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新能源環(huán)境

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(yīng)用

激光制造網(wǎng) 來源:銳科激光2024-01-22 我要評(píng)論(0 )   

近年來,得益于國家對(duì)新能源行業(yè)的鼓勵(lì)政策,我國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...

近年來,得益于國家對(duì)新能源行業(yè)的鼓勵(lì)政策,我國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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