铝合金等轻质材料因其优异的性能成为主流选择，但薄板焊接中的热输入控制、变形抑制及工艺稳定性等难题对传统焊接技术提出了巨大挑战。冷金属过渡焊（CMT）凭借低热输入、无飞溅过渡及智能化参数控制等优势，为电池托盘制造提供了革新性解决方案。

本文深入探讨CMT技术在电池托盘薄板焊接中的精准控制策略，分析其适配性、工艺难点及复合应用场景，以期为高效、高质生产提供理论支持与实践参考。

图1  104S储能电池液冷下箱体CMT焊接

1-电池托盘焊接的工艺要求与CMT适配性

CMT技术通过低热输入、无飞溅过渡和智能化参数控制，完美适配电池托盘焊接的高精度、低变形与高效率需求。

（1）电池托盘焊接的核心工艺要求

a.材料适配性与轻量化需求

电池托盘多采用轻质铝合金（如6xxx系列、6061等），部分高端车型探索碳纤维复合材料，需满足高强度（抗拉强度达母材60%-70%）与低密度（铝合金密度2.7g/cm³）要求。

异种材料连接需求：例如钢铝混合结构，需克服热膨胀系数差异导致的变形。

b.焊接质量与性能指标

低热输入与变形控制：薄板（0.3-3mm）焊接需确保变形量≤2mm，尤其长直线焊缝需分段焊或反变形设计。

密封性与强度：焊缝需完全密封以防止电解液泄漏，并通过剪切试验（如T/CWAN 0027-2022标准要求）。

气孔率控制：铝合金焊接易产生气孔，需将气孔率控制在0.5%以下。

c.生产效率与自动化要求

批量生产需实现焊接速度≥7mm/s，单托盘焊接时间缩短至5-10分钟。

自动化工作站需兼容双工位设计（装配与焊接同步）和多机器人协同作业。

（2）CMT技术适配电池托盘焊接的关键优势

a.低热输入的精准控制

CMT通过熔滴短路时焊丝回抽切断电流，热输入量比传统MIG焊减少33%，尤其适用于0.3mm超薄板焊接（无烧穿风险）。

冷热交替循环（电弧加热-熔滴过渡-焊丝回抽）减少热积累，焊接变形量可控制在1.5mm以内（比亚迪、北汽案例）。

b.工艺稳定性与质量提升

无飞溅焊接：CMT的机械回抽机制消除熔滴爆断飞溅，减少返工率。

气孔控制优化：采用Ar+30%He混合保护气体，气孔数量比纯Ar减少50%，气孔尺寸缩小至≤0.3mm。

间隙容忍度高：可适应1.5mm装配间隙，降低夹具精度要求。

c.自动化集成与效率提升

双工位工作站（如泰翔科技设计）实现焊接与装配并行，效率提升2倍。

机器人对称焊接（两台机器人同步作业）配合反变形设计，缩短节拍至10分钟内。

2-电池托盘CMT工艺难点分析

图2  CMT焊接工艺过程

（1）材料特性与焊接缺陷控制

a.铝合金焊接的气孔敏感性

铝合金电池托盘（如6061、6063等）在CMT焊接中易因熔池快速凝固、氢溶解度变化等因素形成气孔。保护气体成分对气孔抑制至关重要：纯Ar保护时，气孔率较高（约5%）；采用Ar+30%He混合气体可加速气体逸出，气孔率降至0.5%以下。电感修正参数（如负向调节）可优化熔池流动，减少气孔尺寸。

b.热裂纹倾向与成分偏析

铝合金中Mg、Si等元素的偏析易导致焊缝晶界脆化。CMT工艺的低热输入虽能减少热影响区，但需精确控制焊接速度与送丝量，避免熔深不足或局部过热引发裂纹。

c.异种材料焊接的冶金兼容性

若托盘涉及铝-钢或铝-复合材料连接（如防撞梁与箱体），需克服界面脆性相（如FeAl₃）和Zn蒸气干扰。

（2）工艺参数优化挑战

a.熔深与热输入的平衡

电池托盘需满足T/CWAN 0027标准对焊缝熔深（≥0.8mm）的要求。CMT工艺的低热输入特性可能导致熔深不足，需通过调整弧长，利用脉冲电流提升熔池穿透力。

b.焊接速度与稳定性的权衡
自动化产线要求焊接速度≥1.2m/min，但高速下易出现电弧不稳定或熔滴过渡不均。

c.复杂焊缝的搭桥能力

托盘结构常含大间隙（0.5-1.5mm）或异形焊缝（如T型接头）。

（3）结构设计与制造工艺适配性

a.薄板焊接变形控制
铝合金托盘壁厚通常为2-3mm，传统MAG焊变形量可达1.2mm，而CMT焊接通过低热输入可将变形量降至0.3mm以下。但需配合反变形工装设计和机器人对称焊接（双工位工作站）以进一步提升精度。

b.长焊缝的连续性与密封性
电池托盘密封焊缝长度可达数米，需避免断弧或熔池波动。CMT技术通过每秒70次以上的电弧重燃周期，确保焊缝均匀性，配合激光跟踪系统可将气密合格率提升至99%。

c.多工艺复合应用的协同性
高端托盘常采用CMT+FSW（搅拌摩擦焊）复合工艺：CMT用于复杂结构（如边框与底板连接）。FSW用于高载荷区域（如纵梁）以提升强度。需解决两种工艺的衔接参数（如预热温度、焊后热处理）匹配问题。

3-CMT工艺在电池托盘制造中的典型应用场景

（1）电池托盘主体结构的连接

a.边框与底板焊接
CMT工艺广泛应用于铝合金电池托盘的边框与底板连接，尤其适用于 长焊缝、薄板（2-3mm厚度） 场景。

b.横梁与底板连接
在CTP电池托盘设计中，由于横梁数量减少且结构复杂，CMT工艺被用于：高精度定位焊接：横梁与底板的局部连接（如T型接头）需避免熔深不足，CMT通过电弧长度数字化控制（如福尼斯CMT Advanced技术）实现稳定熔深≥0.8mm。多材料适配：若横梁采用铝镁合金（如6061）而底板为高强度铝材，CMT可通过Ar+He混合气体保护减少气孔，同时适应不同材料的导热差异。

（2）薄板与复杂几何结构的焊接

a.薄壁铝合金焊接（2-3mm）
电池托盘的轻量化需求推动薄板应用，但传统MIG焊易导致变形。CMT工艺的优势在于：

b.超薄板焊接：泰翔自动化通过CMT技术实现0.3mm超薄板的无飞溅焊接，用于电池托盘边缘密封结构。

c.异形焊缝搭桥：针对托盘内部加强筋、防撞梁等异形结构，CMT Gap Bridging模式通过焊丝回抽与电弧重定向，可填补0.5-1.5mm间隙，避免未熔合缺陷。

d.密封性要求高的焊缝：电池托盘的密封性直接关系电池安全，CMT工艺通过以下方式保障：

· 连续长焊缝：采用每秒70次以上的电弧重燃周期（如伏能士LaserHybrid技术），确保数米长焊缝的连续性，气密合格率达99%。

· 低热输入控制：相比激光焊，CMT热输入更低，减少熔池波动对密封胶层的热影响，适配涂胶工艺。

（3）多工艺复合制造场景

a.CMT+FSW复合工艺
在高端电池托盘生产线中，CMT常与搅拌摩擦焊（FSW）协同：

分工协作：CMT用于复杂结构（如边框、异形接头）的灵活焊接，FSW用于高载荷区域（如纵梁）以提升强度。例如上海伟晟的自动化生产线通过CMT+FSW+CNC组合，将托盘生产效率提升30%。

工艺衔接优化：华数锦明的生产线采用模块化设计，通过预热参数匹配（如CMT焊后局部加热至150℃）实现与FSW的无缝衔接。

b.与FDS/SPR铆接技术结合
第二代CTP技术中，CMT与摩擦自拧紧（FDS）、自冲铆接（SPR）技术协同：混合连接方案：例如框架与底板的承重区域采用FSW，而可拆卸部件（如水冷板、隔热层）通过CMT焊接预定位，再以FDS铆接固定，兼顾强度与维护便利性。

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