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激光焊接技術(shù)在新能源產(chǎn)業(yè)的突破:激光器能量控制與功率計(jì)應(yīng)用

來(lái)源: 北京先鋒泰坦科技有限公司    2025年06月17日 11:39  

新能源產(chǎn)業(yè)的新興是全*界近年來(lái)的主要發(fā)展方向積極性,中國(guó)作為當(dāng)前世界的最主要經(jīng)濟(jì)體,新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直處于高速進(jìn)步階段不斷豐富。在新能源產(chǎn)業(yè)中實施體系,汽車是目前比較熱門(mén)的行業(yè),國(guó)家大力扶持新能源各有優勢,這使得是新能源的市場(chǎng)百花齊放效果較好,作為中國(guó)高新信息技術(shù)發(fā)展高度集中給的行業(yè),激光這種學(xué)習(xí)先進(jìn)的制造手段在汽車制造過(guò)程中的應(yīng)用研究有著至關(guān)重要的作用持續,隨著汽車輕量化的要求等多個領域,高度自動(dòng)化和高度靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)受到青睞,激光設(shè)備的優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯產品和服務。

目前應用擴展,應(yīng)用*廣泛的激光切割、激光焊接增多、激光打標(biāo)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展已在中國(guó)新能源汽車生產(chǎn)制造等多個(gè)重要環(huán)節(jié)有所不同應(yīng)用活動上,激光在新能源車領(lǐng)域的滲透率和應(yīng)用率也正在研究不斷學(xué)習(xí)提升。而這幾種應(yīng)用中進一步推進,激光焊接激光切割是使用最多導向作用,并且對(duì)激光的各項(xiàng)指標(biāo)要求也是多種多樣的方案,我們下面會(huì)著重介紹這兩種應(yīng)用以及其檢測(cè)方法,本章我們先來(lái)討論一下激光焊接:

激光焊接

激光焊接技術(shù)發(fā)展則是新能源汽車行業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)最快的賽道堅持好。激光焊接技術(shù)主要應(yīng)用于汽車覆蓋件即將展開、動(dòng)力電池、PACK模塊等特性。譬如全球發(fā)展新能源車龍*企業(yè)特斯拉公司推出的劃時(shí)代的4680圓柱形電池就使我們用了大電芯傳承、全極耳等創(chuàng)新技術(shù)。而蓄電池企業(yè)需要使用激光焊接全極耳建言直達,這就把激光焊接設(shè)備帶到了更廣闊的市場(chǎng)多種。

激光焊接作為一種現(xiàn)代焊接技術(shù),具有熔深深不久前、速度快用上了、變形小、對(duì)焊接環(huán)境要求不高能力建設、功率密度大關註、不受磁場(chǎng)的影響、不局限于導(dǎo)電材料無障礙、不需要真空的工作條件并且焊接過(guò)程中不產(chǎn)生X射線等優(yōu)勢(shì)連日來,被廣泛應(yīng)用于高*精密制造領(lǐng)域,尤其是新能源汽車及動(dòng)力電池行業(yè)認為。

激光焊接工藝相較于其他焊接工藝的優(yōu)勢(shì)對(duì)比如下:

焊接方法

焊接材料

深度比

功率密度

W/cm^2

熱形變

焊接質(zhì)量

激光焊接

金屬系統、非金屬

<10

10K-100M

極小

質(zhì)量高;單面焊降低重量且焊接強(qiáng)度高

電阻焊接

金屬

<2

100-1M

顯著

雙面焊增加重量且焊接強(qiáng)度低

電弧焊

金屬

<2

1-100K

顯著

焊接點(diǎn)縫大重要意義,增加重量且焊接強(qiáng)度低

電子束焊接

金屬交流等、非金屬

<30

1-100M

極小

質(zhì)量高,但過(guò)程復(fù)雜規劃,需要真空和消磁

下圖列出了一些常用焊接方法的焊縫圖片提高,每種方法在某些應(yīng)用領(lǐng)域各有優(yōu)缺點(diǎn)。激光焊接具有焊接材料損耗低進入當下、無(wú)需焊劑各領域、焊縫美觀、性能穩(wěn)定保持競爭優勢、操作方便、焊接質(zhì)量好發展機遇、自動(dòng)化程度高長效機製、工藝重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn),是其他焊接方法無(wú)*比擬的全技術方案。

 

激光焊接優(yōu)勢(shì)總結(jié):

· 激光束斑直徑很小分享,能量密度*高共享,功率密度達(dá) 10^6~10^8W/cm^2,深寬比大方式之一,最高可達(dá)/10:1生動,對(duì)高熔點(diǎn)金屬等難焊材料有較好的焊接效果;

· 可用于異種材料創新能力、非金屬材料的焊接新品技。電池的結(jié)構(gòu)通常包含多種材料,如鋼廣度和深度、鋁深入交流、銅、鎳等加強宣傳,這些金屬可能被制成電極臺上與臺下、導(dǎo)線,或是外殼技術發展;因此集聚效應,無(wú)論是一種材料之間或是多種材料之間的焊接,均對(duì)焊接工藝提出了較高要求重要手段。激光焊接的工藝優(yōu)勢(shì)就在于可以焊接的材質(zhì)種類廣泛互動講,能夠?qū)崿F(xiàn)不同材料之間的焊接;

· 激光焊接速度快研究與應用,熱輸入小飛躍,從而熱影響材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用區(qū)很小,材料變形及殘余 應(yīng)力小全面協議,無(wú)需后續(xù)矯正變形重要部署;

· 激光焊接接頭力學(xué)性能好,焊縫組織致密工具、強(qiáng)度高智慧與合力。焊縫窄且表面成型好,免去焊后清理等工作重要的角色;

· 激光焊接系統(tǒng)具有高度柔性化開放要求,可施行非接觸遠(yuǎn)距離和任何復(fù)雜形狀的焊接,易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與自動(dòng)化生產(chǎn)平臺建設。

激光焊接有哪些方式

       根據(jù)工作原理的不同服務機製,適配不同的加工場(chǎng)景,激光焊接可分為熱傳導(dǎo)焊使用、深熔焊大幅拓展、復(fù)合焊接、激光釬焊和激光傳導(dǎo)焊接五種更加堅強,具體如下:

項(xiàng)目

熱傳導(dǎo)焊

深熔焊

復(fù)合焊接

激光釬焊

激光傳導(dǎo)焊

工作原理

激光束在表面熔化相配件與時俱進,熔融材料混合并凝固

*高的強(qiáng)度導(dǎo)致了延伸到材料深處的鎖眼的形成性能,產(chǎn)生又深又窄的焊縫

激光焊接和MAG焊接、MIG 焊接綜合運用、WiG 焊接或者等離子焊接的組合

激光束加熱相配零件從而熔化焊料溝通協調;熔融的焊料流入到接縫,連接相 配零件

激光束通過(guò)透射的相配零件體系,熔化另外一份吸收激光的零件保障性;當(dāng)焊接形成時(shí)相配配零件是夾緊的

使用激光器

主要是光纖激光器(連續(xù)和脈沖)

主要是CO2激光器、連續(xù)光纖激光器

CO2激光器開拓創新、連續(xù)光纖激光器

連續(xù)光纖激光器

連續(xù)光纖激光器

焊接材料

鋼持續發展、不銹鋼、鈦促進善治、銅擴大、貴金屬

鋼、不銹鋼發揮效力、鈦新格局、鋁

主要是銅和鋁

銅和鋁

塑料,熱塑性塑料安全鏈、熱塑性彈性材料

重要工藝參數(shù)

激光功率顯示、功率密度、焊接速度或脈沖持續(xù)時(shí)間真正做到、工件上光束直徑科普活動,保護(hù)氣體

激光功率、功率密度強化意識、焊接速度長期間、聚焦直徑、活躍氣體和保護(hù)氣體現場、填充劑

填充劑高端化、激光功率、功率密度我有所應、焊接速度提單產、活躍氣體和保護(hù)氣體、輔助裝置參數(shù)

釬焊材料至關重要、激光功率發展空間、進(jìn)給功率、工件上的光束直徑

材料性能:吸附度有所應、傳輸率連日來、散射;激光功率認為、光束形狀和直徑集成技術、進(jìn)給功率、沿著焊縫的熱量輸入

聚焦直徑

0.3-1mm

0.1-0.6mm

0.3-0.6mm

0.5-3mm

1-2mm

從實(shí)際操作來(lái)說(shuō)更合理,激光焊接還有一些細(xì)節(jié)劃分:穿透焊和縫焊

  • 穿透焊的連接片無(wú)需沖孔適應能力,加工相對(duì)簡(jiǎn)單。穿透焊需要功率較大的激光焊機(jī)各方面。穿透焊的熔深比縫焊的熔深要低防控,可靠性相對(duì)差點(diǎn)。

  • 縫焊相比穿透焊適應性,只需較小功率激光焊機(jī)堅實基礎。縫焊的熔深比穿透焊的熔深要高重要作用,可靠性相對(duì)較好等地,但連接片需沖孔,加工相對(duì)困難尤為突出。


激光焊接應(yīng)用舉例:

動(dòng)力電池組成以及常見(jiàn)焊接位置

動(dòng)力電池電芯可分為棱柱形電芯規定、圓柱電芯和軟包電芯三種,


這三種電池目前都用于電動(dòng)汽車的生產(chǎn)中空間載體,其中棱柱形電池和圓柱形電池應(yīng)用比較廣泛高質量。不同形狀的動(dòng)力電池具有不同的焊接工藝參數(shù)。電池從電芯到成型示意圖如下重要組成部分,焊接是這個(gè)過(guò)程中非常重要以及復(fù)雜的工藝流程。


動(dòng)力電芯常見(jiàn)幾種激光焊接位置,即蓋板安全口勃勃生機、電芯&極柱助力各業、電池殼、密封銷(電解液注入孔)廣度和深度、電池極耳深入交流、電芯極耳和頂蓋。此外加強宣傳,超級(jí)電容器的焊接位置主要是連接器和陰極(封焊)臺上與臺下。超級(jí)電容器和不同類型動(dòng)力電池的激光焊接位置如圖所示:


電芯組成模塊焊接主要是匯流排焊接以及側(cè)板焊接等:

一些特殊的激光焊接工藝:環(huán)形光斑焊接

技術(shù)原理

環(huán)形光斑激光器是通過(guò)一根光纖提供兩束獨(dú)立控制的同軸激光光束。在焊接過(guò)程中技術發展,中心光束用于形成焊縫集聚效應,而環(huán)形光斑用于穩(wěn)定焊接熔池,可實(shí)現(xiàn)高速自主研發、無(wú)飛濺的焊接確定性,此舉幾乎消除了裂紋和氣孔等缺陷。

與普通光纖激光器相比損耗,環(huán)形光斑激光器是將單一的高斯分布激光束講故事,改為較復(fù)雜的由環(huán)狀+中心光束組合而成的環(huán)形光束非常完善,且兩個(gè)光斑都可以實(shí)現(xiàn)激光功率和出光時(shí)間的實(shí)時(shí)獨(dú)立調(diào)整,為激光焊接帶來(lái)了更大的靈活性和可能性全面革新。

激光焊接的核心因素

激光焊接是目前高*電池焊接推崇的主要方法作用。激光焊接的剪切強(qiáng)度和抗撕裂強(qiáng)度都比較好。電池焊接的好壞其導(dǎo)電性行業分類、強(qiáng)度技術特點、氣密性、金屬疲勞和耐腐蝕性能是典型的焊接質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)發展邏輯。決定激光焊接質(zhì)量的核心要素是激光器能量控制及焊接工藝技術(shù)凝聚力量。

(1)激光器功率控制

由于被焊接的材料對(duì)不同波長(zhǎng)激光的吸收率不同(可以從5%到50%不等),激光器選擇不同聽得進,焊接效果完*不同新的力量。為了對(duì)焊件輸出統(tǒng)一、穩(wěn)定的焊接激光束更多可能性,就需要激光輸出功率具有良好的一致性或者能夠精確控制激光輸出功率去創新,功率過(guò)低會(huì)導(dǎo)致焊接熔融不足而影響焊接質(zhì)量,功率過(guò)高或上下波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致飛濺緊迫性、氣孔等不良效果結構。因此,激光器能量的控制就成為激光焊接最為關(guān)鍵的技術(shù)之一高效。

(2)焊接工藝技術(shù)

激光與物質(zhì)的作用過(guò)程較為復(fù)雜溝通協調,激光焊接效果與激光波長(zhǎng)、功率密度大小體系、焊接時(shí)間保障性、焊接頭角度、焦點(diǎn)距離責任製、焊件對(duì)激光的吸收率及清潔程度十分落實、焊件的厚度及導(dǎo)熱性能、保護(hù)氣體類型及流量等數(shù)十種因素有關(guān)規則製定。因此製造業,激光焊接工藝技術(shù)也是影響焊接質(zhì)量關(guān)鍵的因素之一,需要激光焊接工藝技術(shù)人員不斷摸索總結(jié)堅定不移,長(zhǎng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)積累才能夠獲得良好的焊接效果組合運用。

激光焊接質(zhì)量控制:

上面所述激光焊接的工藝,與激光器的兩個(gè)參數(shù)是最直接相關(guān)的迎難而上,一個(gè)是激光的功率(功率穩(wěn)定性以及實(shí)際功率強(qiáng)度)積極,另外一個(gè)則是激光的光斑形貌。要想讓激光焊接做到高效,高質(zhì)量產業,那么必定要關(guān)注激光的這兩個(gè)參數(shù)滿意度,下面我們就來(lái)說(shuō)一些這些參數(shù)背后真正的意義:

1. 隨著使用時(shí)間的增加,實(shí)際切割或者焊接的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量變差狀況,最直接的體現(xiàn)就是在同樣激光參數(shù)設(shè)置下機製性梗阻,樣品不能被切割開(kāi)或者焊接變差出現(xiàn)虛焊等現(xiàn)象,這個(gè)是由于激光功率變化造成的全過程,功率下降后最終在樣品工作點(diǎn)位置功率密度下降造成的研究成果,此時(shí)需要調(diào)節(jié)激光參數(shù)從而達(dá)到最初設(shè)置深入闡釋;


功率隨使用時(shí)間的變化

2. 功率檢測(cè)發(fā)現(xiàn)激光器功率與初始沒(méi)有改變求得平衡,但是工作效果依然變差逐步顯現,這個(gè)其實(shí)是激光聚焦的焦點(diǎn)位置發(fā)生了改變(也就是我們常說(shuō)的焦點(diǎn)飄移)將進一步,最終導(dǎo)致工作點(diǎn)位置功率密度下降適應性強,從而達(dá)不到實(shí)際工作效果道路。


焦點(diǎn)位置隨使用時(shí)間的變化

因此情況正常,激光焊接的過(guò)程中應用的因素之一,對(duì)于激光器的功率以及焦點(diǎn)變化的觀測(cè)非常重要解決,下面我們給大家介紹一些針對(duì)不同應(yīng)用的非常好用的測(cè)量設(shè)備:

1. Helios:激光除銹/清洗,模組外殼焊接等敢於監督;短時(shí)間曝光幅度,可測(cè)試高達(dá)12kW功率,有自動(dòng)防塵罩重要的作用,不需要水冷貢獻,可用于profinet集成控制;可見(jiàn)光到近紅外波段覆蓋穩中求進,滿足不同波長(zhǎng)應(yīng)用統籌;


2. Ariel: 激光除銹/清洗,模組外殼焊接等協同控製;短時(shí)間曝光振奮起來,可測(cè)試高達(dá)8000W功率,有防塵罩試驗,不需要水冷勞動精神,自帶顯示表,含充電電池切實把製度,體積非常小巧保供,可以藍(lán)牙連結(jié)手機(jī)遠(yuǎn)程讀數(shù),可見(jiàn)光到近紅外波段覆蓋進行部署,滿足不同波長(zhǎng)應(yīng)用責任;

3. BeamWatch:可以測(cè)試大功率激光器的光束腰(焦點(diǎn))的寬度和位置,M2或者K值,焦點(diǎn)飄移組建,光束發(fā)散角表現,不需要衰減,功率越高測(cè)試效果越好深刻變革,可以吹掃氮?dú)獗苊饣覊m影響等結論;

下圖時(shí)對(duì)環(huán)形光斑激光器的一個(gè)實(shí)測(cè)分析,可以明顯看出環(huán)形光斑的焦點(diǎn)位置質生產力,從而可以合適選擇環(huán)形光斑工作點(diǎn)適應性強,焊接點(diǎn)功率以及約束環(huán)的大小先進的解決方案;


4. BeamWatch AM: 是一種集成激光測(cè)量系統(tǒng)拓展,設(shè)計(jì)用于測(cè)量激光增材制造系統(tǒng)的關(guān)鍵激光束參數(shù),例如激光器的光束腰(焦點(diǎn))的寬度和位置宣講活動,激光功率不斷進步,M2或者K值,焦點(diǎn)飄移效率,光束發(fā)散角規模,不需要衰減,密封設(shè)計(jì)講道理,氣閥推動(dòng)開(kāi)shutter發展目標奮鬥,避免灰塵對(duì)設(shè)備的影響;

5. 10K-W全面革新,BeamWatch Intergrated :動(dòng)力電池Busbar焊接過(guò)程監(jiān)控作用,電池生產(chǎn)各環(huán)節(jié)過(guò)程監(jiān)控,逆變器焊接過(guò)程監(jiān)控:可以長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控功率建設項目,集成系統(tǒng)監(jiān)控M2等參數(shù)等最為突出;


6. Comet:是一款便攜式功率圓盤(pán)激光傳感器。通過(guò)對(duì)激光功率的10s曝光采樣相結合,可實(shí)現(xiàn)最高10kW的功率測(cè)量高效化。具有平坦的寬帶涂層,頻譜覆蓋范圍為0.2~20µm為產業發展。無(wú)需水冷範圍和領域,直接手柄讀數(shù),測(cè)試完即可取走方便后續(xù)加工各項要求;

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