關(guān)鍵技術(shù)決定安全與性能，焊接工藝打造電池系統(tǒng)“安全基石”

電池托盤是承載動(dòng)力電池的核心部件，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、密封性和輕量化要求極高。鋁合金因?yàn)槊芏鹊汀⒛透g性好、導(dǎo)熱性優(yōu)等特點(diǎn)成為首選材料。

鋁合金焊接有些挑戰(zhàn)啊，高熱導(dǎo)率導(dǎo)致焊接時(shí)熱量快速散失，需要高能量密度熱源。還有氧化膜問題，表面Al?O?膜熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，易導(dǎo)致氣孔和未熔合缺陷。一些含銅的鋁合金還有熱裂紋敏感性。

攪拌摩擦焊看起來是個(gè)很好的解決方案，它是一種固相焊接技術(shù)，不需要熔化金屬。這種技術(shù)變形小，適應(yīng)性強(qiáng)，性能優(yōu)異，還環(huán)保安全。

主流焊接工藝有激光焊+攪拌摩擦焊組合，冷金屬過渡焊等。

電池托盤的材料有幾種選擇，鋼制托盤價(jià)格經(jīng)濟(jì)但重量大，鑄鋁托盤一體成型但延展性差，擠壓鋁合金托盤靈活方便但焊接易變形。擠壓鋁合金托盤常用6系擠壓型材，如6061-T6、6005A-T6和6063-T6。它們的強(qiáng)度大小依次為6061-T6 > 6005A-T6 > 6063-T6，但同等斷面擠壓難度也是這個(gè)順序。

邊框和底板是電池模組的承載者，對(duì)強(qiáng)度要求高，一般都選用具有型腔的雙層斷面來保證強(qiáng)度。底板厚度一般為10mm左右，壁厚2mm。

連接方式主要有攪拌摩擦焊接、MIG、拉鉚、壓鉚以及少量弧焊和膠粘。底板與底板、底板與邊框主要用攪拌摩擦焊連接，焊縫強(qiáng)度可達(dá)母材80%左右。

密封設(shè)計(jì)很重要，電池包密封防護(hù)等級(jí)要求達(dá)到IP67才能保證電池包密封防水。

質(zhì)量控制方面，有焊前準(zhǔn)備包括表面處理和夾具設(shè)計(jì)，過程監(jiān)控，焊后檢測(cè)包括無損檢測(cè)和機(jī)械測(cè)試；

新能源汽車的核心在于電池系統(tǒng)，而電池托盤作為承載電池模組的關(guān)鍵部件，其重要性不言而喻。它不僅直接關(guān)系到電池的安全防護(hù)、抗沖擊性能和熱管理效果，更是新能源汽車實(shí)現(xiàn)輕量化、提升續(xù)航能力的技術(shù)突破口。

電池托盤目前主要采用擠壓鋁合金型材，其中最常見的是6系列鋁合金，具體包括：

• 6061-T6

  屈服強(qiáng)度240MPa，抗拉強(qiáng)度260MPa

• 6005A-T6

  屈服強(qiáng)度215MPa，抗拉強(qiáng)度255MPa

• 6063-T6

  屈服強(qiáng)度170MPa，抗拉強(qiáng)度215MPa

這些材料的選擇取決于斷面復(fù)雜程度、成本和生產(chǎn)工藝要求。6061-T6強(qiáng)度最高但擠壓難度最大，6005A-T6平衡了強(qiáng)度與工藝性，6063-T6則主要用于復(fù)雜斷面或受力較小的零件。

鋁合金密度低（約2.7g/cm3），僅是鋼的1/3，是理想的輕量化材料。研究表明，采用鋁合金電池包殼體相比鋼制殼體可實(shí)現(xiàn)25%以上的減重效果，能顯著提升電池包能量密度和車輛續(xù)航里程。

鋁合金焊接面臨著 several 技術(shù)難題：

1. 高熱導(dǎo)率

   鋁合金熱導(dǎo)率約為鋼的5倍，焊接時(shí)熱量快速散失，需要高能量密度熱源。

2. 氧化膜問題

   表面Al?O?膜熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，易導(dǎo)致氣孔和未熔合缺陷。

3. 熱裂紋敏感性

   含銅的6系鋁合金凝固區(qū)間寬，易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。

4. 薄壁焊接挑戰(zhàn)

   為輕量化，電池托盤常采用薄壁設(shè)計(jì)（壁厚≤3mm），焊接易變形。

攪拌摩擦焊是一種固相連接技術(shù)，通過高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與工件摩擦產(chǎn)生熱量，使金屬軟化塑性變形從而實(shí)現(xiàn)連接。其優(yōu)勢(shì)包括：

• 變形小

  材料不熔化，熱量輸入低，變形小

• 質(zhì)量?jī)?yōu)異

  焊縫形成致密的“鍛造結(jié)構(gòu)”，無氣孔或收縮缺陷

• 環(huán)保安全

  不產(chǎn)生電弧、煙霧、飛濺物

• 強(qiáng)度高

  焊縫強(qiáng)度可達(dá)母材的80%以上

在攪拌摩擦焊接過程中會(huì)對(duì)工件有一個(gè)很大的下壓力，所以，就需要增加型腔內(nèi)筋和圓角厚度，焊接深度越大，筋和圓角就越大。

在電池托盤應(yīng)用中，底板與底板之間通常采用雙面對(duì)接接頭焊接，雙面焊接強(qiáng)度高，變形小。

MIG焊在電池托盤制造中也有應(yīng)用，特別是對(duì)于薄厚板差異大的接頭。新開發(fā)的交直流擺動(dòng)同步雙脈沖焊接技術(shù)能夠：

• 在厚板位置使用直流脈沖，保證熔深

• 在薄板位置使用交流脈沖，防止燒穿

• 相同電流情況下有效降低焊接熱輸入

• 相同熱輸入情況下增加焊縫a值（焊喉尺寸）

邊框和底板作為電池模組的承載者，對(duì)強(qiáng)度要求高，通常選用具有型腔的雙層斷面來保證強(qiáng)度。底板厚度一般為10mm左右，壁厚2mm。

邊框設(shè)計(jì)有兩種方案：一是整體型材擠壓后機(jī)加工，零件一體性好但成本較高；二是型材拼焊，成本低但需驗(yàn)證焊縫強(qiáng)度。

邊框和底板之間主要有兩種連接方式：

1. 雙面攪拌摩擦焊接

   強(qiáng)度高、變形小，但需要為攪拌頭預(yù)留足夠空間

2. 外部攪拌摩擦焊+內(nèi)部MIG焊接

   效率高、難度小、成本低，但內(nèi)部弧焊可能有漏水風(fēng)險(xiǎn)，需要涂密封膠保證密封性

電池包密封防護(hù)等級(jí)要求達(dá)到IP67，以保證電池包密封防水。攪拌摩擦焊接因?qū)儆诠滔噙B接，金屬基材不熔化，相比熔化焊接減少了氣孔、裂紋等缺陷發(fā)生率，能更好地保證密封性。

為確保焊接質(zhì)量，需要采取全面的質(zhì)量控制措施：

1. 焊前準(zhǔn)備

   ：表面處理采用機(jī)械打磨（Ra≤1.6μm）+化學(xué)清洗（堿性溶液煮洗10分鐘），去除氧化膜與油污；使用真空吸附+柔性定位銷的夾具設(shè)計(jì)，控制裝配公差≤0.1mm

2. 過程監(jiān)控

   ：通過紅外熱成像監(jiān)測(cè)溫度場(chǎng)，激光位移傳感器跟蹤熔深

3. 焊后檢測(cè)

   ：超聲波檢測(cè)（UT）焊縫內(nèi)部缺陷，氦質(zhì)譜檢漏儀測(cè)試氣密性（泄漏率≤1×10?? Pa·m3/s）；拉伸試樣強(qiáng)度需達(dá)母材的90%以上，疲勞壽命≥20萬次（應(yīng)力幅≤100MPa）

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電池托盤焊接技術(shù)將繼續(xù)創(chuàng)新演進(jìn)，如冷壓燒結(jié)技術(shù)，以及解決鋁-鋼混合托盤電化學(xué)腐蝕問題的過渡層技術(shù)也會(huì)在未來有所呈現(xiàn)；

電池托盤作為新能源汽車電池系統(tǒng)的“骨架”，其焊接質(zhì)量直接關(guān)系到整車的安全性和可靠性。鋁合金焊接技術(shù)雖面臨挑戰(zhàn)，但通過合理的材料選擇、工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制，完全能夠滿足電池托盤對(duì)強(qiáng)度、密封性和輕量化的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

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