中国报告大厅网讯,在新能源汽车产业蓬勃发展的当下,动力锂电池作为其核心零部件,性能直接关乎车辆的市场竞争力。而电池盖板与导电连接片的焊接质量,又对锂电池的性能起着关键作用。传统焊接方式在满足日益提升的工艺要求时逐渐显现出局限性,激光振镜扫描焊接技术凭借自身优势,成为行业探索的重点方向,在2025年取得了一系列技术进展与应用成果。
《2025-2030年全球及中国激光振镜行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出,激光焊接是利用高能量密度激光束作为热源,使金属局部融化形成熔池,从而实现金属焊接。激光焊接技术具有热输入量少、熔池深宽比大、热影响区小等特点,适用于众多行业。在激光焊接设备中,激光器出光方式主要有准直头和振镜两种,其中振镜以响应速度快、定位精准的特性脱颖而出。采用振镜扫描的激光焊接设备,在焊接精度、速度、效率及灵活性等方面都有显著提升。
激光振镜扫描系统主要由振镜和场镜构成,是一种操作性能优良的矢量扫描元器件。其工作原理基于通电线圈在磁场中产生力矩,与普通旋转电动机不同的是,振镜转子上加有复位力矩,该力矩大小与转子偏离平衡位置的角度成正比。当线圈通电后,转子发生偏转,当电磁力矩与回复力矩相等时,转子便停留在一定角度,且偏转角与电流成正比。在实际焊接过程中,激光束入射到两组可分别沿 X、Y 轴旋转扫描的反射镜(振镜)上,通过计算机精确控制反射镜的反射角度,实现激光束的偏转,使具有一定功率密度的激光聚焦光斑在加工材料上按预定要求运动,进而完成焊接加工。
本次实验选用 IPG 激光振镜扫描焊接机,该设备的激光器最大输出功率可达 6000W。焊接样品包括 8 个动力锂电池盖板和 16 个导电转接片,其中正极采用 6061 系列铝合金,其化学成分中 Si 含量为 0.4 - 0.8%、Fe 含量≤0.7%、Cu 含量 0.15 - 0.4% 等;负极为金属铜。电池导电转接片厚度为 1mm,为确保焊接质量,焊接前需彻底清除焊接材质表面的油污和氧化膜。
实验采用控制变量法。首先,设置 2mm、2.4mm、3mm 及 4mm 的焊接宽度,以此观察铝合金和金属铜在激光振镜扫描焊接下焊缝的外观质量,从而探索激光振镜扫描的摆动范围及焊接效果。其次,在铝合金激光振镜扫描焊接实验中,设定焊接功率为 2400W、焊接速度 350mm/min、离焦量 0.9,将振镜摆幅分别设置为 1.0mm、1.2mm、1.5mm 及 2.0mm,通过观察焊缝熔池的熔深熔宽尺寸,研究激光振镜摆幅对铝合金焊接质量的影响规律。最后,针对金属铜激光振镜扫描焊接,采用焊接功率 5100W、焊接速度 350mm/min、离焦量 0.9,同样将振镜摆幅设置为 1.0mm、1.2mm、1.5mm 及 2.0mm,观察焊缝熔池的熔深熔宽尺寸,探究激光振镜摆幅对铜焊接质量的影响规律。
焊接外观是衡量焊接质量的直观指标,它直接反映了工艺参数的有效性,且焊接面积与导电转接片的过流量密切相关,在焊接长度固定的情况下,焊缝越宽,导电片的有效过流量越大。通过对不同宽度焊缝的观察分析发现,采用激光振镜扫描焊接的铝合金和铜两种金属导电转接片,其不同宽度焊缝的焊接外观质量良好。焊缝表面平整光滑,未出现断焊、爆点等不良情况,这充分表明激光振镜扫描焊接工艺能够满足焊接外观质量控制要求。
借助显微镜对金属微观焊接质量进行观察,通过测量焊缝熔池尺寸,分析焊接质量是否符合工艺设计标准,并检查焊缝内部是否存在气孔、爆点等焊接缺陷。从铝合金和金属铜的激光扫描焊接金相结果来看:当振镜摆幅在 1.0 - 2.0mm 范围内时,两种金属材质导电转接片激光振镜扫描焊接的熔池效果理想,未出现气孔、爆点等焊接缺陷。随着振镜摆幅的增大,金属铜和铝合金焊接熔池的熔宽相应增大,这意味着增大摆幅可有效增加熔池熔宽,进而提高导电转接片的有效过流面积。虽然随着振镜摆幅变大,金属铜和铝合金焊接熔池的熔深略有降低,但总体保持稳定,说明在焊接功率、焊接速度不变的情况下,增加摆幅对焊缝熔池熔深的影响较小。
通过实验研究可知,利用激光振镜扫描焊接铝合金和铜两种金属导电转接片,当焊缝宽度在 2 - 4mm 时,焊接外观质量良好,无断焊、爆点、气孔等焊接缺陷,满足焊接外观质量控制要求。在焊接功率和速度不变的条件下,随着振镜摆幅的增大,焊接熔池熔宽增加,熔深虽略有减小但总体稳定,有效提高了导电转接片的有效过流面积。与传统激光准直头焊接方式相比,激光振镜扫描焊接无需改变焊接工艺和装置,就能有效增大焊缝宽度,提高生产效率和设备产能。在2025年的激光振镜行业技术发展进程中,激光振镜扫描焊接工艺在汽车制造领域的动力锂电池焊接方面展现出巨大的应用潜力和优势,有望为新能源汽车产业的发展提供强有力的技术支撑,推动行业向更高质量、更高效率的方向迈进。