目前，新能源汽車的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入關(guān)鍵時期，高功率激光掃描振鏡焊接系統(tǒng)正逐漸成為動力電池量產(chǎn)設(shè)備的選擇。在未來動力電池的大規(guī)模制造中，高功率激光焊接將得到更廣泛的應(yīng)用。掃描振鏡激光焊接系統(tǒng)具有焊接速度快、強度高、焊接過程定位準(zhǔn)確、焊接過程易于自動化等優(yōu)點。機器人上安裝了振鏡系統(tǒng)，可以實現(xiàn)柔性遙控焊接，空間自由度大。已應(yīng)用于焊接電池模塊、電池柔性連接器、電池防爆閥等工藝。
與傳統(tǒng)焊接方法相比，激光焊接具有以下優(yōu)點：激光束的聚焦直徑小于0.5毫米，功率密度高于105-107瓦/平方厘米，熱影響區(qū)小，焊后工件變形小，焊后無需校正，可以焊接傳統(tǒng)方法難以焊接的材料；激光焊接是非接觸焊接，沒有機械應(yīng)力和變形，可以焊接精密零件。
激光焊接一致性和穩(wěn)定性好，一般不需要填充金屬和焊劑，無污染；4.激光焊接靈活性高，易于實現(xiàn)自動化，通過計算機控制精確定位，可自動焊接任意形狀，工藝靈活性好。
日本的電子工業(yè)使用激光點焊來連接雙層電容器中鋰電池的端子和引線。測量的激光焊接部件的平均連接強度是傳統(tǒng)電阻焊的兩倍。因此，很多電池企業(yè)在選擇焊接設(shè)備時，都將激光焊接作為首要考慮因素。
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激光焊接在動力電池制造中的應(yīng)用
激光焊接中常見的焊接接頭有兩種，一種是普通的激光加工頭，另一種是振鏡加工頭。普通激光加工頭由移動平臺驅(qū)動，而振鏡加工頭由電機驅(qū)動。相比較而言，振鏡焊頭在使用效率和技術(shù)上有著獨特的優(yōu)勢。
這主要體現(xiàn)在普通焊頭由于運動速度快，運動軌跡復(fù)雜，結(jié)構(gòu)緊湊。三軸平臺和電子顯微鏡驅(qū)動焊接時，通常速度是有限的，運動速度范圍只有0~200mm/s，而振鏡是通過電機的高速擺動進(jìn)行焊接的，速度范圍可以達(dá)到2000mm/s
同時，在焊接一些復(fù)雜軌跡如三角形、圓形、S形等時。常見的焊頭經(jīng)常停在拐角處，導(dǎo)致焊縫不一致。而振鏡焊接可以不受機械臂電機速度的限制，靈活實現(xiàn)平面內(nèi)大范圍任意曲線的高速焊接。另外，普通激光焊接的氣孔率一般在20%~30%，而振鏡激光焊接的氣孔率只有不到2%。
隨著新能源市場的發(fā)展，人們對動力電池性能和成本需求的不斷增加，振鏡激光焊接系統(tǒng)在鋰電池生產(chǎn)中的效率和成本優(yōu)勢日益凸顯。目前，除了在方殼，電池的密封，振鏡激光頭已經(jīng)完全取代了普通激光頭。
目前市場上的掃描振鏡激光焊接系統(tǒng)有兩種，一種是小功率激光掃描振鏡焊接，通常指功率在500W以下，以YAG脈沖激光或光纖激光為焊接光源的焊接系統(tǒng)；另一種是高功率激光掃描振鏡焊接，通常使用功率在500W以上的激光器作為焊接光源。
小功率激光振鏡在設(shè)計上比較簡單，因為激光功率比較小，不需要考慮太多的熱穩(wěn)定性和散熱性，結(jié)構(gòu)簡單，光學(xué)元件空間大。在使用性能方面，小功率激光振鏡焊接系統(tǒng)，由于其脈寬時間短，輸出熱量低，可以熔化非常薄的金屬材料，不損傷周圍和底部材料，可以獲得更好的焊縫外觀和焊縫質(zhì)量。
相比小功率激光掃描振鏡焊接系統(tǒng)，高功率激光掃描振鏡焊接技術(shù)的門檻更高，需要在鏡片材料、鏡片鍍膜、散熱結(jié)構(gòu)、制造工藝、裝配工藝等領(lǐng)域達(dá)到更高的工藝標(biāo)準(zhǔn)。因此，在性能上，高功-rate 振鏡激光在效率和范圍上能適應(yīng)更復(fù)雜的工況，還具有自動化程度高、重復(fù)定位精度高、老化精度低等突出優(yōu)勢。
小功率激光掃描振鏡焊接通常是指激光功率在1000W以下，以Nd-YAG脈沖激光器或光纖激光器為焊接光源，以掃描振鏡為輸出器件的激光振鏡焊接系統(tǒng)。具有激光光斑移動速度快(3000mm/s)、定位精度高(0.001mm)、焊接范圍廣、無需水冷等特點，廣泛應(yīng)用于it和電池制造行業(yè)，其中18650電池及其模塊制造應(yīng)用最為廣泛，如圖2所示，包括：18650帽防爆閥焊接、帽鋁環(huán)焊接、帽-電池極耳焊接、模塊匯流。圖2d中模塊18650的匯流條是一個在并聯(lián)模塊中有幾十到幾百個電池電極的裝置。它通常由一塊薄銅板和一塊薄鎳板組成，需要用激光焊接在一起。焊點通常分布在50*30cm或更大的范圍內(nèi)。使用振鏡系統(tǒng)進(jìn)行焊接，激光束可以以3000mm/s的速度在焊點間快速跳躍，比其他激光焊接方式快幾倍。
高功率振鏡系統(tǒng)的技術(shù)難點在于：首先，對企業(yè)來說技術(shù)門檻更高，更高的功率意味著軟硬件需要承擔(dān)更大的工作量和更高的運行效率，這也對系統(tǒng)的各個組件和分子系統(tǒng)提出了更高的技術(shù)要求，考驗著長期的技術(shù)儲備和研發(fā)激光焊接領(lǐng)域的企業(yè)積累。
相較于傳統(tǒng)的激光焊接，掃描振鏡激光焊接的最大優(yōu)點是不受電機速度限制，在振鏡頭的X、Y鏡片的快速擺動下，可輕易在大范圍內(nèi)靈活實現(xiàn)平面內(nèi)任意曲線的高速焊接，更能體現(xiàn)激光高速焊接的效率優(yōu)勢和工藝優(yōu)勢。特別是高功率激光掃描振鏡焊接系統(tǒng)，越來越多的成為客戶大規(guī)模生產(chǎn)中設(shè)備的選擇，從模組焊接逐漸向其他電芯產(chǎn)品焊接應(yīng)用發(fā)展，相信在未來的動力電池大規(guī)模制造中會有更加廣泛和普遍的應(yīng)用。
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