汽車零部件的量產(chǎn)對品質(zhì)和穩(wěn)定性的要求極高，通常要求Cpk＞1.67。特別是車載鋰電池中，飛濺的混入，可能導(dǎo)致起火事故。UW獨(dú)有的復(fù)合激光焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)幾乎無飛濺的激光焊接，進(jìn)一步減少焊接缺陷，滿足客戶嚴(yán)格的質(zhì)量要求。
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最新的資料顯示，以中國為首的新能源汽車，銷售量已經(jīng)超過850萬臺，這樣的普及率已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了日本車企的預(yù)期，甚至有些車企把新能源電動車的計(jì)劃再提前了5年。
普及率的急速擴(kuò)大，有環(huán)境問題和新能源補(bǔ)貼的因素。同時(shí)，作為新能源汽車的成本大頭，鋰電池價(jià)格的快速下降，不可燃電池材料的普及和高品質(zhì)激光技術(shù)的普及均是推動新能源汽車普及率的重要因素。聯(lián)贏激光是國內(nèi)較早從事研發(fā)、生產(chǎn)動力電池激光焊接設(shè)備的廠商之一，目前幾乎向全球所有頭部鋰電池制造商提供高質(zhì)量的激光焊接設(shè)備及自動化解決方案。
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激光焊接的必然性
全面保證車載電池安全，無焊接缺陷的極高品質(zhì)、高穩(wěn)定性的生產(chǎn)必不可少。全世界范圍的新能源汽車普及潮流中，成本競爭越來越激烈，不光是設(shè)備的成本，通過激光技術(shù)進(jìn)一步減少電池本身的部件數(shù)量，也是競爭力的關(guān)鍵。激光焊接通過消減部件和簡化制造方法，能徹底消減電池生產(chǎn)成本，進(jìn)一步提高鋰電池產(chǎn)品的競爭力。
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車載用部件品質(zhì)Cpk
Cpk是表示工程能力的數(shù)值，對于高品質(zhì)、大批量生產(chǎn)的車企來說，是非常重要的指標(biāo)。與不良率的關(guān)系中，3σ管理的不良率0.27%為Cpk=1，6σ管理為Cpk=2，車企一般要求Cpk≥1.67，換算成不良率的話，是0.000057%以下的極其嚴(yán)格的品質(zhì)和穩(wěn)定性。
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高品質(zhì)激光焊接
為了滿足電池的高質(zhì)量、高接合強(qiáng)度和低接合電阻，原理上能夠避免制造缺陷的技術(shù)是必不可少的。深熔焊保證有效的焊接熔深，熱傳導(dǎo)焊的預(yù)熱作用，能夠維持匙孔的開口狀態(tài)，保證順暢排出內(nèi)部氣體，而不產(chǎn)生焊接飛濺。與此同時(shí)，也能讓熔池緩慢冷卻，在氣體排出之前，液態(tài)金屬不凝固，防止內(nèi)部氣孔的產(chǎn)生。
隨著激光技術(shù)的進(jìn)步，運(yùn)用這個(gè)基本原理的雙纖芯方式、多光束方式、擺動焊接方式等正在快速的普及。特別是迄今為止傳統(tǒng)激光器難以焊接的銅-鋁等異種金屬焊接，可以通過這種激光實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)焊接。
目前，聯(lián)贏激光在輕型手持式擺動焊接頭方面也取得了很好的進(jìn)展，如上圖所示，即使需要焊接的工件有0.3mm的間隙，也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的焊接。
Wobble和擺動焊接的方式，根據(jù)實(shí)際的用途和目的，可以調(diào)整相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)各種熔池形狀的焊接，減少氧化，進(jìn)而獲得非常好的焊接質(zhì)量。聯(lián)贏激光通過改良擺動方式，在鋁材和不銹鋼產(chǎn)品的焊接，即使間隙0.5mm也可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、簡單的焊接，容器的密封性也很好。對于小批量生產(chǎn)，手持式焊接方法是非常好的方式。
復(fù)合焊接方式
復(fù)合焊激光器通常被認(rèn)為是簡單的2種激光器的組合，但是激光器變成兩種，意味著控制因子的成倍增加，而且還需要考慮復(fù)合激光焊接頭帶來的調(diào)節(jié)變化因子。所以，為了得到最優(yōu)的激光焊接條件，有時(shí)候需要資深的復(fù)合焊接工藝工程師的知識、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。
但是，控制因素越多，以前不能解決的焊接問題現(xiàn)在被解決的概率越大。在UW，根據(jù)多年的復(fù)合焊接應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，復(fù)合焊接成套系統(tǒng)的制作已經(jīng)非常成熟，能夠非常快速的找到最優(yōu)的焊接條件，包括UW的焊接工藝工程師團(tuán)隊(duì)已經(jīng)積累了非常豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)成果，能夠很好的解決復(fù)雜的復(fù)合焊接工藝問題。
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車載用電池的主要焊接部件
車載用電池一般有方殼電池、圓柱電池、軟包電池3種，鋁和銅是其主要構(gòu)成的金屬材料，UW為所有類型的電池提供激光設(shè)備及解決方案。
方殼電池和圓柱電池主要激光加工部件示意圖
封口焊接
作為車載電池最難也要求最嚴(yán)格的的部件，主要解決如下幾個(gè)問題。
① 無內(nèi)部飛濺
② 無內(nèi)部氣孔
③ 接合部分牢固的焊接
聯(lián)贏使用半導(dǎo)體激光器復(fù)合光纖激光器的方法，解決上述全部問題。
單光纖和復(fù)合焊的封口焊接比較
特別是封口部分，通常的激光焊接很難覆蓋由于接合偏差導(dǎo)致的間隙和臺階。UW的復(fù)合焊接方法封口位置焊接強(qiáng)度很高，幾乎沒有接合不良的情況，為降低電池制造商的產(chǎn)品不良導(dǎo)致的成本增加做出了巨大的貢獻(xiàn)。
極餌焊接
UW通過特有的納秒激光器，在電腦用的圓柱電池（a）和軟包電池的極餌（b）焊接中，實(shí)現(xiàn)了類似電阻焊形狀的接合（c），實(shí)現(xiàn)了不產(chǎn)生內(nèi)部飛濺的、漩渦狀的激光微焊接方法，為不燃燒的電池批量化生產(chǎn)做出了貢獻(xiàn)。
與電阻焊相比，不良率極低，強(qiáng)化品質(zhì)的同時(shí)，有效降低電池制造商的成本。
密封釘焊接
電池注液完成后需要馬上激光焊接密封，但是注液殘留在焊接區(qū)域，會造成焊接不良的問題。同樣使用相同的納秒激光器，預(yù)先對注液口周圍進(jìn)行激光清洗，然后馬上進(jìn)行復(fù)合激光焊接，能夠得到鱗狀的焊縫和平整光滑的外觀。另外，鋁的導(dǎo)熱率很高，如果熔融鋁內(nèi)部有微小氣孔的話，氣體溢出后會很快凝固，不會形成這樣的類似鏡面外觀。
UW的復(fù)合焊接方法，實(shí)現(xiàn)了無氣孔焊接。另外，在密封釘焊接中，UW通過焊接條件優(yōu)化的方式，不斷的朝Cpk≥1.67的方向努力。
密封釘激光焊接比較
極柱、BUS BAR等異種材料焊接
如果可以實(shí)現(xiàn)異種金屬的高強(qiáng)度焊接，就不需要昂貴的復(fù)合金屬，對降低電池的成本很有效。銅和鋁的化合物很脆，銅和鋁的接合區(qū)域容易產(chǎn)生裂紋，所以，可以通過攪拌化合物，使其分散的方式來得到更高強(qiáng)度的焊接。
軟連接（超聲波焊＋復(fù)合焊）
用超聲波將8~10μｍ厚的幾十層銅箔/鋁箔接合后，在焊接到厚的電極上，從背面用激光復(fù)合焊接，可以實(shí)現(xiàn)無飛濺，高強(qiáng)度，低電阻的部件連接。
這種方法補(bǔ)償了僅靠超聲波焊接可能會出現(xiàn)的連接區(qū)域剝離的問題，在純超聲波焊接中，接頭的磨損可能會導(dǎo)致連接區(qū)域出現(xiàn)剝離的現(xiàn)象。通過復(fù)合激光焊接的輔助，可以實(shí)現(xiàn)無剝離的高品質(zhì)焊接要求。
超音波＋Hybrid集電體溶接（裏面）
另外，如果用純超聲波焊接厚銅板的話，焊接頭負(fù)荷很大，磨損很嚴(yán)重。
超聲波加激光復(fù)合焊的方式，超聲波的主要作用是將厚板和箔連接在一起，消除間隙。因此，不需要加很大的壓力來實(shí)現(xiàn)熔融銅材的焊接，超聲波焊接頭的使用壽命將大大延長，運(yùn)行成本也就大大消減了。
UW不是與各類硬件敵對，而是找到優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合優(yōu)點(diǎn)，再共同利用的思想。這也是UW名字的由來UNITED WINNER（聯(lián)合共贏）的基本思想。
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QCQ（Quick、低Cost、高Quality）
UW強(qiáng)大的產(chǎn)品競爭力和豐富的技術(shù)積累，能為客戶提供合理、快速的服務(wù)。UW開發(fā)了激光復(fù)合焊等原理上不產(chǎn)生不良的激光焊接方法，推出包含量產(chǎn)實(shí)際激光條件和工藝訣竅的多種鋰電池激光設(shè)備。并且在焊接實(shí)驗(yàn)室設(shè)置了幾十個(gè)工位，滿足客戶各類樣品制作、驗(yàn)證工作，甚至保密的實(shí)際產(chǎn)品焊接驗(yàn)證。
通過這些，電池制造商能將重要的資源投入到電池產(chǎn)品的本身競爭力上，有的電池制造商能夠集中精力開發(fā)新的電池，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改良或者材料改良開發(fā)，僅僅一年，就實(shí)現(xiàn)新電池的量產(chǎn)。
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1KW藍(lán)光激光器應(yīng)用
藍(lán)光激光器應(yīng)用
鋰電池軟連接的焊接，很多公司是使用超聲波和電阻焊，這些焊接為了確保加壓的部分，需要比較大的空間。藍(lán)光激光器可以作為軟連接焊接的另一個(gè)方法，而且藍(lán)光激光焊接不需要加壓空間和電極，可能能夠?qū)崿F(xiàn)電池容量的增大和部件數(shù)量的減少，有助于突破電池尺寸的小型化壁壘。
藍(lán)光復(fù)合擺動焊接
電極部分用擺動焊接是一個(gè)很好的焊接方法。通過在擺動焊接頭上增加藍(lán)光激光，可以獲得表面粗糙度更小，無氣孔，幾乎沒有飛濺的高品質(zhì)焊接。
藍(lán)光擺動復(fù)合焊接
3+1藍(lán)光光纖復(fù)合焊
UW獨(dú)有的藍(lán)光光纖復(fù)合焊接技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)了大型銅板的高品質(zhì)密封焊接。
3+1藍(lán)光光纖復(fù)合焊
藍(lán)光光纖復(fù)合焊能夠?qū)崿F(xiàn)高速高質(zhì)量的銅板深熔焊。
藍(lán)光光纖復(fù)合焊比較
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EV電機(jī)端子焊接
目前實(shí)現(xiàn)完全沒有氣孔的銅端子激光焊接比較困難，由于在通電測試中偶爾發(fā)生的空洞爆炸造成的不良損失，從安全和成本方面的考慮，很多制造商還是不得不選擇需要維護(hù)的TIG焊接方式。UW利用3+1藍(lán)光光纖復(fù)合焊接設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了完全無空洞的高速焊接，單PIN焊接時(shí)間＜0.2s。
發(fā)卡電機(jī)端部焊接（搭接方式1高速攝影）
發(fā)卡電機(jī)端部焊接（搭接方式3高速攝影）
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今后的發(fā)展
由于光纖激光器的迅速普及，生產(chǎn)鋰電池用的激光器成本不斷下降，另外，隨著EV的成本降低和性能的提升，未來EV也可以像普通的燃油車一樣，屆時(shí)，鋰電池的循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)也會大幅增長。
進(jìn)一步提高鋰電池的密度和容量是未來發(fā)展趨勢，UW對車企和電池制造商提出了通過激光技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高密度、高容量、高穩(wěn)定性、低成本的鋰電池生產(chǎn)的建議，以及繼續(xù)開發(fā)合理、高質(zhì)量的激光設(shè)備及新工藝方法，希望能盡綿薄之力為世界的CO2消減做貢獻(xiàn)。
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