3003铝合金动力电池外壳磁脉冲焊接工艺与连接结构研究

摘要

新能源汽车的发展能够有效的减缓温室气体排放，从一定程度上减少对石油的依赖。动力电池作为新能源汽车的动力来源，方形电池是动力电池中的典型代表。方形电池盒外壳焊接是动力电池制造过程中的关键部分，焊接质量的好坏直接决定着电池的密封性和耐压程度，从而影响电池的使用寿命和安全性能。本文将磁脉冲焊接技术应用到方形电池盒的制造过程中，对铝合金电池盒外壳的磁脉冲焊接进行了装备开发，数值模拟，工艺试验及性能测试等一系列研究，具体研究内容如下：　　首先，本文根据铝合金电池盒壳体结构和集磁器工作原理提出了两种集磁器结构：整体式集磁器和分离式集磁器。通过商业软件Ls-dyna分别建立了两种不同集磁器作用下的磁脉冲焊接工装模型，利用边界元和有限元相结合的方法模拟了磁脉冲焊接过程。利用光子多普勒测速系统对焊接过程中电池盒壳体的速度进行测量。测得实际电池盒壳体与电池盒端盖的碰撞速度与数值模拟的结果误差在百分之十以内。验证数值模拟结果的可靠性。　　分析了不同集磁器工作时的电流情况，电池盒壳体的变形和电磁力分布情况等。仿真结果显示分离式集磁器作用下的电池盒壳体受到的电磁力和电流密度比受整体式集磁器影响的电池盒壳体更对称。分离式集磁器更适合用于电池盒壳体的磁脉冲焊接试验。　　其次，在仿真分析和预实验结果的指导下，对铝合金电池盒进行了磁脉冲焊接工艺试验。先进行了相同放电能量不同焊接间距的磁脉冲焊接试验，确定最佳焊接间距。焊接过程中出现了电池盒外壳非焊接区域变形问题和圆角处电池盒外壳与端盖焊接面积存在差异等问题导致电池盒样件无法达到密封条件。根据焊接过程中出现的问题最终提出了压焊复合型电池盒端盖，并用实验验证了该端盖的可行性，制成电池盒样件进行保压性能测试。　　最后，从微观层面对焊接区域进行观察，并对圆角区域电池盒外壳与端盖的贴合情况进行分析，得出在保压测试中漏气的原因。对电池盒焊接区域外壳的变形和焊缝的分布情况进行分析。在焊接区域出现一长一短两条焊缝，靠近集磁器开口的却只有一条焊缝。结合磁脉冲焊接条件与数值模拟结果对焊接区域的碰撞角度和碰撞速度进行分析，并焊接区域焊缝分布情况进行了解释。

目录

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目 录

第 1 章 绪论

1.1 研究背景

1.2 磁脉冲焊接技术

1.2.1 电池盒磁脉冲焊接技术的原理

1.2.2 磁脉冲焊接的特点及应用

1.3 磁脉冲焊接技术国内外发展状况

1.3.1工艺实验研究

1.3.2 微观结构探究

1.3.3 数值模拟研究

1.4 铝合金电池盒外壳焊接现状

1.5 本文研究意义与主要内容

第 2 章 铝合金电池盒磁脉冲焊接装置开发

2.1 引言

2.2 两种集磁器结构

2.3电池盒磁脉冲焊接数值模拟模型的建立

2.3.1 分析流程

2.3.2 数值模拟的前处理

2.4 电池盒磁脉冲焊接数值模拟验证分析

2.4.1 PDV 试验装置

2.4.2 测速结果

2.4.3 变形结果

2.5电池盒磁脉冲焊接数值模拟结果分析

2.5.1 电磁场分析

2.5.2 结构场分析

2.5.3 铝合金电池盒磁脉冲焊接装置模型

2.6 本章小结

第 3 章 铝合金电池盒磁脉冲焊接工艺试验

3.1 引言

3.2 磁脉冲焊接工艺试验

3.2.1 试验材料

3.2.2实验设备与工装

3.2.3试验方案

3.2.4焊合效果分析

3.3 电池盒端盖对电池盒焊接的影响

3.3.1 带定位阶梯型电池盒端盖

3.3.2 压焊复合型电池盒端盖

3.4 本章小结

第 4 章 铝合金电池盒磁脉冲焊接微观结构及过程分析

4.1 引言

4.2 电池盒外壳与端盖连接区微观分析

4.2.1 压接结构分析

4.2.2 焊接区微观界面分析

4.2.3 电池盒端盖阶梯处微观结构分析

4.3 磁脉冲焊接过程分析

4.3.1 磁脉冲焊接的实现条件

4.3.2 磁脉冲焊接过程分析

4.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢