激光焊接工艺是锂离子电池制造中的关键工艺,气孔是激光焊接的主要不良之一际焊接过程中铝合金激光焊接气孔率要比铜高。

主要原因有以下5个:
1. 氢溶解度差异液态铝对氢的溶解度为0.65 mL/100g,固态时急剧下降至0.034 mL/100g(相差近20倍),而铜的氢溶解度在液态与固态间的变化显著小于铝。在铝合金熔池快速凝固过程中(典型凝固速率达10⁶ K/s),氢的析出速度远超逸出能力。
2. 表面氧化膜反应铝合金表面Al₂O₃氧化膜(厚度约4-10nm)在高温(>200℃)下与水汽反应:2Al + 3H₂O → Al₂O₃ + 3H₂↑,每毫克氧化膜可释放1.2 mL氢气。
3. 动态匙孔失稳铝合金对1064nm激光吸收率仅5-8%,需更高功率密度(铜为3-15%)引发深熔焊。其匙孔壁温度梯度达2×10⁶ K/m,导致匙孔周期性塌陷频率(100-250Hz)是铜的1.8-2.3倍,产生工艺气孔。
4. 熔池流场特性铝熔池的高贝克莱数(Pe≈10⁴)造成强热对流主导,气泡迁移至高粘度区(黏度0.0013 Pa·s)时逃逸效率降低。而铜熔池马兰戈尼对流更强(表面张力温度系数-0.15 mN/(m·K)vs铝的-0.35),促进气泡上浮。
5. 晶间渗透差异氢在铝晶界扩散系数(3×10⁻¹¹ m²/s)较铜高一个量级,晶间微孔隙更易聚集氢气形成纳米级气核并合并长大。
因此,铝合金激光焊接的气孔率(典型值5-10%)显著高于铜(<0.5%),需采取光束摆动(降低65%塌陷频率)或复合焊接技术方可满足动力电池壳体的氦检漏率标准(≤0.05 Pa·m³/s)。以上内容均为本人日常工作,交流,阅读文献所得,由于本人能力有限,文中阐述观点难免会有疏漏,欢迎业内同仁积极交流,共同进步!参考资料:1.6082 铝合金激光振动焊接熔池特性与疲劳性能研究,郑鹏飞
