EV转接片焊接工序工艺手册

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转接片焊接设备原理、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软连接激光焊接机设备有以下主要功能：a) 自动上下料b) 顶盖刻条码：二维码c) 顶盖与转接片的装配和激光焊接：铜跟顶盖负极、铝跟顶盖正极d) 读顶盖条码确认并将信息上传系统、焊接位清洁e) 焊接位置清洁f) 顶盖与转接片焊接位置贴胶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）工位循环时间/s裸电芯上料10S转运至大转盘7S放盖板14S激光焊接12S取盖板10S吸尘10S贴附焊印胶4S转运至合芯工位20S放顶支架4S合芯3S转运至捆扎工位20S捆扎贴胶5S电芯下料10S3拉48173系列（如100Ah、105Ah、135Ah等）工位循环时间/s来料码与顶盖绑定4S放顶盖1S放电芯1S放压合盖板1S放电芯盖板1S按启动按钮1S转至焊接工位焊接4S激光焊接12S(与电芯下料同时进行，不影响生产时间)掀电芯盖板1S取压合盖板1S取电芯1S拿电芯（贴胶）1S吸尘2S焊印贴胶8S放电芯1S取电芯（捆扎）1S捆扎贴胶12S放电芯1S2.3设备主要部件2.3.1上、下料机构功能：1）从料盘（顶盖托盘、转接片托盘）上抓取顶盖、铜/铝软连接，放到二次定位机构内；2）从定位机构内抓取顶盖、铜/铝软连接，放到设备的工装夹具内；3）从工装夹具内抓取成品顶盖组件，下料致成品托盘。机构配置：顶盖、铜/铝软连接上料机构、成品下料机构各1套，共3套上下料机构。功能要求：1）满足设备产能12PPM要求。2）抓取可靠，无掉料或夹伤物料，机构运行重复精度：≤±0.05mm。3）抓取、机构运行时候管控金属及非金属颗粒。4）顶盖和“T”型铜/铝软连接，顶盖、转接片采用电木盘上料；料盘外形尺寸统一，料盘和设备对接处有防止放反的防呆设计。5）顶盖和铜、铝软连接片可实时加料不停机。6）装配前，顶盖/铜/铝软连接需有二次定位机构。7）机械手拖链中增加1条备用信号线。2.3.2顶盖激光刻码机构功能：用激光在顶盖外表面规定位置按照规定规格/格式刻出二位码，以便于信息的追溯；机构配置：激光器、激光控制箱、刻码软件、激光扫描头、工控机等各1套，参数如下：1、激光系统参数：型号FPS-30（镭射谷）：1）激光介质/波长：1064nm；2）平均功率：30W±5%；3）光束质量：M2<2；4）能量稳定性：<2%rms（PowerMode）；5）脉冲宽度：5-200ns；6）脉冲能量/峰值功率：2-10KW/20KHZ；7）频率：20KHZ-100KHZ；8）免维护时间：≥10,000hours；9）瞄准光束：2M类红色半导体激光，波长635nm，功率3mw；10）电力供应：AC220V/50Hz/1000W；11）冷却方式:风冷；12）运行温度：+10~+35℃（46~95F）；湿度40%，最高70%，无冷凝；2、顶盖刻码标准振镜头参数：1）物镜：F254；2）标记区域：180×180mm2；3）标记速度：600-1000letter/s。功能要求：1）刻码位置及尺寸大小以买方提供图纸为准。2）所刻顶盖条码的自动读取成功率≥99.9%。（建议参照国家标准，注明条码等级）3）刻码系列号可自动递增，时间/日期可自动更换，条码可与字符绑定，同时变更。4）刻码自动递增过程中不能出现重码、位数增减等异常问题，且需要有软件防止出现重码的功能。5）激光头调焦可视化，软件有记录功能。6）调焦丝杆外罩位置配置有刻度标尺，以方便快速、量化调焦。7）就近配有急停开关，刻码过程按下时，激光器需停止刻码。8）工控机连接扫码枪，对刻码顶盖（包括来料条码和公司条码）进行扫码（扫码成功率99.9%），上传BTS。9）软连接与顶盖的装配精度为≤±1mm（软连片与顶盖装配要求以极柱外侧为基准留2mm装配间隙，不超过极柱内侧边缘2mm)。10）刻码时以顶盖外表面为基准，避免因来料厚度差异造成离焦量异常而产生刻码不良。11）激光刻码时产生的废气及金属颗粒回收自动，有吹气及真空除尘装置，杜绝残留金属颗粒。12）所有观察窗口需要有门禁系统，打开窗门设备报警，激光立即停止。2.3.3软连接激光焊接机构功能：通过连续激光把铜/铝软连接焊接到顶盖对应的极柱内表面上；机构配置：夹具、激光焊接机、吸尘机构等各1套。其中，激光焊接机为IPG6000W连续光纤激光器，功率显示分辨率1W；输出功率稳定性（波动）＜3%；功率线性相关性R2＞99%（激光功率超过上下限报警）；功能要求：1）激光头焦距可数字化显示、调节，范围-5.0~+5.0mm，调整精度≤0.05mm（增加刻度尺/刻度盘，刻度精度0.1mm，以便核对离焦量变化）。2）激光器输出参数可导出记录、追溯。3）工件静止，激光头、系统X、Y、Z三轴移动，三轴移到的重复定位精度≤±0.02mm。4）焊接轨迹采用CNC编程或示教方式输入，焊接过程自动化，参数可修改，可设定操作与修改权限。5）激光连续焊接速度：130mm/s，激光头移动速度：110~150mm/s，实际速度显示分辨率：1mm/s，移动速度波动＜2%。速度范围内移动时，激光头抖动振幅（X/Y/Z轴）≤0.05mm（激光头移动稳定性）。6）激光焊接时，需要能同轴吹保护气（厂房氮气），焊接照明采用蓝光。7）软连接激光焊接面积以买方提供图纸为准。8）刻码、焊接参数需可视化、可追溯，并和顶盖条码绑定。9）就近配有急停开关，刻码过程按下时，激光器需停止焊接。10）焊接以顶盖极柱内表面为基准，避免因来料厚度差异造成离焦量异常，产生焊接不良问题。11）须避免设备自身以及环境振动对刻码/焊接稳定性、品质的影响。12）激光焊接时产生的废气及金属颗粒回收自动，使用尼龙旋转刷擦，有吹气及真快除尘装置，杜绝残留金属颗粒。13）所有观察窗口需要有门禁系统，打开窗门激光立即停止。2.3.4焊接位清洁吸尘机构功能：吸取或除去顶盖与软连接焊接区粉尘、熔珠残渣等；机构配备：毛刷清洁机构、吸尘机构各1套、增加真空除尘机构（待验证）；功能要求：1）清洁毛刷需要有自清洁功能；2）吸尘时间≥3s；（清洁时间3S）3）清洁、吸尘过程中不允许损坏顶盖与转接片（包括将转接片撞变形）。2.3.5焊接位贴胶机构功能：在软连接激光焊接表面贴上规定的保护胶带；机构配置：适应卷料胶带的备胶、贴胶机构1套；功能要求：1）贴胶位置参照买方的软连接贴胶区域图纸。2）胶带长度、贴胶位置可调整（可调整的范围:长度可调3mm,位置可调5mm）。3）备胶不良的真空检测、预警功能。4）贴胶良品率≥99.9%。5）换胶时间≤1min。2.4设备技术参数1.设备产品优率：≥99.5%；2.设备产能/速度：≥12PPM；3.设备故障率：≤2%；4.装配精度:±1mm。3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（阳极）工艺参数（阴极）峰值4.0±0.8KW2.5±0.5KW有效焊印总面积≥40mm2≥55mm2有效焊印数量≥4离焦量2±1mm焊接拉力≥200N3拉48173系列（如100Ah、105Ah、135Ah等）项目工艺参数（阳极）工艺参数（阴极）峰值4.0±1.0KW2.5±1.0KW有效焊印总面积≥36mm2≥48.4mm2有效焊印数量≥4Z轴高度25-35cm焊接拉力≥100N转接片激光焊接区距顶盖焊接区边缘＜2mm6来料管控要求来料外观极耳状态转接片裸电芯隔膜无破损、无脏污无漏焊、无打折、无破裂、无错位无凸起（下凹）、无歪斜、无脏污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)转接片焊接拉力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ItemsResultJudgmentNdc11Approved%GRR(%SV)12.45NeedImprove%P/T(SV/Toler)22.83NeedImprove9人员管控要求9.1辅助工具无尘纸、酒精、收纳盒、钳子、剪刀、清洁牙刷、废品袋等9.2劳保用品无尘服、隔热手套、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转接片虚焊（残留面积不足）案例：1、2021/6/8日135Ah转接片焊接工序出现铝和铜均出现收尾2条焊线间断性出现残留不足，6/8~6/19日期间，转接片间断出现焊接不稳定，通过不断进行交叉验证和调试改善，均未能有效改善焊接稳定性，导致产线间断性停拉，影响计划达成和产品质量。对此，进行了以下相关调试。（1）焊接高度验证对焊接焦点和高度重新进行确认，降低Z轴高度向焦点靠近；Z轴高度从32.8降低到32.5，由下图可以看到收尾两条焊线仍然存在残留不连续，焊接有波动。（2）除尘高度和除尘风速验证验证除尘风速对烟尘的吸除，防止烟尘影响激光穿到达工件表面，除尘高度低，风速大，影响焊接温度和熔融效果。由下图可以看到，对电芯焊接收尾焊线的残留面积有轻微改善，但并非是变异主因。（3）焊接除尘罩遮挡激光对除尘罩拆卸，验证除尘罩位置偏差，导致的焊接时干涉激光出光；由下图可知拆除除尘罩无改善。（4）焊接盖板压装压紧验证通过增大焊接盖板压合气缸压力，增加转接片和顶盖直接的贴合，验证贴合状态对焊接的改善；可以看到放料时转接片和极柱偏移，不会导致焊线异常。（5）增大铝焊接功率将铝转接片焊接功率由42%增加到47%，功率增加后对焊接稳定性无改善。（6）顶盖来料异常通过验证将顶盖极柱使用砂纸进行打磨，排除极柱表面有氧化层导致的焊接不良，打磨极柱对稳定性无改善。（7）焊线位置合并改善合并收尾位置两条焊线，在同一位置附近重复走两次，间接提升了焊接融合效果，可以改善残留面积，但是最后两条焊线仍然会间接出现残留不