COHERENT提供整体电池超级工厂壳盖高速振镜顶焊工艺解决方案

时间： 2024-01-29 来源：Coherent高意激光公众号

技术问答

可调环模光纤激光器对方壳电池壳盖密封焊具有很大的操作灵活性，无论是针对高速振镜顶焊还是出射头焊接方式。

如图所示：

努力提高电动汽车性能和降低其成本的主要工作集中在改进电池技术上。实际上，在这个过程中，电池设计和生产的每个环节都需进行重新考虑。例如，一些团队正在探索新的电池材料。其目标是提高电池容量、充电速度和使用寿命，同时消除来源有问题或对环境有害的材料。 

其他公司则专注于电池制造技术；具体而言，就是开发能够同时降低制造成本（尤其是提高产线节拍）并提高优率的方法和材料。方壳电池壳盖密封焊是这项成果的一个典型例子，COHERENT 最近在激光焊接方面取得了巨大优势。

01、壳盖密封焊的挑战

壳盖密封是在电芯入壳后完成的，因此在这个工序报废的成本尤其高。  

密封焊是一段相对长的连续焊缝，比如 20x300mm 的方壳电池，焊缝环绕整个电池周长。制造商希望通过焊接工艺实现的关键目标包括：

●气密性焊接，即使电芯装配不完美或不一致（尤其是在R角处）。

●足够的熔深、熔宽和低气孔率，使焊缝足够牢固，即使在受到振动和冲击时，也不会开裂，从而维持电池使用寿命。

●无飞溅，飞溅在焊接铝时尤其容易产生，因为铝在低温下熔化，产生气泡。

控制热输入。

环模光纤激光器已成为方壳电池壳盖焊接的绝佳生产工具。在最常见的加工中，CNC机台配合出射头沿四周焊接，以实现所需的焊缝形状。

这种方式提供了精确的机械定位和高度一致的焊接。这是因为激光束始终以同一角度入射工件表面，但这种方式焊接速度慢，成本高。

2、强大的功率控制

方壳电池是可以通过振镜光动式实现更快的焊接速度的。但这带来了几个问题。首先，光束在接近工作范围边缘时会发生几何变形，从圆形变为椭圆形。对于大尺寸电芯，在壳体的R角和短边尤其是问题。其次，这种光束变形会与R角处扫描方向的变化相结合，会产生不合格的焊缝质量。此外，不断变化的光束大小和入射角会改变工作表面的功率密度，从而影响其焊接质量。

在Coherent 高意公司推出可调环模光纤激光技术 (ARM) 之前，实际上没有办法完全补偿和改善所有这些问题。我们的 HighLight ARM 环模光纤激光器系列中，光束不仅仅是传统的光束。相反，它是由一个中心光束，周围环绕着另一圈环形光束组成，可以高速地对中心和环形光束的功率分别进行独立控制。这样，可对激光能量在焊接过程中的空间分布方式进行高度动态的控制。

这意味着，ARM 环模光纤激光器可以补偿光束在接近振镜工作范围边缘时的变形。具体来说，就是可以飞行调整中心光束和环形光束的功率比，使激光器始终如一地产生相同的焊接结果，即使在光束被拉长的情况下也是如此。而且，总功率（和功率比）也可以足够快的速度调整，以配合扫描振镜速度的变化，因为光束在进入R角时会减速，然后在离开R角时重新加速。此外，这种功率调整在先进的闭环实时控制下执行，以确保最高工艺稳定性、一致性和可重复性。

ARM 环模光纤激光器还可以独立控制焊缝熔宽和熔深。这样就无需在电芯装配时保持严格的公差（间隙宽度）；降低公差要求可降低生产成本。它还可以最大限度地缩小热影响区 (HAZ)，实现高速焊接（>350 毫米/秒），并能够覆盖大扫描区域。 

所有这一切都克服了方形电池激光焊接在速度和质量之间的传统权衡，并使振镜焊接系统成为一种具有低成本、高性能的量产生产工艺。这些优异的性能同样可以使Coherent HighLight ARM 环模光纤激光器也成为出射头焊接方式的更好选择。

3、COHERENT 提供整体焊接解决方案

在当今的现代电池超级工厂中，将新设备快速上线与焊接工艺本身一样具有挑战性。为了加快实施速度，我们能够提供更多用于壳盖密封焊的产品，而不仅仅是 Coherent HighLight ARM 环模光纤激光器。再加上我们的 HIGHmotion 2D 或 RLSK 振镜和视觉定位系统 HIGHvision，我们能够为您的焊接应用提供完善的整体解决方案。此外，主流品牌的振镜系统也与我们的激光器兼容。

我们的Coherent 实验室团队可以协助开发您的焊接系统配置和工艺。从而让您快速、轻松无忧地设计、使用激光焊接工艺。

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