銳科單模環(huán)形光斑激光器在新能源行業(yè)大圓柱電池的焊接應用

ainet.cn 2024年01月22日

近年來，得益于國家對新能源行業(yè)的鼓勵政策，我國新能源汽車及其相關行業(yè)的發(fā)展極為迅速。在各個新能源企業(yè)的不斷摸索進程中，大圓柱電池因其散熱性能優(yōu)、內壓穩(wěn)定、電芯一致性好、PACK工藝簡單、自動化程度高等優(yōu)點從中脫穎而出。為了進一步減輕新能源汽車的重量，電池材質方面往往采用鋁、銅等材料制作。傳統的連接方式在焊接大圓柱電池過程中都有較為明顯的缺點，因此大圓柱電池的焊接成為了新能源發(fā)展途中的一個重大挑戰(zhàn)。

在常溫下，大圓柱電池材料對1064波段的光束具有較低的吸收率。若激光功率密度較低，會造成較多的回返光，一方面使得焊接效果較差，另一方面大量的回返光會減少激光器的使用壽命。因此針對以上問題，銳科激光特研制出旗幟系列單模環(huán)形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R，它可以高效完成新能源行業(yè)的圓柱電池的焊接任務。

圖1 旗幟系列單模環(huán)形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R

01、銳科旗幟系列單模環(huán)形光斑激光器5大技術優(yōu)勢

銳科旗幟系列單模環(huán)形激光器是在環(huán)形光斑激光器基礎上進一步優(yōu)化升級，中心光/環(huán)形光的芯徑進一步減小，從而得到更高的能量密度，在鋁材和銅材上進行焊接，具有更好的兼容性，且焊接效率高，一致性好，大幅提高成品率。

相比于其他激光器，該系列單模環(huán)形激光器具有較多技術優(yōu)勢：

● 全光纖結構，更為穩(wěn)定可靠。

● 中芯/環(huán)芯可獨立調節(jié)、功率切換時間短(毫秒量級)。

● 全新單模高斯光束模式設計。

● 中心與環(huán)形纖芯更小、具備更強穿透能力與更大深寬比。

● 焊接過程穩(wěn)定性更好，熱影響區(qū)更小。

圖2 單模環(huán)形激光器示意圖

如圖3所示，相比于環(huán)形光斑激光器，旗幟系列單模環(huán)形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R具有多項優(yōu)勢：

● 光束能量更為集中，對大圓柱電池的銅極具有更好的焊接效果。

●光斑穿透能力更強，具有更大的深寬比，相同焊接條件下的焊接功率更小。

●焊接熱影響區(qū)更小，更不容易破壞大圓柱電池的現有結構，能夠在更精準的焊接區(qū)域完成焊接任務。

●可以產生更大、更穩(wěn)定的匙孔，解決了匙孔不穩(wěn)定的問題，使熔池內金屬蒸氣更容易逃逸，動能最小化。

圖3單模環(huán)形激光器與多模環(huán)形激光器的對比

02、銳科旗幟系列單模環(huán)形光斑激光器應用優(yōu)勢明顯

大圓柱電池的焊接部位較多，如圖4所示。目前，動力電池的焊接具有諸多難點：

● 焊后氣孔較多，難以保證氣密性。

● 焊后有較多微小裂紋，焊接強度較差。

● 焊接過程容易出現飛濺，返工多，焊接區(qū)域污染嚴重。

● 待焊部位厚度較小，易燒穿，成品率低。

● 個別待焊部位對光纖激光吸收率不高，焊接過程穩(wěn)定性較差。激光焊接憑借能量密度高、熱影響區(qū)小、焊接精度高、焊接效率高、適應性強等優(yōu)勢可以更好的完成圓柱電池的焊接任務。

圖4 圓柱電池的待焊位置

而旗幟系列單模環(huán)形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R基本可以勝任大圓柱電池中所有的焊接任務。且通過靈活可調的內外環(huán)光束，結合不同芯徑光束的優(yōu)點，同時起到預熱、表面處理、改性、后處理的作用;并提高焊接質量，減小飛濺、炸孔、裂紋等缺陷，減少部件返工，良率可提高75%;大幅提升焊接效率;通過振鏡等外部設備，極大增加焊接速度，進一步提高大圓柱電池的成品效率。

03、銳科旗幟系列單模環(huán)形光斑激光器在大圓柱電池的焊接案例

圖5為一種正集流盤的焊接效果，采用“sin波”的擺動方式可以得到更為美觀的焊縫，在增加焊縫數量的同時，使得焊接強度與背部殘留量也得以進一步的提高，總加工時間也僅為1.02s。而銳科旗幟系列單模環(huán)形激光器因其較小的芯徑，可得到更小的熱影響區(qū)，在正集流盤上繪制密度較大的焊接軌跡，也不會出現因焊縫重熔導致炸孔的現象。

圖5正集流盤 (a)表面形貌(b)背面殘留

圖6為利用旗幟系列單模環(huán)形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R焊接大圓柱電池負集流盤的效果，旗幟系列單模環(huán)形激光器的優(yōu)勢使得整個焊接過程中并未出現飛濺、炸孔現象，且焊后負集流盤背面粘黏更多的銅極耳，相比于其他類型的激光器，具有更好的焊接效果，焊接時間也僅為1.854s左右。

圖6負集流盤(a)表面形貌(b)背面殘留

旗幟系列單模環(huán)形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R也能應用于防爆閥的焊接，如圖7所示。相比于大芯徑激光器，熔深熔寬難以精準控制，而采用單模環(huán)形激光器，熱輸入與熱影響區(qū)較小，能夠更容易得到合適的焊接效果，且焊接效率高，焊接時間為0.145s左右。

圖7防爆閥(a)表面形貌(b)微觀形貌(c)(d)截面形貌

底部穿透焊主要是將正集流盤與殼體進行焊接，待焊區(qū)域較小，而為滿足熔深要求，若采用大芯徑激光器需增加焊接功率，從而容易形成較大的熔寬，最終導致焊縫溢出待焊區(qū)域，導致工件變形。而采用旗幟系列單模環(huán)形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R能夠得到較大的深寬比，輕松地在待焊區(qū)域完成焊接任務。單道的焊接時間為0.425s左右。