特殊的光纤雷射技术在E-Mobility电动车焊接的各项应用

光纤雷射成功的应用在汽车生产线上，它们已被采用在许多焊接和切割应用，包括车身、挂件、动力总成部件等。这并不奇怪。光纤雷射比大多数以前采用的技术（雷射和非雷射）具有多种优势。

然而，汽车工业仍然是创新的主要来源。虽然高功率光纤雷射已在汽车生产中成功使用一段时间，但目前上线支援 E-Mobility 和轻量化的最棘手的焊接技术需要的不仅仅是功率与能量。即使实际上有各种各样的不同应用，其中大多数通常涉及：1. 非常薄或热敏感的材料；2. 铝、铜和高强度钢等“难”焊接材料；3. 异质材料焊接。

要完成这些更具挑战性的任务，雷射必须提供两个主要功能。第一是有足够的能量支援必要的产出率。在处理较厚的部件时，还需要高功率才能实现足够的材料穿透。第二种是能够精确控制雷射功率在加工材料上的能量分布，无论是空间还是时间。

光纤雷射如何推动电动车(EV)电池生产

设计和制造用于电动汽车的大尺寸圆柱形电池将为汽车制造商和消费者带来诸多好处。对于汽车驾驶来说，将能够获得更长续航里程、更大马力、更快充电速度、更长使用寿命，以及在寒冷天气下更好的操控性。对于制造商来说，则有望进一步精简生产流程并降低成本。

01电池制造环节存在哪些挑战？

不同制造商采用的的大尺寸圆柱形电池设计各不相同。每一种设计都有其特定的制造难度，尤其是在焊接技术方面。例如，有些电池设计包含集电器，这些集电器在连接到卷芯上时必须非常精确地控制焊缝深度。如果焊缝深度控制不佳，可能会损坏隔离膜，进而导致电池内部短路。同样，电极与集电器的焊接也需要小心控制熔深。还有一点特别要注意的是，在这一操作过程中，必须限制输入电池的热量，以免聚合物隔离层熔化或损坏。

封盖是另一种焊接技术，过去较小尺寸的电池生产已成功使用机械冲压技术。但是，冲压技术无法用于尺寸较大的电池，所以需要一种新方法。

02目前有哪些要求？

制造电池还涉及许多其他焊接技术，同样，这些技术因制造商和设计而异。不过，最具挑战性和最敏感的技术有一些共同要求，包括需要：

1）最小的热影响区；

2）精确的熔深控制；

3）消除飞溅；

4）高加工速度（通常在 200-500 mm/sec 范围内）。

另外，有些重要的电池焊接技术还将涉及异种金属的焊接。过去，满足这每一项要求都存在挑战，而且还没有一种焊接技术能够在每个技术环节都具有出色表现。为此，制造商尝试了各种解决方案。其中包括为解决铜对红光吸收率低的问题，而采用绿光波长的雷射来焊接，以及采用非雷射焊接方法（例如采用超音波焊接箔片与极耳）。

03选择正确的雷射：可调环型光斑 ARM 光纤雷射（Adjustable Ring Mode）

Coherent 开发了一种新型雷射，适用范围比以前的任何产品都更加广泛。如此广泛的适用性源于这项技术无论在空间分布上还是在时间上，都能对雷射能量如何传递到工件表面进行前所未有的控制。

其中的关键创新是采用了可调节环形光斑模式（ ARM）技术。这种光纤雷射的光束由一个中心光斑和环绕该光斑的另一个同心雷射环形光斑组成，而不是传统的单光斑输出。最重要的是，中心和环形光斑的功率可以独立控制，甚至可以实时调节。FL-ARM 系列光纤雷射总功率可达 1 万瓦。

下图显示了在焊接过程中，这种方法如何准确灵活地分配雷射能量。

ARM 技术的优点在于它能够非常精确地控制熔池动态。这样就可以进行更一致和可控的加工，从根本上消除飞溅。这种类型的雷射对铜焊接特别有用，因为环形光束可以预热材料，这大大增加了它对红光的吸收。此外，高功率密度的中心光束可将红光可靠地耦合到铜中。鉴于光纤雷射的实用性和成本优势，ARM 可调环形光斑光纤雷射将成功替代使用绿光固态雷射来焊接铜的技术。

拥有能够完成如此多种不同任务的单一类型雷射能为制造商提供了更大的灵活性和经济性。例如，使用光束开关，一个雷射光源的输出可以在多个不同的工作站之间切换共享（一对多工作站）。这简化了生产过程。此外，在生产过程中的多个工作站使用通用型雷射可以减少备件库存，并减少呆料，有助于最大限度地减少维护或维修停机时间。

通过在设计中采用更大尺寸的电池，电动车将变得对驾驶来说更实用，而制造商可以降低制造成本。但是，这些电池更大的外形尺寸、更高的驱动电流和更高的生产能力将要求采用雷射焊接技术。Coherent 的 Highlight FL-ARM 系列光纤雷射为电池生产所需的精密和苛刻的焊接任务提供了效果极好且极为经济的解决方案，而且已经在其它电池加工任务中证明其可靠性。

高精度、高效率铜发卡焊接雷射解决方案

电动马达是新能源汽车的核心部件之一。为实现更大的热应力和更高的电机效率，目前新能源车驱动电机的设计多倾向于使用一种铜棒来替代传统导线充当内部绕线。这种硬质不易弯曲的铜棒，因“U ＂型外观而被称为“发卡＂（Hairpin）。