现代汽车技术正朝着节能、环保、安全等方向逐步发展。车辆对能源消耗与其总质量成正比，轻量化设计是汽车技术发展中重要课题。对于纯电动乘用车来说，整车轻量化在降低能源消耗和减少环境污染的同时，还可以使纯电动乘用车的续航里程得到显著提升。

铝的密度为2.7g/cm3，约为钢的1/3，具有质量轻、成形性好、耐腐蚀、强度高等特点，使车辆更轻便省油、坚固耐用；作为环境友好型材料，铝合金熔点低，便于回收再利用；具有优良的加工成型能力和良好的焊接性，是目前纯电动乘用车常用的轻质材料。我公司生产的一种纯电动乘用车电池包箱体全部采用5052铝合金材料焊接而成，基于此本文对其焊接性进行分析，制定相关工艺规范以确保箱体焊接质量。

2.1  5052铝合金的化学成分

5052铝合金的化学成分见表1。从表1中可以看出，Mg含量在2.2%～2.8%之间，属于低Mg、热处理不可强化铝合金，具有中等强度、良好的耐蚀性、焊接性和易于加工成形等特点。

2.2  5052 铝合金的机械性能

5052铝合金的机械性能见表2。

2.3  5052 铝合金的焊接特点

与钢铁材料相比铝合金还有以下特性，见图1。

2.3.1  易氧化  

铝及其合金在空气中和焊接过程中极易发生氧化，在材料表面生成一层致密的A12O3薄膜。A12O3的熔点高达2050℃，远高于铝及铝合金的熔点（纯铝660℃，铝合金595℃）。A12O3非常稳定，不易去除，在焊接过程中阻碍母材的熔化和熔合。由于A12O3薄膜的熔点将近铝及铝合金的熔点3倍，且密度又远高于铝及铝合金，在焊接过程中易形成未熔合和夹杂等缺陷。此外氧化膜亲水性较好，焊接时会促使焊缝生成气孔。因此，为保证铝合金焊接质量，需在焊接前对其表面的氧化膜严格清理，并在焊接过程中防止其再行氧化或清除其新产生的氧化膜。

2.3.2  热导率高、比热容大

铝合金的比热容和导热率比钢大，焊接时，电弧的热量容易向四周扩散，因此需采用能量集中、热输入的热源，对于较厚铝合金材料有时还需对工件进行预热。而更高的热输入则往往形成过热，稍有不慎，则容易产生焊道下垂，导致工件烧穿。

2.3.3  线膨胀系数大、热裂倾向大

铝及铝合金的膨胀系数约为钢的两倍，凝固时的体积收缩率较大（达6.5%，而钢的为3.5%），焊件的变形和应力较大，焊接时容易产生缩孔、缩松、热裂纹（见图2）和较高的内应力。生产中可通过调整焊丝成分、选择合理的工艺参数和焊接顺序、适宜的焊接工装等措施防止热裂纹的产生。

2.3.4  对氢气敏感

铝材焊接时易产生气孔，由于液态铝可溶解大量的氢，而固态铝几乎不溶解氢，因此当熔池温度快速冷却与凝固时，氢来不及溢出，容易在焊缝中凝集形成气孔。铝与钢焊接凝固时氢溶解度变化见表3。焊缝中氢元素主要来自弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分；铝的导热系数很大，在相同的工艺条件下，铝熔合区的冷却速度是钢的4-7倍，不利于气泡的逸出，这也是形成气孔的一个重要因素。铝与钢比较， 铝产生的氢的气泡为钢材产生的40倍。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成；同时，焊接前对母材坡口与焊丝进行清理也是很必要的。

2.3.5  光、热的反射能力较强

铝合金对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时熔池不易观察，控制温度较为困难；铝在高温时强度很低，焊接时容易产生金属塌陷或下漏。

2.3.6  合金元素蒸发和烧损

某些铝合金中含有低沸点的合金元素如镁、锌等，这些元素在高温火焰或电弧的作用下极易蒸发烧损，从而改变了焊缝金属的化学成分，同时也降低了焊接接头的性能。

2.3.7  接头软化

5052铝合金供货状态H32，经冷作硬化的铝合金，热影响区峰值温度超过再结晶温度（200-300℃）的区域时就产生明显的软化现象。焊接时应采用能量集中的焊接方法和小的焊接热输入，以减小接头强度的损失。

3.1  焊接方法的选择

目前，铝及其合金的焊接方法很多，其焊接方法通常有钨极氩弧焊（TIG焊）、熔化极氩弧焊（MIG焊）、激光焊、缝焊、电阻电焊、电子束焊、搅拌摩擦焊、感应焊。钨极氩弧焊是铝制品应用最普遍的焊接方法，尤其适于焊接厚度5mm以下的铝及铝合金，主要由于焊接时热量集中，电弧燃烧稳定，焊缝金属致密，成形良好、表面光亮，焊接接头的强度和塑性较高，质量较优；氩气流对焊接区的冲刷使焊接接头冷却加快，改善了其组织性能；接头形式不受限制，且适于全位置焊接。但此方法不宜在露天环境操作。

       与钨极氩弧焊相比， 熔化极氩弧焊（MIG焊）除了上述特点外，还具有焊接效率高，易实现自动焊和半自动焊，且适用于各种板厚的铝及其合金焊接等优点。但由于送丝系统限制，焊丝直径不宜过大，且焊缝气孔敏感性较大。

根据产品结构特点和焊接工艺要求，我公司纯电动乘用车铝合金电池包采用手工钨极氩弧焊（TIG焊），母材厚度3mm-5mm。

3.2  焊接材料选择

焊接材料主要指填充焊丝、保护气体及钨极等。

3.2.1  焊丝

铝合金焊接焊丝选择应遵循与母材化学基本成分相当的原则，根据5052铝合金的化学成分和机械性能5052+5052焊接选用SAl5356焊丝（化学成分见表4），直径3.0mm，进行焊接。

3.2.2  保护气体

保护气体主要为氩气、氦气或其混合气。由于电池包用铝合金板厚小于5mm，一般采用纯氩气作为保护气体，其纯度不得小于99.99％，瓶压低于0.5MPa后不能继续使用。

3.2.3  钨极

氩弧焊用的钨极材料有纯钨、钍钨、铈钨、锆钨及镧钨等，由于铈钨极电子逸出功低且化学稳定性高，允许电流密度大，无放射性，是普遍采用的电极。

3.3  焊接电源及极性的选择

氩弧焊直流正接时，电弧集中，电弧非常稳定，钨极电流承载能力强，焊缝窄而深，但没有阴极清理作用，无法焊接容易被氧化的铝及其合金；直流反接时，由于阴极清理作用，工件表面的氧化膜自动地破碎被清除，但是电弧不稳、熔深浅、焊缝宽大，钨极承载电流能力弱易烧损。交流焊接兼顾了阴极清理作用、钨极烧损少、电弧稳定等效果。5052铝合金电池包焊接时，采用松下TC-300WP交直流弧焊电源，焊接时选择交流电流。

3.4  焊前准备

3.4.1  施焊环境

5052铝合金施焊环境出现下列情况时，必须采取一定措施，方可施焊。

a.风速大于1.5m／s；

b.相对湿度大于80%；

c.雨雪天气；

d.环境温度低于5℃。

3.4.2  焊前清理

为保证焊接质量，焊前必须清理母材接头及焊丝表面的水分及油污，清理质量好坏直接影响焊接工艺与接头性能，常采用化学清洗和机械清理。

3.4.2.1  化学清洗

化学清洗主要有擦洗法和浸洗法，其效率高，质量稳定。首先用有机溶剂除去工件及焊丝表面油污，再用碱性溶液浸泡、流动清水清洗、硝酸溶液浸泡、流动清水冲洗、风干或低温干燥。化学清洗适用于清理尺寸不大、批量生产的工件。

3.4.2.2  机械清理

机械清理常应用在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污等情况。首先用丙酮等有机溶剂去除工件坡口及其附近50mm范围内的油污，再用不锈钢钢丝轮打磨焊缝区域20mm范围内的氧化膜，直到露出金属光泽。禁止砂轮或普通砂纸打磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。

清洗和清理的工件和焊丝存放时间尽量缩短，应在清理后4h内施焊，而存放时间过长（如超过12h）时应当重新处理。焊丝清理后可在150-200℃烘箱内烘焙0.5h，然后存放在100℃保温箱内或采用聚乙烯薄膜包裹，随取随用。

3.5定位焊

定位焊缝一般作为正式焊缝留在焊接结构中，因此定位焊缝应采用与正式焊接相同的焊接工艺。定位焊长度及间距根据工件厚度而定。与碳钢相比，铝及铝合金焊接时，其定位焊长度相应增长，间距相应减小。焊点厚度不能超过工件厚度的2／3，且无任何缺陷。定位焊缝尺寸见表5。对于结构对称的工件，其定位焊缝应对称排列；避免在焊件的端部、焊缝交叉处、焊缝方向发生急剧变化等容易引起应力集中的地方进行定位焊，通常至少应避开这些区域20mm。正式焊接时，应清理定位焊表面的氧化膜，并将两端修磨成缓坡形。

3.6  焊接过程

焊接过程严格按照焊接工艺的要求进行，并采取电池包专用组焊压紧工装控制焊接变形。焊接时采用短弧焊，注意焊丝端部不要离开氩气保护区，焊丝与焊缝表面夹角不超过15°，焊枪与焊缝表面夹角为80°-85°。焊接工艺参数主要根据接头形状及尺寸的要求，采用大电流快焊速，具体参数见表6。

3.7  焊后处理

焊后留在焊缝及附近的焊渣等会破坏母材表面的氧化膜，甚至腐蚀铝件，必须及时清理干净。如用热水冲刷或蒸汽吹刷等方法清理。

随着电动乘用车产业的迅猛发展，铝及其合金材料及其焊接技术应用越来越广泛。通过充分认识和了解铝合金材料特性及工艺方法，制定合理、有效的焊接工艺对于焊接质量提高具有重大意义。