操作步骤简单，实用性强，对工装精度要求不高，优化激光焊接工艺参数，保证了焊缝性能良好，成型美观，满足客户需求；

2)本发明通过激光焊+激光填丝焊+激光脉冲结合的激光脉冲填丝焊方法，得到的焊缝成型美观，目视表面无裂纹、气孔等缺陷；背部无焊穿、焊洇、热痕等缺陷；激光脉冲填丝焊在填丝的过程，增加了容错性，与激光焊相比，对工装精度要求不高；

3)本发明的激光焊接方法降低了后期返修率，减少了工时，一定程度上节约了生产成本，解决了传统激光焊焊接技术对工装和工件要求较为严格，工件焊接面工艺设计不在同一平面，焊缝存在角度坡度的焊接，焊接过程中容易造成工件气密性不佳的技术难题。

本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的搭接接头角焊缝的示意图；

图3是本发明实施例提供的水冷板单侧焊接结构与焊缝位置的示意图；

图4是本发明实施例提供的水冷板一体化电池壳的示意图；

图5是本发明实施例提供的预热保温波形图。

说明书附图中的附图标记包括：

1-5系铝合金，2-焊缝，3-6系铝合金，4-箱体，5-封板，6-进水口，7-出水口，8-预热阶段，9-上升阶段，10-下降阶段，11-保温阶段。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图2所示，本发明提供了一种新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法，包括如下步骤：

S1、焊前准备：

对待焊工件进行打磨、擦拭和固定：将待焊工件进行打磨，去除焊接区域及周围的氧化层、油污，直至露出金属本体；采用挥发性有机溶剂擦拭干净；将待焊工件放置在专用工装平台上进行固定夹紧；

具体的，在新能源汽车领域，异种合金焊接多采用5系铝合金1与6系铝合金3焊接，即，5XXX铝合金和6XXX铝合金，本实施例以1.5mm厚6063-T6铝合金和1.2mm厚5182-O铝合金异种合金进行焊接，接头形式采用薄板在上的搭接接头角焊缝2方式，焊丝选用ER5087φ1.2。将待焊工件进行打磨，去除焊接区域及周围的氧化层、油污直至露出亮白色金属本体，然后采用挥发性有机溶剂擦拭干净，再将工件放置在专用工装平台上进行固定夹紧。

本实施例中，如图3和图4所示，铝合金水冷板一体化电池壳包括承载电池的箱体4以及设置于箱体4的封板5，封板5为扣在箱体4上的盖板。封板5设置有水冷管，水冷管的进水口6流入冷却水，水冷管的出水口7流出冷却水，进水口6和出水口7起到冷却水循环作用，用于对箱体4内承载的电池进行冷却。

S2、设定焊接参数：

设定激光焊焊接参数：焊接功率为3800～4000W，焊接速度为2～3m/min，光斑直径为0.4～0.5mm，离焦量为-3～3mm；

设定脉冲参数：激光脉冲持续时间为28～32ms，激光脉冲频率为30～34Hz，选择预热保温波形；

设定填丝参数：送丝速度为3～3.4m/min；

在激光焊接过程中，热传送方式对于焊接熔池的形成、温度分布极为重要，成形脉冲改变了激光脉冲的能量分布，不同的脉冲形状意味着不同的能量输送方式。如图5所示，本发明采用预热保温波形，包括预热阶段8、上升阶段9、下降阶段10和保温阶段11，预热保温波这种波形初始平坦，通过热传导机制熔融金属，来降低材料的反射损耗并使材料快速加热，然后功率突然加大，形成一个尖峰脉冲，在尖峰脉冲作用期间，能量的传输就不再依赖激光的波长和材料的表面状态了，而是形成了匙孔等离子体，增加能量吸收使其熔深增加，而后能量缓慢降低，控制金属凝固过程冷却速度、降低内部应力，抑制裂纹和气孔的形成。

S3、焊前示教：

对待焊工件进行焊前示教；

具体的，对工件进行焊前示教，因为此类工件焊缝2不在同一平面，存在斜坡角度，焊接工艺选取激光脉冲填丝焊，激光脉冲填丝焊采用激光焊设备实现。

S4、焊接工件：

根据步骤S2中的焊接参数，对待焊工件采用激光脉冲填丝焊的方法进行焊接；

焊接时，采用浓度不低于99.99％的高纯氩气进行正面保护，正面侧吹气流量为28～32L/min，保护气体的喷射方向与被焊部位平面成30°夹角；焊接时，激光束与焊接面形成的夹角为90度。

本发明新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法还包括步骤S5、焊后检测与分析：

焊后对铝合金水冷板一体化电池壳使用355KPa±5KPa气压给水冷管充气，测稳压后箱体4内的泄漏率60s，压降绝对值小于161Pa进行气密性检测。

激光焊接作为高效的先进连接方法，己广泛应用于新能源汽车领域。以脉冲激光作为焊接热源，可以精确地控制焊接过程中的热输入量，有利于控制变形。激光的出光方式可以分为连续与脉冲两种，脉冲宽度不仅对焊缝2的熔深熔宽有影响，还对焊缝2中的气孔分布有影响。在热输入一定的情况下，焊缝2的熔深波动较小，不同的脉冲宽度改变了脉冲激光值和基值的时间比，脉冲宽度大时能够保证有足够的能量维持激光焊接小孔，有助于控制气孔。在单脉冲能量不变时，选用较大的脉沖有助于控制焊缝2中的气孔数量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、焊前准备：

对待焊工件进行打磨、擦拭和固定；

S2、设定焊接参数：

设定激光焊焊接参数：焊接功率为3800～4000W，焊接速度为2～3m/min，光斑直径为0.4～0.5mm，离焦量为-3～3mm；

设定脉冲参数：激光脉冲持续时间为28～32ms，激光脉冲频率为30～34Hz，选择预热保温波形；

设定填丝参数：送丝速度为3～3.4m/min；

S3、焊前示教：

对待焊工件进行焊前示教；

S4、焊接工件：

根据步骤S2中的焊接参数，对待焊工件采用激光脉冲填丝焊的方法进行焊接。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法，其特征在于，所述对待焊工件进行打磨、擦拭和固定具体包括：将待焊工件进行打磨，去除焊接区域及周围的氧化层、油污，直至露出金属本体；采用挥发性有机溶剂擦拭干净；将待焊工件放置在专用工装平台上进行固定夹紧。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法，其特征在于，焊接时，采用浓度不低于99.99％的高纯氩气进行正面保护，正面侧吹气流量为28～32L/min，保护气体的喷射方向与被焊部位平面成30°夹角。

4.根据权利要求1所述的新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法，其特征在于，焊接时，激光束与焊接面形成的夹角为90度。

5.根据权利要求1所述的新能源汽车用铝合金水冷板一体化电池壳的激光焊接方法，其特征在于，还包括步骤S5、焊后检测与分析：

焊后对铝合金水冷板一体化电池壳使用355KPa±5KPa气压给水冷管充气，测稳压后箱体内的泄漏率60s，压降绝对值小于161Pa进行气密性检测。

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