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高功率激光扫描振镜焊接机正逐渐成为动力电池量产设备的选择
发布时间:2022-12-10 发布人:
目前,新能源汽车的发展已经进入关键时期,高功率激光扫描振镜焊接系统正逐渐成为动力电池量产设备的选择。在未来动力电池的大规模制造中,高功率激光焊接将得到更广泛的应用。扫描振镜激光焊接系统具有焊接速度快、强度高、焊接过程定位准确、焊接过程易于自动化等优点。机器人上安装了振镜系统,可以实现柔性遥控焊接,空间自由度大。已应用于焊接电池模块、电池柔性连接器、电池防爆阀等工艺。
 
与传统焊接方法相比,激光焊接具有以下优点:激光束的聚焦直径小于0.5毫米,功率密度高于105-107瓦/平方厘米,热影响区小,焊后工件变形小,焊后无需校正,可以焊接传统方法难以焊接的材料;激光焊接是非接触焊接,没有机械应力和变形,可以焊接精密零件。
 
激光焊接一致性和稳定性好,一般不需要填充金属和焊剂,无污染;4.激光焊接灵活性高,易于实现自动化,通过计算机控制精确定位,可自动焊接任意形状,工艺灵活性好。
 
日本的电子工业使用激光点焊来连接双层电容器中锂电池的端子和引线。测量的激光焊接部件的平均连接强度是传统电阻焊的两倍。因此,很多电池企业在选择焊接设备时,都将激光焊接作为首要考虑因素。
高功率激光扫描振镜焊接在动力电池制造中的应用
激光焊接在动力电池制造中的应用
激光焊接中常见的焊接接头有两种,一种是普通的激光加工头,另一种是振镜加工头。普通激光加工头由移动平台驱动,而振镜加工头由电机驱动。相比较而言,振镜焊头在使用效率和技术上有着独特的优势。
 
这主要体现在普通焊头由于运动速度快,运动轨迹复杂,结构紧凑。三轴平台和电子显微镜驱动焊接时,通常速度是有限的,运动速度范围只有0~200mm/s,而振镜是通过电机的高速摆动进行焊接的,速度范围可以达到2000mm/s
 
同时,在焊接一些复杂轨迹如三角形、圆形、S形等时。常见的焊头经常停在拐角处,导致焊缝不一致。而振镜焊接可以不受机械臂电机速度的限制,灵活实现平面内大范围任意曲线的高速焊接。另外,普通激光焊接的气孔率一般在20%~30%,而振镜激光焊接的气孔率只有不到2%。

振镜激光焊接机

随着新能源市场的发展,人们对动力电池性能和成本需求的不断增加,振镜激光焊接系统在锂电池生产中的效率和成本优势日益凸显。目前,除了在方壳,电池的密封,振镜激光头已经完全取代了普通激光头。
 
目前市场上的扫描振镜激光焊接系统有两种,一种是小功率激光扫描振镜焊接,通常指功率在500W以下,以YAG脉冲激光或光纤激光为焊接光源的焊接系统;另一种是高功率激光扫描振镜焊接,通常使用功率在500W以上的激光器作为焊接光源。
 
小功率激光振镜在设计上比较简单,因为激光功率比较小,不需要考虑太多的热稳定性和散热性,结构简单,光学元件空间大。在使用性能方面,小功率激光振镜焊接系统,由于其脉宽时间短,输出热量低,可以熔化非常薄的金属材料,不损伤周围和底部材料,可以获得更好的焊缝外观和焊缝质量。
 
相比小功率激光扫描振镜焊接系统,高功率激光扫描振镜焊接技术的门槛更高,需要在镜片材料、镜片镀膜、散热结构、制造工艺、装配工艺等领域达到更高的工艺标准。因此,在性能上,高功-rate  振镜激光在效率和范围上能适应更复杂的工况,还具有自动化程度高、重复定位精度高、老化精度低等突出优势。
 
小功率激光扫描振镜焊接通常是指激光功率在1000W以下,以Nd-YAG脉冲激光器或光纤激光器为焊接光源,以扫描振镜为输出器件的激光振镜焊接系统。具有激光光斑移动速度快(3000mm/s)、定位精度高(0.001mm)、焊接范围广、无需水冷等特点,广泛应用于it和电池制造行业,其中18650电池及其模块制造应用最为广泛,如图2所示,包括:18650帽防爆阀焊接、帽铝环焊接、帽-电池极耳焊接、模块汇流。图2d中模块18650的汇流条是一个在并联模块中有几十到几百个电池电极的装置。它通常由一块薄铜板和一块薄镍板组成,需要用激光焊接在一起。焊点通常分布在50*30cm或更大的范围内。使用振镜系统进行焊接,激光束可以以3000mm/s的速度在焊点间快速跳跃,比其他激光焊接方式快几倍。

激光焊接效果

高功率振镜系统的技术难点在于:首先,对企业来说技术门槛更高,更高的功率意味着软硬件需要承担更大的工作量和更高的运行效率,这也对系统的各个组件和分子系统提出了更高的技术要求,考验着长期的技术储备和研发激光焊接领域的企业积累。
 
相较于传统的激光焊接,扫描振镜激光焊接的最大优点是不受电机速度限制,在振镜头的X、Y镜片的快速摆动下,可轻易在大范围内灵活实现平面内任意曲线的高速焊接,更能体现激光高速焊接的效率优势和工艺优势。特别是高功率激光扫描振镜焊接系统,越来越多的成为客户大规模生产中设备的选择,从模组焊接逐渐向其他电芯产品焊接应用发展,相信在未来的动力电池大规模制造中会有更加广泛和普遍的应用。
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