新能源汽車電（diàn）池包箱體連接技術

電（diàn）池包箱體連接技術

輕量化的發展對連接技術提出了新的挑戰，如何通過輕量化材料的連（lián）接技術來保證箱體的（de）安全性能，是電池箱體輕量化過程中的一（yī）項重（chóng）要課題。目前電池（chí）包箱體生產中（zhōng）應用到的連（lián）接技術主要包括焊接技術（shù）和機械連接技術。

焊接是電池箱體加工過程中的主要連接工藝，電池箱生產中應（yīng）用到（dào）的焊（hàn）接技（jì）術包括傳統熔焊、攪拌摩擦焊、冷金屬過渡技術、激光焊、螺柱焊、凸焊等。電池箱體中目（mù）前涉及到（dào）的機械連接方式有安（ān）裝（zhuāng）拉鉚螺母和鋼絲螺套兩（liǎng）種緊固標準件方式。

傳統熔焊

箱體加工中應用到的熔焊（hàn）方法有TIG和MIG焊，TIG和MIG焊作為成熟的（de）焊接技術，在箱體上應用具有使用靈活、適用性強、生產成本低等優（yōu）勢，目前在箱體連接上已進行了較多的應用。TIG焊接速度（dù）低，焊縫質（zhì）量好，適用於點固焊和（hé）複雜軌跡焊接，在箱體中一般應用於（yú）邊框拚焊和邊梁（liáng）小件焊接（jiē）；MIG焊接速度高，熔透能（néng）力強，在箱體中一般應用於邊框底板總成內部整（zhěng）圈焊接。

目前鋁合金TIG/MIG焊接尚存在一些問題需要解決。

焊接（jiē）缺陷的控製 鋁合金（jīn）由於其化學成分和物理性能的特點，在進行TIG/MIG焊接時產生熱裂紋傾向嚴重，且容易產生氣孔。在實際生產和試驗過程中，熔焊焊縫是箱體（tǐ）密封及機械失（shī）效主（zhǔ）要發生的位置，是（shì）箱體性能（néng）薄弱部（bù）位。如（rú）何控製（zhì）TIG/MIG焊接過程中裂（liè）紋、氣孔（kǒng）等焊接缺陷的產生及檢驗識別，提高焊接質量，在（zài）實際生產中具有重要意義。

焊（hàn）接變（biàn）形的控製TIG/MIG焊接熱輸（shū）入較高且鋁合金線脹係數大，導致箱體焊後（hòu）變形嚴重，不利於箱體尺寸的控（kòng）製，影（yǐng）響生產效率和產（chǎn）品合格率。針對焊接變形問題，可采取結合CAE分析優化焊接工藝、采用反變形法等方法進（jìn）行控製。

焊接效率的提高（gāo） 目前實際生產中（zhōng）TIG/MIG多采用人工焊接，生產效率低，勞動強度大，焊接一致性難以保證（zhèng）。采用自動化焊（hàn）接方式是發（fā）展趨勢，通過機械手臂配合變（biàn）位機實現電池箱體的全位置焊接，可大幅提高焊接效（xiào）率和（hé）焊接質量（liàng），並降低生產成本。

攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊（hàn）（F r i c t i o n s t i r welding，FSW）是英國焊接研（yán）究所（TWI）於1991年發明的一種新型固相焊接方法。攪（jiǎo）拌摩擦（cā）焊接過程中，以攪拌針（zhēn）及軸肩與（yǔ）母材摩擦（cā）產熱為熱源，通過攪拌針的旋轉攪拌和（hé）軸肩的軸向壓力實現對軟化母材的擠壓和（hé）鍛造，最終（zhōng）得到具有精（jīng）細鍛造組（zǔ）織特征的焊接（jiē）接（jiē）頭，不同於（yú）熔焊接頭的鑄造（zào）組（zǔ）織。

相對於傳統焊接，攪拌摩擦（cā）焊具有適用範（fàn）圍廣、接頭質量高、焊接成本低、便於自動（dòng）化等諸多優點。攪拌摩擦焊在鋁擠型材電（diàn）池箱體中已（yǐ）得（dé）到大規模廣（guǎng）泛應用。由於焊接裝配要（yào）求，目前焊（hàn）接部位主（zhǔ）要集中（zhōng）在底板型材對拚焊接和邊框與底板總成焊接工序。底板型材對拚焊接為對接接頭形式，一般進行正反雙麵（miàn）焊接；邊框與底板總成焊接一般為鎖（suǒ）底接頭形式（shì）或對接接頭形式，鎖底接頭（tóu）形式進（jìn）行單麵焊（hàn）接，對（duì）接接頭形式進行正（zhèng）反雙麵焊接。

目前攪拌摩擦（cā）焊在電池箱體上應用需要解決的問題有：

焊接應（yīng）用範圍有待擴（kuò）大 攪拌摩擦焊可靠性（xìng）優於熔焊，而由於焊接機理的（de）限製，其不適用於邊框拚焊和邊梁（liáng）小件焊接，而該部位為氣（qì）密及機械失效薄（báo）弱位置。針對此問題，通過設計避免上述焊縫和通過工藝創新實現攪拌摩擦（cā）焊在上述位置的焊接應用，以提高產品的質量和可靠性。

焊接生產效率（lǜ）有待提高 目前電池箱體生（shēng）產過程中攪拌摩擦焊焊接（jiē）速度相對偏低（dī），且對（duì）工裝依賴性大，工裝較複雜，造成生產效率低，成本較高；底板拚焊實行雙麵焊接，焊接過程中需進行（háng）翻麵，影（yǐng）響焊接效率（lǜ）。針對生產效率問題（tí），改進的途徑有：通過焊接工藝優化（huà）並結合攪拌頭設計提高焊接速度（dù），實行高速（sù）焊接；采用雙機（jī）頭雙麵對稱焊接或雙軸肩/多（duō）軸肩焊（hàn）接方法，實現一次焊接雙麵成形，避免翻（fān）麵；優化焊接工裝設計提高自動化程度來提（tí）高生（shēng）產效率。

焊接接頭性能評價有待完善 目前對於接（jiē）頭性能評價方式偏重於靜（jìng）態強度評價，對於動態性能和疲勞性能（néng）評價比較（jiào）欠缺，而這是電池箱體接頭設計和焊接工藝製定的重要理論支（zhī）撐。隨著輕量（liàng）化的發展，底板對拚（pīn）焊縫支撐寬度減小，無法實現全焊透，需要對接頭的（de）性（xìng）能做出更（gèng）完善的評價。

激光焊

激光焊接（ L a s e r b e a m  welding，LBW）是以（yǐ）高能量密度的激光束作為能源的（de）一種高效精密焊接方法，具有焊接（jiē）質量高、精度高（gāo）、速（sù）度快的特點，被譽為21世紀最有希望的焊（hàn）接方法，也是當（dāng）前發展（zhǎn）最快、研究（jiū）最多的方法之一。

與傳統（tǒng）焊接方法相比，激光焊具有如下特點：

高能焊接 聚焦後（hòu）的功率密度可達 每平方厘米105W～108W，加熱集中，完成焊接所需（xū）熱輸入小，因而工件焊接變形小，焊縫深（shēn）寬比大。

焊接速度快 目前鋁合金的激光焊接最大速度（dù）可達48m/min，鋼的激（jī）光焊接最大速度可達60m/min，遠高於傳統熔焊，生產效率大幅度提高（gāo）。

焊接質量好 對鋼焊接焊縫強度等於或大於母材。

應用範圍廣 可實現不同型號、異種金屬（shǔ）之（zhī）間（jiān）的焊接，尤其適用於（超（chāo））高強（qiáng）度（dù）鋼板及鋁合金的焊接（jiē）。

激光（guāng）焊在鋁合金焊接中存在（zài）的問題是（shì）激光反射，反射嚴（yán）重影響了能（néng）量利用率和焊接質量。為解決激光反射（shè）問題，人們提（tí）出激光電弧（hú）複合焊接方法（fǎ）。激光複合焊是激光焊和MIG焊兩種方法同時作用於焊（hàn）接區，激光束在焊縫（féng）垂直方向（xiàng）輸入熱量，同時MIG焊在後方熔化焊絲，也向焊縫輸（shū）入熱量。開始焊接時，先MIG焊電源形成電弧對（duì）工件加熱，使工件表麵揮發出（chū）大量（liàng）的金屬蒸氣，從而使激光束的能量傳輸更加容易，形成（chéng）揮發孔，順（shùn）利將激光的（de）所有能量（liàng）傳到工件上。激光複合焊焊接過程穩定（dìng），焊（hàn）接速度快，形（xíng）成的熔池大，搭橋能力好，具有很好（hǎo）的柔性和工件的適（shì）應性（如（rú）焊鋁（lǚ）合金）及經濟性，有（yǒu）望在（zài）箱體連接（jiē）方麵取得大規模應用。

冷金屬過（guò）渡技術

冷金屬過渡技術（Cold metal transfer，CMT）是在MIG焊（hàn）短路（lù）過渡的基礎之上開發出的一種（zhǒng）焊接技術。CMT焊接過程中，當熔滴與母材發生接觸短（duǎn）路時，焊機的（de）控製器監測到短路信號，將短路電流降到幾乎為零，同時通過送絲機回抽焊（hàn）絲實現熔滴與焊絲的分離，且熔滴在無電流狀態下冷過渡，消除了傳統MIG/MAG焊中通過焊絲爆斷實現過渡而產生的飛濺。

CMT技術在電池箱（xiāng）體（tǐ）加工過程中可取代傳統（tǒng）MIG/TIG焊接進行邊框拚焊和邊（biān）框底板焊接部分。相較於（yú）傳統MIG/TIG焊接，CMT技術熱輸（shū）入明顯降低（dī），可有效減小焊接變（biàn）形，有（yǒu）利於控製產品尺寸；可（kě）實現薄板焊接，避免薄板傳統MIG/TIG焊接發生焊穿而造成的密（mì）封和機械失效，熱輸入降低有利於控製焊接裂紋的產生，利於箱體的輕量化設（shè）計和產品質量保證；減（jiǎn）少焊接過程中的飛濺和煙塵，改善工作環境。

機械連接

拉鉚螺母解決了金屬薄（báo）板、薄管焊接螺母易焊（hàn）穿、螺紋易滑牙（yá）等（děng）問題，實（shí）現了薄板與其他部件的螺紋聯接，緊固效（xiào）率高且使用成本低。在電池箱體的生產過程中拉鉚（mǎo）螺母主要安裝於箱體邊框密封麵以實現箱（xiāng）體與上（shàng）蓋的（de）機械（xiè）連接，安裝於箱體內腔底板（bǎn）上以實現模組或其他部件與箱體的連接。

鋼絲螺套用來加強鋁或其他低強度機體的螺孔或修（xiū）複損壞的螺孔，可加強低強度材料機體螺孔強度，改善螺紋沿（yán）旋和長（zhǎng）度（dù）方向的受力分布和提高螺釘的承載能力。在電池包箱體中，鋼絲螺套可用於電池模組安裝孔和密封麵安（ān）裝孔。相（xiàng）對於拉鉚螺母，鋼絲螺套強度較高（gāo）且易於修複，但一般安裝（zhuāng）於厚壁處，不適用於薄壁安裝。