新（xīn）能源汽車電池包箱（xiāng）體連接技術

電池包箱體連接技術

輕量化的發（fā）展對連接技術提出了新的挑戰，如何通過輕量化材料的連接技術來保（bǎo）證箱體的安全性能，是電池箱體輕量化過程中的一項重要課（kè）題。目前電池包箱體生產中應用到的連接技術主要包括焊接技術和機（jī）械連接（jiē）技術。

焊接是電池箱體加工過程中的主要連（lián）接工藝，電池箱（xiāng）生產中應用到的焊接技術包括傳（chuán）統熔焊、攪拌摩擦焊、冷金屬過渡技（jì）術、激光焊、螺柱焊、凸焊等。電池箱體中目前涉及到的機械連接方式有安裝拉鉚螺母和鋼絲螺套兩種緊固標準件方式。

傳統熔焊

箱體加（jiā）工中應用到的熔焊方法（fǎ）有TIG和MIG焊，TIG和（hé）MIG焊作為成（chéng）熟的焊接技術，在箱體上應用具（jù）有使用靈（líng）活、適用性強、生產成本（běn）低等（děng）優勢，目前在箱體連接上已進行了（le）較多的應用。TIG焊接速（sù）度低，焊縫質量好，適用於（yú）點固焊和複雜軌跡（jì）焊接（jiē），在箱體中一般（bān）應（yīng）用於邊框（kuàng）拚焊和邊（biān）梁小件焊（hàn）接；MIG焊接速度高，熔透能力強，在箱體中一般應（yīng）用於邊框底板總成內部整圈焊接。

目前（qián）鋁合（hé）金TIG/MIG焊接尚存在一些問題需（xū）要解決。

焊接缺陷的（de）控製（zhì） 鋁合金由於其化學（xué）成分和物（wù）理性能的特點，在進行TIG/MIG焊接時產生熱裂紋傾（qīng）向嚴重，且容易產生氣孔。在實際生產和試驗過程中，熔焊焊縫是箱體密封及機械（xiè）失效主要發生（shēng）的位置，是箱體性（xìng）能（néng）薄（báo）弱部位。如何控製TIG/MIG焊接過程中裂（liè）紋、氣孔等焊接缺陷的產生及檢驗識別，提（tí）高焊接質量，在實際生產中具有重要意義。

焊接變形的控製TIG/MIG焊接熱輸入較高且鋁合金線脹係數大，導致箱體焊後變形嚴重，不利於箱體尺寸的控製，影響生產（chǎn）效率和產品合格（gé）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行（háng）控製。

焊接效率的提（tí）高 目前實際（jì）生產中TIG/MIG多采用人工焊接，生產效（xiào）率低，勞動強度大，焊接一致性難以保證。采用自動化焊（hàn）接方式是發展趨勢，通過機械手臂配合變（biàn）位機（jī）實現電池（chí）箱體的全位（wèi）置焊（hàn）接，可大幅提高焊接效率（lǜ）和焊接質量，並降低生產成本。

攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊（F r i c t i o n s t i r welding，FSW）是英國焊（hàn）接研究所（TWI）於1991年發明的一種新型固相焊接方法。攪拌摩擦焊接過程中，以攪拌針（zhēn）及軸肩與母材摩擦產（chǎn）熱為（wéi）熱源，通過攪拌針的旋轉攪拌和軸肩的軸向壓力實現對（duì）軟化（huà）母材的擠壓和鍛造（zào），最終得到具有精細鍛（duàn）造組織特征（zhēng）的焊（hàn）接接頭（tóu），不同於熔焊接頭（tóu）的鑄造（zào）組織。

相對於傳統焊接，攪拌摩擦焊（hàn）具（jù）有適用範圍（wéi）廣、接（jiē）頭質量高、焊接成本低（dī）、便於自動化等諸多優點（diǎn）。攪拌摩擦焊在鋁擠型材電池箱體中已得到大（dà）規模廣（guǎng）泛應用（yòng）。由（yóu）於（yú）焊接裝配（pèi）要求，目前焊接部位主（zhǔ）要集中（zhōng）在底板型材對（duì）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（tóu）形式，一（yī）般進行正反雙麵焊接；邊框（kuàng）與底板總成焊接一般（bān）為鎖底接頭形式或對接接頭形式，鎖（suǒ）底接頭形式進行單麵焊（hàn）接，對接接頭形式進行正反雙麵焊接（jiē）。

目前攪拌摩擦焊在電池箱（xiāng）體上應（yīng）用需要解決的問題有：

焊接應用範圍有（yǒu）待擴大 攪拌摩擦焊可靠性優於熔焊，而由於焊（hàn）接機理的限製，其不適用於邊框拚焊（hàn）和邊梁小件焊接，而該部位為氣密及機械失效薄弱位置。針對此問題（tí），通過設計避免上述焊縫和通過工藝創新實現攪拌（bàn）摩擦焊在上述位置的焊接應用，以（yǐ）提高產品的質量和可靠性。

焊接生產效率有待提（tí）高 目前電池箱體生（shēng）產過程中攪拌摩擦焊焊接速度（dù）相對偏低，且（qiě）對工裝依賴性大，工裝較複雜，造成生產效率低，成本較高；底板拚焊實行（háng）雙（shuāng）麵焊接，焊接過程中需進行翻麵，影響焊接效率。針對生產效率問題，改進的途徑有：通過焊接工藝優化並結合攪拌頭設計提高焊接（jiē）速度，實（shí）行高速焊接；采用雙機頭雙麵對稱焊（hàn）接或雙軸肩/多軸肩焊（hàn）接方法（fǎ），實現（xiàn）一次焊接雙（shuāng）麵成形，避免翻麵；優（yōu）化焊接工裝設（shè）計提高自動化（huà）程度來提（tí）高生產效率（lǜ）。

焊接接頭性能評價有待完善 目前對於接頭性能評價方式偏重於靜（jìng）態強度（dù）評價，對於動態性（xìng）能和疲勞性能評價比較欠缺，而這是電池箱體接頭設計和焊接工藝製定的重（chóng）要理論支撐。隨（suí）著輕量化的發展，底板對拚焊縫（féng）支撐寬度（dù）減小（xiǎo），無法實（shí）現全焊（hàn）透（tòu），需要對接頭的（de）性能（néng）做出更完善的評價。

激光焊

激光焊接（ L a s e r b e a m  welding，LBW）是以高能（néng）量密度的激光束作為能源的一種高效精（jīng）密焊接方法，具有焊接質量高、精度高、速（sù）度快的特點，被譽為21世紀最有希望的焊接方法，也是當前發展最快、研究最多的方法之一。

與傳（chuán）統焊接方法相比，激光焊具有如下特點：

高能焊接 聚焦後的功率密度可達 每平方厘米105W～108W，加（jiā）熱（rè）集中，完成焊接所需熱輸入小，因而工件焊（hàn）接變形小（xiǎo），焊縫深寬比大。

焊（hàn）接速度快 目前鋁合金的激光焊接最大速度可達48m/min，鋼的激光焊接最（zuì）大速度可（kě）達60m/min，遠高於傳統熔焊，生產效率大幅（fú）度（dù）提高。

焊接質量（liàng）好 對鋼焊接焊縫強（qiáng）度等於或大於（yú）母材。

應用範（fàn）圍廣 可實現不同型（xíng）號、異種金屬之間的焊接（jiē），尤其適用於（超）高強度鋼板及鋁合金的焊接。

激（jī）光焊在鋁（lǚ）合金焊接中存在的問題是激光反射，反射嚴重影響了（le）能量利（lì）用率和（hé）焊接質量。為解決激光反射問題，人們提出激光電弧複合焊接方法。激光複合（hé）焊是激光焊和MIG焊兩種方法同（tóng）時作用於焊接區，激光束在焊縫垂直方向輸入熱量（liàng），同時（shí）MIG焊在後方熔化焊絲，也向焊縫（féng）輸（shū）入熱量。開始焊接（jiē）時，先MIG焊電源形成電弧對工件加熱，使工件表麵揮發出大量的金屬蒸氣，從而使激光束的能量傳輸更加容易，形（xíng）成揮發孔，順利將激（jī）光的所有能量傳到工件上。激光複合焊焊接過程穩定，焊（hàn）接速度快，形成的熔池大，搭橋能力好，具有很好的柔性和工（gōng）件的適應性（如（rú）焊鋁合金）及經濟性，有望在箱體連接方麵取得大（dà）規模應用。

冷金屬過渡技術

冷（lěng）金屬過（guò）渡技術（Cold metal transfer，CMT）是在MIG焊短路過渡的基（jī）礎之上開發出的一種（zhǒng）焊接技術（shù）。CMT焊（hàn）接過程中，當熔（róng）滴與母材發生接觸短（duǎn）路時（shí），焊機的控製器監測到短路信號，將（jiāng）短路（lù）電流降到幾乎為零，同時通過送絲機回抽焊絲實現（xiàn）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（guò）焊絲（sī）爆斷實現過渡而產（chǎn）生的飛濺。

CMT技術在電池箱（xiāng）體加工過程中可取代傳統MIG/TIG焊接進行邊框拚焊和邊框底板焊接部（bù）分。相較於傳統MIG/TIG焊接，CMT技術熱輸入明顯降低（dī），可有效減小焊接變形（xíng），有（yǒu）利於控製產品尺寸；可實（shí）現薄板焊接，避免薄板傳（chuán）統MIG/TIG焊接發生焊穿而造成的密封和機械失效，熱輸入降低有利於控製焊接裂紋（wén）的產生，利於箱體的輕量（liàng）化設計和產品質量保證；減少焊接過程中的飛（fēi）濺和（hé）煙塵，改（gǎi）善（shàn）工作環境。

機械連接

拉鉚螺母解決了金屬薄板、薄管焊接螺母易焊穿、螺紋易滑牙等問題，實現了薄板與其他部件的螺紋聯接，緊固效率高且使用成本低。在電池箱體的生產過程中拉鉚螺母（mǔ）主要安裝於箱體邊框（kuàng）密封麵以實（shí）現（xiàn）箱體與上蓋的機械連接，安裝於（yú）箱體內腔底板上以實現模（mó）組或其他部件與箱體（tǐ）的連接。

鋼絲螺套用（yòng）來加強鋁或其他低強度（dù）機體的螺孔或修複損壞的螺孔，可加強低強度材料機（jī）體螺孔強度，改善螺紋沿旋和長度方向的受（shòu）力分布和（hé）提高螺釘的承載能力（lì）。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裝（zhuāng）孔（kǒng）。相對於拉鉚螺母，鋼（gāng）絲螺套強（qiáng）度較高且易於修複，但一般安裝於厚壁處，不（bú）適用於薄壁安裝。