新能源汽車動力電池，作為(wei) 新能源汽車的驅動能源，其質量好壞直接影響到新能源汽車的使用壽命。激光加工技術已成為(wei) 發展最快的高新技術之一，為(wei) 傳(chuan) 統製造業(ye) 改造提供了充足支持。相較於(yu) 傳(chuan) 統極耳焊接、極片切割模式而言激光切割模式可以實現自動化操作，並解決(jue) 毛刺、露白、掉粉等一係列問題。激光焊接具有較高的能量密度、較快的焊接速度以及較小的加熱區域，適用於(yu) 對焊接變形及精度要求較高的新能源汽車動力電池模組生產(chan) 中。動力電池極耳部分（厚度為(wei) 0.3mm 的TU1銅鍍鎳片和1050鋁合金片）要與(yu) 模組兩(liang) 側(ce) 匯流排（Busbar，6061鋁合金）焊接在一起。這類材料使用傳(chuan) 統焊接方式時，很容易在焊接過程中產(chan) 生裂紋和變形，影響電池質量。

極耳激光切割應用

設備選型

對於(yu) 鋰電池負極銅箔，可以選擇 1064nmMOPA 型光纖激光器，其峰值功率密度為(wei) 2.4×10⁶W/mm2 ，可以通過對種子源的電進行調製，在兆赫茲(zi) 工作頻率內(nei) 實現幾納米到幾十納米的“窄脈寬”切割。

在應用 1064nmMOPA 型光纖激光器切割 8.0μm 銅箔（鋰電池負極）時，可以設定脈寬為(wei) 20ns，工作頻率與(yu) 單脈衝(chong) 能量分別為(wei) 760kHz、0.13mJ，改善銅箔切割毛刺問題，並將毛刺尺寸控製在 10μm 內(nei) ，同時減少鋰電池銅箔極片切割飛濺、熔融層尺寸誤差。部分情況下，為(wei) 了減少熔融層“魚鱗紋”現象，也可以將脈衝(chong) 頻率進行進一步提高，杜絕熔融重新凝結層。需要注意的是，在將脈寬一定、調高平均功率的同時，還需要根據激光器聚焦需要，調整焦點光斑直徑為(wei) 60μm，調整銅箔切割時振鏡走筆速度為(wei) 800mm/s。

極耳激光焊接分析

保持焊接速度不變，當激光功率為(wei) 1000W 時，焊縫表麵的魚鱗紋中發現部分未熔化的銅，說明此時的激光功率較低，達不到上層銅全部熔化的焊接要求；當激光功率為(wei) 1100W 時，此時銅鋁焊接頭表麵焊縫的魚鱗紋均勻光滑，較為(wei) 清晰，且焊縫與(yu) 母材交界線較為(wei) 平直。當激光功率為(wei) 1300W 和 1400W 時，銅鋁焊接頭焊縫表麵燒損嚴(yan) 重，魚鱗紋已經消失，熱影響區與(yu) 母材交界線出現凹凸不平的缺口。觀察銅鋁焊接頭焊縫截麵形貌，當功率為(wei) 1000W 時，我們(men) 可以看到熔池內(nei) 銅鋁發生反應，焊縫由黑色陰影處（下）和銅鋁混合處（上）兩(liang) 部分構成，發生了明顯的“鋁侵入銅”的現象，並伴有微小的氣孔產(chan) 生。隨著激光功率增加，焊縫中陰影部分麵積增加，且“鋁侵入銅”的現象也越來越明顯，且容易在焊縫中形成氣孔。這是因為(wei) 激光功率增加導致熔池熔深和熔池中的鋁元素增加，故銅鋁反應也就越劇烈，“鋁侵入銅”的現象就越明顯。當激光功率為(wei) 1400W 時，可以看到焊縫沒有了陰影部分，但更多的鋁元素進入了上層銅中去，焊縫整體(ti) 呈灰白色，且分布著大小不均的氣孔。

保持焊接速度 55mm/s 不變，銅鋁焊接頭焊縫的熔寬和熔深都與(yu) 激光功率呈正相關(guan) ，且熔深與(yu) 激光功率的線性相關(guan) 性更強。當激光功率從(cong) 1000W 增加到1300W 時，焊縫的熔深迅速從(cong) 0.21mm 增加到 0.68mm，而焊縫的熔寬從(cong) 起始的 1.51mm逐漸增加到 1.61mm 後趨於(yu) 平穩，這是因為(wei) 此階段產(chan) 生的熱量基本上用來增加焊縫熔深了，用來擴展熔合線的能量較少，故熔寬增加增加緩慢。當激光功率為(wei) 1400W 時，焊縫熔深的增大的速率放緩，熔深增而大至 0.76mm，熔寬卻增大突然至 1.68mm。這是因為(wei) 在焊接過程中，隨著激光功率增加，焊縫熔池上方的焊接材料蒸氣以及等離子體(ti) 會(hui) 逐漸增多，吸收了照射激光地部分能量，減緩了熔池熔深增大速率，卻增強了對焊縫熔池表麵的輻射作用，使得焊縫表麵熔寬增大。

鋁鋁焊接頭焊縫表麵形貌可以看出，當焊接速度為(wei) 25mm/s 時，此時焊縫表麵的魚鱗紋較為(wei) 密集，焊縫區與(yu) 母材區的交界線彎曲突起，不平滑。此時當焊接速度越慢，焊接頭擺動速度一定，單位時間內(nei) 移動的距離短，在該段長度範圍內(nei) 擺動的次數越多，形成的魚鱗紋也就越密集，且熱輸入較大，焊縫區與(yu) 母材區的交界線不規範。當焊接速度逐漸增大時，焊縫表麵的魚鱗紋密集程度開始減弱，焊縫區與(yu) 母材區的交界線逐漸變得平直，這是因為(wei) 焊接速度增加，單位時間內(nei) 焊接頭移動的距離增加，焊接頭在該段長度範圍內(nei) 擺動的次數減少，單位時間內(nei) 焊縫中的熱輸入減少，焊縫區與(yu) 母材區的交界線處的熔池條件得到改善，交界線變得平直。從(cong) 鋁鋁焊接頭焊縫截麵形貌中可以看出，當焊接速度為(wei) 25mm/s 時，焊縫擁有最深的焊縫熔深，但此時焊縫中氣孔數量較多。這是因為(wei) 在相同的激光功率下，較低焊接速度對應的焊接熱輸入較大，導致焊縫熔池加深，氣孔溢出焊縫表麵時間也就越長，氣孔留在焊縫中的機率就越大。當焊接速度增加時，焊接頭焊縫的熔深逐漸減小，焊縫中氣孔的數量逐漸減少。在焊接速度為(wei) 55mm/s 時，焊縫中氣孔的數量最少，氣孔直徑最小。當焊接速度繼續增加時，焊縫截麵形貌狀態出現惡化，氣孔直徑變大。這是因為(wei) 過大的焊接速度使得激光在焊縫中停留的相對時間變短，熔池得深度變淺，熔池在冷卻時氣泡來不及所導致。因此焊接速度過快和過慢都不行，隻有選擇合適的焊接速度，才能減少焊縫中氣孔的數量。

保持激光功率 700W 不變，隨著焊接速度的不斷增加，鋁鋁焊接頭焊縫區的熔寬和熔深都不斷降低。當焊接速度從(cong) 25mm /s 增加到 65mm/s 時，鋁鋁焊接頭焊縫熔寬從(cong) 1.54mm 減小到 1.49mm，熔深從(cong) 0.24mm 減小到 0.17mm。由公式（3-1）可知，當焊接速度增加時，對應的激光焊接熱輸入會(hui) 減少，熔池在單位長度上吸收激光能量變少，所能熔化的金屬量減少，故焊縫表麵的熔寬會(hui) 減小；與(yu) 此同時，焊接速度增加使得激光在焊接時激光地穿透能力減弱，焊縫的熔深也會(hui) 減少。

銅鋁焊接頭焊縫表麵形貌可以看出，當焊接速度為(wei) 25mm/s 時，此時銅鋁焊接頭焊縫表麵的魚鱗紋較為(wei) 密集。當焊接速度逐漸增大時，焊縫表麵的魚鱗紋密集程度開始減弱。特別的，當焊接速度為(wei) 65mm/s 時，此時焊縫表麵的魚鱗紋已經消失，取而代之的是擺動焊接頭擺動焊接的軌跡，但由於(yu) 焊接速度太快，焊接熱輸入不足，焊縫表麵還有部分銅為(wei) 被熔化。當焊接速度為(wei) 25mm/s 時，銅鋁焊接頭截麵焊縫擁有最深的熔深，此時熔化的銅層下出現少量“鋁侵入銅”的現象，焊縫中心處有一處氣孔，且在焊縫熔池兩(liang) 邊下角由黑色的陰影區域。當焊接速度逐漸增加時，銅鋁焊接頭的熔深逐漸降低，焊縫中“鋁侵入銅”程度減小，焊縫中氣孔數量開始增多。這是因為(wei) 焊接速度增加，焊縫熔池變淺，熔池中的鋁元素減少，焊縫中產(chan) 生氣孔來不及逸出排除造成氣孔數量相對增多。當焊接速度增加到 65mm/s 時，此時激光剛剛熔穿上層銅，隻熔化下層鋁上極少部分，此時幾乎沒有“鋁侵入銅”現象發生。

保持激光功率 900W 不變，當焊接速度增加，銅鋁焊接頭焊縫熔寬和熔深與(yu) 激光功率均呈負相關(guan) 性。當焊接速度從(cong) 25mm/s 增加 65mm/s 到時，銅鋁焊接頭焊縫熔寬從(cong) 1.525mm 減小到 1.445mm，焊縫的熔深從(cong) 0.226mm 減小到 0.102mm。焊接速度地增加導致焊接熱輸入輸入嚴(yan) 重不足，是焊縫的熔深和熔寬不斷減少的主要原因。

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