一文看懂 | 汽车电池托盘铝合金焊接技术解析

关键技术决定安全与性能，焊接工艺打造电池系统“安全基石”

电池托盘是承载动力电池的核心部件，对结构强度、密封性和轻量化要求极高。铝合金因为密度低、耐腐蚀性好、导热性优等特点成为首选材料。

铝合金焊接有些挑战啊，高热导率导致焊接时热量快速散失，需要高能量密度热源。还有氧化膜问题，表面Al₂O₃膜熔点高达2050℃，易导致气孔和未熔合缺陷。一些含铜的铝合金还有热裂纹敏感性。

搅拌摩擦焊看起来是个很好的解决方案，它是一种固相焊接技术，不需要熔化金属。这种技术变形小，适应性强，性能优异，还环保安全。

主流焊接工艺有激光焊+搅拌摩擦焊组合，冷金属过渡焊等。

电池托盘的材料有几种选择，钢制托盘价格经济但重量大，铸铝托盘一体成型但延展性差，挤压铝合金托盘灵活方便但焊接易变形。挤压铝合金托盘常用6系挤压型材，如6061-T6、6005A-T6和6063-T6。它们的强度大小依次为6061-T6 > 6005A-T6 > 6063-T6，但同等断面挤压难度也是这个顺序。

边框和底板是电池模组的承载者，对强度要求高，一般都选用具有型腔的双层断面来保证强度。底板厚度一般为10mm左右，壁厚2mm。

连接方式主要有搅拌摩擦焊接、MIG、拉铆、压铆以及少量弧焊和胶粘。底板与底板、底板与边框主要用搅拌摩擦焊连接，焊缝强度可达母材80%左右。

密封设计很重要，电池包密封防护等级要求达到IP67才能保证电池包密封防水。

质量控制方面，有焊前准备包括表面处理和夹具设计，过程监控，焊后检测包括无损检测和机械测试；

新能源汽车的核心在于电池系统，而电池托盘作为承载电池模组的关键部件，其重要性不言而喻。它不仅直接关系到电池的安全防护、抗冲击性能和热管理效果，更是新能源汽车实现轻量化、提升续航能力的技术突破口。

电池托盘目前主要采用挤压铝合金型材，其中最常见的是6系列铝合金，具体包括：

• 6061-T6

  屈服强度240MPa，抗拉强度260MPa

• 6005A-T6

  屈服强度215MPa，抗拉强度255MPa

• 6063-T6

  屈服强度170MPa，抗拉强度215MPa

这些材料的选择取决于断面复杂程度、成本和生产工艺要求。6061-T6强度最高但挤压难度最大，6005A-T6平衡了强度与工艺性，6063-T6则主要用于复杂断面或受力较小的零件。

铝合金密度低（约2.7g/cm³），仅是钢的1/3，是理想的轻量化材料。研究表明，采用铝合金电池包壳体相比钢制壳体可实现25%以上的减重效果，能显著提升电池包能量密度和车辆续航里程。

铝合金焊接面临着 several 技术难题：

1. 高热导率

   铝合金热导率约为钢的5倍，焊接时热量快速散失，需要高能量密度热源。

2. 氧化膜问题

   表面Al₂O₃膜熔点高达2050℃，易导致气孔和未熔合缺陷。

3. 热裂纹敏感性

   含铜的6系铝合金凝固区间宽，易产生结晶裂纹。

4. 薄壁焊接挑战

   为轻量化，电池托盘常采用薄壁设计（壁厚≤3mm），焊接易变形。

搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，通过高速旋转的搅拌头与工件摩擦产生热量，使金属软化塑性变形从而实现连接。其优势包括：

• 变形小

  材料不熔化，热量输入低，变形小

• 质量优异

  焊缝形成致密的“锻造结构”，无气孔或收缩缺陷

• 环保安全

  不产生电弧、烟雾、飞溅物

• 强度高

  焊缝强度可达母材的80%以上

在搅拌摩擦焊接过程中会对工件有一个很大的下压力，所以，就需要增加型腔内筋和圆角厚度，焊接深度越大，筋和圆角就越大。

在电池托盘应用中，底板与底板之间通常采用双面对接接头焊接，双面焊接强度高，变形小。

MIG焊在电池托盘制造中也有应用，特别是对于薄厚板差异大的接头。新开发的交直流摆动同步双脉冲焊接技术能够：

• 在厚板位置使用直流脉冲，保证熔深

• 在薄板位置使用交流脉冲，防止烧穿

• 相同电流情况下有效降低焊接热输入

• 相同热输入情况下增加焊缝a值（焊喉尺寸）

边框和底板作为电池模组的承载者，对强度要求高，通常选用具有型腔的双层断面来保证强度。底板厚度一般为10mm左右，壁厚2mm。

边框设计有两种方案：一是整体型材挤压后机加工，零件一体性好但成本较高；二是型材拼焊，成本低但需验证焊缝强度。

边框和底板之间主要有两种连接方式：

1. 双面搅拌摩擦焊接

   强度高、变形小，但需要为搅拌头预留足够空间

2. 外部搅拌摩擦焊+内部MIG焊接

   效率高、难度小、成本低，但内部弧焊可能有漏水风险，需要涂密封胶保证密封性

电池包密封防护等级要求达到IP67，以保证电池包密封防水。搅拌摩擦焊接因属于固相连接，金属基材不熔化，相比熔化焊接减少了气孔、裂纹等缺陷发生率，能更好地保证密封性。

为确保焊接质量，需要采取全面的质量控制措施：

1. 焊前准备

   ：表面处理采用机械打磨（Ra≤1.6μm）+化学清洗（碱性溶液煮洗10分钟），去除氧化膜与油污；使用真空吸附+柔性定位销的夹具设计，控制装配公差≤0.1mm

2. 过程监控

   ：通过红外热成像监测温度场，激光位移传感器跟踪熔深

3. 焊后检测

   ：超声波检测（UT）焊缝内部缺陷，氦质谱检漏仪测试气密性（泄漏率≤1×10⁻⁸ Pa·m³/s）；拉伸试样强度需达母材的90%以上，疲劳寿命≥20万次（应力幅≤100MPa）

随着新能源汽车产业的快速发展，电池托盘焊接技术将继续创新演进，如冷压烧结技术，以及解决铝-钢混合托盘电化学腐蚀问题的过渡层技术也会在未来有所呈现；

电池托盘作为新能源汽车电池系统的“骨架”，其焊接质量直接关系到整车的安全性和可靠性。铝合金焊接技术虽面临挑战，但通过合理的材料选择、工艺优化和质量控制，完全能够满足电池托盘对强度、密封性和轻量化的高标准要求。

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