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電池焊接缺陷——X射線無損檢測方案

發布日期:2022-03-26瀏覽次數:48

動力電池系統的一般制造工藝,是把多個單體電芯通過不同的串并聯電連接方式組合成模組,然后再將多個模組組合成電池包,再配以高低壓線束、電控單元、熱交換組件等,最終完成動力電池系統的裝配制造。由此可見,動力電池的電連接工藝是整個動力電池系統裝配制造過程的關鍵工藝,電連接質量直接關系到動力電池系統的產品性能和產品使用安全。

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常見的電池電連接在模組級別是采取激光焊接或超聲波焊接方式,將電芯正負極極耳(或極柱)與模組控制電路板可靠地連接起來形成串并聯回路,確保電池工作時電連接具備足夠的力學強度和過電流能力。對焊接質量檢測通常有以下方式:拉伸試驗 、金相檢驗、X射線探傷、外觀目視檢查等。


對于拉伸試驗和金相檢驗,只有在對被焊接工件進行破壞的過程中或破壞后獲得可量化的物理數據才能評估焊接質量,所以這些檢測方法不能適應產業化的使用環境,不能用于量產產品的100%焊接質量檢測;外觀目視檢查雖然簡便易行,但是由于過多地依賴于人的個體感官和主觀判斷,導致對于焊接質量的評價標準缺乏足夠的穩定性和一致性。為此,針對動力電池制造,在批量生產的環境下,從確保質量、降低成本、保證效率的角度出發,根據激光焊接和超聲波焊接的連接工藝特性,分別開發無損、高效、穩定的焊接質量檢測方法,就顯得尤為重要。此時,X射線探測,憑借可以不破壞被焊接工件就能檢測焊接質量,并且擁有較高檢測效率在眾多檢測方式中脫引而出。并且目前市面上的X射線專用檢測設備有在線檢測及離線檢測選擇,是大多電池生產廠家的選擇。


常見激光焊接質量的評價方法,主要是沿焊點中位線切割,在焊點橫截面上通過金相分析的方法,測量焊接熔寬和熔深的實際狀態,以此評價焊接的可靠性。這種破壞性的檢測方式,是不能作為量產環境中對產品質量100%檢測的。對激光焊接質量的無損檢測研究,首先要理解激光焊接的焊接機理。激光焊是以高能量密度的激光束作為熱源的熔焊方法。金屬表面將所吸收的激光能轉變為熱能,使金屬表面溫度升高而熔化,然后通過熱傳導方式把熱能傳向金屬內部,使熔化區(熔池)逐漸擴大,凝固后形成焊點。

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激光焊接質量體現在焊件內部。如果要實現無損檢測,則需要找到焊點外部可見特征與內部質量指標之間的關系,從而建立間接等效評價機制。通過觀察焊點表面狀態可以發現,金屬表面在激光束的照射下被迅速加熱,金屬汽化形成的蒸汽將熔化的金屬擠在熔池的周圍,從而在金屬表面形成一道隆起的焊縫(焊痕)。依據激光焊接工作機理及實際焊接試驗結果的分析,對于材質均勻的金屬焊件,焊縫面積越大,則對應的熔深、熔寬也會隨之增大。如果能對焊縫面積進行有效的識別和測算,那么對于激光焊接質量就找到了等效評價方式。


新能源汽車電氣系統安全故障中比較常見的為動力電池系統電連接故障。因此,焊接作為動力電池系統中電連接的主要工藝,其連接質量必須要在裝配制造過程中得到有效的檢測和控制。

目前可基于X射線透視成像技術,建立起一套高效、安全可靠、可工藝量化、適應于批量生產的電池產品電連接焊接質量的無損檢測方案,已經在眾多企業多條動力電池裝配制造量產線上得到了生產驗證,具有較高的穩定性、可靠性和實用性。


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