火狐体育首页进入:研究人员讨论激光束整形技能 以进步 EV 电池冷却板的焊接速度

　　与传统焊接工艺比较，激光焊接下降了出产本钱，并添加了制作的灵活性和选择性。

　　盖世轿车讯 据外媒报导，谈到极点温度，电动轿车（EV）电池与人十分类似，在与人类相同的温度范围内体现最佳。EV 热办理体系可充沛进步电池功能，并延伸其运用寿命。经过 EV 热办理体系中的冷却板，液体冷却剂能够带走电池中的热量。

　　有一种冷却板规划是在两个薄铝板之间循环冷却剂。冷却剂流过底板中的冲压通道。为避免冷却剂走漏，有必要将底板和顶板衔接起来，以构成严密的密封接头。别的，焊接接头有必要没有裂纹，不然易发生机械故障。

　　制作商运用真空钎焊技能来衔接电池冷却板。比起现在 EV 电池体系中运用的冷却板（高达 2.1 × 1.3 m），前期的冷却板要小得多。因为需求更大的冷却板，真空钎焊的功率大幅下降。钎焊速度慢且很多耗能（大于 4 MW），导致运营本钱进步。

　　钎焊还需求用到特别的 Al 3003 铝合金。制作商期望改用低本钱合金，例如 Al 5754（这种合金能够钎焊，但需求后加工处理）和 Al 6xxx 系列合金（具有可回收长处但底子不能钎焊），并寻觅更快、更高效的衔接办法。

　　因为千瓦级激光器具有更高的可靠性、稳健性和可用性，激光资料加工技能得以敏捷推行。与传统焊接工艺比较，激光焊接下降了出产本钱，并添加了制作的灵活性和选择性。

　　激光焊接技能的热输入更少，可充沛进步速度，一起尽量削减变形。一切焊接办法都触及熔池构成和随后的快速凝结。但是，激光焊接可供给高能量，不只会熔化资料，还会将其蒸腾。

　　在焊接进程中，因为资料蒸腾，会发生一个小孔。因而，激光焊接具有十分高的熔透深度与焊缝宽度比。许多制作商传统的钎焊和焊接转向激光资料加工，以衔接多种资料，下降功耗，进步加工成品率。

　　电池冷却板的尺度大，几许形状杂乱，有必要满意严厉的要求，才干完结巩固的接缝，然后供给长期的无走漏运用寿命。为避免机械故障，界面上的接头不能有任何裂纹、驼峰、洼陷或孔洞缺点。

　　与热焊接比较，激光焊接具有高纵横比，能够削减零件变形的可能性。但是，这可能带来应战，因为小孔的安稳性，关于完结高焊接质量具有重要意义。

　　在钢和镍等高吸收率资料的焊接进程中，激光小孔一般坚持安稳。不幸的是，当焊接铜、铝和高合金资料等冷却板出产进程中所需的资料，小孔可能会具有不安稳性，使工艺受到影响焊接质量不规则性的影响。要战胜这些缺点，有一种常见办法是经过摇摆光束和光束整形，改动激光光束的光斑形状和巨细。

　　三大类光束整形办法包含静态、可变和动态。静态和可变办法依赖于衍射光学元件（DOE），经过巩固窗口上的微型图画，衍射和调制穿过它的光相位，供给具有本钱效益的光束整形。关于静态光束整形，各种 DOE 能够调整工件上输出的激光束形状。静态解决方案的灵活性有限，因而适用于具有十分清晰的进程参数的应用程序。

　　运用可调理的环形整形器，将光束分红中心尖刺，或中心光束和周围环形光束，DOE 能够供给可变的光束整形选项，添加激光的灵活性。该选项需求经过单轴移位或旋转，改动中心和环形光束之间的比率强度。另一种办法运用二合一（双核）光纤的可变叠加强度散布。

　　尽管这样的光束成形解决方案能够进步给定工艺的灵活性，例如，使一台机器能够在连续出产中履行专门使命，但静态光束无法充沛拌和熔池，以完结日常工作中频频改动的操作。

　　动态光束成形办法有助于战胜焊接缺点，现在包含四种选项：电流计扫描仪、压电驱动驱动器、微电子机械（MEM）扫描仪和光学相控阵（OPA）。

　　在焊接进程中，能够运用电流计扫描仪，以圆形或八字形等形式振动单模光纤激光器。但是，此类解决方案具有功率和频率约束。因为扫描仪振动镜的质量，与移动部件相关的固有机械和动力学权衡，约束了最大可完结频率。更小、更轻的镜面约束了激光功率。

　　比较之下，OPA 技能是一种相干光束组合（CBC），可将许多单模激光束合并为较大的光束。每个激光器宣布的光，与远场中的其他光束堆叠，以创立衍射图画，然后供给了灵活性。因而，能够轻松地实时操作光束形状，无需任何移动部件，然后创立动态光束激光器 （DBL）。

　　为了战胜冷却板焊接应战，需求规划和定制光束形状。这些光束形状具有高形状频率和一系列光束形状，使光束形状之间能够快速切换，然后添加了灵活性。例如，假如一种形状能够安稳小孔并避免飞溅，而另一种形状能够避免开裂，那么经过这两种形状的精心规划序列，能够一起完结三个方针。

　　最近开发的焊接冷却板装备工艺，包含选用 Al 3003 和 Al 5754 合金制成的通道和洼陷几许形状规划。由维也纳科技大学 （TU Wien）出产工程和光子技能研究所的 Andreas Otto 教授创立的仿真，协助优化了许多工艺参数。

　　模仿结果表明，驼峰（humping）是一种周期性现象。当熔池较长且速度较快时，从两边开端冷却，使熔融通道变窄。跟着熔融通道变窄，熔融物质向上活动，构成了驼峰。

　　改动光束形状，将能量输入会集在熔池两边，坚持后缘的通道宽度，保证通道坚持翻开状况，并下降小孔后熔体的活动速度，然后下降发生驼峰的危险。将这一点与在该进程中引进不同的周期相结合，中断了驼峰的周期性，然后完全避免缺点。每隔几微秒按次序切换光束形状，然后消除驼峰，完结更高速度的焊接，而没有缺点。