利用先進的激光技術(shù)來助力電池智造的發(fā)展

激光在汽車領(lǐng)域應(yīng)用非常多，包括輕量化的應(yīng)用、熱成型、儀表盤、動力總成等等，今天我主要聚焦在動力電池的應(yīng)用上。在動力電池分為兩大類：1.對于鋁焊接應(yīng)用；2.對于銅的焊接應(yīng)用。動力電池的有色金屬主要是包括銅和鋁。我分兩個主題給大家介紹：一是Brightline 無飛濺焊接技術(shù)，另一個是通快高功率綠光激光器焊接銅材。激光焊接分兩種，1.深熔焊、2.熱傳導焊。淺黃色的是匙孔，它是飛濺形成的主要原因，飛濺是怎么形成的？匙孔的前壁吸收的能量會大于石孔后壁吸收的能量，當達到一定的閥值之后，飛濺就會溢出。

如何降低飛濺？不僅僅是飛濺，傳統(tǒng)單光斑焊接還會由于匙孔打開比較小，也會導致一部分氣體無法及時溢出，就會產(chǎn)生氣孔之類的缺陷。我們在實際的開發(fā)過程當中，就想如何抑制飛濺，怎么來的，怎么抑制回去。下面的圖就是Brightline的機理，匙孔首先是打開不完全，Brightline有環(huán)型光斑和內(nèi)型光斑，這樣的光斑是充分打開了匙孔的作用，銳科童總介紹到了二合一的應(yīng)用，光纖+半導體的復(fù)合激光。

我們不是復(fù)合激光，是真正意義上的2合1光纖技術(shù)。它的好處是打開了匙孔，它對于熔池內(nèi)部的渦流起到了平穩(wěn)作用，而穩(wěn)定了熔池內(nèi)部的動態(tài)流動。從另外一個角度來說，環(huán)形光斑從前面和后面的方向，也相當于起到了預(yù)熱和延遲匙孔關(guān)閉的作用。

Brightline目前有三種選擇，展示了兩個方面：1.是內(nèi)芯；2.外環(huán)。內(nèi)芯和外環(huán)可以用不同的能量分布，而且是可以從10-90%，以1%遞增或者是遞減，實時調(diào)整能量分布。這個技術(shù)是專利技術(shù)，在市場上很多公司都有陸陸續(xù)續(xù)的推出這款技術(shù)的應(yīng)用，我想提一點的是，通快最早開發(fā)出來是2017年，開發(fā)出來的時候已經(jīng)申請了專利，目前在市場上所有的應(yīng)用只有一家公司付了專利費。這是環(huán)形光斑的能量分布場，如果使用環(huán)形光斑，外環(huán)和內(nèi)芯的分布情況，外環(huán)的前側(cè)和后側(cè)就打開了匙孔，就非常像匙孔的倒影像。

Brightline的機理就是這樣，我們介紹兩個應(yīng)用，我挑了兩個代表性的應(yīng)用介紹。這個視頻是目前在市面上用的焊接，最高速可以做到400毫米/秒。實際在這個地方也能看到飛濺量非常小，幾乎沒有什么飛濺。

第二個視頻更直觀給大家展示一下Brightline在焊接過程當中對飛濺的抑制作用。這是Busbar的焊接，左側(cè)是傳統(tǒng)單光斑，整個動態(tài)性能波動非常大，這邊是Brightline技術(shù)做的Busbar的焊接，它就非常的穩(wěn)定。佐證了我剛剛講Brightline技術(shù)時，兩側(cè)的環(huán)形光斑的情況。不僅在這上面能非常好的抑制飛濺，動態(tài)性能不穩(wěn)定的同時，飛濺量也會非常大，大家可以再看一遍。可以看到飛濺量非常大，可以明顯看到飛濺量，不僅僅做了高速的拍攝，還做了飛濺顆粒進行收集，包括粒徑大小也進行了分析。

簡單總結(jié)一下Brightline技術(shù)的優(yōu)勢，第一個，它是二合一的光纖技術(shù)，不是兩個光纖堆加在一起的，只需要在光閘部分換上分光器，加上控制面板。它是專利技術(shù)，我剛剛也介紹到了。它還是可以現(xiàn)場改造的，如果用其他家的激光器，現(xiàn)在要改成二合一的技術(shù)是無法改造，必須要重新買了。Brightline技術(shù)也可以像傳統(tǒng)的激光器一樣是五路輸出，目前市面上是單一的輸出。還能非常容易的操作，所有操作應(yīng)用是在軟件里面，只需要將底下的選項換成Brightline就行了，設(shè)置一下環(huán)型和內(nèi)芯的光纖能量分布比就可以了，內(nèi)芯和外環(huán)可以從10%到90%，每1%的遞增，我們也可以把百分之百的能量打到外環(huán)或者內(nèi)芯。

再簡要介紹一下綠光，在市場上更多是近紅外的光，它的波長是1030-1070的波段。在今年的光博會上推出全球最高功率的一千萬連續(xù)的綠光，是515波段。這是我們銅材料對不同波段吸收率，這個差距還是蠻大的。市面上也有用藍光做焊接，波段是450左右，這樣對銅的焊接吸收會更高。就這個地方而言，把市面上藍光的激光器和綠光激光器做了對比，以我們的了解，市面上藍光半導體激光器功率做得最高是1000瓦左右，但是可以看到它的光數(shù)質(zhì)量只有100毫米毫弧度，這樣很難以用于動力電池的焊接。

你可以看到在綠光激光器市場上推廣最高的功率能夠用于推廣和銷售是1000萬的高功率，對于焊接來說是完全足夠的。在實驗室里面，包括兩千瓦、三千瓦都有，隨時可以做打樣。我們也做一些半導體的藍光激光器，但并沒有推向市場，在實驗室最高公里是500瓦，光束質(zhì)量可以做到20毫米毫弧。

在市面上推廣的就是兩款：1.TurdDisk1020連續(xù)高功率綠光激光器；2.TruPulse脈沖綠光激光器。

來看一張圖，在同一張銅板上做了綠光和紅外的對比，從一千瓦到兩千瓦的功率段，激光功率已經(jīng)打在上面，但是只留下淺淺的印記，其他大部分光是被反射掉了。紅外對銅做焊接的話，吸收率只有5%左右，用綠光可以達到3000瓦相同的效果，而且3000瓦的熱效應(yīng)很大。1030是紅外的，515是綠光的，中間是延遲拍攝的，從上下的兩個對比就看到，最開始它沒有吸收，一旦形成了熔深之后都是深熔焊。再看綠光焊，一開始就吸收了，這就是熱傳導作用，紅外就不能形成穩(wěn)定的熱傳導焊的作用。綠光可以形成穩(wěn)定的熱傳導焊。

在這里做了深熔度焊的對比分析，用拋光焊接的面是完全被反射掉了，酸洗的飛濺量非常大，形成表面的一致性也不高。再看看綠光，可以看到明顯的，非常穩(wěn)定，綠光對于不同的表面是不敏感的。我們實際拍攝了綠光和紅外不同的焊接實驗過程，綠光是可見光，大家也可以看到綠光一束光，是可見波段。用紅外焊接，前段是沒有吸收，后段是深熔焊的過程。

再看用綠光焊銅，它一開始就吸收了。這個是穩(wěn)定的熱傳導過程。把銅的厚度再加大一點，做到0.5毫米厚的銅，紅外去焊接，前面未焊接的部分沒有吸收，后端又形成非常大的熱影響區(qū)。一開始是對銅板預(yù)熱作用，雖然紅外對銅的室外吸收率只有5%，前端沒有吸收，后端吸收了。

介紹幾個應(yīng)用，著重介紹兩個應(yīng)用：1.動力電池的銅連接板的焊接。這個焊接對于飛濺要求非常高，因為它是裝配完之后再焊接，你裝配完之后焊接的話，如果有飛濺到PCB板上，非常容易把線路燒壞，對于工藝的要求就非常好，用綠光脈沖激光器就可以做到幾乎無飛濺。

2.這個是對動力電池的銅箔焊接應(yīng)用，隨著能力密度的不斷提高，銅箔的箔材厚度不斷的降低，傳統(tǒng)的焊接多部分是超聲焊，它是無法解決80層以上的焊接要求。我們綠光焊接，這是1層的焊接。佐證了什么呢？我們用綠光焊接銅可以精確控制熔深，在展覽上，我們給所有參展商和客戶展示的，焊到8微米以上都可以焊，可以焊1-100層，逐層焊接都能精確控制熔深。第二張圖是100層的純激光焊的示意圖，可以看到?jīng)]有任何的裂紋和氣孔，對于銅的焊接有非常成熟的工藝和非常穩(wěn)定的激光焊接的工藝。

這個是陶瓷板的焊接，它對熔深的要求很高，下面是陶瓷，要求第二層的銅最大熔深不超過0.05毫米，只能用綠光去焊。這是高速相機下拍的，熔得非常穩(wěn)定。

最后我對綠光做簡單的總結(jié)，首先是可以形成穩(wěn)定的熱傳導焊，熱傳導焊主要應(yīng)用在薄材，能幾乎做到完全無飛濺。它還能形成較高質(zhì)量的深熔焊，在1毫米上也能做深熔焊，飛濺量也是非常小。它對于銅表面質(zhì)量的不敏感，無論是酸洗、未處理還是拋光的，都能達到很穩(wěn)定的效果。還有更少的反射，更少的反射主要是因為有更高的吸收率。最后是焊接功率的調(diào)試比較方便，因為吸收率更高，傳統(tǒng)的紅外對銅的焊接增加了工藝的時間，也增加了調(diào)試的難度。

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