新能源汽車電池外殼激光焊接工藝流程及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1．前言

隨著汽車市場(chǎng)的大變革，新能源汽車逐漸替代傳統(tǒng)燃油汽車。新能源汽車絕大多數(shù)離不開電池模組，同時(shí)又需要滿足汽車車身輕量化的要求，故電池外殼通常采用密度小、強(qiáng)度高的鋁合金來制造。但是鋁合金焊接起來難度大，尤其是薄板鋁合金焊接難度更大。本文主要研究采用脈沖激光焊機(jī)對(duì)0.5毫米鋁合金薄片焊接時(shí)，采用合適的焊接參數(shù)，焊前采用CCD實(shí)時(shí)成像技術(shù)監(jiān)測(cè)母材拼接距離，定位準(zhǔn)確后再進(jìn)行焊接，焊接過程中選用平均焊接速度≥20mm/s，能夠獲得焊接熔深0.4～0.7mm，熔寬0.8～1.2mm，并且焊縫成形美觀的焊縫。

2．新能源汽車電池外殼激光焊接工藝流程

激光焊接由于采用能量密度特別高的激光作為焊接熱源，故焊接起來速度快，熱影響區(qū)小，焊接變形量小，對(duì)于鋁合金焊接也能夠獲得焊接質(zhì)量優(yōu)良的焊縫。其中，電池外殼焊接時(shí)焊接材料涉及鋁合金和紫銅兩種異種材料的焊接，鋁合金焊接時(shí)極易氧化，銅由于導(dǎo)熱性極強(qiáng)，焊接難度非常大。電池外殼有圓形和方形兩種形式。焊接方式有拼接焊和搭接疊焊兩種方式，焊接部位涉及防爆網(wǎng)、極柱、封口處、模組等部位。

3．實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)總體方案描述

實(shí)驗(yàn)采用兩臺(tái)激光焊接機(jī)進(jìn)行焊接，兩臺(tái)檢測(cè)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，一條主流水線運(yùn)送電池，主流水線又有多個(gè)分支，機(jī)器外形尺寸11000mm×2500mm×2000mm（長×深×高）。針對(duì)新能源汽車電池外殼激光焊接要求，本方案由激光焊接機(jī)、檢測(cè)機(jī)、在線打標(biāo)機(jī)、自動(dòng)流水線等單元構(gòu)成。其中激光焊接機(jī)最先工作，主要完成電池的焊裝工作，檢測(cè)機(jī)主要對(duì)焊縫進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)其是否短路，以及密封性，打標(biāo)機(jī)打印標(biāo)簽，并自動(dòng)把不合格品剔除流水線。

其中位于流水線前端的兩臺(tái)激光焊接機(jī)均配備有激光發(fā)射器、立式激光焊接頭、三軸機(jī)械臂、氣動(dòng)夾具、傳送帶、機(jī)械手配合上下料等，兩臺(tái)激光焊接配置一致。采用雙機(jī)械手上下料，相互不干擾，裝配精度高，生產(chǎn)效率高。

本方案的顯著優(yōu)點(diǎn)是：

（1）焊接采用兩套激光焊機(jī)，配置兩套上下料裝置，同時(shí)進(jìn)行焊接，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)減少焊接變形；

（2）兩個(gè)焊接工作臺(tái)各配備一臺(tái)機(jī)械手上下料，焊接區(qū)域與上料區(qū)域分開，在工作過程中，保證操作人員的人身安全。

3.2 設(shè)備總體布局圖

最終實(shí)驗(yàn)采取的實(shí)驗(yàn)布局如圖1所示。

圖1 設(shè)備總體布局圖

4．實(shí)驗(yàn)操作過程

電池外殼組裝好后，立放在傳送帶上，然后經(jīng)由傳送帶傳至焊接區(qū)域。由焊接機(jī)械手上料，然后組裝，采用啟動(dòng)夾具進(jìn)行定位夾緊，焊前采用CCD檢測(cè)拼縫，保證焊縫間距，間距一致且合適才能焊接。CCD定位誤差在0.05毫米以內(nèi)。采用激光焊接機(jī)對(duì)電池進(jìn)行封裝焊后，能夠達(dá)到焊接熔深0.4～0.7mm，熔寬0.8～1.2mm。激光焊后，焊縫整體外觀整潔，焊縫成形美觀，焊接變形量小于0.5毫米。同時(shí)，在焊接機(jī)頭上方配備排煙除塵裝置，及時(shí)除去焊接過程中產(chǎn)生的煙塵，維護(hù)生產(chǎn)環(huán)境。焊接夾具采用氣動(dòng)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)定位、夾緊工序，能夠利用輸送軸把電池外殼精準(zhǔn)送到焊接位置，焊接期間，采用CCD實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接過程。夾具可以根據(jù)被焊電池外殼大小自動(dòng)調(diào)節(jié)。

圖2 整條流水線操作流程圖

5．實(shí)驗(yàn)小結(jié)

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用流水線作業(yè)更能獲得質(zhì)量一致度高的產(chǎn)品，焊前采用CCD監(jiān)測(cè)焊縫間距，定位準(zhǔn)確后再進(jìn)行焊接，焊接過程中選用平均焊接速度≥20mm/s，焊接熔深0.4～0.7mm，熔寬0.8～1.2mm的焊接參數(shù)能獲得焊縫成形美觀的焊縫，同時(shí)采用兩臺(tái)激光焊機(jī)焊接，能有效減小焊接過程中的變形量，能將變形量控制在0.5mm以下。

審核編輯：郭婷