圓柱電池激光焊接工藝規(guī)范

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圓柱電池激光電池激光焊接工藝規(guī)范

1.目的與范圍

本規(guī)范旨在明確圓柱形鋰離子電池（如18650、21700等型號(hào)）在生產(chǎn)過程中，關(guān)鍵部件（如極耳與蓋帽、蓋帽與殼體）的激光焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)。其目的是確保焊接接頭具有高一致性、高可靠性、低內(nèi)阻和優(yōu)良的氣密性，從而保障電池的安全性能與循環(huán)壽命。本規(guī)范適用于電池生產(chǎn)、工藝及質(zhì)量相關(guān)部門。

2.工藝概述

激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源，對(duì)金屬連接部位進(jìn)行熔化并形成牢固焊縫的一種精密加工方法。其優(yōu)勢(shì)在于能量集中、熱影響區(qū)小、焊接速度快、易于自動(dòng)化集成，非常適用于圓柱電池這種對(duì)潔凈度、精度和效率要求極高的產(chǎn)品。

3.設(shè)備與材料要求

激光焊接機(jī)：推薦使用光纖激光器或碟片激光器，功率穩(wěn)定，光束質(zhì)量高。通常功率范圍在200W至1500W之間，可根據(jù)具體焊接深度需求選擇。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)：高精度的X-Y工作臺(tái)或機(jī)器人，配合旋轉(zhuǎn)軸，確保激光束能精確、勻速地掃描焊接軌跡。

工裝夾具：定制化夾具，確保電芯與蓋帽/殼體在焊接過程中保持精準(zhǔn)對(duì)中、緊密貼合，并具備良好的導(dǎo)電性和散熱性，防止虛焊和燒穿。

保護(hù)氣體：必須使用高純度（≥99.99%）的氬氣（Ar）作為保護(hù)氣體，通過同軸或側(cè)吹方式覆蓋熔池，有效防止金屬在高溫下氧化，保證焊縫成型美觀、性能穩(wěn)定。

來料要求：

蓋帽與極耳：通常為鋁-鋁、銅-鋁或銅-銅焊接。材料表面必須潔凈，無油污、氧化層、粉塵等雜質(zhì)。

殼體：一般為鍍鎳鋼殼。殼口端面應(yīng)平整、無毛刺。

所有待焊部件在焊接前建議進(jìn)行清洗（如等離子清洗）以去除微觀污染物。

4.核心工藝參數(shù)

焊接質(zhì)量由以下關(guān)鍵參數(shù)共同決定，需通過DOE（實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）進(jìn)行優(yōu)化并固定：

激光功率(P)：決定焊接熱輸入的核心。功率過低導(dǎo)致熔深不足（虛焊）；功率過高易導(dǎo)致焊穿、飛濺、氣孔。

焊接速度(V)：影響熱輸入和作用時(shí)間。速度過快，熔合不充分；速度過慢，熱輸入過大，熱影響區(qū)變寬。

脈沖頻率(f)與波形：對(duì)于脈沖焊接，頻率影響焊點(diǎn)的重疊率。合適的波形（如緩升緩降）能有效抑制飛濺。

離焦量(Δf)：激光焦點(diǎn)相對(duì)于工件表面的位置。通常采用負(fù)離焦（焦點(diǎn)進(jìn)入工件內(nèi)部）以獲得更穩(wěn)定、更寬的焊縫。

保護(hù)氣體流量：流量需適中，確保能有效驅(qū)散空氣但不對(duì)熔池產(chǎn)生擾動(dòng)。

參考參數(shù)范圍（以鋁-鋁焊接為例）：

功率：300-800W

速度：50-150mm/s

頻率：50-200Hz（脈沖模式）

離焦量：-0.5~-1.5mm

氣體流量：10-25L/min

5.焊接操作流程

1.準(zhǔn)備：操作員佩戴防靜電手套，確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)、氣源壓力正常。

2.上料：將電芯與蓋帽組件精準(zhǔn)放入夾具中，確保貼合緊密無間隙。

3.參數(shù)設(shè)置與調(diào)用：在控制面板調(diào)用經(jīng)過驗(yàn)證的合格焊接程序。

4.焊接執(zhí)行：?jiǎn)?dòng)設(shè)備，自動(dòng)完成焊接循環(huán)。期間嚴(yán)禁人員進(jìn)入光路區(qū)域。

5.下料：取出焊后工件，輕拿輕放，避免碰撞焊縫。

6.自檢：操作員對(duì)首件和巡檢件進(jìn)行初步外觀檢查。

6.質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

外觀檢驗(yàn)(100%全檢)：

焊縫成型：連續(xù)、均勻、光滑，無斷焊、漏焊。

焊縫顏色：呈銀白色或金黃色為佳，暗藍(lán)色或黑色表明氧化嚴(yán)重。

缺陷：無可見的飛濺、裂紋、焊穿、凹坑、明顯下塌。

性能檢驗(yàn)(抽檢)：

撕拉力測(cè)試：破壞性測(cè)試，焊接強(qiáng)度需大于母材強(qiáng)度，斷裂位置應(yīng)在母材而非焊縫。

金相分析：切割、研磨、腐蝕后顯微鏡觀察，檢查熔深、熔寬是否符合要求，內(nèi)部無氣孔、裂紋。

氣密性測(cè)試：使用氦質(zhì)譜檢漏儀，漏率需低于指定標(biāo)準(zhǔn)（如1×10??Pa·m3/s）。

內(nèi)阻測(cè)試：焊接點(diǎn)的接觸電阻應(yīng)極低且穩(wěn)定。

7.安全與注意事項(xiàng)

嚴(yán)格遵守激光安全操作規(guī)程，焊接區(qū)域必須完全封閉或設(shè)置有效的激光防護(hù)簾，防止激光輻射傷害。

焊接過程中會(huì)產(chǎn)生金屬蒸氣和粉塵，需配備有效的煙塵凈化系統(tǒng)。

定期對(duì)激光器光學(xué)鏡片（聚焦鏡、保護(hù)鏡）進(jìn)行清潔和檢查，確保光束質(zhì)量。

建立完整的工藝參數(shù)檔案和追溯系統(tǒng)，任何參數(shù)的變更需經(jīng)過審批和重新驗(yàn)證。

總結(jié)：本規(guī)范是確保圓柱電池激光焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)文件。所有相關(guān)人員必須嚴(yán)格遵循，并通過持續(xù)的過程監(jiān)控與優(yōu)化，不斷提升焊接質(zhì)量與產(chǎn)品良率。