激光焊接是將激光束通過光學鏡片聚焦到工件表麵，讓材料快速熔化形成熔池，然後快速冷卻形成焊接接頭，它具有深寬比大、焊接速度快、與(yu) 工件非接觸等特點，很容易實現自動化生產(chan) ，因此該工藝已經被大量廣泛使用。

但是，高反材料在激光焊接過程中由於(yu) 激光熱源與(yu) 材料相互作用複雜，以及鋁合金、銅合金本身特殊的物理性能，焊接時存在對激光反射率高、焊接過程不穩定、易產(chan) 生氣孔缺陷等問題。采用普通激光焊接鋁、銅這些高反材料時，鑰孔塌陷會(hui) 產(chan) 生小孔、飛濺，由於(yu) 飛濺會(hui) 導致焊縫金屬減少，致使表麵坑窪、不平整；而且，這些材料對激光反射率高、吸收率低，大部分能量都被反射掉了，導致填充物融合不好；同時在冷卻過程中，由於(yu) 冷卻速度過快，使得氫氣等氣體(ti) 在熔池內(nei) 的溶解度急劇降低且來不及逸出，導致氣孔產(chan) 生。

主流降低飛濺和氣孔的焊接方法

如何降低飛濺、減少氣孔、獲得平滑的焊縫是高反材料焊接的一大難點。國內(nei) 外很多企業(ye) 也在這方麵不斷探索，推出了各自的產(chan) 品。

（1）使用擺動焊接頭

采用擺動焊接的方式可以分散能量密度，改善焊縫溫度的均勻性，能在一定程度上減少飛濺與(yu) 氣孔的產(chan) 生。目前主流的激光頭廠商（如：嘉強、萬(wan) 順興(xing) 、麒麟等）都有推出類似的擺動激光焊接頭。但同時也存在一定弊端，由於(yu) 激光的能量密度被降低，不得不加大功率或者放慢焊接速度。

（2）使用雙波長複合焊接頭

通過雙波長複合焊接頭將光纖激光與(yu) 半導體(ti) 激光複合在一起，在焊接點上重合，光纖激光進行深熔焊接，半導體(ti) 激光具備預熱緩冷的作用，可以一定程度地減少飛濺。目前像嘉強、萬(wan) 順興(xing) 這樣的激光頭廠商也都有推出這樣的焊接頭。但這樣的焊接方式需要用用到兩(liang) 台激光器，設備組合上較為(wei) 複雜。

（3）采用特殊光斑的激光器

性價(jia) 比最好的方案在激光器端，將高斯分布激光改為(wei) 環形+中心光，中心光斑保證熔池深度，環形光斑起到預熱緩冷的作用，這與(yu) 上述提到的雙波長複合焊接原理較為(wei) 類似。典型的激光器廠家都有推出類似的激光器，如IPG的AMB激光器、銳科的ABP激光器。

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光惠激光的FRM是什麽(me)

針對上述高反材料的焊接難點，光惠激光在技術發展的道路上不斷探索，推出了高反材料焊接專(zhuan) 家——FRM（Flexible Ring Mode）動態光斑輸出激光器，可以有效減少高反材料焊接過程中飛濺與(yu) 氣孔的產(chan) 生。

FRM激光器通過定製化的耦合器將兩(liang) 個(ge) 光模塊耦合進光纖的纖芯層和環芯層，將兩(liang) 束激光耦合成一束激光後聚焦到工件表麵形成複合光斑。通過調整合適的能量配比，能形成相對較寬的焊寬和較低的焊縫深寬比，有效提高鑰孔的穩定性，可以明顯地減少飛濺並降低氣孔敏感性。

FRM激光器可任意控製纖芯光和環芯光的功率大小，可以隻開中心光或環形光，也可以兩(liang) 者同時開，形成普通光斑、環形光斑、複合光斑三種模式；若同時開啟可以中芯和環芯，可以使中芯功率大於(yu) 環芯功率，也可以中芯功率小於(yu) 環芯功率，或者中芯功率等於(yu) 環芯功率，共可切換五種不同光斑形態。

中心光斑直徑小、能量密度大，焊接基於(yu) 深熔焊模式，會(hui) 產(chan) 生匙孔，能形成深寬比大的熔池。但它對配合間隙要求較高，且深熔焊焊接形成匙孔時大量高壓金屬蒸汽釋放，易產(chan) 生飛濺、爆點，熔池溫度高且內(nei) 部流動劇烈，熔池波動明顯。

環形光斑直徑大、能量密度小，焊接基於(yu) 熱傳(chuan) 導模式，能形成較寬的熔池，由於(yu) 熱導焊不形成匙孔，所以焊接過程中熔池溫度較低，不產(chan) 生明顯熔池波動，焊接無飛濺，焊縫平整美觀。但由於(yu) 分散了能量密度，無法獲得較大的熔深。

將兩(liang) 者複合在一起，通過調整合適的能量配比，在中心光斑保障熔池深度的同時，環形光斑增加了熔池的寬度和存在時間，一方麵提高了鑰孔的穩定性，減少了飛濺的產(chan) 生；另一方麵，使熔池的流動更加穩定，氣泡有較長時間溢出，降低了氣孔形成的幾率。

FRM激光器最高可提供20KW的總輸出功率，並可靈活調整輸出光的參數。中心光束輸出光纖直徑50μm／150μm，輸出功率最高可達10KW；環形光束輸出光纖直徑150μm／300μm，輸出功率最高可達10KW。中心光束為(wei) 1070nm波長的光纖激光，環形光束除1070nm的光纖激光外，還可配置976nm的半導體(ti) 激光，實現雙波長雙激光束的複合。

FRM優(you) 異的焊接效果

為(wei) 了體(ti) 現FRM的焊接效果，以下用FRM激光器和普通激光器分別焊接鋁合金，並進行了對比。

用1.5KW+1.5KW（50μm+150μm）的FRM激光器焊接3mm厚度的6061鋁合金，並和3KW（100μm）的普通激光器進行對比。可以明顯發現：FRM激光器焊接時的飛濺要明顯小於(yu) 普通激光器的焊接。

將焊接完後的樣品切開後進行金相觀察。FRM激光器由於(yu) 環形光斑的作用，焊接得到的焊縫呈現上寬下窄形貌，上下兩(liang) 表麵基本平整；而普通激光器焊接的焊縫上下熔寬基本齊平，上表麵存在塌陷伴隨下表麵凸出。

對焊接完後的焊縫進行拉力測試，FRM焊接的抗拉強度要優(you) 於(yu) 普通激光器焊接。

FRM的重要應用

中國將新能源汽車作為(wei) 七大戰略性產(chan) 業(ye) 之一。由於(yu) 動力鋰電池組是新能源汽車組成的一個(ge) 關(guan) 鍵核心部件，隨著新能源汽車的不斷發展，它也相應地被廣泛的使用和發展。

根據中研普華研究院的統計數據顯示：2017-2020年全球鋰電池需求量持續上升，且在未來3-5年內(nei) 鋰電設備需求將持續增長。鋰電產(chan) 業(ye) 的迅速發展，致使各大企業(ye) 紛紛加大對新工廠的建設與(yu) 產(chan) 能的擴充。

電池組的安全性是至關(guan) 重要的，一旦發生相關(guan) 故障，將會(hui) 導致非常嚴(yan) 重的結果，威脅人們(men) 的生命安全。其中，對電動汽車的安全起著決(jue) 定性作用的因素就是動力電池組關(guan) 鍵部位的焊接，這些位置最主要的材料就是鋁合金，其中包括防爆閥、電芯封口、極耳、匯流排等；其次是紫銅材料，如極柱、極耳轉接片等。這些位置的焊接質量好壞將直接影響作電池組質量的可靠性。

對於(yu) 動力電池不同部件的焊接，采用光惠激光的FRM激光器可有效化解焊接難題，實現焊接零飛濺、表麵無氣孔、熔深穩定、焊縫平滑美觀，顯著提高焊接質量，有效保證動力電池的穩定性與(yu) 安全性。

全球汽車市場向電動化轉型已是大勢所趨，而在這一發展大勢下，勢必會(hui) 對鋰電焊接工藝提出更高要求，鋰電池加工已然成為(wei) 國內(nei) 激光企業(ye) 爭(zheng) 奪的重要市場。光惠激光將持續發力鋰電池焊接領域，通過自主創新，進行激光器迭代升級，助力客戶改進焊接工藝，提升產(chan) 品安全性和競爭(zheng) 力。