引言

在現(xiàn)代海軍軍事行動中，對深海水域潛艇的探測和跟蹤是至關(guān)重要的任務(wù)。數(shù)十年來，被動式聲納浮標(biāo)一直是海軍執(zhí)行此類任務(wù)的主要手段。然而，隨著軍事技術(shù)的發(fā)展，帶有干擾裝置的靜態(tài)潛艇出現(xiàn)，這對聲納浮標(biāo)技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，主動式聲納浮標(biāo)應(yīng)運而生，它通過向水下發(fā)射聲脈沖信號并接收水下固態(tài)物體的反射信號來探測和跟蹤敵方潛艇。這種主動式聲納浮標(biāo)具有探測范圍廣、工作時間長的顯著優(yōu)勢，極大地提高了探測效果。

但這一優(yōu)勢的發(fā)揮離不開配套電池的支持，主動式聲納浮標(biāo)對電池性能提出了更高要求，需要電池具備更大的比能量和比功率。傳統(tǒng)浮標(biāo)所使用的電池已無法滿足這一嚴(yán)苛的使用要求，而鋰電池憑借其獨特的各種特性，恰好能夠滿足此類特殊應(yīng)用場景的需求。在鋰電池組批產(chǎn)以滿足聲納浮標(biāo)使用的過程中，關(guān)鍵工藝的質(zhì)量把控成為了核心問題，其直接關(guān)系到聲納浮標(biāo)能否穩(wěn)定、高效地發(fā)揮作用，而其中激光錫球焊錫機等先進工藝設(shè)備和技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色，是提升整個鋰電池組質(zhì)量和性能的關(guān)鍵因素。

一、現(xiàn)有方案及質(zhì)量不穩(wěn)定風(fēng)險

（一）現(xiàn)有方案概述

本研究涉及六種規(guī)格的電池，它們分別選用不同規(guī)格的圓柱型單體電池串并連設(shè)計，其設(shè)計思想與技術(shù)平臺基于現(xiàn)有武器型號用鋰電池技術(shù)。每只電池組由單體電池、鋁合金外殼、磁保持繼電器、減震墊等幾個部分構(gòu)成，主要技術(shù)指標(biāo)詳見表1。

（二）質(zhì)量不穩(wěn)定風(fēng)險分析

經(jīng)深入分析，現(xiàn)有方案及批量生產(chǎn)主要面臨以下風(fēng)險：

1.指標(biāo)滿足性風(fēng)險

在結(jié)構(gòu)指標(biāo)方面，雖然電池組尺寸目前能滿足指標(biāo)要求，但電池組重量余量卻存在問題。尤其是C1、C2電池組基本沒有余量。在后續(xù)批量生產(chǎn)過程中，受到諸如單體一致性、裝配過程中的其他不可控因素影響，極易出現(xiàn)重量超差的質(zhì)量問題，這種問題一旦出現(xiàn)，極有可能導(dǎo)致批次性報廢。因此，在電池組設(shè)計環(huán)節(jié)，需要在保障性能的前提下，對重量指標(biāo)進行優(yōu)化。

2.批產(chǎn)工藝技術(shù)風(fēng)險

電池組生產(chǎn)工藝流程可簡要通過圖1表示。在生產(chǎn)過程中，單體電池串聯(lián)焊接工藝和元器件焊接工藝是重要環(huán)節(jié)。目前，單體電池之間的串聯(lián)焊接采用手工點焊方式，操作人員需用雙手分別手持電極棒進行操作。在批量生產(chǎn)時，這種人工操作方式存在諸多弊端。由于長時間工作，人員容易疲勞、懈怠，進而導(dǎo)致焊接缺陷。而且，此過程屬于特殊過程，焊接質(zhì)量不可檢測，這就如同埋下了一顆“質(zhì)量炸彈”，極易引發(fā)質(zhì)量隱患。根據(jù)樣機生產(chǎn)的實際效果來看，手工焊接方式對于C1、C2、C3、P1四種電池的串聯(lián)點焊并不適用。

主要原因在于，這四種單體電池正負(fù)極均有鎳帶引出，鎳帶底部帶有軟封裝結(jié)構(gòu)。在點焊過程中，容易因壓力不均勻而出現(xiàn)點穿、炸針、嚴(yán)重飛濺等現(xiàn)象，導(dǎo)致工藝質(zhì)量極不穩(wěn)定。此外，目前的元器件焊接主要依賴手工，隨著批量生產(chǎn)的推進，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量管控都將面臨新的難題，迫切需要引入自動化焊接工藝來替代手工焊接。

二、質(zhì)量提升方案

本研究旨在通過多種途徑實現(xiàn)質(zhì)量提升，包括設(shè)計改進、工藝改進以及批產(chǎn)過程管控的加強，以滿足小批量生產(chǎn)需求，并提高批產(chǎn)產(chǎn)品的整體質(zhì)量水平。

（一）設(shè)計改進與質(zhì)量提升

電池組的重量主要由單體電池、鋁合金外殼、磁保持繼電器、減震墊等部分組成。其中，單體電池重量固定，已無減重空間；繼電器、減震墊等所占重量較小，從這些方面入手減重難度較大。因此，減重的重點考慮方向是鋁合金外殼。

經(jīng)過充分調(diào)研和初步試驗，我們發(fā)現(xiàn)可采用尼龍+玻璃纖維復(fù)合非金屬材料替代鋁合金進行殼體設(shè)計。這種復(fù)合材料的密度僅為鋁合金材料的一半，其加工可通過先進的激光選區(qū)燒結(jié)成型技術(shù)實現(xiàn)。所采用的玻璃纖維/尼龍復(fù)合材料制備的外殼，主要成分是體積分?jǐn)?shù)為70%的尼龍和30%的玻璃纖維材料，具體性能指標(biāo)見表2。

電池組需要經(jīng)歷運輸振動、沖擊、加速度、跌落試驗等環(huán)境試驗，經(jīng)過驗證，玻璃纖維/尼龍復(fù)合材料外殼在跌落試驗中表現(xiàn)良好，可以滿足使用要求。經(jīng)過計算，六種電池組在更改外殼材料后，重量余量均可超過15%，這一改進基本杜絕了因設(shè)計造成的重量超差質(zhì)量問題。

（二）工藝改進與質(zhì)量提升

針對現(xiàn)有工藝存在的風(fēng)險以及設(shè)計改進后所需的新工藝方法，我們以大膽創(chuàng)新和充分驗證為指導(dǎo)思路，通過引入新技術(shù)、新方法，推動工藝從手工操作向自動化、參數(shù)化方向發(fā)展，主要涉及以下工藝改進：

1.玻璃纖維/尼龍復(fù)合材料增材制造技術(shù)

利用玻璃纖維/尼龍復(fù)合材料增材制造技術(shù)實現(xiàn)電池組外殼的高效精密加工，其核心技術(shù)是激光選區(qū)燒結(jié)。該技術(shù)是利用激光對粉末材料進行高溫熔融固化，并層層堆積，最終制造出實體產(chǎn)品。其工藝過程見圖2。

這種加工方式精度可達到0.05mm，加工速度可達48mm/h以上，具有效率高、省去開模成本等優(yōu)點。通過精心選擇材料及配比、合理設(shè)定加工粉末厚度、科學(xué)設(shè)置三維數(shù)據(jù)切片方式，并利用高精度設(shè)備進行工藝材料與參數(shù)的摸索和實物驗證，結(jié)果表明該技術(shù)可滿足使用要求。它不僅保證了設(shè)計改進的可行性，而且與鋁合金機加工相比成本接近，與模具注塑相比，可節(jié)省開模費用，加工周期縮短50%以上，加工費用節(jié)約20%以上。

2.玻璃纖維/尼龍殼蓋超聲波封接技術(shù)

當(dāng)采用玻璃纖維/尼龍制作殼體與蓋后，原有的螺釘緊固方式已不適用于殼蓋連接，因為長期使用后尼龍螺紋容易遭到破壞，從而失去緊固作用。因此，我們采用膠粘固定后再超聲波焊接的方式進行殼蓋連接。其中，膠粘固定選用NQ704硅橡膠，它一方面在固化后能夠保護單體電池免受蓋擠壓或單體電池移位的影響，另一方面可保證殼蓋相對固定，防止在超聲波焊接時出現(xiàn)焊偏現(xiàn)象。超聲波焊接采用環(huán)形焊接方式，使圓形的蓋子與圓柱殼體的壁板在超聲波作用下熔接。所使用的超聲波焊接機具體參數(shù)如下：

輸出功率：3200W；

工作行程：75mm；

熔接時間：0.019.99s；

核心部件：1100W三合一聚能；

頻率：15KHz。

通過對該工藝參數(shù)進行深入摸底與試驗，試制樣品的樣件封接抗拉強度大于180N，展現(xiàn)出了較好的封接效果，大幅提高了電池組的殼蓋封接強度，保證了在各種環(huán)境條件下的封接質(zhì)量與可靠性。

（未完，接下篇）