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激光焊接在新能源汽车中的应用
关键词:激光焊接
2022-10-08

新能源汽车发展现状

2021年中国新能源汽车销量历史性突破350万辆,增长率达到157.5%,同时,市场占有率也不断提升,2021年达到13.4%;新能源汽车已经成为我国汽车行业的重要增量,对汽车产业发展具有重要意义。 

在全球节能减排的大背景下,不少国家和地区都将发展新能源汽车作为战略性新兴产业之一。动力电池作为新能源汽车的核心零部件,近年来产业不断集聚,发展迅猛。某行业报告显示,在交通电动化及储能领域新能源化双核驱动下,预计到2050年全球锂电池出货量将超过14twh,全球锂电产业将保持长期高成长性,形成超十万亿级的巨量市场规模。经过多年的积累与沉淀,我国已经成为动力电池发展的领先者,目前已形成涵盖基础材料、电芯单体、电池系统、制造装备的完整动力电池产业链,三元锂电池、磷酸铁锂电池的系统能量密度处于国际领先水平,全国建成1万多个回收服务网点。 

当前,我国新能源汽车已进入全面市场化拓展期,动力电池产业正处于大规模发展和应用的重要关口,机遇和挑战并存。相关数据显示,2022年上半年我国新能源汽车产量为266.1万辆,销量260万辆,市场渗透率达21.6%。截至今年6月底,我国动力电池装机量累计达531.9gwh,保持全球领先。在车用动力电池方面,今年上半年我国动力电池装车量110.1gwh,同比增长109.8%。其中,三元电池装车量占比41.4%,同比增长51.2%;磷酸铁锂电池装车量占比58.5%,同比增长189.7%。

 

对于动力电池产业的发展,全国政协副主席、中国科学技术协会主席万钢指出,应该重点关注五个方面:一是坚持创新驱动,做到研发一代、储备一代;二是不断强链补链,加强上游矿产资源开发,加强产业链上下协同,在保障市场需求的同时,还要注重报废电池的回收利用,实现关键材料的循环利用,将产业链做全、做强;三是保障安全发展,要持续提高动力电池技术标准,提升车用动力电池系统的热管理水平,实现增量市场的安全性能提升;四是推动拓展应用,要充分发挥车用动力电池的载能和储能特性,通过车网双向互动,为城市电网“削峰填谷”,提高电网调峰的效率、安全应急等响应能力;五是坚持开放合作,构建以国内大循环为主体,国际、国内双循环相互促进的新发展格局,围绕资源开采、提炼,电池技术研发创新,锂、镍等原材料交易市场管理加强国际合作,建立全球统一的电池产品碳足迹核算方法和国际互认的碳足迹认证制度,推动碳排放信息的互联互通。

 

工业和信息化部副部长张云明表示,工信部将聚焦汽车产业转型升级、经济社会绿色低碳发展、碳达峰碳中和目标实现,深入实施《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,推动我国动力电池产业高质量发展。具体而言,一是加强关键技术创新,加快电池性能提升,加强新体系新材料研发布局,不断增强产业链竞争力;二是提升安全管理水平,建立健全安全预警、事故调查等机制,完善安全技术标准,进一步提高产品一致性和安全性水平;三是强化关键资源保障,支持企业加快资源开采、提炼等技术攻关,引导合理开发国内资源,推进无钴电池等技术研发应用;四是健全回收利用体系,加快制定回收利用管理办法,完善相关标准体系,支持拆解、再生等技术攻关和推广应用;五是优化产业发展环境,打造具有国际竞争力的产业集群,深化国际交流合作,实现互利共赢发展。 

据预测,2022年,中国新能源汽车销量有望突破550万辆,带动中国动力电池出货量超过450gwh;同时,受海外市场订单带动,主流动力电池企业将迎来较大规模的产品出口。不过,原材料价格大幅上涨,导致动力电池的成本涨幅更甚,供应商面临较大经营压力。相关数据显示,自2020年底以来,碳酸锂、六氟磷酸锂、pvdf(聚偏氟乙烯)、vc(碳酸亚乙烯酯)、净化磷酸、石墨化、磷酸铁等锂电材料的价格大幅上涨,其中,锂盐价格上涨幅度最大,vc的涨价周期最短。一项市场研究指出,2022年,中国动力电池电芯的价格或将上涨15%~20%。原材料价格高企、供应紧缺使得动力电池行业承压严重。某研究机构指出,为了实现《巴黎气候协定》中将本世纪全球平均气温上升幅度控制在2℃以内的主要目标,2040年,全球清洁能源矿产需求将至少翻番,新能源汽车相关矿产需求将增长30倍,其中,锂增长42倍,石墨增长25倍,钴增长21倍,镍增长19倍。近几年来,动力电池原材料价格持续上涨,致使动力电池生产企业成本压力大增。为保障自身原材料供应,动力电池产业链上下游企业纷纷开启大力布局资源的模式,包括宁德时代、国轩高科、亿纬锂能、lg新能源、紫金矿业、赣锋锂业、富临精工、盛新锂能等国内外锂电制造和资源类企业可谓各显其能。市场机遇与挑战并存,这也让动力电池供应商对于下一步的发展规划有了更多的思考。例如,在上下游产业聚集上,促进区域经济产业化发展,盘活锂、镍、锰、磷等矿产资源,以电池为依托,形成产业集群,与上下游企业共同搭建产业园生态,协同发展。 

在汽车行业的应用

属于熔化焊接,以激光束为能量源,冲击在焊件接头上。激光焊接属非接触式焊接,作业过程不需加压,但需使用惰性气体以防熔池氧化,填料金属偶有使用。激光焊接能进行精确的能量控制,因而可以实现精密微型器件的焊接,且它能应用于很多金属,特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。

 

由于激光焊接速度快、易于实现远程控制和自动化生产,因此被较多应用在汽车制造和新能源电池生产等自动化程度较高的产业当中,随着近年来新能源汽车市场的发展,同时也带动了激光焊接设备的市场需求。数据显示2013年-2019年间我国激光焊接设备的市场规模从15.6亿元一路上涨至101.3亿元。在汽车行业的主要应用工艺主要包括不等厚板的激光拼焊、车身总成与分总成的激光组焊、汽车零部件的激光焊接。而在动力电池领域的防爆阀密封焊接、极耳焊接、软连接焊接、安全帽点焊、电池壳体密封焊接、模组及pack 焊接等工序,都以激光焊接为最佳工艺。激光焊接技术在汽车车身上应用,可做到减轻车身重量以达到省油的目的;激光焊接技术的牢固性和轻量性,可提高车身一体化程度;激光焊接技术的精度高和效率高特性,可以在生产中提高效率的同时保证其安全稳定性。汽车在行驶的时候由于地面的颠簸挤压,每一个零部件和架构都在承受不同程度冲击,这就需要汽车整体的结构精密强度要很高。采用现在的激光焊接技术,其动静态刚度较其他焊接工艺可得到超过50%的提高,降低了行驶过程中的噪音以及震动,改善了乘坐的舒适度,同时也提升了汽车的安全性能。

激光焊接汽车车身的优势

1.非接触式加工激光焊接在汽车制造中最重要的优点体现在先进的非接触式加工方式。靠螺丝紧固、胶粘连接等传统加工方法并不能满足现代汽车制造中对精密性和坚固性的要求,并且新材料的应用,也让传统加工方法略显劣势。激光焊接是无接触性的,在加工过程中,可以不触碰产品就能实现精密焊接,在连接的坚固性、无缝性、精密性和清洁性上实现了工艺的跨越式进步。

2.激光焊接提升汽车轻量化采用激光焊接可以在汽车制造中用更多的冲压件代替铸造件,用连续的激光焊缝代替分散的点焊缝,可以减少搭接宽度和一些加强部件,降低车身结构本身的体积,从而减少了车身的重量,满足了汽车节能减排的要求。

3.提升车身装配精度和刚度一辆汽车的车身加底盘共有数百上千种零件,如何将其连接在一起对整车车身的刚性有着直接的影响,采用激光焊接几乎可以把所有不同厚度、牌号、种类和等级的金属材料连接在一起,焊接的精度和车身的装配精度大大提高,车身刚度提升30%以上,从而提高了车身的安全性。4.激光混合焊接提升工艺稳定性与纯激光焊接技术相比,利用激光混合焊接技术可大大提高钣金件缝隙的连接能力,从而使得企业可以更加充分地利用激光高速焊接时电弧焊接的工艺稳定性。

 

如今激光焊接应用于汽车车身生产已经成为一种趋势,采用激光焊接不仅可以降低车身重量、提高车身的装配精度,同时还能大大加强车身的强度,在用户享受舒适的同时,为其提供更高的安全保障。汽车配件激光焊接机采用机器人智能化操作,通过准直镜准直平行光,聚焦于工件上实施焊接的一种激光设备。搭配简便式万向仪器,可以对大型模具难以接近的焊接精密部位,实行柔性传输非接触焊接,具有更大的灵活操作性。

 




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