新（xīn）能源汽車電池包箱體連接技（jì）術

電池（chí）包箱體連接技術

輕量（liàng）化的發展對連接技術提出了新的挑戰（zhàn），如何通過輕量化材料的連接技術來保證箱體的安全性能，是電池箱（xiāng）體輕量化過程中的一項重要課題。目前（qián）電池包箱體生（shēng）產（chǎn）中應用到的連接技術主要包括焊接技術（shù）和機械（xiè）連接（jiē）技術。

焊接是電池箱體加工過程中的主要（yào）連接工（gōng）藝（yì），電池箱生產（chǎn）中應用到的焊接技術包括傳統熔焊、攪拌摩擦焊、冷金（jīn）屬過渡技術、激光焊、螺柱焊、凸焊等。電池箱體中目前涉及到的（de）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

箱體加工中應用（yòng）到的（de）熔焊（hàn）方法有（yǒu）TIG和MIG焊，TIG和MIG焊作為成熟的焊接技術，在箱體上應用具有（yǒu）使（shǐ）用靈活、適（shì）用性強、生產成本低等優勢，目前在（zài）箱體連接上已進（jìn）行了較多的應用。TIG焊接速度低，焊縫質量好，適（shì）用於點固焊和複雜軌跡焊接，在箱（xiāng）體中一般應用於邊（biān）框拚焊和邊（biān）梁小件（jiàn）焊接；MIG焊接速度高，熔透能力強（qiáng），在箱體中一（yī）般（bān）應用於邊（biān）框（kuàng）底板總成內部整圈焊接。

目前鋁合金TIG/MIG焊（hàn）接尚存在一些問題需要解決。

焊接缺陷的控製 鋁（lǚ）合金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（liè）紋傾向嚴重，且容易產生氣孔。在實際生產和試驗過程中，熔（róng）焊焊縫是箱體密封及機械失效主要發（fā）生的位置，是箱體性能薄弱部位。如何（hé）控製TIG/MIG焊接過程中（zhōng）裂紋、氣孔等焊接缺陷的產生及檢驗識別，提（tí）高焊接質量，在實（shí）際生產中具有重要意義。

焊（hàn）接變形的控製TIG/MIG焊接熱輸入較高且（qiě）鋁合金線脹係數大，導致箱體焊後變形嚴重，不利於箱（xiāng）體尺寸的控（kòng）製，影響（xiǎng）生（shēng）產效率和產品合格率。針對（duì）焊接變形問題，可采取結（jié）合CAE分析（xī）優化焊接工藝、采用反變形（xíng）法等（děng）方法進行控製。

焊接效率的提高 目前實際生產中TIG/MIG多采用人（rén）工焊（hàn）接，生產效率低，勞動強度大，焊接一致性難以保證。采用自動化焊接方（fāng）式是發（fā）展趨勢（shì），通過機械手臂配（pèi）合變位機實現（xiàn）電池箱體的全位置焊（hàn）接，可（kě）大幅提高（gāo）焊（hàn）接效率和焊接質量，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）是英國焊接研究（jiū）所（TWI）於1991年發明的一種（zhǒng）新型固（gù）相焊接方法。攪拌摩擦焊接過程中，以攪拌針及軸肩與（yǔ）母材摩擦產熱為熱源，通過攪拌針的旋轉攪拌和軸肩的軸向壓力實現對軟化母材的擠壓和鍛造，最終得到具有精細鍛造組織特征（zhēng）的焊接（jiē）接頭，不同於熔焊接頭的鑄（zhù）造組（zǔ）織。

相對於傳統焊接，攪拌摩（mó）擦焊具有適用範圍（wéi）廣、接頭質量高、焊（hàn）接成本低、便於自動化等（děng）諸多優點。攪拌摩擦焊在鋁擠型材（cái）電池箱體（tǐ）中已得到大規模廣泛應用。由於焊接裝配要求，目前焊接部位主要集中在底板型材（cái）對拚焊接和邊框與底板總成焊接工序。底板型材對拚（pīn）焊接為（wéi）對接接頭形式，一般進行正反雙麵焊接；邊框與底板總成焊接一般為鎖（suǒ）底接頭形式或對（duì）接接頭形式，鎖底接頭形式進行單麵焊（hàn）接，對接接頭（tóu）形式進（jìn）行正反雙麵焊接（jiē）。

目前攪（jiǎo）拌摩擦焊在電池（chí）箱體上應（yīng）用（yòng）需要解決的問題有：

焊接應用範圍有（yǒu）待（dài）擴大（dà） 攪拌摩擦（cā）焊可靠（kào）性優於熔（róng）焊，而由於焊接機理的限（xiàn）製（zhì），其不適用於邊框拚焊和邊梁小件焊接，而該部位為氣密及機械失效薄弱位置。針對此問題，通過設計避免上述焊縫和通過工藝（yì）創新實（shí）現攪拌摩擦焊在上述位置的焊接應用，以提高產品（pǐn）的質量和可（kě）靠性。

焊接生產效率有待提高 目前電池箱體生產過程中攪拌摩擦焊焊接速度相對偏低，且對工裝依賴性大，工裝較複雜，造成生產效率低，成本較高；底板拚焊（hàn）實行雙麵焊接，焊接過程中需（xū）進（jìn）行翻（fān）麵，影響焊（hàn）接效（xiào）率。針對生（shēng）產效率問題，改進的途徑有：通（tōng）過焊接（jiē）工藝優化並結合攪拌頭設計提高焊（hàn）接（jiē）速度，實行高速焊接；采用雙機頭雙麵對（duì）稱焊接或雙軸肩/多軸肩焊接方法，實（shí）現一次焊接（jiē）雙（shuāng）麵成形，避免翻麵；優化焊接工裝設計（jì）提高自動（dòng）化程（chéng）度來提高生產效率。

焊接（jiē）接頭性能（néng）評價（jià）有待（dài）完善 目前對於接頭性能（néng）評價方式偏（piān）重於靜態強度評價，對於動態性能和疲勞性能評價比較欠缺，而這是電（diàn）池箱體接頭（tóu）設計和焊接工藝製定（dìng）的重要理論支撐。隨著輕量（liàng）化的發展，底板對拚焊縫支撐寬度減小，無法實現全（quán）焊透，需（xū）要對接頭的性能（néng）做出更完善的（de）評價。

激光焊（hàn）

激光焊接（jiē）（ L a s e r b e a m  welding，LBW）是以（yǐ）高能量密度的激光（guāng）束作為能源的一種高效精密焊接方法，具有焊接質（zhì）量高、精度高（gāo）、速度快的特點，被譽為21世紀最有希望的焊接方（fāng）法，也是當前發展（zhǎn）最快、研究最多的方法之一。

與傳統焊接方法（fǎ）相比，激光焊具有如下特點（diǎn）：

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

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

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（zhǒng）金屬之間的焊接，尤其適用於（超）高強度鋼板及鋁合金的（de）焊（hàn）接。

激光焊在鋁合（hé）金（jīn）焊接中存在的問題是激光反射（shè），反射嚴重（chóng）影響了能量利用率和焊接質量。為解決激光反射問題，人（rén）們提出激光電弧複合焊接方法。激光複合焊是激光焊和MIG焊兩種（zhǒng）方法同時作用於焊（hàn）接區，激光束在焊縫（féng）垂直方（fāng）向輸入熱量（liàng），同時MIG焊在後方熔（róng）化焊絲（sī），也向焊縫輸入熱量。開始焊接時，先MIG焊電源形成電（diàn）弧對（duì）工件加熱，使工件表麵（miàn）揮發出大量的金屬（shǔ）蒸氣，從而使激光束的（de）能量傳輸更加容易，形成揮發孔，順利（lì）將激（jī）光的所有能量傳到工件（jiàn）上。激光複合焊焊接過程穩定，焊接速度快，形（xíng）成的熔池大，搭橋能力好，具有很好的柔性和工件的適應（yīng）性（如焊鋁合金）及（jí）經濟性，有（yǒu）望在（zài）箱體連接方麵取得大規模應用。

冷金屬過渡技術

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

CMT技術在電池箱體加工（gōng）過（guò）程中可取代傳統MIG/TIG焊接進行邊（biān）框拚焊和（hé）邊框底板焊接部分。相較於傳統MIG/TIG焊接，CMT技術熱輸入明顯（xiǎn）降低，可有（yǒu）效減小焊接變形，有利於控製產品尺（chǐ）寸；可實現（xiàn）薄板焊（hàn）接，避免薄板傳統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（lì）於控製焊（hàn）接裂紋（wén）的產生（shēng），利於箱體的輕量化（huà）設計（jì）和產品質量保證；減少焊接過（guò）程中（zhōng）的飛濺和（hé）煙塵，改善工作環境。

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（jiē），緊固效率高且使用成本低。在電（diàn）池箱體的生產過程中（zhōng）拉鉚螺母主要安裝於箱體邊框密（mì）封（fēng）麵以實現（xiàn）箱（xiāng）體與上蓋的機（jī）械（xiè）連接，安（ān）裝於箱體內腔底板上以實（shí）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（qí）他低強度機體的螺（luó）孔（kǒng）或修複損壞的螺孔，可加強（qiáng）低強度材料機體螺孔強度，改善螺紋沿旋和（hé）長度方向的受力分布和提高螺釘的承載能（néng）力。在電池（chí）包箱體中，鋼絲（sī）螺套可用於電池模組安裝（zhuāng）孔和密封麵安（ān）裝孔。相對於拉鉚（mǎo）螺（luó）母，鋼絲螺套強度較高且易於修複，但一般安裝於厚壁處，不適用於薄壁安裝。