汽车电池包壳体焊接工艺

汽车电池包壳体焊接工艺

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汽车电池包壳体焊接工艺

2021-06-17

电池包作为新能源汽车开发中十分重要的部件日益受到重视,趋同的技术和生产水平与日益饱和的市场使人们更加关注电池包的寿命。本文针对钢制电池包下壳体和铝制电池包下壳体比较成熟的几种连接方式,包括电阻点焊、冷金属过渡(Cold Metal Transfer,CMT)焊、搅拌摩擦焊(FrictionStir Welding,FSW)和激光焊等进行介绍并对比分析,对电池包下壳体常见的焊接装配顺序进行介绍。

暑期冲钢制下壳体焊接工艺刺班

1. CO2气体保护焊

CO2气体保护焊具有操作灵活、简单、成本低、对油污和锈迹的敏感性差等特点,被国内各汽车公司广泛应用,也有一些主机厂用其进行电池包下壳体侧边框之间的连接,以及底板与侧边框的连接,某车型电池包下壳体CO2气体保护焊,如图所示。

虽然CO2气体保护焊在技术和设备方面已日趋完善,但焊缝成形粗糙、飞溅较大,严重影响焊接质量,进而影响电池包装配精度,易产生焊渣,污染环境且焊接后需要打磨,工序繁琐,增加生产节拍。所以CO2气体保护焊并不是焊接下壳体侧边框、底板与侧边框最好的连接方式。


2. 电阻点焊
电阻点焊是白车身最主要的连接方式,由于具有成本低、连接强度高、操作性好等优点,应用最为广泛。目前,国内外新能源汽车主机厂大多采用电阻点焊实现电池包钢板下壳体的连接。
但是,由于电阻点焊需要一定的焊接空间及进出通道才能实现焊钳可达,对产品结构有较高的要求,而且电池包对于气密性要求十分严格,使用电阻点焊时需要加胶进行焊接,增加生产成本和生产节拍。

电阻点焊和加胶处理如图所示。

铝合金下壳体焊接工艺

1. 冷金属过渡焊技术
CMT技术是在短路过渡基础上开发的新技术,大幅降低了焊接过程的热输入量,没有汽化爆断过程,对焊缝无压力冲击,不易出现焊接烧穿现象,消除了飞溅产生的因素,可精确控制输入量,具有高重复焊接精度,焊接速度高,间隙容忍性好。

2. 搅拌摩擦焊
FSW是由英国剑桥焊接研究所(The Welding Institute,TWI)于1991年发明的一种固相连接方法,由于其在汽车及航空工业中较为重要的地位,FSW现已经成为一项很重要的焊接技术。

FSW是利用特殊形状的搅拌头,旋转着插入被焊零件,沿待焊界面向前移动,通过对材料的搅拌、摩擦,使待焊材料加热至热塑性状态,在搅拌头高速旋转的带动下,处于塑性状态的材料环绕搅拌头由前向后转移,同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压,在热-机联合作用下,材料扩散连接形成致密的金属间固相连接。

由于FSW焊接接头无裂纹、夹渣、气孔等缺陷,焊接变形小、焊接强度高、焊缝密封性好等特点,被广泛用在电池包下壳体焊接中。如图所示为铝合金下壳体FSW焊缝。

3. 激光焊接
随着激光技术的成熟、设备成本的下降和生产效率的提高,激光焊接在车身制造中被广泛应用,主要被用于汽车车门、前后盖、顶盖和侧围外板、流水槽和侧围外板等零部件的连接。

如图所示为激光焊在背门焊接中的应用。

下图为激光焊在电池壳体焊接中的应用

车身设计中,轻量化、降成本和性能提升是最重要的目标,然而激光焊接不仅设备成本高,而且对于待焊白车身钣金件之间的装配精度具有较高要求,因此,在电池包下壳体侧边框之间的连接,以及底板与侧边框的连接中并没有得到特别广泛的应用。

4. 焊接工艺对比
对以上各种连接方式从焊接效率、连接成本、对焊接结构的要求、焊缝美观性以及一次性投入成本等方面进行对比,结果如表所示。实际生产过程中对连接方式的选择应综合考虑多种因素。

铝合金下壳体焊接流程

1. 下壳体主要结构形式
主流铝合金下壳体由底板和边框组成,底板由2~4块铝合金型材采用搅拌摩擦焊拼接而成,边框分为左侧横梁、右侧横梁、前端横梁和后端横梁等,所有横梁均为铝合金型材,各横梁之间采用熔化极惰性气体保护(Metal Inert-Gas,MIG)焊、非熔化极惰性气体钨极保护(Tungsten Inert Gas,TIG)焊以及CMT等方法焊接为边框。

下壳体底板

下壳体边框

2. 下壳体焊接工艺流程
铝合金下壳体常见焊接工艺流程分为两种。一种工艺流程通常首先采用FSW拼接底板,同时各横梁采用MIG焊、TIG焊以及CMT等方法焊接为整体边框,最后底板和边框采用FSW进行双面焊接。焊接工序如图所示。

由于此种焊接装配方式中,底板拼焊工序和横梁焊接为整体边框工序可以同时在两个工位分别进行,大幅节约生产节拍、提高生产效率,因此在电池包下壳体生产中得到广泛应用。

另一种工艺流程首先采用FSW正、反两面将底板拼焊,然后将各横梁采用FSW进行双面焊接分别焊接在底板上,最后采用 MIG 焊、TIG焊或者CMT等方法进行各个横梁之间的焊接。焊接工序如图所示。

此种焊接装配形式可以减少边框的焊接变形,保证边框各横梁上安装孔的装配精度,因此,对于安装孔精度要求高的电池包,需要采用此方式进行电池包下壳体的焊接。

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