EV密封钉焊接工序工艺手册

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总体结构（如图1所示） 32.3主要机构 42.4动作分解及步序图 93动作流程 104工艺原理 105工艺参数 135.1一拉焊接参数 135.2二拉焊接参数 135.3三拉焊接参数 136来料管控要求 137环境管控要求 139人员管控要求 139.1辅助工具 139.2劳保用品 139.3人员培训要求 149.4安全要求 149.4.1公司安全方针 149.4.2注意事项 1410常见异常及应对处理措施 1510.1熔深不足 1510.2爆点 1510.3针孔 151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密封钉焊接设备原理、动作分解，工艺原理、工艺参数，来料、环境管控，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密封钉焊接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动力电池密封钉焊接，该焊接系统主要由激光焊接机和工作台系统构成。工作台由以下功能组成：自动上下料机构；压桩机构，激光清洗机构；自动上钉机构；自动焊接机构和检测机构。2.2总体结构（如图1所示）2.2.1整体布局图2.2.2内部整体结构示意图整机尺寸(最大尺寸):长：2300mm；宽：1850mm；高：2561mm独立电柜尺寸：长：600mm；宽：1200mm；高：1897mm（备注：电柜与机台走线为电柜上面过线，电柜与机台距离为598，考虑到线槽问题，如果需更改相关布局需提前沟通，其他烟雾净化器，主机，冷水机可适当调整相关位置）整机重量：约为1.5T总重与承重面积之比：约为430Kg/m22.2.3产品技术特点：1）焊接工作台采用激光出射头焊接，PC+PLC控制；自动下上料机构、自动输送机构、CCD自动视觉捕捉系统、自动定位夹具、自动抓密封钉振盘机构,自动激光清洗，自动焊接，烟雾净化系统等组成；2）焊接轨迹采用CNC编程和示教方式输入，焊接过程自动化，焊接程序可以修改，可设定操作与修改权限；2.3主要机构2.3.1旋转进出料机构功能：将流水线电池抓入到转盘夹具内及将转盘夹具内的电池抓取放到流水线上；机构配置及动作流程2.3.2动力电池校正压桩机构功能：以电池上表面为基准，保证清洗、抓钉、焊接密封钉处高度一致；机构配置及动作流程2.3.3振镜激光清洗机构功能：将电池密封钉表面处的多余电解液清洗掉；机构配置及动作流程2.3.4上密封钉机构功能：将密封钉放置于电池注液孔处；机构配置及动作流程2.3.5密封钉焊接机构功能：密封钉与电池焊接；机构配置及动作流程2.3.6焊缝检测及NG抓取机构功能：检测密封钉焊缝，如不合格则将其抓取到不合格品区并扫描；机构配置及动作流程2.3.7CCD拍照链接/路径一拉链接为\\EP-P20289-D二拉链接为\\EP-P20077-D三拉链接为\\EP-P20506-Ds2.4动作分解及步序图(5ppm)3动作流程4工艺原理4.1焊接原理激光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，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。4.1.1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4.1.2根据焊缝形成特点分类，激光焊接的机理有两种：热传导焊接当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。激光深熔焊当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。目前激光焊应用领域的扩大，主要应用于：制造业应用、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业、生物医学、其他领域如对BT20钛合金、HEl30合金、Li-ion电池等激光焊接。激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，因此焊接质量比传统焊接方法高。但是，如向保证激光焊接的质量，也就是激光焊接过程监测与质量控制是一个激光利用领域的重要内容，包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器，通过电子计算机处理，针对不同焊接对象和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现自动化激光焊接。在激光焊接中，光束焦点位置是最关键的控制工艺参数之一，在一定激光功率和焊接速度下，只有焦点处于最佳位置范围内才能获得最大熔深和好的焊缝形状。在实际激光焊接中，为了避免和减少影响焦点位置稳定性的因素，需要专门的夹紧和设备技术，这种设备的精确程度与激光焊接的质量高低是相辅相成的。4.2激光焊接的主要特性4.2.1与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点a.速度快、深度大、变形小。b.能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。c.可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。d.激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。e.可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。f.可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。g.激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。4.2.2激光焊接的局限性a.要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。b.激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。4.3激光焊接的工艺参数介绍4.3.1功率密度功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。功率密度(W/c㎡)=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=10000um脉冲焊接平均功率=峰值功率(W)*脉宽(S)*频率(Hz)4.3.2激光脉冲波形激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。4.3.3激光脉冲宽度脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。4.3.4离焦量对焊接质量的影响激光焊接通常需要一定的离焦，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。5工艺参数参数规格参数规格功率6.5±0.5KW脉宽10±2ms频率20±5HZ速度6±2mm/s离焦量-0.8-1.8mm保护气流量35±10L/min6来料管控要求来料保有量外观二次注液后电芯符合规格无电解液，塑胶钉无翘起7环境管控要求指标规格公差温度（℃）23±5相对湿度（%）≤2NA露点温度（℃）≤-28NA9人员管控要求9.1辅助工具收纳盒、推车、六角扳手等9.2劳保用品无尘服、手套、口罩、防护眼罩、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熔深不足10.1.1原因分析a.轨迹偏移：焊接轨迹不在焊缝上，即使最大熔深达到要求，有效熔深可能不合格；可调整焊接基准，使轨迹与焊缝吻合；b.镜片未清洁：保护镜片上有很多焊渣、烟雾，导致激光能量衰弱，有效和最大熔深都达不到规格；c.氪灯达到寿命：当氪灯达到使用寿命时，激光能量衰弱，导致虚焊；10.1.2案例2021.10.30三拉密封钉首件DB有效熔深286um，追溯当月数据发现DB有效熔深波动较大，联系ME将焊接