EV顶盖焊接工序工艺手册

适用范围：AMENDMENTRECORDSREV.ECNNO.CHANGEDESCRIPTIONEFF.DATEPREPAREDBYAPPROVEDBYA目录1工序目的 32设备简介 32.1设备功能和原理介绍 32.2设备动作分解 32.3设备主要部件 52.3.1上、下料机构 52.3.2顶盖激光刻码机构 52.3.3软连接激光焊接机构 72.3.4焊接位清洁吸尘机构 82.3.5焊接位贴胶机构 82.4设备技术参数 83动作流程 84转接片焊接工艺原理 94.1激光焊接原理 94.2激光焊接分类 94.3激光焊接影响因素 115工艺参数 176来料管控要求 187环境管控要求 188测量系统分析(MSA) 189人员管控要求 199.1辅助工具 199.2劳保用品 209.3人员培训要求 209.4安全要求 209.4.1公司安全方针 209.4.2注意事项 2010常见异常及应对处理措施 2110.1转接片虚焊（残留面积不足） 2110.2转接片焊接爆点 2610.3极柱溢胶、裂纹 281工序目的本工艺手册根据“人、机、料、法、环、测”质量控制方法，内容涵盖EV顶盖焊接设备原理、动作分解，工艺原理、工艺参数，来料、环境管控，测量系统分析，人员管控要求等，以便公司内员工学习及经验的积累，旨在提高EV卷绕工序产能和内外部客户满意度。2设备简介2.1设备功能和原理介绍该设备主要用于实现动力电池的顶盖与壳体之间的自动激光焊接。设备主要功能包括：电池Barcode扫描、电池入夹具定位、焊接、CCD检测、翻边过辊、翻边检测。焊接过程氮气保护、焊接飞溅物以及烟尘吸收处理、MES追溯系统等功能。2.2设备动作分解1拉72173系列（如277Ah、280Ah、302Ah等）、2拉54173系列（如200Ah、206Ah等）3拉48173系列（如100Ah、105Ah、135Ah等）工位循环时间/s电芯上料10S转运至焊接工位50S激光焊接12S转运至下料拉带50S轮廓检测5S电芯下料10S2.3设备主要部件2.3.1机身本体（含外罩）（1）功能：承载本设备上的各个工作单元、电控单元、人机界面等。（2）机构配置：方通机架、机罩（型材+钣金）、方通+大理石机架、人机界面、FFU空气过滤器等。2.3.2机器人上下料机构及扫码（1）功能：读取物流线上预焊接产品的二维码，读码OK待焊接产品抓取到转盘治具位；转盘旋转到下一个工位进行焊接；（2）机构配置：四轴机器人，扫码枪等（3）动作说明：①检测到预焊后的产品到位；②机器人到盖板取料位吸取保护盖板（保护电芯极柱在焊接时损伤）；③机器人到产品到料检测位，抓取预焊产品；④机器人在移载到转盘上下料工位，把产品放入到转盘治具内；⑤机器人上升并移载抓取下组产品，同时平台旋转一个工位；⑥产品经过二次定位及焊接；辊压翻边；爆点检测；⑦机器人把焊接完成的产品抓取放到分支流水线成品工位，若有NG品则放到NG流水线上。⑧机器人移载到流程线半成品位置，重复循环以上动作.2.3.3保护盖循环机构（1）功能：用于焊接过程中保护电池正、负极柱和防暴阀，防止烧伤电池极柱以及飞溅物损伤防暴阀；用于保护盖的更换、传输不影响整机运行。（2）机构配置：保护盖、保护盖循环机构、不良线等。2.3.4旋转平台及产品定位机构（1）功能：进行产品的二次定位、焊接、检测、翻边辊压等功能；（2）机构配置：转盘组件、四工位分割器、转盘治具等。（3）动作说明：①开机启动后，旋转平台旋转自检四个工位是否有产品未清除，若有产品，对射感应器给出信号报警，人工清理拿走；否则，转盘待运行；②旋转平台主要完成工位：平台上下料治具工位；二次定位及焊接工位，辊压翻边工位，爆点检测工位；③产品放入旋转平台上下料治具内，对产品进行旋转移载；2.3.5电池定位机构（1）功能：焊接前对电池长、宽、高度方向上定位夹紧。（2）机构配置：长边定位机构、短边定位机构、上定位夹具部件。（3）动作说明：①产品由旋转平台到焊接工位，顶升机构将产品夹住，顶升到二次定位机构夹具，顶升气缸下降，上定位移动，顶升气缸顶升，长边气缸夹紧，顶升气缸保持，短边气缸夹紧，上定位复位；②重复上个焊接治具定位循环动作。2.3.6焊接机构（1）功能：激光聚焦，离焦量测量，焊接吹保护气，运动机构拖动激光头扫描焊接轨迹。（2）机构配置：三轴运动平台、激光头、距离测量部件。（3）激光器参数：总功率8KW，电压三相380V，电流15A；（4）动作说明：①产品由旋转平台到焊接工位，顶升机构把电池顶升到焊接位，顶升气缸下降，上定位移动，长边气缸夹紧并保持，顶升气缸保持，短边气缸夹紧并保持，上定位复位，离焦量检测；②抽尘和吹保护气体开启，Y轴直线模组带动激光头的开始焊接；③焊接完成后，短边气缸夹紧复位，长边气缸夹紧复位，顶升气缸复位，治具移动到下一工位；④产品由旋转平台到下一个工位，同时上一个产品到焊接工位，重复上个焊接循环动作；2.3.7焊接飞溅&烟尘处理机构（1）功能焊接过程实时清理焊接飞溅物和烟尘。（2）机构配置：同轴吸尘部件。（3）用烟雾净化器配合吸尘口对焊接飞溅物和烟尘颗粒物进行收集及过滤处理。2.3.8CCD(500万像素)检测机构（1）功能:检测满焊产品是否有爆点、漏焊、虚焊等现象，挑出不良品。（2）机构配置：相机、光源、运动模组等。①相机固定在X轴电机平台上；②产品经顶升机构到CCD检测位置；③X轴电机平台带动相机分段检测外观不良；④检测完成后，顶升机构下降把产品复位到旋转治具内；⑤顶升机构复位，X轴电机复位原点；⑥旋转平台转动一个工位,进入下一个CCD检测周期循环动作。2.3.9辊压去翻边与翻边检测机构（1）功能:用于去除焊接翻边、测量焊接翻边值。（2）机构配置：辊压部件、轮廓仪、运动模组。（3）动作说明：①辊压翻边滚轮机构为活动可调节式，调整范围0-10°；②产品经顶升机构顶到辊压翻边位置；③二次定位夹紧电池并保持；④辊压翻边，旋转毛刷清理电池上余留的粉尘，固定毛刷清理滚轮上余留的粉尘；⑤运动模组带动轮廓仪（精度0.01）检测电池长边的翻边值；⑤辊压翻边与翻边检测完成后二次定位松开；⑥顶升机构下降到原点；⑦旋转平台转动一个工位,进入下一个辊压翻边周期循环动作。2.3.10顶升机构（1）功能:将转盘上的产品顶升到相对应工位。（2）机构配置：顶升部件、夹爪组件。（3）动作说明：①旋转平台来料到相应工位；②升降机构顶升产品到相应激光焊接位，CCD检测位，辊压翻边位与翻边检测位；③爆点检测，辊压翻边与翻边检测完成后；④升降机构下降把产品复位到相应工位；⑤顶升机构复位，继续循环以上动作流程.2.4设备技术参数1.生产节拍：≥6PPM(按焊接速度70mm/s计算)。2.CPK≥1.333.一次优率：设备产品一次优率≥99%（只由设备造成的坏品包括：压伤、偏光、断焊、翻边超规格，来料污染、变形造成的坏品除外）。4.MTBF（平均故障间隔时间）:≥4H5.不良品检测：漏杀率=0%，过杀率≤0.2%；6.设备故障率:DT≤2.0%（只由设备引起的故障）。7.品种切换时间：同系列产品间的换型时间为≤1小时/人/台；跨系列换型时间为≤4小时/人/台。8.工艺参数切换时间≤10min；设备可存储记忆5组以上参数，以便随时调用（每组均包含对应离焦量、焊接轨迹、焊接功率、焊接速度等信息）。9.测量系统满足:GR＆R≤10%（Master测量）。10.焊缝耐压≥1.1MPa。11.设备外形尺寸：2180x1980x2400mm(不含激光器主机、冷水机、吸尘器等）。12.设备重量≤5T13.系统功率：≤20KW3动作流程4转接片焊接工艺原理4.1激光焊接原理激光焊接属于非接触式焊接，是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，使金属熔化形成焊接。4.2激光焊接分类1.按工作方式分类脉冲激光焊接YAG/QCW连续激光焊接光纤激光器/半导体激光器脉冲方式连续方式2.根据焊缝形成特点分类热传导焊接激光辐射能量只作用于材料表面，材料表面温度升高而熔化，然后通过热传导方式向材料内部扩散，使熔化区逐渐扩大，凝固后形成焊点或焊缝，其熔深轮廓近似于半球形，这种焊接机理称为热传导焊接。其特点为激光光斑功率密度小，大部分被金属表面反射，光的吸收率低，焊接熔深浅，深宽比小，主要用于厚度小于1mm的材料加工。深熔焊接激光光斑功率密度足够大时，金属材料在激光的照射下，表面温度在极短时间内迅速升高到沸点，使金属熔化和汽化，金属蒸汽迅速逸出对熔化的金属产生一个附件压力，使熔池表面向下凹陷，同时向坑外飞出的蒸汽将熔化的金属挤向四周，形成小孔。当光束能量所产生的金属蒸汽的反冲压力与液态金属表面的张力和重力平衡后，小孔不再加深，形成一个深度稳定的孔而进行焊接，因此称之为深熔焊接。其特点为激光光斑功率密度大，金属表面激光吸收率高，焊接熔深深，深宽比大。4.3激光焊接影响因素1.激光功率密度激光功率密度指单位面积内的激光功率。功率密度(W/cm2)=激光峰值功率(W)/光斑直径(cm)光斑直径(mm)=[激光头准直焦距(mm)/聚焦焦距(mm)]*光纤芯径(mm)1cm=10mm=10000um2.激光功率（1）激光脉冲能量YAG脉冲激光器激光脉冲能量指单个脉冲所输出的能量。在点焊时，单点能量的稳定性对焊接质量的影响很大。单脉冲能量(J)=峰值功率(W)*脉宽(S)对于铝、铜、金、银等属于高导热率金属，焊接过程中热量散失迅速，使得焊缝很难保持较长时间的熔融状态，需采用高峰值功率，瞬间将材料熔化已增加材料对激光吸收率。峰值功率越高，熔深越深；脉宽越宽，焊点直径越大。（2）激光功率光纤激光器光纤激光器的激光功率即设备的平均功率。激光功率越大，焊接熔深越深，熔宽也会有所增加注：高反射材料焊接时，如铝、铜等，激光功率不够时，会导致材料未有效熔合，出现细线。如下图：激光功率阈值不够时，材料吸收激光少，大部分被反射，容易出现高反报警，有可能损坏激光器，此时应增加激光功率，使材料有效熔融，减少反射。3.激光波形（1）常用脉冲波形（针对YAG脉冲激光器）方波（矩形波）：适用于焊接表面反射率低的钢、铁、镍等金属梯形波：适用于焊接表面反射率高的铝、铜、金、银等金属由于铝、铜等属于高导热率金属，焊接过程中热量散失迅速，为了降低焊点的冷却速度，延长焊点的固化时间，使熔池流动更为充分，减少气孔、裂纹等缺陷的产生，固采用梯形波。注意：波形是可以任意设置的，可根据产品实际的焊接效果进行调整。（2）焊缝波形YAG脉冲激光器的缝焊波形设置a.计算焊接位置所需的焊接点数；焊接点数=【重复频率（Hz）/焊接速度（mm/s）】*焊接长度（mm）b.选择缝焊模式，将缝焊模式与焊接波形数据模式调成一致；c.设置开始的焊点和收尾处的焊点单脉冲能量，可通过调整峰值功率的百分比实现。开始的焊点单脉冲能量逐渐增加，收尾处的焊点单脉冲能量逐渐减小，以达到渐进渐出的焊接效果；d.开启缝焊模式。光纤激光器的缝焊波形设置目的：以减少焊接开始位置的熔池堆积和减小结尾处的弧坑，改善焊接效果。操作方法：a.通过工作台的编程软件查看焊接位置所需要的焊接时间b.选择激光控制盒能够设置缝焊波形的模式c.根据焊接时间设置焊接开始时间段和收尾时间段的激光功率百分比大小，开始段激光功率缓慢上升，首尾段激光功率缓慢下降。4.焊接速度YAG脉冲激光器焊接速度与焊点直径、点距及脉冲重复频率的关系：重叠率=（焊点直径-点距）/焊点直径点距=焊接速度/（焊点直径*脉冲重复频率）光纤激光器焊接速度对焊缝宽度影响最大，其次影响焊接熔深。焊接速度越快，焊缝宽度越小，相应熔深有所减小。5.离焦量包括正离焦、焦点位置和负离焦。焦点在被焊工件的上方为正离焦；相反，焦点在被焊工件的下方为负离焦。产品熔深要求较大时，采用负离焦；焊接薄材料时宜采用正离焦。正离焦焊接外观较负离焦好。光纤激光器焊接高反射材料（如铝、铜等）时，宜采用正离焦，负离焦容易出现高反报警。6.保护气体保护气体种类（1）氮气N2不锈钢（2）氩气Ar碳钢（3）氦气He钛合金（4）氦、氩混合气体铝合金保护气体流量的选择焊接时，保护气体流量大小需根据实际焊接情况而定。通常情况下，在采用大功率连续激光器焊接时，保护气体的流量比脉冲激光焊接时大。保护气体的吹气方式（1）同轴吹气小功率焊接（2）旁轴吹气大功率焊接保护气体的作用（1）驱除或削弱激光焊接过程中产生的等离子体（2）提高焊缝的冷却速度（3）降低焊缝表面氧化程度（4）改善焊缝表面形貌7．被焊工件状态（1）焊接工件的加工精度、装配精度（包括间隙、高低差等）以及清洁程度拼接焊时，允许间隙通常为板厚的十分之一。（2）焊接工件的材料均匀性材料合金元素的分布、材料厚度等都影响着材料的均匀性。8．焊接工装夹具焊接工装夹具主要是将焊接工件准确定位和可靠夹紧，便于焊接工件进行装配和焊接，保证焊接结构精度，有效的防止和减轻焊接热变形。5工艺参数1拉72173系列（如277Ah、280Ah、302Ah等）、2拉54173系列（如200Ah、206Ah等）项目工艺参数拉爆耐压强度≥0.8Mpa功率1050±350W速度50±10mm/s离焦量0±3mm保护气流量45±15L/min(ref.)最大熔深≥700μm最大熔宽≥1100μm有效熔深≥550μm3拉48173系列（如100Ah、105Ah、135Ah等）项目工艺参数拉爆耐压强度≥0.8Mpa功率900±100W速度50±20mm/s离焦量0.5±2.0mm保护气流量45±15L/min(ref.)最大熔深≥700μm最大熔宽≥1100μm有效熔深≥550μm6来料管控要求来料铝壳外观顶盖状态顶盖与铝壳焊接处带铝壳电芯无凹坑、无划痕刻码清晰无歪斜顶盖与铝壳边平齐，不允许上翘7环境管控要求指标规格温度（℃）15~30℃湿度（%）≤45%洁净度30万级8测量系统分析(MSA)顶盖焊接有效熔深MSA报告判定标准ItemsApprovedNeedImproveRejectNdc≥5/＜5%GRR(%SV)≤10%10%~30%≥30%%P/T(SV/Toler)≤10%10%~30%≥30%分析结果ItemsResultJudgmentNdc1570Approved%GRR(%SV)0.09Approved%P/T(SV/Toler)0.00Approved9人员管控要求9.1辅助工具无尘纸、酒精、收纳盒、锉刀、清洁牙刷、放大镜、铁氟龙等9.2劳保用品无尘服、口罩、劳保鞋等9.3人员培训要求新员工在入职培训后，由HR进行入职培训考核；岗前培训考核60分为合格，低于60分给予补考一次的机会，补考仍不合格者予以辞退。岗前培训合格后，分配上拉由组长在一周内对员工进行定岗。定岗后，由专门人员对其实施培训，培训内容为岗位对应的应知应会文件知识与作业方法。考核：理论考核+实操考核。考核合格后发放《上岗证》。9.4安全要求新员工入职必须参加安全教育培训并通过考核，目的是关爱员工健康安全，减少工伤，降低成本，促进企业和谐发展；另外普及安全常识，强化各员工的安全和自我保护意识。9.4.1公司安全方针消防方针：预防为主，防消结合。安全生产方针：安全第一，预防为主。环境方针：保护环境，清洁生产，节能高效，全员参与。职业健康安全方针：以人为本，健康安全，预防为主，科学管理。三不伤害：不伤害自己，不伤害他人，不被别人伤害。工作重点是防火、防爆工作，以防止重大火灾事故的发生；例如生产中用到酒精、电解液等化学危险品以及气瓶等压力容器。重要防范区：仓库、干燥房、压力容器等。锂电池着火属于轻金属火灾，扑救方法特殊，须防止电池着火。要严格遵守设备安全操作指示，避免工伤与设备事故的发生。要认真遵守化学品工作指示，在有职业健康安全危险的岗位，须采取充分的劳动保护措施，同时搞好环境卫生管理，杜绝职业病，营造良好的工作氛围。9.4.2注意事项做好设备、设施、工装、夹具等安全检查、维护保养工作，坚决不用待病设备设施；新入职新员工较多要定期进行班组安全培训知识，强化安全意识，提高自我防护能力；人员必须遵守公司相关安全文件和设备操作规程，要经常自查责任区域的安全隐患；要经常自查、督促员工正确佩戴使用劳保防护用品；经常在生产区域进行检查，及时制止、纠正员工违规、违章作业；员工必须持证上岗，禁止无证上岗作业，杜绝一问三不知人员上岗作业10常见异常及应对处理措施10.1焊接不良（爆点、偏光等）案例：1、135AH前期顶盖焊接一次优率较低，且焊线外观较差；为改善做出以下措施：（1）焊线外观粗糙，怀疑保护气纯度不够；将顶盖焊接保护气换成99%纯度的氮气（原为公司厂房的氦气）焊接5EA电池做验证，对比不同保护气间顶盖焊接效果，发现焊线并无改善。氦气氮气氦气氮气（2）调整激光焊接铜嘴的高度，使得离焦量变小，观察焊接效果。通过以下几组实验，发现铜嘴高度变小，负离焦量变小，焊线会变平整；但是铜嘴高度越低，会有断焊的风险，所以铜嘴高度为100时为最优参数，焊线外观平整光滑且不易断焊。异物爆点2.135Ah顶盖焊接2021.