在全球，配備電動動力系統(tǒng)的汽車越來越普及。隨著市場對純電動汽車的需求增加，對制造高性能備件的有效解決方案的需求也在增加。但是，由于電動汽車的設計包含多種方案，并且相關備件幾何形狀的設計有很大的多樣性，這對電動汽車而言比燃油汽車更具挑戰(zhàn)性。應對這一挑戰(zhàn)需要多樣的生產(chǎn)方式來制造數(shù)量充足、質量達標的必要備件。

長久以來，激光是用于制造內(nèi)燃機的工具，如今則越來越多地應用于生產(chǎn)電動汽車，如焊接電池盒。然而，在焊接鋁制鑄件時，激光仍然面臨諸多問題。鋁制鑄件是電動汽車制造商的重要材料：它重量輕，是增加汽車可行駛里程的最佳材料。因此，如電動機和電力電子設備的關鍵部件通常都被封裝在鋁制機殼內(nèi)。

但關鍵的是，這些電子機殼都需要被緊密密封。這是因為被封裝在機殼內(nèi)的部件是由集成在鑄件中的水管進行冷卻的。因此，氣密性焊接對確保水與電子備件安全分離有重要作用。

如今，通快已開發(fā)出一套專門滿足這種應用的多焦點光學系統(tǒng)。配合激光能量調(diào)節(jié)技術，該系統(tǒng)為過去無法實現(xiàn)之事提供了突破口：一種在大批量生產(chǎn)的鑄鋁外殼上進行激光焊接、氣密接縫的快且可靠的工藝。

1.待解決任務

任務背景：

• 待解決任務為將一塊鋁板焊接到一個鑄鋁外殼上。

• 材料組合：鑄造鋁合金+鍛打鋁合金

• 焊接形狀：對接；焊接深度在0.8毫米至2.5毫米之間，取決于蓋板的厚度。

• 目前運用的焊接技術：攪拌摩擦焊和激光搖擺焊（某些情況下），二者均不能實現(xiàn)高生產(chǎn)效率。

任務需要：

• 無孔或裂紋的氣密性焊縫。

• 低孔隙度并減少飛濺。

• 高壓壓縮負荷下具有高抗疲勞性。

• 焊接過程中能量輸入少并且變形率低。

待解決任務為將一塊鍛打鋁合金蓋板激光焊接到一個鑄鋁外殼上，使之最終容納電動汽車的電力電子設備。任務目標是完成氣密性焊縫。

2.解決方案

通快開發(fā)了一種全新的解決方案，實現(xiàn)鑄鋁部分的氣密性焊接。其核心是配合激光能量調(diào)節(jié)技術的多焦點光學系統(tǒng)。

激光能量調(diào)節(jié)技術將 TruDisk 多芯光纖激光器的激光束分散在環(huán)型光纖和內(nèi)芯光纖之間。同時，聚焦光學器件將激光束分散成四個單獨的焦點。這些光束根據(jù)環(huán)形光纖與內(nèi)芯光纖形成的功率分布相疊加并根據(jù)彼此定位，因此能夠在同一熔池內(nèi)作業(yè)，并形成一個持續(xù)打開的匙孔。

兩個原因能說明這套系統(tǒng)的重要性：首先，它抑制了金屬蒸汽通道的塌陷，因此杜絕了氣體形成的氣孔。其次，在焊接過程中，它能確保鑄件中的雜質有充分時間以氣體形式逸出。因此能夠成就無空隙焊縫。

然而，鑄鋁備件由于其雜質仍然難以使用這種焊接方法。因此，通快使用兩步法依靠在修改激光參數(shù)來處理液體飛濺的區(qū)域以完成任務。步驟一對金屬和鑄件材料的混合物形成焊縫，步驟二僅用激光融化焊縫而非鑄件材料。這為去除現(xiàn)有雜質提供了更多機會，與之同時熔融并密封了鑄件材料先前出現(xiàn)飛濺的區(qū)域，留下干凈且不透氣的焊縫。

激光能量調(diào)節(jié)技術在環(huán)形光纖和內(nèi)芯光纖間形成了激光光束分布（如頂部圖片所示）。同時，多重聚焦光學器件將激光光束分散為四個單獨的焦點（如底部圖片所示）。這些光束相對彼此進行定位，以使得匙孔持續(xù)打開。

3.總結

通過 TruDisk 激光，激光能量調(diào)節(jié)技術和多重聚焦光學系統(tǒng)三者相結合，通快為電動汽車部件制造商提供了專門為滿足其未來需求所設計的針對鋁制鑄件的焊接方式。激光制造的氣密性焊縫能夠滿足電動汽車制造的苛刻要求。

這種焊接加工方式十分可靠，可用于連接電池、電動馬達和電力電子器件和防護外殼。焊接速度可達到每分鐘15米，較之其他競爭焊接技術，該焊接過程更快。即便如此，焊接工藝仍在發(fā)展，通快目前也在其實驗室中實驗更快的焊接速度。