相干公司 HighLight 光纤激光器为电池制造商搞定一切

可调环模光纤激光器能提供相当的操作灵活性,无论是针对高速振镜头还是加工方形电池罐/盖的龙门式焊接系统。

2022 年 5 月 19 日,作者:相干公司

 

努力提高电动汽车 (EV) 性能和降低其成本的主要工作集中在改进电池技术上。 实际上,在这个过程中,电池设计和生产的每个环节都需进行重新考虑。 例如,一些团队正在探索新的电池化学配方。 其目标是提高存储容量、充电速度和使用寿命,同时消除来源有问题或对环境有害的材料。 

其他公司则专注于电池制造技术;具体而言,就是开发能够同时降低制造成本(尤其是缩短生产周期时间)并提高可靠性的方法和材料。 方形电池罐/盖焊接是这项工作的一个突出例子,相干公司最近在激光焊接方面的发展提供了巨大的优势。

电池罐/盖焊接很难控制

罐/盖焊接具体是指将盖子密封在包含电池所有电极结构的外壳(罐)上的过程。 这种密封是在将这些内部部件组装到罐中之后完成的。 由于这项工作需在生产周期接近尾声时(也就是在大部分价值已被纳入组装之后)进行,因此在这个阶段报废零部件的成本尤其高。  

密封操作需要进行相当长的连续焊接。 典型的方形电池约为 20 毫米宽、300 毫米长,焊缝环绕整个电池周长。 制造商希望通过其焊接工艺实现的关键目标包括:

  • 沿整个焊缝没有间隙的气封 - 即使原始零件不能完美或一致地装配在一起(尤其是在拐角处)
  • 足够的熔深和低焊缝孔隙率,使焊缝足够牢固,即使在受到振动和机械冲击时,也不会开裂,从而维持电池使用寿命
  • 没有飞溅的金属,特别是在电池内部可能会造成电气短路,飞溅在焊接铝时尤其成问题,因为铝在低温下会融化,且熔池可能会起泡
  • 限制电池的热量输入,以免损坏内部零件

光纤激光器可以满足所有这些要求,并已成为方形电池罐/盖焊接的绝佳生产工具。 在最常见的加工中,光束聚焦光学元件在“龙门式结构”上四处移动,以实现所需的焊缝形状。

这种龙门式方法提供了真正精确的机械对准和高度一致的焊接。 这是因为激光束始终在正确的位置以相同的角度触及工件。 问题在于,将光学元件(或电池)根据方形电池所需的相对较长的焊缝来移动的话,会使龙门式系统变慢。 而且,较慢的速度会直接转化为较高的生产成本。 

相干公司 HighLight ARM 光纤激光器

强大的功率控制

只需使用扫描振镜移动无重量激光束,即可更快地焊接方形电池。 但这带来了几个问题。 首先,光束在接近视场极限时会发生几何变形,从圆形变为椭圆形。 由于这些部件的尺寸很大,这在罐的角落和端部尤其成问题。 其次,这种光束变形会与拐角处扫描方向的变化相结合,会产生不符合客户质量要求的焊缝。 此外,部件上不断变化的光束大小和掠射角会改变工作表面的功率密度,从而影响其焊接方式。 

在相干公司推出可调环模光纤激光技术 (ARM) 之前,实际上没有办法完全补偿所有这些因素。 在我们的 HighLight ARM 光纤激光器系列中,光束不仅仅是传统的光斑。 相反,它是一个中心光斑,周围环绕着另一圈同心激光。 可以在更短时间内对中心和环形光斑的功率进行独立控制。 这样,可对激光能量在焊接过程中的空间分布方式进行高度动态的控制。

这意味着,ARM 激光器可以补偿光斑在接近扫描振镜的扫描区域的外部极限时的变形方式。 具体来说,就是可以即时更改中心光束和环形光束的功率比,使激光器始终如一地产生相同的焊接结果,即使在光斑被拉长的情况下也是如此。 而且,总功率(和功率比)也可以足够快地变化,以校正扫描振镜速度的变化,因为光束在进入焊缝拐角时会减慢速度,然后在离开拐角时重新加速。 此外,这种功率调制在先进的主动闭环控制下执行,以确保高工艺稳定性、一致性和可重复性。 

动态光束调整

ARM 激光器还可以独立控制焊缝宽度和熔深。 这样就无需在部件装配时保持严格的公差(间隙宽度);降低该公差可降低生产成本。 它还可以最大限度地缩小热影响区 (HAZ),实现高速扫描(>350 毫米/秒),并能够覆盖大扫描区域。 

所有这一切都克服了方形电池光纤激光焊接在速度和质量之间的传统权衡,并使扫描焊接系统成为一种具有成本效益、高性能的批量生产方法。 这些相同的功能甚至使相干公司 HighLight ARM 光纤激光器也成为传统龙门式焊接系统的更好选择。

相干公司提供整体焊接解决方案

对于电池工厂的制造负责人来说,快速上线新设备与焊接过程本身一样具有挑战性。 为了加快实施速度,我们提供更多用于电池罐/盖焊接的产品,而不仅仅是相干公司 HighLight ARM 激光器。 我们可以轻松地将激光器与几乎任何其他制造商生产的光学元件、运动系统、控制电子器件等集成在一起。 这包括来自许多供应商的扫描振镜系统,例如 Precitec,对方集成了先进的过程监控功能。 

而且,我们的相干公司实验室团队可以配置您的焊接系统,甚至协助开发工艺配方。 相干公司可以成为您的单点联系人,从而让您快速、轻松无忧地设计、使用和维护您的激光焊接工艺。 

详细了解相干公司如何提供用于方形电池罐/盖焊接的焊接解决方案,以便提高您的产量和质量。 

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