图7 间隙配合方式
但是间隙配合的缺点是配合不够紧密,当焊接区域快速冷却,已焊区域应力积累,就会导致焊PIN倾斜,倾斜严重时会导致焊缝露出造成不良。为解决焊PIN倾斜翘起的问题,优化焊接模式:拍照进行位置识别后,在连续焊接前增加三点定位预焊(每1200打点一次),进行焊接固定,同时降低预焊时期及收尾时期激光能量,防止焊接过程中由于应力集中及PIN与盖板的匹配性差造成的焊缝露出/焊后PIN倾斜(图8)。
图8 两种焊接方式焊接效果对比
1.4针对焊接强度及密封性的工艺优化
1.4.1焊件尺寸配合及来料成分
目前电池盖板注液孔及PIN的尺寸,主要检验电池盖板注液孔尺寸、注液孔凹台深度、PIN直径尺寸。在材料供应多元化的背景下,在这些检验数据中,来自同一厂家测试数据一致性较好。在实际生产中还有一些未列入检验的尺寸,其差异也会影响焊接效果,如凹台倾斜角度,以及盖板、PIN两种材质的杂质含量。
图9为以相同激光工艺(脉冲能量、镜件距离、保护气氛流量、焊接步进速度、出光频率等)焊接,厂家不同配件,其注液孔及PIN焊接效果差异图。两个厂家盖板尺寸测量数据见表。由表2可见凹台倾斜角度差异是影响焊PIN熔深的因素之一,应列入控制项目。
此外铝合金表面对激光反射能力强、导热形成强且铝合金对激光吸收能力差;此外表面存在氧化膜,因此熔点高,导致需要的焊接能量高;若合金中低沸点金属Mg、Zn含量过高,会导致在汽化过程中未迅速排出而产生砂眼或焊坑,导致电池漏液。
图9 不同厂家注液孔尺寸及PIN熔深图片
表2 不同厂家注液孔尺寸测量数据
1.4.2焊接工艺参数优化
激光焊接主要参数包括波形图、功率密度、焊接速度、保护气体、离焦量。
波形参数对焊接效果有影响,焊接轨迹是激光在焊接位置的运行轨迹,波形参数是激光能量与焊接时间的图像,它影响不同位置的焊接熔深和焊接强度。由于铝合金的光返比较高,固态时,80%的能量被反射。所以,需要在开始时激光功率急剧上升到峰值,使金属熔化。熔化后的金属液体,对激光吸收率较高,可以达到90%以上。(缓降模式)
影响激光能量和焊接时间的参数包括激光输出功率、光斑直径及焊接速度。
在激光脉冲频率一定的情况下,通过改变焊接速度来确定重叠率。当两个焊点重叠率大于50%时,才能保证熔池的机械强度和气密性。
重叠率=(焊缝宽度-点距)/焊缝宽度
焊接速度:焊接速度过快,重叠率低;同时机械振动和速度过快更容易引起焊枪速度不稳,影响焊接熔深,一般采用60%以上的重叠率进行激光焊接(表3),对应焊接速度小于50 mm/s。