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Applications 应用天地

高功率光纤激光器

用于多层极耳与极柱的焊接

文/陈勇，IPG Photonics应用工程师

随 着节能环保意识的提升，越 YLS-4000 光纤激光器，光纤芯径 光，并将其调至与点状指示光重合。
接下来就要确定各个焊接参数。
100μm，工作波长 1070nm，额定输
来越多的汽车、城市公交车
等各类交通工具正逐渐采用 出功率 4kW，工作在连续模式下，光 焊接参数的选择主要取决于所焊接的
动力电池替代燃油作为其动力来源， 束质量参数 BPP<4。YLS-4000 光纤 材料和生产要求。
这促使了动力电池行业随之迎来了蓬 激光器除了具备在成本和易于操作方 激光功率是焊接中的一个重要参
勃发展，同时也使激光焊接技术在动 面的优势外，还能提供柔性导光系统， 数，根据焊接材料对光的吸收特性等
力电池制造中找到了大显身手的广阔 易于集成到用户系统中，其卓越的光 属性，每种材料都有自己适合的功率
舞台。在动力电池的制造过程中，激 束质量和高功率，适用于焊接、熔覆 选择，功率过大，容易使焊缝过宽，
光焊接凭借焊接安全可靠、工艺精密、 和切割等高端应用。 形成飞溅现象 ；功率过小，则不能焊
环保等优势，成为了很多焊接任务的 该焊接系统采用四轴数控运动 透材料，导致焊接不牢。本案例中，
首选方案，极耳焊接就是其中之一。 平台，配备 IPG 公司型号为 FLW- 铜镀镍极耳与铜极柱之间的焊接，使
众所周知，电池分正负两极，而 D50-S 的激光焊接头，准直焦距 用的功率为 2.4kW ；铝极耳与铝极柱
极耳是从电芯中将正负极引出来的金 FC=200mm，聚焦焦距 FF=250mm。 之间的焊接，使用的功率为 1.6kW。
属导电体。极耳通常分为三种材料， 该焊接头附带污染实时监测功能，具 另一个很重要的参数是离焦量，
电池的正极使用铝（Al）材料，负极 有摄像头选项、焦距微调等功能。 离焦量是指激光焦点位置距离被加工
使用镍（Ni）材料或铜镀镍（Ni-Cu） 工件的距离。离焦量对焊接质量有着
材料。在动力电池的制造过程中，其 焊接参数选择与测试结果 重要影响，通常焦点处的激光功率密
中的一个环节是将电池极耳与极柱焊 首先将焊接头调节至倾斜约 11° 度过高，容易使被焊接的材料蒸发，
接到一起。 角 ；调试好焦点位置。安装条形指示 形成穿孔与飞溅 ；而离开焦点位置的
激光功率密度，会逐渐减小。因此在
多层极耳与极柱的焊接 焊接过程中，要使用离开焦点一定距

在本案例中，采用实验的方法 离的激光能量，离焦量的具体选择取
测试了多层极耳与极柱之间的焊接情 决于被焊接的材料。本案例中，铜镀
况。该案例需要测试两项焊接 ：（1） 镍极耳焊接设置的离焦量为 2.5mm ；
将叠加在一起的 4 片总厚度为 0.8mm 铝极耳焊接设置的离焦量为 4.5mm。
的铜镀镍极耳，焊接到铜极柱上；（2） 从功率和离焦量的选择上也可以看
将叠加在一起的 4 片总厚度为 0.8mm 出，焊接铜镀镍极耳比焊接铝极耳需
的铝极耳，焊接到铝极柱上。 要更大的能量。
焊接不仅要保证极耳与极柱之间 焊接速度也是一个比较重要的参
的可靠连接，而且要求焊缝平滑美观。 数，速度过快，不易焊透，影响焊接
质量 ；速度过慢，则容易焊穿，引起
焊接系统配置 工件较大的变形，生产效率低下。因
该案例中选用的是 IPG 公司的 图1：该焊接测试中所使用的激光焊接头。 此要选择能够满足焊接质量要求的最

18 Jan/ Feb 2018 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界