杨庆斌，李迎青

（青海时代新能源科技有限公司，青海 西宁 810000）

AL3003广泛用于制作方形动力电池外壳。其材质为铝锰合金，具有良好的强度，可塑性性，一般焊接方式为有氩弧焊和惰性气体熔化级电弧两种方式，但是这两种焊接方式很容在焊接过程当中产生裂纹、变形等问题，因此，制约了其在动力电池焊接上的应用[1,2]。传统的动力电池激光焊接模式采用固体脉冲激光（YAG）焊接方式，其特点是利用连续的焊接点，多个重合覆盖并形成线焊接。

全固态激光器以半导体激光器作为泵浦源，与YAG激光器不同的是，该激光器工作物质以及激励源均采用固体物质组成，全固态激光器具备固体激光器与半导体激光器的特点。在采用全固态激光器作为焊接输入能量时，在进行方形动力电池外科材料焊接时，要对其参数进行试验，并分析焊接接头显微组织所形成的性能，为其在方形动力电池的焊接上提供参考。

1 试验材料和方法

（1）试验材料。材料为常用的方形动力电池外壳AL3003铝合金，其化学成分如表1所示。

表1 AL3003化学组成%

（2）试验条件。采用功率为3000 W的全固态激光器（DPSSL），技术参数指标如下表2。

表2 激光器技术参数

（3）试验方法。为防止异物导致的焊接不良，使用酒精清洗焊接铝壳和顶盖，利用焊接夹具将其夹紧，并用拼接焊接方式进行焊接，这样可以避免在焊接过程中产生的负面影响。

2 试验结果与讨论

（1）工艺参数。前期大量试验的基础上，确定了焊接焦点位置，通过对激光输出功率的调整，分析焊接速度、焊接内部质量的数据，所采用的工艺参数如表3所示。

表3 焊接工艺参数

（2）焊接功率对焊缝质量的影响。首先调节激光输出功率参数，焊缝宽度会随着激光功率的增大逐渐变宽，如图a、b所示。当功率增加到2300w时，工件焊接通过(见图2a)。激光输出功率决定了焊接宽度与焊接深度。当激光功率输入过小时，熔池偏浅，焊接后电池的密封性能和力学性能将受到影响，在实际生产过程中，需要每班测试电池激光焊接后的密封性能和抗拉强度性能，因此合适的焊接输入功率显得尤为重要，只有在利用合理的焊接输入功率，才能获得良好的焊接质量。

图1 焊缝表面图像

（3）焊接速度对焊缝质量的影响。在焊接功率参数不变的条件下，激光焊接速度可适当进行调整，这样就可以看出，速度越快，焊接缝隙的宽度就越小（见图1c、d）。通过金像试验分析可以看出，焊缝的熔深在逐渐减小时，焊透会变为未焊透，表面出现虚焊。如果焊接速度过慢，材料会在短时间内吸收过多的能量，导致过度熔合，导致焊缝过宽，热影响区较大，容易产生热裂纹。通过试验分析得出，激光功率为2100W，焊接速度10mm/s；激光功率2300W，焊接速度20mm/s时，能获得较好的焊缝质量和合适的溶深。

图2 焊缝背面形貌

（4）接头显微组织分析。激光焊接后在母材表面上形成了熔池，焊接完成后，工件表面温度下降，熔池迅速冷却，形成焊缝。可以看出，在材料冷却凝固过程中，根据母材晶核形态，靠近熔池边缘和母材的区域为晶面。当熔池开始凝固时，晶粒从与基体接触点沿焊缝中心外延扩展，形成树枝状结构，熔合区为树枝状结构。在焊缝中心附近，焊缝金相为等轴晶。

（5）接头显微硬度。如下图3所示。激光焊接完成后，材料表面冷却速度快，相当于表面快速退火，细化焊缝组织，从而提高焊接接头的显微硬度;其次，激光处于连续光输出模式，热输入均匀，使焊缝组织晶粒更加细化，组织更加致密，位错密度更高，固体显微硬度也随之增加。

图3 典型样品的显微硬度

3 结论

①使用的全固态激光器，对材料（AL3003）的高速焊接。当激光功率2100 W，速度10mm/s；激光功率2300 W，焊接速度20mm/s时，焊缝质量效果较好。②分析焊接接头出的显微组织，发现树枝状组织主要在熔合区，焊缝呈等轴晶，且焊缝有晶粒细化的现象，从而使得焊缝的显微硬度高于母材的硬度。