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动力电池制造技术是新能源汽车核心部件制造的关键技术之一,也是当前国内外电动汽车领域关注的热点问题之一,也是我国发展新能源汽车技术,开展节能减排,应对环境污染和能源危机必须要解决的关键技术问题。其中,激光焊接是动力电池制造的关键技术。但激光焊接动力电池存在着焊接接头力学性能不足等问题,制约了激光技术的应用。因此,本研究以3003铝合金的激光焊接为研究对象,探索实现激光密封焊接的工艺条件及相应的影响因素。实现激光焊接接头组织和性能的改善。本文研究的主要内容有: (1)设计了铝合金焊接的专用夹具和吹气机构;针对铝合金焊接易变形和易氧化的原理和特点,设计了铜垫板强制水冷装置和多排管吹气装置,焊接效果得到很大改善。 (2)设计了螺旋扫描焊接轨迹,在实际激光焊接的条件下,对焊接轨迹进行了观察与测试,计算了轨迹方程。轨迹方程为一周期性分段函数,主要参数为螺旋半径和螺旋扫描频率。 (3)为了更加深入的理解螺旋扫描焊接工艺对焊接过程的影响,对螺旋扫描焊接温度场进行了研究。运用MARK有限元分析软件及其flux.f子程序实现对热源以及螺旋扫描焊接轨迹的加载,计算了螺旋扫描激光热传导过程及温度场分布。研究结果表明:螺旋扫描焊接与传统焊接工艺相比,降低了焊缝中心区域的峰值温度,缩短了焊缝在熔点以上温度的保持时间,降低了熔池温度梯度。螺旋扫描焊接中存在重复加热过程,热循环曲线的升温以及降温过程并不是连续增加和降低的,而是阶梯状变化,并且在峰值温度区出现双峰或者多峰。不同螺旋参数的模拟结果表明,随着螺旋半径的增大,熔池中心峰值温度降低,熔池焊接方向上温度梯度也下降;随着螺旋扫描频率的增大,熔池中心峰值温度先升高再降低,在熔点以上停留时间基本一致。 (4)在2mm厚的3003铝板上以各种螺旋扫描焊接参数进行堆焊试验以观察焊缝成形情况。结果表明:随着螺旋半径的增大,焊缝熔宽增大,熔深减小,与模拟结果一致。当螺旋扫描半径大于0.3mm时,焊缝熔深变化较大。随着螺旋扫描频率的变化,焊缝熔深先减小后增大。说明重熔对螺旋扫描焊接有重要影响。 (5)对焊缝整体形貌及焊缝中心区、熔合区组织观察与测试分析表明,螺旋扫描焊接焊缝中心区板块状晶粒数目减少,枝晶更细小,熔合区存在明显的热影响区。高频率螺旋扫描焊接由于需要很大的焊透功率焊缝中存在大量的板块状晶粒,焊缝热影响区明显,低频率扫描焊接时基本无热影响区。 (6)对各螺旋参数下拼焊试样进行了拉伸性能和硬度的测试。螺旋扫描焊接所得焊缝的抗拉强度基本高于无螺旋扫描焊接所得焊缝抗拉强度。随着螺旋半径的增大,抗拉强度并无一定的变化规律;随着螺旋频率的增大,焊缝抗拉强度先增大后减小。螺旋扫描焊接最佳焊接参数为螺旋重叠率为50%左右时。无螺旋扫描焊接焊缝断裂形式为准解理断裂,螺旋扫描焊接断口为脆性-韧性综合型断裂。硬度的测试结果表明,螺旋提升了焊缝中心的硬度,热影响区硬度较低。