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據(jù)外媒報道，談到極端溫度，電動汽車（EV）電池與人非常相似，在與人類相同的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)最佳。EV熱管理系統(tǒng)可充分提高電池性能，并延長其使用壽命。通過EV熱管理系統(tǒng)中的冷卻板，液體冷卻劑可以帶走電池中的熱量。

有一種冷卻板設(shè)計是在兩個薄鋁板之間循環(huán)冷卻劑。冷卻劑流過底板中的沖壓通道。為防止冷卻劑泄漏，必須將底板和頂板連接起來，以形成緊密的密封接頭。另外，焊接接頭必須沒有裂紋，否則易發(fā)生機(jī)械故障。

冷卻板釬焊挑戰(zhàn)

制造商使用真空釬焊技術(shù)來連接電池冷卻板。比起目前EV電池系統(tǒng)中使用的冷卻板（高達(dá)2.1×1.3 m），早期的冷卻板要小得多。由于需要更大的冷卻板，真空釬焊的效率大幅降低。釬焊速度慢且大量耗能（大于4 MW），導(dǎo)致運(yùn)營成本提高。

釬焊還需要用到特殊的Al 3003鋁合金。制造商希望改用低成本合金，例如Al 5754（這種合金可以釬焊，但需要后加工處理）和Al 6xxx系列合金（具有可回收優(yōu)點(diǎn)但根本不能釬焊），并尋找更快、更高效的連接方法。

富有前景的解決方案——激光焊接

由于千瓦級激光器具有更高的可靠性、穩(wěn)健性和可用性，激光材料加工技術(shù)得以迅速推廣。與傳統(tǒng)焊接工藝相比，激光焊接降低了生產(chǎn)成本，并增加了制造的靈活性和選擇性。

激光焊接技術(shù)的熱輸入更少，可充分提高速度，同時盡量減少變形。所有焊接方法都涉及熔池形成和隨后的快速凝固。然而，激光焊接可提供高能量，不僅會熔化材料，還會將其蒸發(fā)。

在焊接過程中，由于材料蒸發(fā)，會產(chǎn)生一個小孔。因此，激光焊接具有非常高的熔透深度與焊縫寬度比。許多制造商傳統(tǒng)的釬焊和焊接轉(zhuǎn)向激光材料加工，以連接多種材料，降低功耗，提高加工成品率。

激光焊接冷卻板面臨的挑戰(zhàn)

電池冷卻板的尺寸大，幾何形狀復(fù)雜，必須滿足嚴(yán)格的要求，才能實(shí)現(xiàn)堅固的接縫，從而提供長時間的無泄漏使用壽命。為避免機(jī)械故障，界面上的接頭不能有任何裂紋、駝峰、凹陷或孔洞缺陷。

與熱焊接相比，激光焊接具有高縱橫比，可以減少零件變形的可能性。然而，這可能帶來挑戰(zhàn)，因?yàn)樾】椎姆€(wěn)定性，對于實(shí)現(xiàn)高焊接質(zhì)量具有重要意義。

在鋼和鎳等高吸收率材料的焊接過程中，激光小孔通常保持穩(wěn)定。不幸的是，當(dāng)焊接銅、鋁和高合金材料等冷卻板生產(chǎn)過程中所需的材料，小孔可能會具有不穩(wěn)定性，使工藝受到影響焊接質(zhì)量不規(guī)則性的影響。要克服這些缺陷，有一種常見方法是通過擺動光束和光束整形，改變激光光束的光斑形狀和大小。

激光光束整形方法

三大類光束整形方法包括靜態(tài)、可變和動態(tài)。靜態(tài)和可變方法依賴于衍射光學(xué)元件（DOE），通過堅固窗口上的微型圖案，衍射和調(diào)制穿過它的光相位，提供具有成本效益的光束整形。對于靜態(tài)光束整形，各種DOE可以調(diào)整工件上輸出的激光束形狀。靜態(tài)解決方案的靈活性有限，因此適用于具有非常明確的過程參數(shù)的應(yīng)用程序。

使用可調(diào)節(jié)的環(huán)形整形器，將光束分成中央尖刺，或核心光束和周圍環(huán)形光束，DOE可以提供可變的光束整形選項，增加激光的靈活性。該選項需要通過單軸移位或旋轉(zhuǎn)，改變核心和環(huán)形光束之間的比率強(qiáng)度。另一種方法使用二合一（雙核）光纖的可變疊加強(qiáng)度分布。

雖然這樣的光束成形解決方案可以提高給定工藝的靈活性，例如，使一臺機(jī)器能夠在連續(xù)生產(chǎn)中執(zhí)行專門任務(wù)，但靜態(tài)光束無法充分?jǐn)嚢枞鄢?，以完成日常工作中頻繁變化的操作。

動態(tài)光束整形

動態(tài)光束成形方法有助于克服焊接缺陷，目前包括四種選項：電流計掃描儀、壓電驅(qū)動驅(qū)動器、微電子機(jī)械（MEM）掃描儀和光學(xué)相控陣（OPA）。

在焊接過程中，可以使用電流計掃描儀，以圓形或八字形等模式振蕩單模光纖激光器。然而，此類解決方案具有功率和頻率限制。由于掃描儀振蕩鏡的質(zhì)量，與移動部件相關(guān)的固有機(jī)械和動力學(xué)權(quán)衡，限制了最大可實(shí)現(xiàn)頻率。更小、更輕的鏡面限制了激光功率。

相比之下，OPA技術(shù)是一種相干光束組合（CBC），可將許多單模激光束合并為較大的光束。每個激光器發(fā)出的光，與遠(yuǎn)場中的其他光束重疊，以創(chuàng)建衍射圖案，從而提供了靈活性。因此，可以輕松地實(shí)時操縱光束形狀，無需任何移動部件，從而創(chuàng)建動態(tài)光束激光器 （DBL）。

為了克服冷卻板焊接挑戰(zhàn)，需要設(shè)計和定制光束形狀。這些光束形狀具有高形狀頻率和一系列光束形狀，使光束形狀之間能夠快速切換，從而增加了靈活性。例如，如果一種形狀可以穩(wěn)定小孔并防止飛濺，而另一種形狀可以防止開裂，那么通過這兩種形狀的精心設(shè)計序列，可以同時實(shí)現(xiàn)三個目標(biāo)。

最近開發(fā)的焊接冷卻板配置工藝，包括采用Al 3003和Al 5754合金制成的通道和凹陷幾何形狀設(shè)計。由維也納科技大學(xué) （TU Wien）生產(chǎn)工程和光子技術(shù)研究所的Andreas Otto教授創(chuàng)建的仿真，幫助優(yōu)化了許多工藝參數(shù)。

模擬結(jié)果表明，駝峰（humping）是一種周期性現(xiàn)象。當(dāng)熔池較長且速度較快時，從兩側(cè)開始冷卻，使熔融通道變窄。隨著熔融通道變窄，熔融物質(zhì)向上流動，形成了駝峰。

改變光束形狀，將能量輸入集中在熔池兩側(cè)，保持后緣的通道寬度，確保通道保持打開狀態(tài)，并降低小孔后熔體的流動速度，從而降低產(chǎn)生駝峰的風(fēng)險。將這一點(diǎn)與在該過程中引入不同的周期相結(jié)合，中斷了駝峰的周期性，從而完全避免缺陷。每隔幾微秒按順序切換光束形狀，從而消除駝峰，實(shí)現(xiàn)更高速度的焊接，而沒有缺陷。

在大規(guī)模零件生產(chǎn)方面，印度先進(jìn)激光焊接機(jī)制造商SLTL（Sahajanand激光技術(shù)有限公司），在基于CBC的3D切割和焊接機(jī)中采用DBL技術(shù)。該項目由以色列創(chuàng)新局（Israeli Innovation Authority）和全球創(chuàng)新與技術(shù)聯(lián)盟（Global Innovation & Technology Alliance）資助，可以實(shí)現(xiàn)無缺陷生產(chǎn)全尺寸冷卻板。