新能源汽车电池外壳激光焊接变形量测量与定位研究

1.介绍

随着汽车市场的巨大变化，新能源汽车正逐渐取代传统燃油汽车。绝大多数新能源汽车都离不开电池模块，同时需要满足汽车车身轻量化的要求。所以电池外壳通常采用低密度高强度的铝合金。然而，铝合金，尤其是薄铝合金的焊接比较困难。本文采用脉冲激光焊机焊接0.5毫米的铝合金薄板。采用合适的焊接参数，焊接前通过CCD实时成像技术监测基材的拼接距离。定位准确后，焊接过程中可采用平均焊接速度≥20mm/s，可获得焊深0.4~0.7mm、焊宽0.8~1.2mm、焊缝成形美观的焊缝。

2.新能源汽车电池外壳的激光焊接工艺。

激光焊接采用能量密度特别高的激光作为焊接热源，所以焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。对于铝合金焊接，也可以获得优良的焊接质量。其中，电池外壳的焊接材料涉及铝合金和紫铜的焊接。铝合金在焊接过程中容易氧化，铜由于导热性强，焊接难度很大。电池盒有圆形和方形两种形式。焊接方法有两种:拼接焊和搭接焊。焊接部分涉及防爆网、极柱、密封件和模块。

3.实验方案设计

3.1总体实验方案的描述

实验中采用两台激光焊接机进行焊接，两台探测器进行检测。一条主装配线运输电池，主装配线有多个分支。机器的外形尺寸为11000毫米×2500毫米×2000毫米(长×深×高)。根据新能源汽车电池外壳激光焊接的要求，该方案由激光焊接机、检测仪、在线打标机、自动流水线等单元组成。其中激光焊接机首先工作，主要完成电池的焊接。检测仪主要检测焊缝是否短路，以及紧密度。打标机打印标签，自动将不合格产品从流水线上剔除。

其中，位于流水线前端的两台激光焊接机配有激光发射器、立式激光焊接头、三轴机械臂、气动夹具、传送带和上下料机械臂等。两台激光焊接机配置相同。采用双机械手上下料，互不干涉，装配精度高，生产效率高。

这个方案的明显优点是:

(1)采用两套激光焊机进行焊接，同时配置两套上下料装置进行焊接，提高生产效率，减少焊接变形；

(2)两个焊接工作台各配备一个装卸机械手，焊接区与装载区分开，以保证操作人员在工作过程中的人身安全。

4.实验操作过程

电池盒组装好后，立在传送带上，然后通过传送带传到焊接区。焊机用于送料，然后通过启动夹具组装定位夹紧，焊接前通过CCD检测拼缝，确保焊接前焊缝间距一致合适。CCD的定位误差在0.05毫米以内..电池经激光焊接机封装焊接后，焊接熔深0.4 ~ 0.7 mm，焊接宽度0.8 ~ 1.2 mm，激光焊接后焊缝整体外观整齐，焊缝成型美观，焊接变形小于0.5mm，同时在焊头上方设置排烟除尘装置，及时排除焊接过程中产生的烟尘，维护生产环境。焊接夹具采用气动控制，可实现自动定位和夹紧过程，并可利用输送轴将电池外壳准确送到焊接位置。焊接过程中，CCD用于实时监控焊接过程。夹具可根据焊接电池外壳的大小自动调节。

5.实验总结

通过实验发现，利用流水线可以获得质量一致性较高的产品。焊接前用CCD监测焊缝间距，定位准确后再进行焊接。在焊接过程中，平均焊接速度≥20mm/s、焊接熔深为0.4 ~ 0.5mm、焊接宽度为0.8 ~ 1.2 mm的焊接参数可获得美观的焊缝。同时采用两台激光焊机进行焊接，可以有效减少和控制焊接过程中的变形。