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新能源產(chǎn)業(yè)的新興是全*界近年來的主要發(fā)展方向，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。在新能源產(chǎn)業(yè)中，汽車是目前比較熱門的行業(yè)，國(guó)家大力扶持新能源，這使得是新能源的市場(chǎng)百花齊放，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程中的應(yīng)用研究有著至關(guān)重要的作用，隨著汽車輕量化的要求，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。

目前，應(yīng)用*廣泛的激光切割、激光焊接、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，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，激光焊接和激光切割是使用最多，并且對(duì)激光的各項(xiàng)指標(biāo)要求也是多種多樣的，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。激光焊接技術(shù)主要應(yīng)用于汽車覆蓋件、動(dòng)力電池、PACK模塊等。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、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，這就把激光焊接設(shè)備帶到了更廣闊的市場(chǎng)。

激光焊接作為一種現(xiàn)代焊接技術(shù)，具有熔深深、速度快、變形小、對(duì)焊接環(huán)境要求不高、功率密度大、不受磁場(chǎng)的影響、不局限于導(dǎo)電材料、不需要真空的工作條件并且焊接過程中不產(chǎn)生X射線等優(yōu)勢(shì)，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)。

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：

下圖列出了一些常用焊接方法的焊縫圖片，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、無需焊劑、焊縫美觀、性能穩(wěn)定、操作方便、焊接質(zhì)量好、自動(dòng)化程度高、工藝重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，是其他焊接方法無*比擬的。

激光焊接優(yōu)勢(shì)總結(jié)：

· 激光束斑直徑很小，能量密度*高，功率密度達(dá) 10^6~10^8W/cm^2，深寬比大，最高可達(dá)/10：1，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、非金屬材料的焊接。電池的結(jié)構(gòu)通常包含多種材料，如鋼、鋁、銅、鎳等，這些金屬可能被制成電極、導(dǎo)線，或是外殼；因此，無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。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，能夠?qū)崿F(xiàn)不同材料之間的焊接；

· 激光焊接速度快，熱輸入小，從而熱影響材料開發(fā)與應(yīng)用區(qū)很小，材料變形及殘余 應(yīng)力小，無需后續(xù)矯正變形；

· 激光焊接接頭力學(xué)性能好，焊縫組織致密、強(qiáng)度高。焊縫窄且表面成型好，免去焊后清理等工作；

· 激光焊接系統(tǒng)具有高度柔性化，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)。

激光焊接有哪些方式

       根據(jù)工作原理的不同，適配不同的加工場(chǎng)景，激光焊接可分為熱傳導(dǎo)焊、深熔焊、復(fù)合焊接、激光釬焊和激光傳導(dǎo)焊接五種，具體如下：

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

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

• 縫焊相比穿透焊，只需較小功率激光焊機(jī)。縫焊的熔深比穿透焊的熔深要高，可靠性相對(duì)較好，但連接片需沖孔，加工相對(duì)困難。

激光焊接應(yīng)用舉例：

動(dòng)力電池組成以及常見焊接位置

動(dòng)力電池電芯可分為棱柱形電芯、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，其中棱柱形電池和圓柱形電池應(yīng)用比較廣泛。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，焊接是這個(gè)過程中非常重要以及復(fù)雜的工藝。

動(dòng)力電芯常見幾種激光焊接位置，即蓋板安全口、電芯&極柱、電池殼、密封銷（電解液注入孔）、電池極耳、電芯極耳和頂蓋。此外，超級(jí)電容器的焊接位置主要是連接器和陰極（封焊）。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一根光纖提供兩束獨(dú)立控制的同軸激光光束。在焊接過程中，中心光束用于形成焊縫，而環(huán)形光斑用于穩(wěn)定焊接熔池，可實(shí)現(xiàn)高速、無飛濺的焊接，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，環(huán)形光斑激光器是將單一的高斯分布激光束，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，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，為激光焊接帶來了更大的靈活性和可能性。

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。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、強(qiáng)度、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)。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)。

（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，焊接效果完*不同。為了對(duì)焊件輸出統(tǒng)一、穩(wěn)定的焊接激光束，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，功率過低會(huì)導(dǎo)致焊接熔融不足而影響焊接質(zhì)量，功率過高或上下波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致飛濺、氣孔等不良效果。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。

（2）焊接工藝技術(shù)

激光與物質(zhì)的作用過程較為復(fù)雜，激光焊接效果與激光波長(zhǎng)、功率密度大小、焊接時(shí)間、焊接頭角度、焦點(diǎn)距離、焊件對(duì)激光的吸收率及清潔程度、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)。因此，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)，長(zhǎng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)積累才能夠獲得良好的焊接效果。

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，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），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，那么必定要關(guān)注激光的這兩個(gè)參數(shù)，下面我們就來說一些這些參數(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，最直接的體現(xiàn)就是在同樣激光參數(shù)設(shè)置下，樣品不能被切割開或者焊接變差出現(xiàn)虛焊等現(xiàn)象，這個(gè)是由于激光功率變化造成的，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，此時(shí)需要調(diào)節(jié)激光參數(shù)從而達(dá)到最初設(shè)置；

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有改變，但是工作效果依然變差，這個(gè)其實(shí)是激光聚焦的焦點(diǎn)位置發(fā)生了改變（也就是我們常說的焦點(diǎn)飄移），最終導(dǎo)致工作點(diǎn)位置功率密度下降，從而達(dá)不到實(shí)際工作效果。

焦點(diǎn)位置隨使用時(shí)間的變化

因此，激光焊接的過程中，對(duì)于激光器的功率以及焦點(diǎn)變化的觀測(cè)非常重要，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；短時(shí)間曝光，可測(cè)試高達(dá)12kW功率，有自動(dòng)防塵罩，不需要水冷，可用于profinet集成控制；可見光到近紅外波段覆蓋，滿足不同波長(zhǎng)應(yīng)用；

2. Ariel： 激光除銹/清洗，模組外殼焊接等；短時(shí)間曝光，可測(cè)試高達(dá)8000W功率，有防塵罩，不需要水冷，自帶顯示表，含充電電池，體積非常小巧，可以藍(lán)牙連結(jié)手機(jī)遠(yuǎn)程讀數(shù)，可見光到近紅外波段覆蓋，滿足不同波長(zhǎng)應(yīng)用；

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，光束發(fā)散角，不需要衰減，功率越高測(cè)試效果越好，可以吹掃氮?dú)獗苊饣覊m影響等；

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，從而可以合適選擇環(huán)形光斑工作點(diǎn)，焊接點(diǎn)功率以及約束環(huán)的大小；

4. BeamWatch AM: 是一種集成激光測(cè)量系統(tǒng)，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，激光功率，M2或者K值，焦點(diǎn)飄移，光束發(fā)散角，不需要衰減，密封設(shè)計(jì)，氣閥推動(dòng)開shutter，避免灰塵對(duì)設(shè)備的影響；

5. 10K-W，BeamWatch Intergrated ：動(dòng)力電池Busbar焊接過程監(jiān)控，電池生產(chǎn)各環(huán)節(jié)過程監(jiān)控，逆變器焊接過程監(jiān)控：可以長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控功率，集成系統(tǒng)監(jiān)控M2等參數(shù)等；

6. Comet：是一款便攜式功率圓盤激光傳感器。通過對(duì)激光功率的10s曝光采樣，可實(shí)現(xiàn)最高10kW的功率測(cè)量。具有平坦的寬帶涂層，頻譜覆蓋范圍為0.2~20µm。無需水冷，直接手柄讀數(shù)，測(cè)試完即可取走方便后續(xù)加工；