电动汽车行业中对表面处理的要求多样且复杂，例如焊接前的表面清洁、金属-塑料材料连接前的表面结构化处理等。

随着全球电动汽车市场的快速发展，市场对电动汽车和动力电池组件的需求持续增长，当然也对动力电池等关键组件的性能提出了更高要求。

电池组是电动汽车中的关键部件，也是汽车制造商重点发展的领域。人们对电池组的高容量预期，对整个汽车市场（包括供应商）提出了新挑战；要满足不断变化的市场需求，必须要采用各种不同的技术，如通过精密焊接实现气密性要求。随之而来的是，市场对各种连接工艺的需求增加，连带着对表面处理的需求也在增加。

在动力电池的很多设计中，都需要新的或增强的连接工艺，而激光是提供这些解决方案的核心工具。激光广泛用于连接电池单元来形成电池模块或电池组，确保电池组和热管理系统中的接头气密性和碰撞安全性。以电动汽车中的电池组为例，激光表面处理工艺，在为各种连接提供的表面预处理中，表现出了强大的多功能性和灵活性。 

清洁、平滑的表面，是成功地实现持久焊接和粘合的基本要求。在工业环境中，组件在连接前通常会受到污染、氧化或被保护层覆盖。激光作为一种非接触式加工工具，可以快速清除组件表面的污垢和氧化成分，或在几秒钟内去除功能层，从而为组件的表面清洁问题提供了一种可行性方案。激光科技能够只在需要连接的区域，做选择性地表面处理工作。

在电池组的生产中，激光表面处理可以应用到很多工艺环节中，例如电气接触点的烧蚀、焊接前的清洁、粘合前的清洁/结构化，以及金属-塑料粘合前的结构化（见图1）。

为了更好地理解这些应用，首先来了解一下激光清洗、激光烧蚀和激光结构化之间的区别。所有这些加工过程通常使用固态红外（IR）纳秒激光器来实现，例如通快的TruPulse nano和TruMicro 7070激光器。

在激光清洗过程中，聚焦光束去除可能对连接过程产生不利影响的污染物，如碳氢化合物或氧化物。这个过程通过使用极高的峰值脉冲功率，以可控的方式蒸发不想要的表层，并且不损坏基底材料。优化的激光脉冲，能够确保工件表面几乎没有热效应，防止材料/部件的变形或损坏。

在激光烧蚀过程中，待去除的表层被激光能量加热并蒸发或升华，就像去除油漆或薄膜过程一样。透明材料在其固态下被烧蚀。

激光结构化，使用脉冲激光辐射，以可重复的方式，在目标表面上生成规则排列的几何纹理。激光束以可控的方式熔化材料，并使用优化的脉冲参数和光束操纵技术（如摆动），将材料固化为特定的结构。

电池组密封盖，用于密封电池单元并提供电磁屏蔽。在密封盖的生产过程中，通过激光烧蚀工艺去除油漆和氧化层，这对于连接接头的清洁或实现电气连接和电磁兼容性，都是必须的（见图2）。盖板通常由铝（如5000和6000系列）或具有阴极浸渍涂层的钢合金制成。

图2：激光烧蚀。

在焊接前，需要对待焊部位进行局部清洁，以提供无碎屑、无油污、无腐蚀的清洁表面，从而获得最佳焊接结果。这对于保障电池组焊接质量和气密性至关重要。

为了满足钢和铝的焊接要求，焊缝不得有任何缺陷、不规则或气孔。孔隙率的增加会导致焊缝强度降低和泄漏。飞溅和孔隙是由润滑脂和油污等残留润滑剂以及铁锈和其他氧化物造成的。这些潜在的污染物可以在焊接前，通过预先的激光清洗工艺消除。实验结果表明，在铝焊接前进行激光清洗，能够显著降低孔隙率，从而实现更高质量的焊缝（见图3）。

由于均匀的载荷分布、改进的接头刚度、能量吸收以及其作为不同材料接头的电流隔离器的能力，粘合剂连接越来越多地用于汽车制造中的铝合金连接。对于粘接，表面处理是工艺链的重要组成部分。激光处理是一种有效且环保的选择。

激光清洗和结构化都是可重复的有效技术，可提高后续连接过程中的粘接强度。激光可以清除表面的污垢和氧化物，并促进表面的快速钝化，从而形成防止进一步化学衰变的外壳。表面化学成分的改性，以及形成更均匀更厚的氧化铝层，可能是提高粘接性能的另一个因素。

激光表面处理可以将初始状态下的粘接的剪切强度从3MPa增加到17MPa以上；在85°C下暴露1000小时后，剪切强度可以从5MPa增加到17MPa以上（见图4）。激光预处理的工艺窗口很强大。使用不同的参数（包括激光功率、光斑大小和频率）设置不同的周期时间。所有参数都显示出相同的剪切强度。可以实现不同的粘接要求，比如用2kW的高激光功率实现短周期时间的粘接；也可以用300W的激光功率实现较长周期时间的粘接。

金属-塑料粘接的清洁/结构化

将金属和塑料连接到一起的需求越来越多，这就需要用激光进行表面结构化处理。在电池组中的热管理系统中（见图5），通过激光结构化操作在散热器件中构建冷却通道；该器件也表明了金属-塑料连接，能够产生最大压力负载高达5Bar的气密性连接。

图5：金属-塑料冷却系统。

除了满足气密性和最大压力载荷的要求外，这个散热器件还展示了实现金属-塑料连接工艺的简单性。聚合物的使用也产生了许多技术优势，包括减少了器件重量，提供了电绝缘性，并允许直接目视检测冷却通道。

金属-塑料连接的一种方法是直接热连接，这个过程包含两个步骤。第一步，使用脉冲激光对待连接的金属表面进行改性或结构化处理。使用高能脉冲激光局部熔化金属，并产生局部粗糙的表面，从而形成表面纹理。这种表面结构有助于塑料能更牢固地抓住金属表面。

第二步是材料的实际连接。金属表面通过感应加热，让塑料在界面处熔化。然后将熔化的塑料压在金属上。通过这两个步骤，将创建机械互锁。自淬火或主动冷却后，可将部件快速加载到后续装配步骤中。

用于电池组应用的典型激光清洁系统，由纳秒脉冲激光器和扫描光学器件组成。短激光脉冲通过激光光缆引导到加工位置。柔性的光束引导使得制造系更统易于集成。与化学浴或机械加工等传统方法相比，激光表面处理主要有以下优点和好处：

•非接触加工

•精确性和选择性清洁

•加工过程可重复

•不损伤基材

•加工后无需冲洗和干燥

•加工后无需清除废料

•无需维修或更换工具

•无耗材

•不使用化学品

•无磨料清洗

纳秒激光器有不同版本，最大平均激光功率从100~2000W不等。最大平均功率可以影响周期时间。激光是一种有效、环保、灵活的表面处理工具。它们可以清洁和去除油漆，以及生成表面纹理。对于焊接或电气连接，都需要清洁的表面，而对于连接特定的表面，如金属-塑料连接，则需要粗糙的表面纹理结构。纳秒激光器提供了经验证的工业解决方案，能够增强焊接和粘接工艺。

文/Sabrina Vogt，Jack Gabzdyl