近年來，得益于國(guó)家對(duì)新能源行業(yè)的鼓勵(lì)政策，我國(guó)新能源汽車及其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展極為迅速。在各個(gè)新能源企業(yè)的不斷摸索進(jìn)程中，大圓柱電池因其散熱性能優(yōu)、內(nèi)壓穩(wěn)定、電芯一致性好、PACK工藝簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)從中脫穎而出。為了進(jìn)一步減輕新能源汽車的重量，電池材質(zhì)方面往往采用鋁、銅等材料制作。傳統(tǒng)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(diǎn)，因此大圓柱電池的焊接成為了新能源發(fā)展途中的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。
在常溫下，大圓柱電池材料對(duì)1064波段的光束具有較低的吸收率。若激光功率密度較低，會(huì)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(huì)減少激光器的使用壽命。因此針對(duì)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(wù)。
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(shù)優(yōu)勢(shì)
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(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化升級(jí)，中心光/環(huán)形光的芯徑進(jìn)一步減小，從而得到更高的能量密度，在鋁材和銅材上進(jìn)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(shù)優(yōu)勢(shì)：
全光纖結(jié)構(gòu)，更為穩(wěn)定可靠。
中芯/環(huán)芯可獨(dú)立調(diào)節(jié)、功率切換時(shí)間短（毫秒量級(jí)）。
全新單模高斯光束模式設(shè)計(jì)。
中心與環(huán)形纖芯更小、具備更強(qiáng)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(xiàng)優(yōu)勢(shì)：
光束能量更為集中，對(duì)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(qiáng)，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(xiàn)有結(jié)構(gòu)，能夠在更精準(zhǔn)的焊接區(qū)域完成焊接任務(wù)。
可以產(chǎn)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(nèi)金屬蒸氣更容易逃逸，動(dòng)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(duì)比
02
銳科旗幟系列單模環(huán)形光斑激光器應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯
大圓柱電池的焊接部位較多，如圖4所示。目前，動(dòng)力電池的焊接具有諸多難點(diǎn)：
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(qiáng)度較差。
焊接過程容易出現(xiàn)飛濺，返工多，焊接區(qū)域污染嚴(yán)重。
待焊部位厚度較小，易燒穿，成品率低。
個(gè)別待焊部位對(duì)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(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)可以更好的完成圓柱電池的焊接任務(wù)。
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(wù)。且通過靈活可調(diào)的內(nèi)外環(huán)光束，結(jié)合不同芯徑光束的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)起到預(yù)熱、表面處理、改性、后處理的作用；并提高焊接質(zhì)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(shè)備，極大增加焊接速度，進(jìn)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(dòng)方式可以得到更為美觀的焊縫，在增加焊縫數(shù)量的同時(shí)，使得焊接強(qiáng)度與背部殘留量也得以進(jìn)一步的提高，總加工時(shí)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(huì)出現(xiàn)因焊縫重熔導(dǎo)致炸孔的現(xiàn)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(fù)集流盤的效果，旗幟系列單模環(huán)形激光器的優(yōu)勢(shì)使得整個(gè)焊接過程中并未出現(xiàn)飛濺、炸孔現(xiàn)象，且焊后負(fù)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(shí)間也僅為1.854s左右。
圖6負(fù)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(yīng)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(zhǔn)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(shí)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(jìn)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(dǎo)致焊縫溢出待焊區(qū)域，導(dǎo)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(wù)。單道的焊接時(shí)間為0.425s左右。
圖8底部穿透焊(a)表面形貌(b)背面形貌(c)微觀形貌(d)截面形貌
將旗幟系列單模環(huán)形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R配合擺動(dòng)焊接頭進(jìn)行大圓柱電池封口的焊接，效果如圖9所示，單個(gè)焊接時(shí)間為2.33s，能夠得到較為美觀的封口效果，且焊接過程穩(wěn)定，熔深較大，焊接強(qiáng)度高，一致性好。
圖9 頂蓋(a)(b)表面形貌 (c)微觀形貌(d)截面形貌
通過以上焊接案例，可以看出旗幟系列單模環(huán)形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R基本可以勝任大圓柱電池上絕大部分待焊區(qū)域的焊接任務(wù)，且焊接效果優(yōu)勢(shì)明顯。也由此可以看出，在新能源領(lǐng)域，銳科系列單模環(huán)形激光器擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
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