利用先进的激光技术来助力电池智造的发展

激光在汽车领域应用非常多，包括轻量化的应用、热成型、仪表盘、动力总成等等，今天我主要聚焦在动力电池的应用上。在动力电池分为两大类：1.对于铝焊接应用；2.对于铜的焊接应用。动力电池的有色金属主要是包括铜和铝。我分两个主题给大家介绍：一是Brightline 无飞溅焊接技术，另一个是通快高功率绿光激光器焊接铜材。激光焊接分两种，1.深熔焊、2.热传导焊。浅黄色的是匙孔，它是飞溅形成的主要原因，飞溅是怎么形成的？匙孔的前壁吸收的能量会大于石孔后壁吸收的能量，当达到一定的阀值之后，飞溅就会溢出。

如何降低飞溅？不仅仅是飞溅，传统单光斑焊接还会由于匙孔打开比较小，也会导致一部分气体无法及时溢出，就会产生气孔之类的缺陷。我们在实际的开发过程当中，就想如何抑制飞溅，怎么来的，怎么抑制回去。下面的图就是Brightline的机理，匙孔首先是打开不完全，Brightline有环型光斑和内型光斑，这样的光斑是充分打开了匙孔的作用，锐科童总介绍到了二合一的应用，光纤+半导体的复合激光。

我们不是复合激光，是真正意义上的2合1光纤技术。它的好处是打开了匙孔，它对于熔池内部的涡流起到了平稳作用，而稳定了熔池内部的动态流动。从另外一个角度来说，环形光斑从前面和后面的方向，也相当于起到了预热和延迟匙孔关闭的作用。

Brightline目前有三种选择，展示了两个方面：1.是内芯；2.外环。内芯和外环可以用不同的能量分布，而且是可以从10-90%，以1%递增或者是递减，实时调整能量分布。这个技术是专利技术，在市场上很多公司都有陆陆续续的推出这款技术的应用，我想提一点的是，通快最早开发出来是2017年，开发出来的时候已经申请了专利，目前在市场上所有的应用只有一家公司付了专利费。这是环形光斑的能量分布场，如果使用环形光斑，外环和内芯的分布情况，外环的前侧和后侧就打开了匙孔，就非常像匙孔的倒影像。

Brightline的机理就是这样，我们介绍两个应用，我挑了两个代表性的应用介绍。这个视频是目前在市面上用的焊接，最高速可以做到400毫米/秒。实际在这个地方也能看到飞溅量非常小，几乎没有什么飞溅。

第二个视频更直观给大家展示一下Brightline在焊接过程当中对飞溅的抑制作用。这是Busbar的焊接，左侧是传统单光斑，整个动态性能波动非常大，这边是Brightline技术做的Busbar的焊接，它就非常的稳定。佐证了我刚刚讲Brightline技术时，两侧的环形光斑的情况。不仅在这上面能非常好的抑制飞溅，动态性能不稳定的同时，飞溅量也会非常大，大家可以再看一遍。可以看到飞溅量非常大，可以明显看到飞溅量，不仅仅做了高速的拍摄，还做了飞溅颗粒进行收集，包括粒径大小也进行了分析。

简单总结一下Brightline技术的优势，第一个，它是二合一的光纤技术，不是两个光纤堆加在一起的，只需要在光闸部分换上分光器，加上控制面板。它是专利技术，我刚刚也介绍到了。它还是可以现场改造的，如果用其他家的激光器，现在要改成二合一的技术是无法改造，必须要重新买了。Brightline技术也可以像传统的激光器一样是五路输出，目前市面上是单一的输出。还能非常容易的操作，所有操作应用是在软件里面，只需要将底下的选项换成Brightline就行了，设置一下环型和内芯的光纤能量分布比就可以了，内芯和外环可以从10%到90%，每1%的递增，我们也可以把百分之百的能量打到外环或者内芯。

再简要介绍一下绿光，在市场上更多是近红外的光，它的波长是1030-1070的波段。在今年的光博会上推出全球最高功率的一千万连续的绿光，是515波段。这是我们铜材料对不同波段吸收率，这个差距还是蛮大的。市面上也有用蓝光做焊接，波段是450左右，这样对铜的焊接吸收会更高。就这个地方而言，把市面上蓝光的激光器和绿光激光器做了对比，以我们的了解，市面上蓝光半导体激光器功率做得最高是1000瓦左右，但是可以看到它的光数质量只有100毫米毫弧度，这样很难以用于动力电池的焊接。

你可以看到在绿光激光器市场上推广最高的功率能够用于推广和销售是1000万的高功率，对于焊接来说是完全足够的。在实验室里面，包括两千瓦、三千瓦都有，随时可以做打样。我们也做一些半导体的蓝光激光器，但并没有推向市场，在实验室最高公里是500瓦，光束质量可以做到20毫米毫弧。

在市面上推广的就是两款：1.TurdDisk1020连续高功率绿光激光器；2.TruPulse脉冲绿光激光器。

来看一张图，在同一张铜板上做了绿光和红外的对比，从一千瓦到两千瓦的功率段，激光功率已经打在上面，但是只留下浅浅的印记，其他大部分光是被反射掉了。红外对铜做焊接的话，吸收率只有5%左右，用绿光可以达到3000瓦相同的效果，而且3000瓦的热效应很大。1030是红外的，515是绿光的，中间是延迟拍摄的，从上下的两个对比就看到，最开始它没有吸收，一旦形成了熔深之后都是深熔焊。再看绿光焊，一开始就吸收了，这就是热传导作用，红外就不能形成稳定的热传导焊的作用。绿光可以形成稳定的热传导焊。

在这里做了深熔度焊的对比分析，用抛光焊接的面是完全被反射掉了，酸洗的飞溅量非常大，形成表面的一致性也不高。再看看绿光，可以看到明显的，非常稳定，绿光对于不同的表面是不敏感的。我们实际拍摄了绿光和红外不同的焊接实验过程，绿光是可见光，大家也可以看到绿光一束光，是可见波段。用红外焊接，前段是没有吸收，后段是深熔焊的过程。

再看用绿光焊铜，它一开始就吸收了。这个是稳定的热传导过程。把铜的厚度再加大一点，做到0.5毫米厚的铜，红外去焊接，前面未焊接的部分没有吸收，后端又形成非常大的热影响区。一开始是对铜板预热作用，虽然红外对铜的室外吸收率只有5%，前端没有吸收，后端吸收了。

介绍几个应用，着重介绍两个应用：1.动力电池的铜连接板的焊接。这个焊接对于飞溅要求非常高，因为它是装配完之后再焊接，你装配完之后焊接的话，如果有飞溅到PCB板上，非常容易把线路烧坏，对于工艺的要求就非常好，用绿光脉冲激光器就可以做到几乎无飞溅。

2.这个是对动力电池的铜箔焊接应用，随着能力密度的不断提高，铜箔的箔材厚度不断的降低，传统的焊接多部分是超声焊，它是无法解决80层以上的焊接要求。我们绿光焊接，这是1层的焊接。佐证了什么呢？我们用绿光焊接铜可以精确控制熔深，在展览上，我们给所有参展商和客户展示的，焊到8微米以上都可以焊，可以焊1-100层，逐层焊接都能精确控制熔深。第二张图是100层的纯激光焊的示意图，可以看到没有任何的裂纹和气孔，对于铜的焊接有非常成熟的工艺和非常稳定的激光焊接的工艺。

这个是陶瓷板的焊接，它对熔深的要求很高，下面是陶瓷，要求第二层的铜最大熔深不超过0.05毫米，只能用绿光去焊。这是高速相机下拍的，熔得非常稳定。

最后我对绿光做简单的总结，首先是可以形成稳定的热传导焊，热传导焊主要应用在薄材，能几乎做到完全无飞溅。它还能形成较高质量的深熔焊，在1毫米上也能做深熔焊，飞溅量也是非常小。它对于铜表面质量的不敏感，无论是酸洗、未处理还是抛光的，都能达到很稳定的效果。还有更少的反射，更少的反射主要是因为有更高的吸收率。最后是焊接功率的调试比较方便，因为吸收率更高，传统的红外对铜的焊接增加了工艺的时间，也增加了调试的难度。

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