激光焊接是將激光束通過(guò)光學(xué)鏡片聚焦到工件表面，讓材料快速熔化形成熔池，然后快速冷卻形成焊接接頭，它具有深寬比大、焊接速度快、與工件非接觸等特點(diǎn)，很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，因此該工藝已經(jīng)被大量廣泛使用。

但是，高反材料在激光焊接過(guò)程中由于激光熱源與材料相互作用復(fù)雜，以及鋁合金、銅合金本身特殊的物理性能，焊接時(shí)存在對(duì)激光反射率高、焊接過(guò)程不穩(wěn)定、易產(chǎn)生氣孔缺陷等問(wèn)題。采用普通激光焊接鋁、銅這些高反材料時(shí)，鑰孔塌陷會(huì)產(chǎn)生小孔、飛濺，由于飛濺會(huì)導(dǎo)致焊縫金屬減少，致使表面坑洼、不平整；而且，這些材料對(duì)激光反射率高、吸收率低，大部分能量都被反射掉了，導(dǎo)致填充物融合不好；同時(shí)在冷卻過(guò)程中，由于冷卻速度過(guò)快，使得氫氣等氣體在熔池內(nèi)的溶解度急劇降低且來(lái)不及逸出，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生。

主流降低飛濺和氣孔的焊接方法

如何降低飛濺、減少氣孔、獲得平滑的焊縫是高反材料焊接的一大難點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外很多企業(yè)也在這方面不斷探索，推出了各自的產(chǎn)品。

（1）使用擺動(dòng)焊接頭

采用擺動(dòng)焊接的方式可以分散能量密度，改善焊縫溫度的均勻性，能在一定程度上減少飛濺與氣孔的產(chǎn)生。目前主流的激光頭廠(chǎng)商（如：嘉強(qiáng)、萬(wàn)順興、麒麟等）都有推出類(lèi)似的擺動(dòng)激光焊接頭。但同時(shí)也存在一定弊端，由于激光的能量密度被降低，不得不加大功率或者放慢焊接速度。

（2）使用雙波長(zhǎng)復(fù)合焊接頭

通過(guò)雙波長(zhǎng)復(fù)合焊接頭將光纖激光與半導(dǎo)體激光復(fù)合在一起，在焊接點(diǎn)上重合，光纖激光進(jìn)行深熔焊接，半導(dǎo)體激光具備預(yù)熱緩冷的作用，可以一定程度地減少飛濺。目前像嘉強(qiáng)、萬(wàn)順興這樣的激光頭廠(chǎng)商也都有推出這樣的焊接頭。但這樣的焊接方式需要用用到兩臺(tái)激光器，設(shè)備組合上較為復(fù)雜。

（3）采用特殊光斑的激光器

性?xún)r(jià)比最好的方案在激光器端，將高斯分布激光改為環(huán)形+中心光，中心光斑保證熔池深度，環(huán)形光斑起到預(yù)熱緩冷的作用，這與上述提到的雙波長(zhǎng)復(fù)合焊接原理較為類(lèi)似。典型的激光器廠(chǎng)家都有推出類(lèi)似的激光器，如IPG的AMB激光器、銳科的ABP激光器。

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光惠激光的FRM是什么

針對(duì)上述高反材料的焊接難點(diǎn)，光惠激光在技術(shù)發(fā)展的道路上不斷探索，推出了高反材料焊接專(zhuān)家——FRM（Flexible Ring Mode）動(dòng)態(tài)光斑輸出激光器，可以有效減少高反材料焊接過(guò)程中飛濺與氣孔的產(chǎn)生。

FRM激光器通過(guò)定制化的耦合器將兩個(gè)光模塊耦合進(jìn)光纖的纖芯層和環(huán)芯層，將兩束激光耦合成一束激光后聚焦到工件表面形成復(fù)合光斑。通過(guò)調(diào)整合適的能量配比，能形成相對(duì)較寬的焊寬和較低的焊縫深寬比，有效提高鑰孔的穩(wěn)定性，可以明顯地減少飛濺并降低氣孔敏感性。

FRM激光器可任意控制纖芯光和環(huán)芯光的功率大小，可以只開(kāi)中心光或環(huán)形光，也可以?xún)烧咄瑫r(shí)開(kāi)，形成普通光斑、環(huán)形光斑、復(fù)合光斑三種模式；若同時(shí)開(kāi)啟可以中芯和環(huán)芯，可以使中芯功率大于環(huán)芯功率，也可以中芯功率小于環(huán)芯功率，或者中芯功率等于環(huán)芯功率，共可切換五種不同光斑形態(tài)。

中心光斑直徑小、能量密度大，焊接基于深熔焊模式，會(huì)產(chǎn)生匙孔，能形成深寬比大的熔池。但它對(duì)配合間隙要求較高，且深熔焊焊接形成匙孔時(shí)大量高壓金屬蒸汽釋放，易產(chǎn)生飛濺、爆點(diǎn)，熔池溫度高且內(nèi)部流動(dòng)劇烈，熔池波動(dòng)明顯。

環(huán)形光斑直徑大、能量密度小，焊接基于熱傳導(dǎo)模式，能形成較寬的熔池，由于熱導(dǎo)焊不形成匙孔，所以焊接過(guò)程中熔池溫度較低，不產(chǎn)生明顯熔池波動(dòng)，焊接無(wú)飛濺，焊縫平整美觀。但由于分散了能量密度，無(wú)法獲得較大的熔深。

將兩者復(fù)合在一起，通過(guò)調(diào)整合適的能量配比，在中心光斑保障熔池深度的同時(shí)，環(huán)形光斑增加了熔池的寬度和存在時(shí)間，一方面提高了鑰孔的穩(wěn)定性，減少了飛濺的產(chǎn)生；另一方面，使熔池的流動(dòng)更加穩(wěn)定，氣泡有較長(zhǎng)時(shí)間溢出，降低了氣孔形成的幾率。

FRM激光器最高可提供20KW的總輸出功率，并可靈活調(diào)整輸出光的參數(shù)。中心光束輸出光纖直徑50μm／150μm，輸出功率最高可達(dá)10KW；環(huán)形光束輸出光纖直徑150μm／300μm，輸出功率最高可達(dá)10KW。中心光束為1070nm波長(zhǎng)的光纖激光，環(huán)形光束除1070nm的光纖激光外，還可配置976nm的半導(dǎo)體激光，實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)雙激光束的復(fù)合。

FRM優(yōu)異的焊接效果

為了體現(xiàn)FRM的焊接效果，以下用FRM激光器和普通激光器分別焊接鋁合金，并進(jìn)行了對(duì)比。

用1.5KW+1.5KW（50μm+150μm）的FRM激光器焊接3mm厚度的6061鋁合金，并和3KW（100μm）的普通激光器進(jìn)行對(duì)比?？梢悦黠@發(fā)現(xiàn)：FRM激光器焊接時(shí)的飛濺要明顯小于普通激光器的焊接。

將焊接完后的樣品切開(kāi)后進(jìn)行金相觀察。FRM激光器由于環(huán)形光斑的作用，焊接得到的焊縫呈現(xiàn)上寬下窄形貌，上下兩表面基本平整；而普通激光器焊接的焊縫上下熔寬基本齊平，上表面存在塌陷伴隨下表面凸出。

對(duì)焊接完后的焊縫進(jìn)行拉力測(cè)試，F(xiàn)RM焊接的抗拉強(qiáng)度要優(yōu)于普通激光器焊接。

FRM的重要應(yīng)用

中國(guó)將新能源汽車(chē)作為七大戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。由于動(dòng)力鋰電池組是新能源汽車(chē)組成的一個(gè)關(guān)鍵核心部件，隨著新能源汽車(chē)的不斷發(fā)展，它也相應(yīng)地被廣泛的使用和發(fā)展。

根據(jù)中研普華研究院的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：2017-2020年全球鋰電池需求量持續(xù)上升，且在未來(lái)3-5年內(nèi)鋰電設(shè)備需求將持續(xù)增長(zhǎng)。鋰電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，致使各大企業(yè)紛紛加大對(duì)新工廠(chǎng)的建設(shè)與產(chǎn)能的擴(kuò)充。

電池組的安全性是至關(guān)重要的，一旦發(fā)生相關(guān)故障，將會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的結(jié)果，威脅人們的生命安全。其中，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的安全起著決定性作用的因素就是動(dòng)力電池組關(guān)鍵部位的焊接，這些位置最主要的材料就是鋁合金，其中包括防爆閥、電芯封口、極耳、匯流排等；其次是紫銅材料，如極柱、極耳轉(zhuǎn)接片等。這些位置的焊接質(zhì)量好壞將直接影響作電池組質(zhì)量的可靠性。

對(duì)于動(dòng)力電池不同部件的焊接，采用光惠激光的FRM激光器可有效化解焊接難題，實(shí)現(xiàn)焊接零飛濺、表面無(wú)氣孔、熔深穩(wěn)定、焊縫平滑美觀，顯著提高焊接質(zhì)量，有效保證動(dòng)力電池的穩(wěn)定性與安全性。

全球汽車(chē)市場(chǎng)向電動(dòng)化轉(zhuǎn)型已是大勢(shì)所趨，而在這一發(fā)展大勢(shì)下，勢(shì)必會(huì)對(duì)鋰電焊接工藝提出更高要求，鋰電池加工已然成為國(guó)內(nèi)激光企業(yè)爭(zhēng)奪的重要市場(chǎng)。光惠激光將持續(xù)發(fā)力鋰電池焊接領(lǐng)域，通過(guò)自主創(chuàng)新，進(jìn)行激光器迭代升級(jí)，助力客戶(hù)改進(jìn)焊接工藝，提升產(chǎn)品安全性和競(jìng)爭(zhēng)力。