相較於(yu) 汽油和柴油動力汽車，電動汽車技術的發展仍處於(yu) 初期階段（例如在性能和範圍方麵）。因此，電動汽車在技術方麵顯得更加靈活多變，並且往往集中在基礎組件級別。這意味著金屬和金屬元件的應用正發生翻天覆地的變化，有時甚至需要挑戰材料的極限。

與(yu) 此同時，汽車製造商和配件供應商隻願意采用具備可擴展性和較高成本效益的製造技術。綜合上述各種原因，激光技術因具有非接觸、無磨損、加工一致性高、速度快等特點，而成為(wei) 焊接、切割、硬化、釺焊和其他應用中的首選技術。然而，傳(chuan) 統激光工藝往往無法滿足生產(chan) 先進功能組件的需求。

在本文中，我們(men) 將探討專(zhuan) 門麵向電動汽車零部件的兩(liang) 項激光焊接技術創新，其中均應用了我們(men) 麵向光纖激光焊接應用領域推出的全新 CleanWeld 技術。

 鋁製電池蓋板焊接

在電動汽車所用的鋰電池生產(chan) 中，其中一個(ge) 關(guan) 鍵步驟是焊接電池外殼。此焊接過程形成的氣密封口必須能保證在部件的使用過程不出問題。尤為(wei) 重要的是，鋰電池需要此密封來阻隔水分入滲，以防水會(hui) 與(yu) 鋰元素發生劇烈反應，致使產(chan) 生的氣體(ti) 和壓力毀壞設備。此外，焊接工藝本身不能產(chan) 生任何飛濺，因為(wei) 金屬顆粒（以及水分）會(hui) 造成內(nei) 部漏電流，致使電池短路。最後，焊縫必須具有足夠高的機械強度，能耐受住粗暴處理，甚至要能夠經受住碰撞的衝(chong) 擊。

在傳(chuan) 統工藝中，由於(yu) 電池壁很薄 (< 1 mm)，這種鋁電池殼體(ti) 的密封是使用激光傳(chuan) 導焊接實現的。然而，傳(chuan) 導焊接的穿透力不足，焊接的孔隙率較高且強度也不夠，無法阻隔水分滲入。但是，使用更高的激光功率實現更深穿透（匙孔）的焊接有產(chan) 生氣孔的風險，會(hui) 導致焊接強度不夠，並且幾乎總是會(hui) 存在一定程度的飛濺。

相幹公司的大量研發工作證明，通過改變聚焦激光光斑在工件上的強度分布，使之明顯偏離傳(chuan) 統的單峰高斯分布，即可實現高速且無飛濺的金屬深加工解決(jue) 方案。具體(ti) 來說，這項研發工作表明，如果采用環繞在另一個(ge) 激光同心環中、由中心高斯分布點構成的光束，可以取得理想效果。

我們(men) 可以使用相幹公司 HighLight 係列的可調節環形光斑模式光纖激光器 (FL-ARM) 可讓聚焦光纖激光光斑實現這種特殊配置。該激光器的傳(chuan) 輸光纖強化了傳(chuan) 統的圓形纖芯，外覆另一層環形截麵的光纖纖芯。

HighLight FL-ARM可調節環形光斑模式光纖激光器可提供2.5 kW 到 10 kW的輸出功率。可根據需要單獨調節中心和環形的功率，調節範圍可從(cong) 1% 到 100%。纖芯和環形光束甚至可以獨立調節，重複頻率高達 5 kHz。

在這種布局中，內(nei) 部光束與(yu) 外部光束二者間的功率比實際上有無限種可能的組合。然而，所有這些組合大致上均可分組為(wei) 圖 1 中所示的配置。這些基本模式可以變化調整來提供廣泛的工藝特性，從(cong) 而以最優(you) 方式滿足各種應用的需求。

圖 1.簡化的 ARM 光纖示意圖以及聚焦激光光斑中可能出現的五種基本功率模式。

光纖激光器焊接鋁材時，挑戰之一在於(yu) 材料對近紅外線的吸收率相對較低。吸收率可能存在較小的不可預知的較小變化，這也會(hui) 導致穿透深度發生變化，進而造成焊接不均勻。

為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 問題，以及優(you) 化控製鋁電池殼體(ti) 匙孔焊接，FL-ARM可調節環形光斑模式光纖激光器光束的中心和環形部分的光束功率均可配置。通過使用這種特殊的功率配置方法，光束前緣能夠充分提高鋁材溫度，進而提高相應激光波長下的吸收率。此外，光束中心部分會(hui) 形成匙孔，而由於(yu) 經過預熱，匙孔相當穩定。環形光束的後緣讓熔池可以在足夠長的時間內(nei) 保持開放，使氣體(ti) 逸出。由於(yu) 匙孔較為(wei) 穩定，材料不會(hui) 迅速重新凝固，因此整個(ge) 加工過程更加一致，工藝區間也更大。  最終得到均勻一致的材料穿透，以及低飛濺，低孔隙率的更高質量的焊接。

  “銅製發卡繞組”焊接

將杆式銅製發卡繞組焊接到電機定子中是生產(chan) 汽車電動馬達的一個(ge) 重要步驟。銅製發卡繞組（形狀為(wei) “U”型，因此被稱為(wei) “銅製發卡繞組”）代替傳(chuan) 統電機中使用的線繞繞組。因為(wei) 比金屬絲(si) 硬得多，我們(men) 可以更精確地控製銅質發卡繞組在電機中的方向，最終實現更大的熱應力和更高的電機效率。 

在組裝過程中，首先會(hui) 將各個(ge) 銅製發卡繞組裝載到定子槽中。然後，將相鄰銅製發卡繞組的末端焊接在一起，實現電路連接；焊接整個(ge) 電機後，像傳(chuan) 統電機的繞組一樣，所有發卡將形成一條較長的絞合導線。

圖 2.未焊接的銅製定子   

圖 3.焊接後的銅製發卡繞組

這個(ge) 過程的兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵點是焊接必須保持銅製發卡繞組的機械定位精準，並且沒有任何雜質和顆粒物。銅製發卡繞組對齊非常重要，因為(wei) 繞組形狀準確將直接影響電機效率。如果存在瑕疵，繞組成品的阻力就會(hui) 增大，這不僅(jin) 會(hui) 降低電效率，還可能會(hui) 降低組件的機械強度。

相幹公司研發了一種使用光纖激光器來進行銅製發卡繞組焊接改善加工效果。基於(yu) 標準 HighLight™ 係列光纖激光器的工藝的第一個(ge) 關(guan) 鍵因素就是“光束擺動”的使用。尤其是在這種情況下，我們(men) 可以有意縮小工件表麵上聚焦光束的大小，使其小於(yu) 焊接區域的總麵積。但是，整個(ge) 區域可以通過快速掃描（擺動）光斑的位置來進行覆蓋。

正如 FL-ARM可調節環形光斑模式光纖激光器，光束擺動的優(you) 勢就是可以更精確地控製熔池的溫度動態。具體(ti) 而言，通過讓光束反複快速地在工件上移動而不做停留，基本上能夠以高度可控的方式（而不是一次輸出所有功率）對工件實施預加熱，在提高光束效率的同時也不會(hui) 減少有效功率。與(yu) 傳(chuan) 統激光器焊接方法相比，FL-ARM可調節環形光斑模式光纖激光器有助於(yu) 穩定熔池，減少飛濺、避免瑕疵並降低焊接孔隙率。

相幹公司還可提供改善激光焊接銅製發卡繞組加工效果的相關(guan) 工具例如，激光焊接子係統包含可視係統來控製聚焦激光光束和銅質發卡繞組的位置。 

 總結

總之，研發和操作成功的激生產(chan) 流程涉及研究參數、設置和技術組合，隻有這樣，才能最終實現出色的焊接效果。CleanWeld淨焊技術將相幹公司在多個(ge) 不同技術領域的專(zhuan) 業(ye) 知識（包括光纖激光器、傳(chuan) 輸光纖、聚焦光學器件和加工頭），以及我們(men) 廣泛的焊接工藝知識和內(nei) 部應用開發能力熔於(yu) 一爐，由此改善優(you) 化了加工效果。  CleanWeld淨焊技術實現精確管理激光器功率在特定情形中的應用方式，從(cong) 而最大程度提高工藝可控性和穩定性，確保始終保持一致的卓越加工效果。