[发明专利]汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺

说明书

技术领域

本发明涉及汽车动力电池外壳制造领域，特别是一种汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺。

背景技术

本发明涉及一种汽车锂离子电池工业纯铝外壳激光焊接波形,属于汽车动力电池制造领域。

锂离子电池以其高比能量，自放电少，循环寿命长，无记忆效应和绿色环保等特点备受关注，锂离子电池的发展势头极为迅猛，锂离子电池已应用在笔记本电脑、移动电话、录像机、小型医疗保健设备、摩托车、自行车、照相机等领域，锂离子电池在电动汽车、航空、航天、航海、和军事领域的应用研究也正在积极展开，具有替代各种二次电源的潜力，具有广阔的前景。而电池外壳(普遍采用1系、3系铝合金)的焊接是其中关键工艺。

激光的方向性和亮度构成了能量在空间和时间上的高度集中，可传输极远距离并具有高能量或高强度，在材料加工领域(包括焊接)中被视为理想的热源。

但金属焊接时对激光的反射率随激光作用时间而发生变化，如图1为其变化曲线。在激光开始作用时，由于材料表面为室温，反射率很高；当光照区温度逐渐上升时，反射率迅速下降(图1中ab段)；温度到达熔点tm后，光照区处于熔化状态，反射率基本稳定于某一值；随着熔化区温度继续上升，材料达到沸点时，反射率又一次迅速下降，如图1中bc段下降到20％左右。

锂离子电池广泛使用铝合金外壳，激光焊接时由于冷却速度快，容易导致低熔点元素偏析聚集在柱状晶晶界，而低熔点元素(如：Si、Mg等)容易与铝形成多种脆性的低熔点共晶相，造成在焊接冷却过程中形成严重的裂纹，导致力学性能显著降低。

锂离子电池工业纯铝外壳的焊接现有的技术方案主要有：

1)传统的钎焊工序为：首先进行工件装配并预置焊料(置于焊接坡口或焊缝内)，接下来进行焊缝周围或电池外壳整体的大面积加热，融化预置焊料，在大面积的加热进行保温缓冷。

2)传统的TIG焊(氩弧焊)、MIG焊(熔化极惰性气体保护焊)工序为：首先进行工件装配，再进行大热量输入的焊接，MIG焊、TIG焊焊接同时均需融化4043(含5％Si的Al～Si焊丝)等焊丝，以防止焊接热裂纹。

3)传统的波形未控制的激光焊接，工序为：首先对待焊接工件进行装配，直接采取峰值(即等功率的单脉冲)脉冲进行连续焊接，焊接过程需添加4043(含5％Si的Al～Si焊丝)等焊丝，以防止焊接热裂纹。

现有方案主要有以下缺点：

1)工业纯铝(1系、3系铝合金)热导大、线膨胀系数大，传统焊接方法需要加大热量输入或整体加热，容易导致咬边、翘曲变形等缺陷；

2)由于需要加大热量输入或整体加热，所以能耗大、生产效率低下；

3)传统的焊接方法由于铝的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的2倍，凝固时的体积收缩率达6.5％左右，同时焊接界面为平面、热输入大，生产过程中易产生热裂纹。必须采取保温或焊接过程中添加焊丝增加韧性，减少热裂纹。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种抗拉性能优异的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺。

本发明提供的技术方案为：一种汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺，所述的工艺为在惰性气体的保护下，在铝合金的焊缝处以激光钎焊的方式进行焊接，所述的激光的脉冲宽度为3～7ms，其中，所述的脉冲范围内由预热阶段、加热阶段、保温阶段组成，其中预热阶段不少于1ms，加热阶段不少于1ms，保温阶段不少于1ms，预热阶段和保温阶段的功率均为3～4kw，所述的加热阶段的功率先增加后降低，峰值功率为6～8.5kw。

在上述的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺中，所述的激光由多个单脉冲激光叠加而成，其中单脉冲激光的频率8～10Hz，能量17～22J，平均输出功率200W。

在上述的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺中，所述的激光的光斑直径为0.6～0.8mm。

在上述的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺中，焊接速度为1.8～2.4mm/s。

在上述的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺中，所述的预热阶段、加热阶段、保温阶段的时间比为1：1：1。

在上述的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺中，所述的铝合金为1系、3系铝合金，铝合金的厚度为0.8～1.2mm。

本发明的有益效果如下：