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型號(hào)
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ZXL-200
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品牌
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正信激光
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用途
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焊接
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作用對(duì)象
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金屬
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作用原理
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脈沖
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電流
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交流
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產(chǎn)品別名
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鐳射焊機(jī)
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最大平均功率
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250W
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最大激光功率
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200W
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連擊時(shí)激光焊接頻率
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1-100HZ連續(xù)可調(diào)
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激光器上下行程
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110mm 可定制
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激光焊接深度
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0.1-0.5mm
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焦斑直徑
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0.1mm
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激光波長(zhǎng)
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1064nm
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激光類(lèi)型
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YAG
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為緩解越來(lái)越嚴(yán)重的能源危機(jī)和大氣環(huán)境污染問(wèn)題，我國(guó)與美日德等發(fā)達(dá)國(guó)家一樣，正在重點(diǎn)推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，并作為國(guó)家戰(zhàn)略優(yōu)先發(fā)展的行業(yè)。國(guó)家《新能源汽車(chē)科技發(fā)展“十二五”專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》已把電動(dòng)汽車(chē)作為中國(guó)汽車(chē)未來(lái)發(fā)展的主要方向之一；2015年中國(guó)新能源汽車(chē)保有量計(jì)劃達(dá)到100萬(wàn)輛，動(dòng)力電池產(chǎn)能約達(dá)100億瓦時(shí)；到2020年，新能源汽車(chē)的年銷(xiāo)售達(dá)到200萬(wàn)臺(tái)。
新能源汽車(chē)的電池可靠性、成本高、產(chǎn)能缺乏等問(wèn)題是一個(gè)世界型的難題，現(xiàn)有電池技術(shù)的可靠性、穩(wěn)定性不足，產(chǎn)品的循環(huán)壽命不長(zhǎng)等因素長(zhǎng)期以來(lái)一直影響著新能源汽車(chē)的發(fā)展。近年來(lái)，各主要汽車(chē)廠商在新能源汽車(chē)方面投入了巨大的研發(fā)費(fèi)用，也取得了很大的進(jìn)展。可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)十年，將是新能源汽車(chē)爆發(fā)式增長(zhǎng)的十年。
深圳市正信激光科技有限公司密切配合各電池生產(chǎn)廠家，共同研發(fā)汽車(chē)動(dòng)力電池的激光焊接技術(shù)，取得了很大的進(jìn)展。到目前為止，已經(jīng)為國(guó)內(nèi)上百家動(dòng)力電池生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)制作了全自動(dòng)或半自動(dòng)的激光焊接生產(chǎn)線，取得了非常豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
一、動(dòng)力電池激光焊接的主要部位
動(dòng)力電池的電芯按其外型可分三種，分別是方型、圓柱型以及軟包電芯（見(jiàn)圖1）。殼體的材料主要有鋁材和不銹鋼，但以鋁材為主，其中以1000系和3000系較多。
圖1 常見(jiàn)動(dòng)力電池外形
目前，在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電動(dòng)汽車(chē)當(dāng)中，這三種電池都有應(yīng)用：例如比亞迪E6和K9電動(dòng)車(chē)使用的是方型電池；杭州萬(wàn)向?yàn)殡娦竟⿷?yīng)商的一些電動(dòng)車(chē)廠家使用其軟包電池；上汽系某些電動(dòng)車(chē)車(chē)型則使用美國(guó)A123公司的圓型電池。這三種電池的自動(dòng)化激光焊接系統(tǒng)及工藝也各不相同；整體而言，以方形電池居多。
各種電池的激光焊接部位主要有四種：殼體的封裝，根據(jù)位置的不同分為頂蓋、底蓋和側(cè)面的焊接、頂蓋防爆片及安全蓋的焊接、密封釘（也叫注液口）的焊接、電芯極耳與頂蓋的焊接。另外，超級(jí)電容的焊接以連接片和負(fù)極封口焊接為主。各種動(dòng)力電池及超級(jí)電容的焊接部位如圖2所示。
圖2 各種電池的激光焊接焊接部位
二、動(dòng)力電池焊接的工藝難點(diǎn)
一般殼體厚度都要求達(dá)到1.0毫米以下，主流廠家目前根據(jù)電池容量不同殼體材料厚度以0.6mm和0.8mm兩種為主。焊接方式主要分為側(cè)焊和頂焊，其中側(cè)焊的主要好處是對(duì)電芯內(nèi)部的影響較小，飛濺物不會(huì)輕易進(jìn)入殼蓋內(nèi)側(cè)。由于焊接后可能會(huì)導(dǎo)致凸起，這對(duì)后續(xù)工藝的裝配會(huì)有些微影響，因此側(cè)焊工藝對(duì)激光器的穩(wěn)定性、材料的潔凈度和頂蓋與殼體的配合間隙有較高的要求。而頂焊工藝由于焊接在一個(gè)面上，可采用更高效的振鏡掃描焊接方式，但對(duì)前道工序入殼及定位要求很高，對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化要求高。
目前鋁殼電池占整個(gè)動(dòng)力電池的90%以上。鋁材的激光焊接難度較大，會(huì)面臨焊痕表面凸起問(wèn)題、氣孔問(wèn)題、炸火問(wèn)題、內(nèi)部氣泡問(wèn)題等。表面凸起、氣孔、內(nèi)部氣泡是激光焊接的致命傷，很多應(yīng)用由于這些原因不得不停止或者想辦法規(guī)避。很多電池廠家在研發(fā)初期都會(huì)為此大傷腦筋，究其原因，主要是采用的光纖芯徑過(guò)小或者激光能量設(shè)置過(guò)高所致。引起炸火（也稱飛濺，Splash）的因素也很多，如材料的清潔度、材料本身的純度、材料自身的特性等，而起決定性作用的則是激光器的穩(wěn)定性。在動(dòng)力電池焊接當(dāng)中，焊接工藝技術(shù)人員會(huì)根據(jù)客戶的電池材料、形狀、厚度、拉力要求等選擇合適的激光器和焊接工藝參數(shù)，包括焊接速度、波形、峰值、焊頭傾斜角度等來(lái)設(shè)置合理的焊接工藝參數(shù)，以保證最終的焊接效果滿足動(dòng)力電池廠家的要求。
方形電池由于來(lái)料的配合精度等方面的因素影響，焊接時(shí)拐角處最容易出現(xiàn)問(wèn)題，需要在根據(jù)實(shí)際情況不斷探索，調(diào)整焊接速度可以解決這類(lèi)問(wèn)題。圓形電池沒(méi)有這方面的問(wèn)題，但后續(xù)集成成電池模組的難度較大。
三、動(dòng)力電池的激光自動(dòng)化焊接系統(tǒng)簡(jiǎn)介
圖3是一條方形動(dòng)力電池全自動(dòng)激光焊接線，含兩條由焊接、泄漏檢測(cè)、短路檢測(cè)及編碼打標(biāo)為主要功能的產(chǎn)線，產(chǎn)能≧16PPM，焊接強(qiáng)度6kgf/c㎡以上不泄漏。
本系統(tǒng)可依次完成電池的激光焊接，氣密性測(cè)試，短路測(cè)試，電池打標(biāo)，不合格品自動(dòng)剔除等相關(guān)工序。
激光焊接部份由激光器，激光焊接頭，XYZ三軸運(yùn)動(dòng)控制軸，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，電池夾具（壓緊及較正夾具），上下料機(jī)械手等構(gòu)成，其主要作用是：將電池從流水線上夾持到焊接工作臺(tái)進(jìn)行焊接作業(yè)，并焊接完成后放回流水線上。
氣密性及短路測(cè)試部份由氣密性測(cè)試組件，短路測(cè)試組件，內(nèi)部流水線輸送系統(tǒng)，檢測(cè)上料機(jī)械手，檢測(cè)下料機(jī)械手等構(gòu)成，其主要作用是：將流水線上焊接完成后的電池夾持到內(nèi)部流水線輸送系統(tǒng)上，依次對(duì)其進(jìn)行定位，氣密性，短路相關(guān)測(cè)試，并在檢測(cè)完成后將良品抓回回到主流水線上，不良品抓除到廢料盒中。測(cè)漏部分采極與蓋板三方測(cè)試功能。
打標(biāo)部份由激光打標(biāo)機(jī)，抓取定位機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，其主要作用是對(duì)焊接后產(chǎn)品進(jìn)行打標(biāo)？稍诮饘佼a(chǎn)品（含鋁材）一用正壓檢測(cè)，短路測(cè)試具有正負(fù)極之間、正極與蓋板、負(fù)側(cè)正上部分高速的標(biāo)記出12位數(shù)字加字母碼（其中三位字母碼，9位數(shù)字碼），加8*8的二維碼。
流水線部份由流水線倍速鏈，夾具托盤(pán)，定位氣缸，擋隔分料氣缸等構(gòu)成，其主要作用是帶動(dòng)電池到相應(yīng)的位置，方便焊接與檢測(cè)，并具有一定的儲(chǔ)料功能。
圖3 方形動(dòng)力電池全自動(dòng)激光焊接線
圖4是一種方形電池頂蓋的半自動(dòng)生產(chǎn)線，焊接工作臺(tái)部分采用工業(yè)PLC控制，可焊接電池范圍為H：130-300mm、W：110-250mm、T：20--50mm，焊接圖形軌跡為平面矩形，焊接過(guò)程自動(dòng)化。
該系統(tǒng)可配合環(huán)形輸送線用于電池頂蓋與殼體自動(dòng)激光密封焊接,其中頂蓋和殼體材料為不銹鋼或鋁合金。焊接參數(shù)可以通過(guò)操作界面進(jìn)行設(shè)定，焊接完后確保焊縫無(wú)滲漏，焊接完后符合耐壓測(cè)試要求，不會(huì)對(duì)電池周?chē)考纬善茐幕蛘邠p傷，且具備自動(dòng)和手動(dòng)兩種功能。
圖4 方形動(dòng)力電池頂蓋自動(dòng)激光焊接線
四、總結(jié)
通過(guò)高效精密的激光焊接可以大大提高汽車(chē)動(dòng)力電池的安全性、可靠性和使用壽命，必將為今后的汽車(chē)動(dòng)力技術(shù)帶來(lái)革命化進(jìn)步。動(dòng)力電池的激光焊接部位多，有耐壓和漏液測(cè)試要求，材料多數(shù)為鋁材，因此焊接難度大，對(duì)焊接工藝的要求更高。今后，大多數(shù)廠家需要全自動(dòng)生產(chǎn)線，將進(jìn)一步增加焊接系統(tǒng)的集成難度。高質(zhì)量的動(dòng)力電池需要生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)人員和激光焊接技術(shù)人員密切協(xié)作，從材質(zhì)、形狀、厚度、工藝、實(shí)時(shí)檢測(cè)等各方面優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能達(dá)到理想的焊接效果。
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