摘 要：锂离子电池热管理已成为制约电动汽车商业化的瓶颈，为解决此问题，在锂离子电池散热和加热系统中加装液冷板。有效提高电池低温放电性能和高温耗能，从而提高电池持续充放电过程的稳定性和安全性。液冷板采用铝硅合金型材，两端加装封堵和连接管。加装的端部封堵需要通过焊接完成与型材的连接，通过铝合金自动焊接和半自动焊接与手工焊接的多次试验，由于自动焊接的局限性及气孔缺陷，手动焊接的效率太低，最后通过摸索完善焊接工艺设计，采用手工MIG熔化极氩弧焊取得了非常好的生产效率及焊接质量。
关键词：电动汽车；锂离子电池；液冷板；焊接工艺设计
中图分类号：TG156 文献标志码：A 文章编号：2095-2945铝及铝合金具有优异的物理特性和力学性能，其密度低，比强度高、热导率高、电导率高、耐腐蚀能力强，已广泛应用于机械、电力、化工、轻工、航空、航天、铁路、舰船、车辆等工业内的焊接结构产品上。
（2）铝在空气中及焊接中极易氧化，生成的氧化铝熔点高、非常稳定、能吸潮、不易去除，会在焊接过程中产生夹渣、未焊透和未熔合等缺陷。
（3）铝的比热容、电导率、热导率比钢大，焊接时的热输入将向母材迅速流失。熔焊时需采用高度集中的热源。
（4）铝对光、热的反射能力强，熔化前没有明显色泽变化，人工焊接时判断困难，容易产生焊穿和焊瘤。
（5）硅铝合金密度小，热膨胀系数低，具有很高的抗击冲击能力和很好的高压致密性，可大大提高使用寿命，常用其生产航天飞行器和汽车零部件。电池液冷板就是铝硅合金。铝硅合金强度不高，但液态流动性好，焊接性好。
1.2 铝及铝合金的主要焊接方法
铝及铝合金几乎适应各种焊接方法，在选择焊接方法时，还应考虑产品结构性特点、制造工艺需求、焊件厚度、铝合金类别、牌号及其焊接性、对焊接接头的质量及性能的要求以及生产制造单位的物质、技术、经济等多方面条件。根据液冷板的结构特点及生产条件，主要选用熔化极气体自动保护焊、手工钨极氩弧焊及半自动MIG熔化极氩弧焊进行焊接试验和比对。
（1）熔化极气体自动保护焊，焊接成型美观，水平焊接液冷板长缝效率比较高。但在液冷板的组对及处理中，无法保证完全去除焊缝周边的氧化物、油污等。特别容易产生气孔的缺陷，液冷板焊缝的两端，仍需要人工焊接的方式解决。
（2）手工钨极氩弧焊，焊接操作方便、容易控制、成型美观，适应液冷板焊缝结构的设计。但生产效率低。
（3）半自动MIG熔化极氩弧焊，采用双脉冲MIG焊是在常规脉冲MIG焊技术的基础上针对铝合金焊接而设计的一种新工艺。如果参数设置得当， 可以降低气孔发生率， 细化焊缝晶粒， 扩宽焊接接头间隙范围， 在确保焊接质量的前提下， 实现比手工氩弧焊3倍以上的焊接效率。到目前为止， 双脉冲MIG 焊是铝硅合金焊接的最佳解决方案之一，也是焊接界研究的热点。
2 液冷板MIG焊前处理要求
铝合金焊接对焊缝周边处理的要求比较苛刻。装配前必须清净表面水渍、油脂、污物及氧化膜，以免焊接时产生气孔等缺陷。表面处理的方法有机械清理法和化学处理法。
（1）机械清理法，一般采用月牙形铝合金专用锉刀、铜刷或者百叶砂纸轮等。
（2）化学清理法效率高，质量稳定，适用于清理中小型尺寸并成批生产的零件。主要清洗的流程：
a.除油：可以采用汽油、丙酮、四氯化碳、磷酸三钠等化学清洗剂浸泡处理。
b.碱洗：纯铝采用6%～12%的NaOH，水温控制在40～60℃，浸泡时间≤20min；铝合金采用6%～10%的NaOH，水温控制在40～60℃，浸泡时间≤7min。
c.冲洗：采用流动清水冲刷。
d.中和光化：采用HNO3溶液，水温控制在40～60℃，浸泡时间1～3min。
e.干燥：风干或者低温干燥。
（3）本装置需要焊接清洗的部位只在两侧端头，端头配件采用丙酮或汽油溶液浸泡除油，液冷板端头用丙酮或汽油溶液擦洗后即可组对，焊接之前用钢丝刷（？椎0.15mm不锈钢丝或头丝刷）刷到漏出金属光泽为止，一般在清理后4～8h之内施焊。
如图1：
3 液冷板的焊接工艺设计
液冷板的手工MIG熔化极氩弧焊焊接工艺设计：
通过实践中的对比试验，手工MIG熔化极氩弧焊来焊接液冷板，焊缝的成型美观，质量稳定且生产效率高。
（1）焊机的选择，本机选用国产知名品牌NBC-300-GM 型，逆变式脉冲熔化极氩气保护焊机，简称MIG。主要特点：数字化CPU控制系统，采用IGBT高频软开关控制技术，采用强脉冲引弧等。电源电压：380V；频率：50Hz；额定输出功率：8KVA；输出电流调节范围：20-300A；输出电压调节范围：10-32V；焊丝直径？椎1.2-1.6mm；气体流量：15-20L/min。如图2：
（2）焊接前准备。确保电源、地线接触牢固，无松动现象。正确安装好焊枪、焊丝及保护气体。设计好焊接专用平台，高度适中，在放置焊枪的一侧为导电板，相对的一侧设计绝缘板（尼龙板）。如图3：
（3）基本焊接的方法
a.液冷板为铝硅合金扁型材方管，壁厚2mm。选用铝4043，直径？椎1.2mm焊丝，氩气纯度必须保证99.99%。为了提高效率，每次以成对（2片）同时焊接，在焊接过程中，防止飞溅污染焊道周边的母材，设置遮挡板。如图4。
b.所有的脉冲焊接为左向焊法，即焊接时焊枪的行走方向是从右向左行走。焊枪与工件的相对前进倾角为80°，左右角90°，焊丝及电弧對正焊缝中心。
c.先逐一焊接液冷板端头的短焊缝，保证根部熔接及足够的焊肉高度，同时起到了连接件有效固定的作用。在成对连续焊接长焊缝之前，要用角磨机对长焊缝两端的焊点进行修磨处理，保证焊接时接头的熔接质量。
d.焊接长焊缝时，从右侧端点起弧，保证接头的熔合质量后，迅速控制连续焊，结尾处在保证充分熔合的基础上，避免收尾的缩孔出现，通过拉长电弧或者电弧填充的方式防止。焊接完一面后进行翻面焊接，焊接完一端后，调换焊接液冷板的另一端。
焊接成型如图5：
e.焊接过程中，注意液冷板本体的保护，避免硬性的磕碰，遮挡板要有效遮挡，端头接管的保护套防止脱落。导电尽量用焊缝部位接触下部导电板，防止母材出现闪击点。
（4）焊接工艺参数设计
调节方法及设定的焊接参数是经过多组参数对比试验而得，本节不详细论述对比试验的过程。直接提供试验取得参数调节方法及参考数值。
a.调节面板的功能设置，为了操作简单，保证焊机在最理想的状态下焊接，先开启面板左边的“一元/个别”按钮设置为“一元”灯亮；面板右边的“焊丝材质”按钮设置为“铝硅”灯亮；“焊丝直径”按钮设置为“1.2”灯亮；“脉冲选择”按钮设置为“双脉冲”灯亮；“操作模式”按钮设置为“2T”灯亮。如图6。
b.焊接参数设置
焊接电压和电流：基础焊接电压19.2V，电流82A。依据操作者焊接习惯不同，电压的调节范围控制在19.2～20之间，电流控制在75～85A之间。
程序设置：“一元”状态下，重新选择焊丝材质“铝硅”，焊丝直径“1.2”，并按“调整”键，调整“Pr1～Pr7”的值，如下图所示。
弧长控制：在焊接过程中，电弧长度调整在1-2mm最为合适。如果为了提高焊接速度，电压和电流设置的数值较大，电弧长度可以控制在2-4mm。
干伸长：干伸长即焊丝伸出枪口的长度，最理想的干伸长为10～15mm。焊接过程中，焊枪口与工件之间要始终保持这个高度。
（5）焊接工艺难点及缺陷修补
a.焊接工艺难点
液冷板MIG的焊接完成后，必须将焊道加工打磨后与母材齐平，形成完整无缺陷的整体效果。因此，焊接过程中必须保证没有任何咬边、塌陷、根部未熔合及根部气孔、夹渣的缺陷。液冷板壁厚仅2mm，内部为介质通道，尤其是水嘴端头部分，必须控制熔深，防止烧穿和塌陷封闭通道的严重缺陷。打磨后的成品要做封闭性检验，做0.7Mpa气密性检测。这是液冷板最重要的工艺难点。焊道的成型如何，焊接过程是一遍成型，必须保证根部的焊接质量。焊接人员在焊接过程中从焊道的清理、点焊加固、接头处理、焊接过程中，根部完美的融合性控制、保护气体氩气的纯度等，每一个环节都不能马虎，成品的合格率要保证95%以上。
b.常见的焊接工艺缺陷产生的原因分析
气孔：保护气体不纯或供气不足、防风措施不利卷入空气、喷嘴被飞溅物堵塞不畅通、喷嘴与工件的距离过大导致电弧过长、电弧电压太高、焊丝及母材质量缺陷、焊接区表面被污染，油污水分等未清除。
咬边：电弧过长、弧压过高、焊接速度过快、焊接电流太大、焊丝位置不当没有对中、焊丝摆动不平稳等。
未熔合：焊接电流太小、送丝不均匀、电弧电压参数不对、焊接速度过快、焊丝对中差未能熔焊到等。
焊缝成型不良：主要是工艺参数不适合、焊丝位置不对中、送死滚轮的中心偏移、焊丝矫直机构调整不当、导电嘴松动等。
梨形裂缝：是焊接过程中（非收尾处缩孔）产生的类似梨形的裂纹，主要是焊接电流过大、焊接速度不稳、坡口过窄、电弧电压太低等。
电弧不稳定：是导电嘴松动或已经磨损或是与焊丝比直径过大、焊丝盘转动不均匀，送丝轮沟槽磨损或不配套、加压滚轮压力不适合、导丝管藏污纳垢或破损产生阻力过大、焊接电流过低或电弧电压波动、焊丝干伸长过大、焊件上有脏污、地线放的位置不当等。
飞溅：主要因短弧过渡时电感量不适当、焊接电流和电弧电压配合不当、焊丝和焊件清理不良等。
焊接缺陷处理：用直磨机修整后重新熔焊即可
4 焊接時劳动保护措施
液冷板MIG焊接时主要有烟气、弧光辐射、噪音等危害身体健康。必须采取严格的防护措施，加强劳动保护。
（1）在焊接工作场地设置良好的通风措施。无完整通风设备时，焊工操作区采用小型自净式电焊烟尘吸收器除尘、滤毒。
（2）焊工操作时要带静电防尘口罩，防护口罩，建议采用3M-9501V（防焊接烟尘等）。穿好工作服，戴好手套。
（3）对焊工进行定期的体检。上岗之前必须进行专项安全作业培训。HGJ222--92《铝及铝合金焊接技术规程》之要求。
5 结束语
（1）电动汽车电池液冷板属于专项焊接工程，通过实践中的试验和对比，采用手工MIG熔化极氩弧焊取得了非常好的生产效率及焊接质量。
（2）从实践工作中总结的焊接工艺设计，其参数明确，操作方便，可行性强。
参考文献：
[1]中国机械工程学会焊接分会编.焊接手册.第2版.第2卷.材料的焊接[M].北京：机械工业出版社，2001，8.
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