火狐体育首页进入:单模-多模-环形-复合激光焊接对比

　　焊接是一种将两个或多个金属通过加热使其连接在一起的工艺。焊接通常涉及加热材料至其熔点，母材熔化用于填充接头之间的空隙，形成一个坚固的连接。激光焊接即为使用激光作为热源的连接方式。

　　以方壳动力电池为例：电芯由多个零部件通过激光实现连接，在整个激光焊接过程中，材料连接强度、生产效率、缺陷不良率是产业界较为关注的三个问题。材料连接强度可通过金相的熔深熔宽体现（和激光光源紧密关联）；生产效率主要和激光光源的加工能力有关；缺陷不良率主要和激光光源的选择有关；所以本文对市面上常见的几种激光光源进行简单的对比，希望可以帮助到各位工艺开发同行。

　　因为激光焊接本质上是一个光-热转换过程，其中涉及到的几个关键参数如下：光束质量（BBP、M2、发散角）、单位体积内的包含的能量、芯径、能量分布形式、适配焊接头、加工工艺窗口、可加工材料，主要从这几个方向对激光光源做多元化的分析对比。

　　单模指的是激光能量在二维平面上的单一分布模式，多模指的是多个分布模式叠加在一起而形成的空间能量分布模式。通常可以用光束质量M2因子的大小来判断光纤激光器输出是单模还是多模：M2小于1.3为纯单模激光、M2为1.3～2.0为准单模激光（少模）、M2 大于2.0的激光为多模激光。

　　如图所示：b图为单基模能量分布，过圆心任意方向上的能量分布为高斯曲线形式。a图为多模能量分布，其是多个单一激光模式叠加起来形成的空间能量分布，多模叠加的结果是呈平顶形曲线

　　常见单模激光器：IPG YLR-2000-SM、SM即为Single Mode 缩写，计算均采用准直聚焦150-250计算焦点光斑大小，单位体积内的包含的能量用2000W，焦点单位体积内的包含的能量进行对比。

　　单模激光：芯径小，单位体积内的包含的能量高，穿透能力强，热影响区小，类似锋利的尖刀，很适合用于焊接薄板、高速焊接，搭配振镜可以加工微小零件、高反零件（极耳、连接片等），如上图所示，单模由于匙孔更小，内部高压金属蒸汽体积有限，一般不太会有内部气孔等缺陷，低速时外观不吹保护气较为粗糙，高速加保护气加工质量较好，效率高，焊缝光滑平整、良率较高，适合用于叠焊，穿透焊接加工。

　　多模激光：芯径大、单位体积内的包含的能量略逊于单模，钝刀，匙孔较大，金相更为粗壮，深宽比较小，同等功率下，熔深比单模低30%，适合用于装配间隙较大的对接焊缝加工，厚板加工。

　　复合焊：将波长915nm的半导体激光束与1070nm的光纤激光束复合在同一个焊接头里面，两束激光同轴分布且两束激光的焦平面可以灵活调节，使产品焊后既具备半导体激光器焊接效果的光亮，又具备光纤激光器焊接的深度。

　　半导体常采用400um以上的大光斑、主要是负责材料预热，使得材料表面熔化，增加材料对光纤激光的吸收率（材料对激光的吸收率随温度增高而增大）

　　环形激光：由两个光纤激光模块发射激光，通过一根复合光纤（环形光纤套圆柱光纤）进行传输作用到材料表面。

　　环形光斑两束激光：外环负责扩大匙孔开口，熔化材料，内环激光负责熔深，可以在一定程度上完成超低飞溅焊接。内外环激光功率芯径可自由搭配，芯径可自由搭配，工艺窗口相比单激光束更加灵活。

　　复合焊由于是半导体热导焊和光纤深熔焊复合，外环熔深较浅，金相更尖，细长；同时外观为热导，熔池波动小，范围大，熔池更稳定，反映到外观更光滑。

　　环形激光由于是深熔焊与深熔焊复合，外环也能打出熔深，能够有效扩大匙孔开口，同样的功率熔深更大，金相更粗，但同时熔池稳定性稍逊于光纤半导体波动略大于复合焊，粗超度相对较大。

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