電動(dòng)汽車電池液冷板MIG焊接工藝設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車電池液冷板MIG焊接工藝設(shè)計(jì)Abstract:Thermalmanagementoflithium-ionbatterieshasbecomethebottleneckofthecommercializationofelectricvehicles.Inordertosolvethisproblem,liquidcoolingplatesareinstalledintheheatdissipationandheatingsystemoflithium-ionbatteries.Thelowtemperaturedischargeperformanceandhightemperatureenergyconsumptionofthebatteryareimprovedeffectively.Thereforethestabilityandsafetyofthebatteryduringthecontinuouscharginganddischargingprocesscanbeimproved.Theliquidcoolingplateismadeofaluminum-siliconalloyprofile,andbothendsoftheplatearepluggedandconnectedwithpipes.Theendpluggingneedstobeconnectedwiththeprofilethroughwelding.Themanualweldingefficiencyistoolowbecauseofthelimitationofautomaticweldingandtheporositydefectduetomanytestsofaluminumalloyautomaticweldingandsemi-automaticweldingandmanualwelding.Atlast,theweldingprocessdesignisimprovedandtheproductionefficiencyandweldingqualityareachievedbymanualMIGargonarcwelding.Keywords：electricvehicle；lithium-ionbattery；liquidcoolingplate；weldingprocessdesign刖言金里離子電池?zé)峁芾硪殉蔀橹萍s電動(dòng)汽車商業(yè)化的瓶頸，為解決此問題，在鋰離子電池散熱和加熱系統(tǒng)中加裝液冷板.有效提高電池低溫放電性能和高溫耗能以及電池持續(xù)充放電過程的穩(wěn)定性和安全性。液冷板采用鋁硅合金型材，兩端加裝封堵和連接管，需要通過焊接完成與型材的連接。通過鋁合金自動(dòng)焊接和半自動(dòng)焊接與手工焊接的多次試驗(yàn)，自動(dòng)焊接的局限性及氣孔缺陷，手動(dòng)焊接的效率太低，最后采用手工MIG熔化極氬弧焊取得了非常好的生產(chǎn)效率及焊接質(zhì)量。1鋁合金焊接基礎(chǔ)理論1.1鋁及鋁合金的物理特性和焊接工藝特點(diǎn)（1） 鋁及鋁合金具有優(yōu)異的物理特性和力學(xué)性能，其密度低，比強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率高、電導(dǎo)率高、耐腐蝕能力強(qiáng)，已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電力、化工、輕工、航空、航天、鐵路、艦船、車輛等工業(yè)內(nèi)的焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品上。（2） 鋁在空氣中及焊接中極易氧化，生成的氧化鋁熔點(diǎn)高、非常穩(wěn)定、能吸潮、不易去除，會(huì)在焊接過程中產(chǎn)生夾渣、未焊透和未熔合等缺陷。（3） 鋁的比熱容、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率比鋼大，焊接時(shí)的熱輸入將向母材迅速流失。熔焊時(shí)需采用高度集中的熱源。（4） 鋁對(duì)光、熱的反射能力強(qiáng)，熔化前沒有明顯色澤變化，人工焊接時(shí)判斷困難，容易產(chǎn)生焊穿和焊瘤。（5） 硅鋁合金密度小，熱膨脹系數(shù)低，具有很高的抗擊沖擊能力和很好的高壓致密性，可大大提高使用壽命，常用其生產(chǎn)航天飛行器和汽車零部件。電池液冷板就是鋁硅合金。鋁硅合金強(qiáng)度不高，但液態(tài)流動(dòng)性好，焊接性好。1.2鋁及鋁合金的主要焊接方法鋁及鋁合金幾乎適應(yīng)各種焊接方法，在選擇焊接方法時(shí)，還應(yīng)考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性特點(diǎn)、制造工藝需求、焊件厚度、鋁合金類別、牌號(hào)及其焊接性、對(duì)焊接接頭的質(zhì)量及性能的要求以及生產(chǎn)制造單位的物質(zhì)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面條件。根據(jù)液冷板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及生產(chǎn)條件，主要選用熔化極氣體自動(dòng)保護(hù)焊、手工鎢極氬弧焊及半自動(dòng)MIG熔化極氬弧焊進(jìn)行焊接試驗(yàn)和比對(duì)。（1）熔化極氣體自動(dòng)保護(hù)焊，焊接成型美觀，水平焊接液冷板長(zhǎng)縫效率比較高。但在液冷板的組對(duì)及處理中，無法保證完全去除焊縫周邊的氧化物、油污等。特別容易產(chǎn)生氣孔的缺陷，液冷板焊縫的兩端，仍需要人工焊接的方式解決。手工鎢極氬弧焊，焊接操作方便、容易控制、成型美觀，適應(yīng)液冷板焊縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。但生產(chǎn)效率低。半自動(dòng)MIG熔化極氬弧焊，米用雙脈沖MIG焊是在常規(guī)脈沖MIG焊技術(shù)的基礎(chǔ)上針對(duì)鋁合金焊接而設(shè)計(jì)的一種新工藝。如果參數(shù)設(shè)置得當(dāng)，可以降低氣孔發(fā)生率，細(xì)化焊縫晶粒，擴(kuò)寬焊接接頭間隙范圍，在確保焊接質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)比手工氬弧焊3倍以上的焊接效率。到目前為止，雙脈沖MIG焊是鋁硅合金焊接的最佳解決方案之一，也是焊接界研究的熱點(diǎn)。2液冷板MIG焊前處理要求鋁合金焊接對(duì)焊縫周邊處理的要求比較苛刻。裝配前必須清凈表面水漬、油脂、污物及氧化膜，以免焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔等缺陷。表面處理的方法有機(jī)械清理法和化學(xué)處理法。機(jī)械清理法，一般采用月牙形鋁合金專用銼刀、銅刷或者百葉砂紙輪等?；瘜W(xué)清理法效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于清理中小型尺寸并成批生產(chǎn)的零件。主要清洗的流程：除油：可以采用汽油、丙酮、四氯化碳、磷酸三鈉等化學(xué)清洗劑浸泡處理。堿洗：純鋁采用6%?12%的NaOH，水溫控制在40?60C。，浸泡時(shí)間W20min；鋁合金采用6%?10%的NaOH，水溫控制在40?60C，浸泡時(shí)間W7min。沖洗：采用流動(dòng)清水沖刷。中和光化：采用HNO3溶液，水溫控制在40?60C，浸泡時(shí)間1?3min。干燥：風(fēng)干或者低溫干燥。本裝置需要焊接清洗的部位只在兩側(cè)端頭，端頭配件采用丙酮或汽油溶液浸泡除油，液冷板端頭用丙酮或汽油溶液擦洗后即可組對(duì)，焊接之前用鋼絲刷(？椎0.15mm不銹鋼絲或頭絲刷)刷到漏出金屬光澤為止，一般在清理后4?8h之內(nèi)施焊。如圖1:3液冷板的焊接工藝設(shè)計(jì)液冷板的手工MIG熔化極氬弧焊焊接工藝設(shè)計(jì)：通過實(shí)踐中的對(duì)比試驗(yàn)，手工MIG熔化極氬弧焊來焊接液冷板，焊縫的成型美觀，質(zhì)量穩(wěn)定且生產(chǎn)效率高。（1） 焊機(jī)的選擇，本機(jī)選用國(guó)產(chǎn)知名品牌NBC-300-GM型，逆變式脈沖熔化極氬氣保護(hù)焊機(jī)，簡(jiǎn)稱MIG。主要特點(diǎn)：數(shù)字化CPU控制系統(tǒng)，采用IGBT高頻軟開關(guān)控制技術(shù)，采用強(qiáng)脈沖引弧等。電源電壓：380V；頻率：50Hz；額定輸出功率：8KVA；輸出電流調(diào)節(jié)范圍：20-300A；輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：10-32V；焊絲直徑？椎1.2-1.6mm；氣體流量：15-20L/min。如圖2：（2） 焊接前準(zhǔn)備。確保電源、地線接觸牢固，無松動(dòng)現(xiàn)象。正確安裝好焊槍、焊絲及保護(hù)氣體。設(shè)計(jì)好焊接專用平臺(tái)，高度適中，在放置焊槍的一側(cè)為導(dǎo)電板，相對(duì)的一側(cè)設(shè)計(jì)絕緣板（尼龍板）。如圖3：（3） 基本焊接的方法液冷板為鋁硅合金扁型材方管，壁厚2mm。選用鋁4043，直徑？椎1.2mm焊絲，氬氣純度必須保證99.99%。為了提高效率，每次以成對(duì)（2片）同時(shí)焊接，在焊接過程中，防止飛濺污染焊道周邊的母材，設(shè)置遮擋板。如圖4。所有的脈沖焊接為左向焊法，即焊接時(shí)焊槍的行走方向是從右向左行走。焊槍與工件的相對(duì)前進(jìn)傾角為80°，左右角90°，焊絲及電弧葷寸正焊縫中心。先逐一焊接液冷板端頭的短焊縫，保證根部熔接及足夠的焊肉高度，同時(shí)起到了連接件有效固定的作用。在成對(duì)連續(xù)焊接長(zhǎng)焊縫之前，要用角磨機(jī)對(duì)長(zhǎng)焊縫兩端的焊點(diǎn)進(jìn)行修磨處理，保證焊接時(shí)接頭的熔接質(zhì)量。^焊接長(zhǎng)焊縫時(shí)，從右側(cè)端點(diǎn)起弧，保證接頭的熔合質(zhì)量后，迅速控制連續(xù)焊，結(jié)尾處在保證充分熔合的基礎(chǔ)上，避免收尾的縮孔出現(xiàn)，通過拉長(zhǎng)電弧或者電弧填充的方式防止。焊接完一面后進(jìn)行翻面焊接，焊接完一端后，調(diào)換焊接液冷板的另一端。焊接成型如圖5：￡.焊接過程中，注意液冷板本體的保護(hù)，避免硬性的磕碰，遮擋板要有效遮擋，端頭接管的保護(hù)套防止脫落。導(dǎo)電盡量用焊縫部位接觸下部導(dǎo)電板，防止母材出現(xiàn)閃擊點(diǎn)。（4）焊接工藝參數(shù)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)方法及設(shè)定的焊接參數(shù)是經(jīng)過多組參數(shù)對(duì)比試驗(yàn)而得，本節(jié)不詳細(xì)論述對(duì)比試驗(yàn)的過程。直接提供試驗(yàn)取得參數(shù)調(diào)節(jié)方法及參考數(shù)值。a.調(diào)節(jié)面板的功能設(shè)置，為了操作簡(jiǎn)單，保證焊機(jī)在最理想的狀態(tài)下焊接，先開啟面板左邊的“一元/個(gè)別”按鈕設(shè)置為“一元”燈亮；面板右邊的“焊絲材質(zhì)”按鈕設(shè)置為“鋁硅”燈亮；“焊絲直徑”按鈕設(shè)置為“1.2”燈亮；“脈沖選擇”按鈕設(shè)置為“雙脈沖”燈亮；“操作模式”按鈕設(shè)置為“2T”燈亮。如圖6。?焊接參數(shù)設(shè)置焊接電壓和電流：基礎(chǔ)焊接電壓19.2V，電流82A。依據(jù)操作者焊接習(xí)慣不同，電壓的調(diào)節(jié)范圍控制在19.2?20之間，電流控制在75?85A之間。程序設(shè)置：“一元”狀態(tài)下，重新選擇焊絲材質(zhì)“鋁硅”，焊絲直徑“1.2”，并按“調(diào)整”鍵，調(diào)整“Pr1?Pr7”的值，如下圖所示?；￠L(zhǎng)控制：在焊接過程中，電弧長(zhǎng)度調(diào)整在1-2mm最為合適。如果為了提高焊接速度，電壓和電流設(shè)置的數(shù)值較大，電弧長(zhǎng)度可以控制在2-4mm。干伸長(zhǎng)：干伸長(zhǎng)即焊絲伸出槍口的長(zhǎng)度，最理想的干伸長(zhǎng)為10?15mm。焊接過程中，焊槍口與工件之間要始終保持這個(gè)高度。（5）焊接工藝難點(diǎn)及缺陷修補(bǔ)2.焊接工藝難點(diǎn)液冷板MIG的焊接完成后，必須將焊道加工打磨后與母材齊平，形成完整無缺陷的整體效果。因此，焊接過程中必須保證沒有任何咬邊、塌陷、根部未熔合及根部氣孔、夾渣的缺陷。液冷板壁厚僅2mm，內(nèi)部為介質(zhì)通道，尤其是水嘴端頭部分，必須控制熔深，防止燒穿和塌陷封閉通道的嚴(yán)重缺陷。打磨后的成品要做封閉性檢驗(yàn)，做0.7Mpa氣密性檢測(cè)。這是液冷板最重要的工藝難點(diǎn)。焊道的成型如何，焊接過程是一遍成型，必須保證根部的焊接質(zhì)量。焊接人員在焊接過程中從焊道的清理、點(diǎn)焊加固、接頭處理、焊接過程中，根部完美的融合性控制、保護(hù)氣體氬氣的純度等，每一個(gè)環(huán)節(jié)都不能馬虎，成品的合格率要保證95%以上。b.常見的焊接工藝缺陷產(chǎn)生的原因分析氣孔：保護(hù)氣體不純或供氣不足、防風(fēng)措施不利卷入空氣、噴嘴被飛濺物堵塞不暢通、噴嘴與工件的距離過大導(dǎo)致電弧過長(zhǎng)、電弧電壓太高、焊絲及母材質(zhì)量缺陷、焊接區(qū)表面被污染，油污水分等未清除。咬邊：電弧過長(zhǎng)、弧壓過高、焊接速度過快、焊接電流太大、焊絲位置不當(dāng)沒有對(duì)中、焊絲擺動(dòng)不平穩(wěn)等。未熔合：焊接電流太小、送絲不均勻、電弧電壓參數(shù)不對(duì)、焊接速度過快、焊絲對(duì)中差未能熔焊到等。焊縫成型不良：主要是工藝參數(shù)不適合、焊絲位置不對(duì)中、送死滾輪的中心偏移、焊絲矯直機(jī)構(gòu)調(diào)整不當(dāng)、導(dǎo)電嘴松動(dòng)等。梨形裂縫：是焊接過程中（非收尾處縮孔）產(chǎn)生的類似梨形的裂紋，主要是焊接電流過大、焊接速度不穩(wěn)、坡口過窄、電弧電壓太低等。電弧不穩(wěn)定：是導(dǎo)電嘴松動(dòng)或已經(jīng)磨損或是與焊絲比直徑過大、焊絲盤轉(zhuǎn)動(dòng)不均勻，送絲輪溝槽磨損或不配套、加壓滾輪壓力不適合、導(dǎo)絲管藏污納垢或破損產(chǎn)生阻力過大、焊接電流過低或電弧電壓波動(dòng)、焊絲干伸長(zhǎng)過大、焊件上有臟污、地線放的位置不當(dāng)?shù)?。飛濺：主要因短弧過渡時(shí)電感量不適當(dāng)、焊接電流和電弧電壓配合不當(dāng)、焊絲和焊件清理不良等。焊接缺陷處理：用直磨機(jī)修整后重新熔焊即可4焊接日寺勞動(dòng)保護(hù)措施液冷板MIG焊接時(shí)主要有煙氣、弧光輻射、噪音等危害身體健康。必須采取嚴(yán)格的防護(hù)措施，加強(qiáng)勞動(dòng)