著的成分偏析，产生脆性共晶相聚集。
[0045] 因此，焊后保温的主要目标是控制控制熔池偏析，具体方法是保温、控制熔池冷却 速度。因此保温功率也非常关键。
[0046] 通过图4的可知，随着预热、保温功率的增加接头拉伸强度出现明显增加，证明减 少了脆性低融点共晶的产生，但随着预热功率进一步增加，出现强度下降情况，分析应与热 影响区的吸杂行为有关，得出最佳预热峰值功率为3~4KW，单脉冲能量17J。
[0047] 实施例3
[0048] 本实施例为1系铝合金，厚度1. 2_，使用同一激光焊接设备，焊接速度相同。主要 目的是考察加热阶段的功率选择，其包含6个具体的实施方案，其相关实验参数与实施例1 相同，不同的地方为加热阶段的峰值功率不同。如图5和图6所示，图5中给出了 6、6. 5、7、 7. 5、8、8. 5kw峰值功率时的焊缝深度数据，图6给出了 6、6. 5、7、7. 5、8、8. 5kw峰值功率时的 焊缝宽度数据。
[0049] 通过图5的可知，加热的激光功率为6KW时，由于能量较低，样件只是正面少量熔 化、凝固后形成的焊缝，未被焊透，且不均匀。随着激光功率的增大，焊缝形貌趋于均匀，焊 缝的熔宽和熔深都逐渐增加，热影响区也逐渐变宽，当激光功率为7. 5~8KW时，反面焊缝 形貌明显，说明铝板被焊透，进一步增加功率出现明显塌陷、飞溅。
[0050] 通过下表1可以看出，峰值功率对抗拉强度影响是非常明显的。依据GB/T 2652~ 1989焊缝及熔敷金属拉伸试验方法测试抗拉强度数据（N/mm2)。
[0051] 表 1
[0052]
[0053] 所以，相对于本焊接工艺而言，当激光功率为7. 5~8KW时，焊接效果较为理想。
[0054] 实施例4
[0055] 本实施例为3系铝合金，厚度0. 8_，使用同一激光焊接设备，焊接速度相同。主要 目的是考察焊接速度的选择，具体如下表2,其中实验参数与实施例1相同，不同的地方在 于焊接速度的不同。
[0056] 在本实施例中具体包含6个技术方案，其焊接速度分别为1.5、1.8、2. 1、2. 4、2. 7、 3. 0mm/s〇
[0057] 表 2 :
[0058]
[0059] 实施例4
[0060] 本实施例为1系铝合金，厚度I. 2_，使用同一激光焊接设备，焊接速度相同。主 要目的是考察脉冲频率的选择，具体如下表3,其中实验参数与实施例3相同，不同的地方 在于脉冲频率的变化，在本实施例中包含了 5个技术方案，其脉冲频率分别为6、8、10、12、 14Hz〇
[0061] 表 3
[0062]
[0063] 可见，在频率为IOHz的时候拉伸强度达到最大值95. 7N/mm2,达到了母材的86%。
[0064] 实施例5
[0065] 本实施例的主要目的是考察单脉冲能量、脉冲宽度的选择，其中实验参数与实施 例1相同，不同的地方在于单脉冲能量和脉冲宽度有所不用。
[0066] 在本实施例中，主要考察脉冲宽度在3~9ms，单脉冲能量15~25J范围内，光斑 直径为0. 6mm，按照铝合金激光深融焊的阈值功率密度106W/sq-Cm的要求，预热（深熔极 限）功率密度范围内，单脉冲能量、脉宽参数可调整的范围如图中曲面在底部平面的投影， 其中，曲面投影不到的空白区为深熔焊单脉冲能量、脉宽参数可调整范围，具体见图7。下面 以图7和图8中取5个点进行说明：
[0067] 脉冲宽度为6ms时，光斑直径为0. 6_，单脉冲能量为18J，其预热阶段为2ms，加热 阶段为2ms，保温阶段为2ms;
[0068] 脉冲宽度为6ms时，光斑直径为0. 8mm，单脉冲能量为26J，其预热阶段为2ms，加热 阶段为2ms，保温阶段为2ms;
[0069] 脉冲宽度为8ms时，光斑直径为0. 6mm，单脉冲能量为23J，其预热阶段为2. 7ms，加 热阶段为2. 7ms，保温阶段为2. 7ms ;
[0070] 脉冲宽度为3ms时，光斑直径为0. 8_，单脉冲能量为16J，其预热阶段为1ms，加热 阶段为lms，保温阶段为Ims ;
[0071] 脉冲宽度为3ms时，光斑直径为0. 6mm，单脉冲能量为10J，其预热阶段为1ms，加热 阶段为lms，保温阶段为lms。
[0072] 实施例6
[0073] 本实施例的主要目的是考察单脉冲能量、脉冲宽度、光斑直径的选择，其中实验参 数与实施例1相同，不同的地方在于单脉冲能量、光斑直径和脉冲宽度有所不用。
[0074] 在本实施例中，主要考察脉冲宽度在3~9ms，单脉冲能量15~25J范围内，光斑 直径为0. 8mm，按照铝合金激光深融焊的阈值功率密度106W/sq-Cm的要求，预热（深熔极 限）功率密度范围内，单脉冲能量、脉宽参数可调整的范围如图中曲面在底部平面的投影， 其中，曲面投影不到的空白区为深熔焊单脉冲能量、脉宽参数可调整范围，具体见图8。
[0075] 对比例1
[0076] 本对比例与实施例1的方案大体相同，不同的地方在于，激光的脉冲波形选择和 脉冲频率选择有所不同，激光的脉冲波形如图9所示，一个脉冲持续时间为3ms由许多单脉 冲叠加而成。前0. 5ms时间段内单脉冲功率从Okw线性提高至焊接实验的最佳功率7. 5~ 8kw，到达点15 ;然后单脉冲功率保持直至点16。最后0. 5ms单脉冲功率线性降低至Okw。 脉冲频率为6Hz。
[0077] 通过本对比例焊接得到的电池外壳样品，焊斑中心区面积小，能量密度大，即能量 集中在了一小块区域范围内，焊接飞溅明显。在显微镜下能看出熔化金属有过热导致过烧 的痕迹，而且具有明显的微裂纹，出现明显的塌陷、变薄现象，易导致密封可靠性差。
[0078] 对比例2
[0079] 本对比例2与对比例1大体相同，不同的地方在于脉冲频率不同。
[0080] 本实施例包含4个具体的实施方案，具体来说，脉冲频率分别选择为8、10、12、 14Hz〇
[0081] 对比例1和对比例2的结果如下表4所示。
[0082] 表 4
[0083]
[0084]
[0085] 依据GB/T 2652~1989焊缝及熔敷金属拉伸试验方法对实施例1、对比例I、对比 例2进行拉伸试验，实施例1拉伸断裂机制呈现韧性断裂特征，对比例1、对比例2为准解理 型断裂。
[0086] 实施例1~5所得到的焊接的成品焊缝表面光滑、平整，并对其进行密封性检测， 结果表明焊接样品内部能够承受0. 3Mpa以上的液体压力，满足锂离子电池工业纯铝外壳 强度、密封性及耐爆破压力指标要求。
[0087] 以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任 何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺，所述的工艺为在惰性气体的保护下， 在铝合金的焊缝处以激光钎焊的方式进行焊接，其特征在于：所述的激光的脉冲宽度为 3~7ms，其中，所述的脉冲范围内由预热阶段、加热阶段、保温阶段组成，其中预热阶段不 少于lms，加热阶段不少于lms，保温阶段不少于lms，预热阶段和保温阶段的功率均为3~ 4kw，所述的加热阶段的功率先增加后降低，峰值功率为6~8. 5kw。2. 根据权利要求1所述的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺，其特征在于：所述 的激光由多个单脉冲激光叠加而成，其中单脉冲激光的频率8~10Hz，能量17~22J，平均 输出功率200W。3. 根据权利要求2所述的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺，其特征在于：所述 的激光的光斑直径为0. 6~0. 8mm。4. 根据权利要求3所述的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺，其特征在于：焊接 速度为1. 8~2. 4mm/s。5. 根据权利要求1所述的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺，其特征在于：所述 的预热阶段、加热阶段、保温阶段的时间比约为1 :1 :1。6. 根据权利要求1所述的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺，其特征在于：所述 的铝合金为1系、3系铝合金。7. 根据权利要求6所述的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺，其特征在于：铝合 金的厚度为〇? 8~I. 2mm〇
【专利摘要】本发明公开了一种汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺，所述的工艺为在惰性气体的保护下，在铝合金的焊缝处以激光钎焊的方式进行焊接，所述的激光的脉冲宽度为3～7ms，其中，所述的脉冲范围内由预热阶段、加热阶段、保温阶段组成，其中预热阶段不少于1ms，加热阶段不少于1ms，保温阶段不少于1ms，预热阶段和保温阶段的功率均为3～4kw，所述的加热阶段的功率先增加后降低，峰值功率为6～8.5kw。本发明的目的在于提供一种抗拉性能优异的汽车动力电池铝合金外壳激光焊接工艺。
【IPC分类】B23K1/005
【公开号】CN105033385
【申请号】CN201510505994
【发明人】郭亮, 眭敏, 张庆茂, 郭永强, 张卫, 许建波, 王业伟
【申请人】华南师范大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月17日