銳科單模環形光斑激光器在新能源行業大圓柱電池的焊接應用

近年來，得益於國家對新能源行業的鼓勵政策，我國新能源汽車及其相關行業的發展極為迅速。在各個新能源企業的不斷摸索進程中，大圓柱電池因其散熱性能優、內壓穩定、電芯一致性好、PACK工藝簡單、自動化程度高等優點從中脫穎而出。為了進一步減輕新能源汽車的重量，電池材質方麵往往采用鋁、銅等材料製作。傳統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，因此大圓柱電池的焊接成為了新能源發展途中的一個重大挑戰。

在常溫下，大圓柱電池材料對1064波段的光束具有較低的吸收率。若激光功率密度較低，會(hui) 造成較多的回返光，一方麵使得焊接效果較差，另一方麵大量的回返光會(hui) 減少激光器的使用壽命。因此針對以上問題，銳科激光特研製出旗幟係列單模環形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R，它可以高效完成新能源行業(ye) 的圓柱電池的焊接任務。

圖1 旗幟係列單模環形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R

銳科旗幟係列單模環形光斑激光器5大技術優(you) 勢

銳科旗幟係列單模環形激光器是在環形光斑激光器基礎上進一步優(you) 化升級，中心光/環形光的芯徑進一步減小，從(cong) 而得到更高的能量密度，在鋁材和銅材上進行焊接，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。

相比於(yu) 其他激光器，該係列單模環形激光器具有較多技術優(you) 勢：

全光纖結構，更為(wei) 穩定可靠。
中芯/環芯可獨立調節、功率切換時間短（毫秒量級）。
全新單模高斯光束模式設計。
中心與(yu) 環形纖芯更小、具備更強穿透能力與(yu) 更大深寬比。
焊接過程穩定性更好，熱影響區更小。

圖2 單模環形激光器示意圖

如圖3所示，相比於環形光斑激光器，旗幟係列單模環形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R具有多項優勢：

光束能量更為集中，對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，具有更大的深寬比，相同焊接條件下的焊接功率更小。
焊接熱影響區更小，更不容易破壞大圓柱電池的現有結構，能夠在更精準的焊接區域完成焊接任務。
可以產生更大、更穩定的匙孔，解決了匙孔不穩定的問題，使熔池內金屬蒸氣更容易逃逸，動能最小化。

圖3單模環形激光器與多模環形激光器的對比

銳科旗幟係列單模環形光斑激光器應用優勢明顯

大圓柱電池的焊接部位較多，如圖4所示。目前，動力電池的焊接具有諸多難點：

焊後氣孔較多，難以保證氣密性。
焊後有較多微小裂紋，焊接強度較差。
焊接過程容易出現飛濺，返工多，焊接區域汙染嚴重。
待焊部位厚度較小，易燒穿，成品率低。
個別待焊部位對光纖激光吸收率不高，焊接過程穩定性較差。
激光焊接憑借能量密度高、熱影響區小、焊接精度高、焊接效率高、適應性強等優勢可以更好的完成圓柱電池的焊接任務。

圖4 圓柱電池的待焊位置

而旗幟係列單模環形激光器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。且通過靈活可調的內外環光束，結合不同芯徑光束的優點，同時起到預熱、表麵處理、改性、後處理的作用；並提高焊接質量，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；通過振鏡等外部設備，極大增加焊接速度，進一步提高大圓柱電池的成品效率。

銳科旗幟係列單模環形光斑激光器在大圓柱電池的焊接案例

圖5為(wei) 一種正集流盤的焊接效果，采用“sin波”的擺動方式可以得到更為(wei) 美觀的焊縫，在增加焊縫數量的同時，使得焊接強度與(yu) 背部殘留量也得以進一步的提高，總加工時間也僅(jin) 為(wei) 1.02s。而銳科旗幟係列單模環形激光器因其較小的芯徑，可得到更小的熱影響區，在正集流盤上繪製密度較大的焊接軌跡，也不會(hui) 出現因焊縫重熔導致炸孔的現象。

圖5正集流盤 (a)表麵形貌(b)背麵殘留

圖6為(wei) 利用旗幟係列單模環形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R焊接大圓柱電池負集流盤的效果，旗幟係列單模環形激光器的優(you) 勢使得整個(ge) 焊接過程中並未出現飛濺、炸孔現象，且焊後負集流盤背麵粘黏更多的銅極耳，相比於(yu) 其他類型的激光器，具有更好的焊接效果，焊接時間也僅(jin) 為(wei) 1.854s左右。

圖6負集流盤(a)表麵形貌(b)背麵殘留

旗幟係列單模環形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R也能應用於防爆閥的焊接，如圖7所示。相比於大芯徑激光器，熔深熔寬難以精準控製，而采用單模環形激光器，熱輸入與熱影響區較小，能夠更容易得到合適的焊接效果，且焊接效率高，焊接時間為0.145s左右。

圖7防爆閥(a)表麵形貌(b)微觀形貌(c)(d)截麵形貌

底部穿透焊主要是將正集流盤與殼體進行焊接，待焊區域較小，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，最終導致焊縫溢出待焊區域，導致工件變形。而采用旗幟係列單模環形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R能夠得到較大的深寬比，輕鬆地在待焊區域完成焊接任務。單道的焊接時間為0.425s左右。