激光焊接技术在新能源汽车电池行业的应用

张华

宁德时代新能源股份有限公司 福建宁德 352000

随着汽车行业的快速发展，新能源汽车目前正逐渐替代传统燃油车。在新能源汽车电池中引进激光焊接技术，通过激光束的作用，能够利用激光让材料熔化，有效将塑料部件充分连接，形成一个完整的配件结构，在提升焊接质量的同时，也能满足新能源汽车电池生产要求。

1 激光焊接工艺

（1）激光焊接是一种新兴的焊接工艺，它相对各种传统焊接最大的优势就是热影响范围小，变形小，焊缝精美。

（2）脉冲激光焊接一般用于点焊和中小功率的缝焊，焊接厚度一般不大于1mm。通过了解材料的类型才能够确定其激光的焊接特性；如一些脉冲激光器焊接有缺陷的材料我们应该优先掌握。在实际焊接中如5系、6系的铝合金在脉冲焊接时焊点飞溅较大并且焊缝极易产生裂纹。所以对不同材料的焊接特性多些了解这对我们调试工艺会有很大的帮助。

（3）连续激光器由于其光电转换效率高，光束质量较好其应用较广（如IT、电气、电池、五金等行业）。连续激光的普及在激光焊接上起着革命性的意义；首先连续激光的焊接功率较传统的灯泵浦激光器有较大的提高；而传统的脉冲激光器功率只有600w；连续激光器从几十瓦到几千瓦。

2 激光焊接的优点

激光焊接具有很多优点，在工业生产中，进行激光焊接的母体材料本身并不熔化，仅仅是使选用焊接材料熔化，焊缝表面非常光滑，使生产工件的外形更加美观，其密封性也比较好，使工件的焊接区域得到了大大的加强，提升了安全性能[1]。

热量输入很小、焊缝深宽比大，热影响区小导致工件收缩和变形很小，无需焊后矫形；焊缝强度高、焊接速度快、焊缝窄且通常表面状态好，免去焊后清理等工作；焊接一致性、稳定性好一般不加填充金属和焊剂，并能实现部分异种材料焊接；光束易于控制，焊接定位精确易于实现自动化；焊点小、能量密度高、适合于高速加工；短时间焊接，既对外界无热影响，又对材料本身的热变形及热影响区小，尤其适合加工高熔点、高硬度、特种材料；无加工噪音，对环境无污染；可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接；很容易改变激光输出焦距及焊点位置；很容易搭载到自动机、机器人装置上；与其它焊接工艺方法比较激光焊接的前期投资较大；被焊工件装配精度高，相对而言对光束操控的精确性也有较高的要求；由于飞溅大，穿透焊的焊缝相对于点焊焊接更粗糙，但是强度比普通点焊要强得多[2]。

3 激光焊接的局限性

在实际工业生产中，在激光焊接过程中，工件间的焊缝质量缺陷依然会出现。它受到很多因素的影响，例如操作空间狭小，设备陈旧老化，焊接过程轨迹设计不合理等。

激光焊接中容易出现气孔和虚焊，例如母材表面不够清洁，镜片的损耗度大，焊丝与激光束交点相对位置发生改变等，焊缝表面都会出现不同状态的气孔，严重的出现虚焊和爆孔。

4 新能源汽车电池激光焊接应用

4.1 锂电池生产工艺

电芯：混料-涂布-制片-烘烤-卷绕-焊盖板-入壳对盖-封口焊接-检测-注液-密封钉焊接-化 成-分容-电芯

盖板焊接：防爆阀、翻转片、极柱、防爆阀盖板、软连接

模组：电芯-堆叠-侧板端板安装-侧板焊接-连接片焊接-检测-端子板安装-塑料盖板安装

4.2 激光焊接系统总体设计

根据动力锂电池模组极柱焊接工艺要求，需要将铝排紧密贴合在极柱上进行焊接。铝排通过黑色盖板固定，由大功率激光焊接专机完成24个区域的自动焊接。该方案能够较好的解决产品均一性和生产效率问题。本文从焊接模型区域精确定位、焊接轨迹精准控制以及焊接参数优化调整着手来研究激光振镜焊接系统。该激光振镜精密焊接系统可分为激光器子系统、振镜子系统、视觉子系统以及机器人子系统。振镜子系统闭环控制XYZ轴振镜摆动，以此控制激光扫描轨迹；视觉系统通过拍照、计算后得出焊接模型区域定位数据信息；激光器系统完成激光发生以及传导报警等工作，同时设置不同的激光波形参数以及振镜子系统运动扫描参数对模组焊后质量有不同的影响，本文通过试验测试参数得到一套适用于方形硬壳锂电池的焊接参数，主要参数包括离焦量、焊接速度、激光开延时、激光关延时、振镜到位延时、激光波形参数、激光功率等[3]。

按照具体生产工艺流程，模组激光焊接工位处于锂电池模组组装自动化生产线的模组铝排清洗、模组极柱清洗的后段，其前段需要对待焊电芯以及铝排进行清洗等预处理。本文该模组铝排激光焊接专机处理电芯模组与铝排的焊接工作。实际设计方案中采取对称双工位加快工作节拍。在激光焊接专机后段增设焊后检测工位对焊接质量进行检验。整条流水线中激光焊机专机是十分重要的一环，是该系统的核心组成部分。

5 结语

激光焊接焊缝外观质量良好，焊缝均匀、平整光滑，外形美观，激光焊接不仅有着焊接效率高，外成形美观，热影响区域小及精度高等一系列优点，更重要的是它大大增强了车身焊接强度。提高了汽车的安全品质。我们需要对激光焊接降低运营成本降低方面进行进一步的研究。可考虑研发更低成本的焊丝替代现有的CuSi3焊丝，或者研究合适的钣金搭接方式及焊接参数取消焊丝，这样激光焊接技术可以更广泛的应用在汽车行业当中。