锂电池密封钉焊接裂纹原因分析及改善措施（附现场排查方案）

方形铝壳电池密封钉焊接不良轻则造成漏液、析锂、外观缺陷，重则引发电池性能骤降甚至安全隐患！为何看似细微的焊缝裂纹会成为良率瓶颈？本文深度解析三大核心诱因脆性温度区间杂质聚集、激光热应力失控、机械约束设计缺陷，并给出高纯度材料替代、环形光斑双光束焊接、智能参数优化等创新工艺方案，助您实现焊接良率突破99.5%！

一、裂纹发生原因

1.凝固机制问题

脆性温度区间（糊状区）熔池在第三阶段（糊状区，液态金属少、固态骨架形成时）因凝固收缩应力和机械约束应力超过液态金属的回填能力，导致晶界撕裂。

杂质影响材料中杂质（如Fe、Si等）或清洁度不足（电解液残留、粉尘）会扩大脆性温度区间，增加裂纹敏感性。

2.热应力与冷却速度

高冷却速度（如单光纤焊接冷速过快）导致凝固收缩应力集中，液相无法及时填补孔隙。

温度梯度过大（如高斯光束焊接）促进柱状晶生长，晶界易形成连续液态薄膜，加剧裂纹倾向。

3.机械约束与焊接参数

密封钉受热翘曲或预焊点分布不合理，导致机械约束应力集中。

焊接参数不适配，如功率过高、离焦量不当、脉冲频率与速度不匹配，导致熔池尺寸或温度分布异常。

二、改善措施

1.控制脆性温度区间

材料选择使用纯度更高的铝合金（如1060替代3003），减少杂质。

清洁控制重点管控电解液残留、胶钉粉尘，加强激光清洗工序（例如DOE验证清洗参数）。

2.优化焊接参数与热输入

复合焊/环形光斑采用中心+外环功率的双光束（如环形光斑），外环预熔降低温度梯度，促进等轴晶形成，减少裂纹率。

光束振荡技术低频振荡（0.1-0.5kHz）搅拌熔池，细化晶粒并分散应力。

参数调整降低峰值功率、增加焊速（连续激光）或缩短脉冲时间（脉冲激光），减小熔池尺寸以减少回填距离。

3.降低冷却速度

预热/缓冷通过辅助热源或梯形波调整能量释放，延长凝固时间。

保护气体优化选择氦气或氮气（避免氩气电离增加等离子体干扰），调整流量减少熔池湍流。

4.机械约束优化

多点预焊均匀分布预焊点数量和位置，减少局部应力集中。

间隙配合取代过盈配合，避免焊接过程胶钉受挤压溢胶导致应变。

三、生产现场排查方案

1.材料与清洁度排查

检测原材料杂质含量及批次一致性。

检查清洗工序效果（如擦拭溶剂残留、激光清洗深度/粗糙度）。

2.焊接参数验证

通过DOE实验验证关键参数组合（功率、离焦量、速度）对熔深、熔宽及裂纹率的影响。

使用金相检测评估柱状晶与等轴晶比例（目标提升等轴晶占比）。

3.工艺过程监控

监控保护气体纯度与流量稳定性（如氦检漏率异常提示气密性不足）。

检查夹具定位精度，避免密封钉压合不平导致焊接偏移。

4.缺陷检测技术

应用3D线扫相机或CCD金相分析，定量评估裂纹深度和分布。

结合氦检与拉爆试验，综合判定气密性与强度。

结论通过材料优化、参数调整和设备改进（如复合焊/光斑振荡），结合严格的工艺控制与检测，可有效抑制密封钉焊接裂纹，良率提升至99.5%以上。

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.基于DOE的方形铝壳周边焊激光焊接研究，李林贺2.锂电池密封钉焊接缺陷检测技术的研究，冯成德-End-

原文标题:锂电池密封钉焊接裂纹原因分析及改善措施（附现场排查方案）