銳科單模環形光斑雷射器在新能源行業大圓柱電池的焊接應用

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銳科單模環形光斑雷射器在新能源行業大圓柱電池的焊接應用

亮點

●     旗艦系列單模環形雷射器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。

●     旗艦系列單模環形雷射器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。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、表面處理、改性、後處理的作用。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。

近年來，亞洲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脫穎而出。為了進一步減輕新能源汽車的重量，電池材質方面往往採用鋁、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。若雷射功率密度較低，會造成較多的回返光，一方面使得焊接效果較差，另一方面大量的回返光會減少雷射器的使用壽命。因此針對以上問題，銳科雷射特研製出旗艦系列單模環形雷射器RFL-1000/1000-SM-ABP-R，它可以高效完成新能源行業的圓柱電池的焊接任務。

圖1 旗艦系列單模環形雷射器RFL-1000/1000-SM-ABP-R

銳科旗艦系列單模環形光斑雷射器5大技術優勢

銳科旗艦系列單模環形雷射器是在環形光斑雷射器基礎上進一步優化升級，中心光/環形光的芯徑進一步減小，從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。

相比於其他雷射器，該系列單模環形雷射器具有較多技術優勢：

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

圖2 單模環形雷射器示意圖

如图3所示，相比于环形光斑激光器，旗帜系列单模环形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R具有多项优势：

1. 光束能量更为集中，对大圆柱电池的铜极具有更好的焊接效果。
2. 光斑穿透能力更强，具有更大的深宽比，相同焊接条件下的焊接功率更小。
3. 焊接热影响区更小，更不容易破坏大圆柱电池的现有结构，能够在更精准的焊接区域完成焊接任务。
4. 可以产生更大、更稳定的匙孔，解决了匙孔不稳定的问题，使熔池内金属蒸气更容易逃逸，动能最小化。

熔宽能力分析

圖3 單模環形雷射器與多模環形雷射器的對比

銳科旗艦系列單模環形光斑雷射器應用優勢明顯

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：

1. 焊後氣孔較多，難以保證氣密性。
2. 焊後有較多微小裂紋，焊接強度較差。
3. 焊接過程容易出現飛濺，返工多，焊接區域污染嚴重。
4. 待焊部位厚度較小，易燒穿，成品率低。
5. 個別待焊部位對光纖雷射吸收率不高，焊接過程穩定性較差。雷射焊接憑藉能量密度高、熱影響區小、焊接精度高、焊接效率高、適應性強等優勢，可以更好地完成圓柱電池的焊接任務。

圖4 圓柱電池的待焊位置

旗艦系列單模環形雷射器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。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、表面處理、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。

銳科旗艦系列單模環形光斑雷射器在大圓柱電池的焊接案例

圖5為一種正集流盤的焊接效果，採用「sin波」的擺動方式可以得到更為美觀的焊縫，在增加焊縫數量的同時，使得焊接強度與背部殘留量也得以進一步的提高，總加工時間也僅為1.02s。而銳科旗艦系列單模環形雷射器因其較小的芯徑，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，也不會出現因焊縫重熔導致炸孔的現象。

圖5 正集流盤 (a)表面形貌 (b)背面殘留

圖6為利用旗艦系列單模環形雷射器RFL-1000/1000-SM-ABP-R焊接大圓柱電池負集流盤的效果，旗艦系列單模環形雷射器的優勢使得整個焊接過程中並未出現飛濺、炸孔現象，且焊後負集流盤背面粘黏更多的銅極耳，相比於其他類型的雷射器，具有更好的焊接效果，焊接時間也僅為1.854s左右。

圖6 負集流盤 (a)表面形貌 (b)背面殘留

旗帜系列单模环形激光器RFL-1000/1000-SM-ABP-R也能应用于防爆阀的焊接，如图7所示。相比于大芯径激光器，熔深熔宽难以精准控制，而采用单模环形激光器，热输入与热影响区较小，能够更容易得到合适的焊接效果，且焊接效率高，焊接时间为0.145s左右。 

圖7 防爆閥 (a)表面形貌 (b)微觀形貌 (c)(d)截面形貌

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，若採用大芯徑雷射器需增加焊接功率，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。而採用旗艦系列單模環形雷射器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。

圖8 底部穿透焊 (a)表面形貌 (b)背面形貌 (c)微觀形貌 (d)截面形貌

將旗艦系列單模環形雷射器RFL-1000/1000-SM-ABP-R配合擺動焊接頭進行大圓柱電池封口的焊接，效果如圖9所示，單個焊接時間為2.33s，能夠得到較為美觀的封口效果，且焊接過程穩定，熔深較大，焊接強度高，一致性好。

圖9 頂蓋 (a)(b)表面形貌 (c)微觀形貌 (d)截面形貌

通過以上焊接案例，可以看出旗艦系列單模環形雷射器RFL-1000/1000-SM-ABP-R基本可以勝任大圓柱電池上絕大部分待焊區域的焊接任務，且焊接效果優勢明顯。也由此可以看出，在新能源領域，銳科系列單模環形雷射器擁有得天獨厚的優勢。

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