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鋰電池密封釘焊接裂紋原因分析及改善措施(附現場排查方案)

2025-04-30 來源:OFweek 鋰電網
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關鍵詞: 方形鋁殼電池 密封釘焊接 裂紋誘因 工藝方案 焊接良率

方形鋁殼電池密封釘焊接不良輕則造成漏液、析鋰、外觀缺陷,重則引發電池性能驟降甚至安全隱患!為何看似細微的焊縫裂紋會成為良率瓶頸?本文深度解析三大核心誘因:脆性溫度區間雜質聚集、激光熱應力失控、機械約束設計缺陷,并給出高純度材料替代、環形光斑雙光束焊接、智能參數優化等創新工藝方案,助您實現焊接良率突破99.5%!

一、裂紋發生原因

1.凝固機制問題

脆性溫度區間(糊狀區):熔池在第三階段(糊狀區,液態金屬少、固態骨架形成時)因凝固收縮應力和機械約束應力超過液態金屬的回填能力,導致晶界撕裂。 

雜質影響:材料中雜質(如Fe、Si等)或清潔度不足(電解液殘留、粉塵)會擴大脆性溫度區間,增加裂紋敏感性。

2.熱應力與冷卻速度

高冷卻速度(如單光纖焊接冷速過快)導致凝固收縮應力集中,液相無法及時填補孔隙。 

溫度梯度過大(如高斯光束焊接)促進柱狀晶生長,晶界易形成連續液態薄膜,加劇裂紋傾向。

3.機械約束與焊接參數

密封釘受熱翹曲或預焊點分布不合理,導致機械約束應力集中。 

焊接參數不適配,如功率過高、離焦量不當、脈沖頻率與速度不匹配,導致熔池尺寸或溫度分布異常。

二、改善措施

1.控制脆性溫度區間

材料選擇:使用純度更高的鋁合金(如1060替代3003),減少雜質。 

清潔控制:重點管控電解液殘留、膠釘粉塵,加強激光清洗工序(例如DOE驗證清洗參數)。

2.優化焊接參數與熱輸入

復合焊/環形光斑:采用中心+外環功率的雙光束(如環形光斑),外環預熔降低溫度梯度,促進等軸晶形成,減少裂紋率。 

光束振蕩技術:低頻振蕩(0.1-0.5kHz)攪拌熔池,細化晶粒并分散應力。 

參數調整:降低峰值功率、增加焊速(連續激光)或縮短脈沖時間(脈沖激光),減小熔池尺寸以減少回填距離。

3.降低冷卻速度

預熱/緩冷:通過輔助熱源或梯形波調整能量釋放,延長凝固時間。

保護氣體優化:選擇氦氣或氮氣(避免氬氣電離增加等離子體干擾),調整流量減少熔池湍流。

4.機械約束優化

多點預焊:均勻分布預焊點數量和位置,減少局部應力集中。 

間隙配合:取代過盈配合,避免焊接過程膠釘受擠壓溢膠導致應變。

三、生產現場排查方案

1.材料與清潔度排查

檢測原材料雜質含量及批次一致性。

檢查清洗工序效果(如擦拭溶劑殘留、激光清洗深度/粗糙度)。

2.焊接參數驗證

通過DOE實驗驗證關鍵參數組合(功率、離焦量、速度)對熔深、熔寬及裂紋率的影響。 

使用金相檢測評估柱狀晶與等軸晶比例(目標:提升等軸晶占比)。

3.工藝過程監控

監控保護氣體純度與流量穩定性(如氦檢漏率異常提示氣密性不足)。 

檢查夾具定位精度,避免密封釘壓合不平導致焊接偏移。

4.缺陷檢測技術

應用3D線掃相機或CCD金相分析,定量評估裂紋深度和分布。

結合氦檢與拉爆試驗,綜合判定氣密性與強度。

結論:通過材料優化、參數調整和設備改進(如復合焊/光斑振蕩),結合嚴格的工藝控制與檢測,可有效抑制密封釘焊接裂紋,良率提升至99.5%以上。

以上內容均為本人日常工作,交流,閱讀文獻所得,由于本人能力有限,文中闡述觀點難免會有疏漏,歡迎業內同仁積極交流,共同進步!參考資料:1.基于DOE的方形鋁殼周邊焊激光焊接研究,李林賀2.鋰電池密封釘焊接缺陷檢測技術的研究,馮成德-End-




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