工艺者说 | 双光束（环形光斑）激光器在FTT激光焊接的应用

在一个全球化、高度竞争的市场环境下，制造业对于焊接技术的要求越来越高。传统的焊接方法（如电弧焊接和超声波焊接）存在着一些局限性，如焊接过程中温度过高、变形大、焊缝质量不稳定等问题，而FTT焊接作为一种创新的技术，成功地解决了这些问题。

FTT焊接（Friction Stir Welding）是一种高效、环保的金属焊接技术，已经在市场上获得了广泛的应用，但是需要精确的温度和压力控制，以确保焊接质量，这需要高水平的工艺控制和操作技能，对操作人员的要求较高。此外，FTT焊接的特点是焊痕较大，需要进行后处理，如切割、研磨等，以满足精度和表面质量的要求。

针对FTT焊接的需求，宝辰鑫激光深耕细分行业，聚焦发力，提供一体化激光焊接方案。

方案概述

宝辰鑫拥有一支优秀的光电研发队伍，通过对客户需求、工艺、材料等进行了深度研究和分析，在正负极40层FTT焊接中对数据、核心配件进行了反复试验，并最终得到了一套最优的解决方案配置，满足客户的实际需求。

该方案用于锂离子电池极耳、 连接片(FTT)等与盖板引出片之间的焊接。极耳与引出片焊接，极耳层数正负极最多能达到160层，连接片与引出片焊接，连接片厚度最厚可以达到0.7mm。

为了达到这一要求，方案使用的是6000W激光焊接机设备，主要由激光器、焊接头、焊接机机体、焊接夹具、读码器等组成，设备采用XYZ三轴模组+悬臂式结构，并且使用人工上下料，由运动控制系统带动焊接头自动完成激光焊接，焊接过程吹氮气保护、飞溅物及烟尘回收处理，通过读码器和MES实现对生产数据的实时采集和跟踪。 

 △设备动作流程图

应用配置

为了达到高质量的焊接要求，方案采用了如下应用配置：

-MFMC-6000W环斑激光器

该激光器采用环形光斑设计，外环加热，内环焊接有效抑制飞溅，得到更好的焊接质量；此外，还具有高功率、高效率、高可靠性的特点，使用寿命长；紧凑、坚固的包装激光器更加简洁，而且扩展了编程接口，可以增加各种应用；

-高功率振镜焊接系统

可实现高速扫描焊接，大大提高焊接效率；

-三轴运动机构

X、Y、Z三轴运动机构，使用伺服电机驱动，精密丝杆导轨，带动焊接头在一定的范围内运动，扩展振镜头的焊接范围；

-焊接夹具

由抽尘防护罩、极片压板、片定位座、极片、吹保护气的接头组成。

应用测试

为了达到最佳的配置方案，我们从焊接层次、内外环功率、振镜速度、填充方式等因子出发，得出了符合客户指标要求的测试结果：

在内外环功率测试中，工程师在设定好焊接速度、点螺旋直径、最小螺距、螺距增量、离焦量等定量指标后，开始进行梯度的内外环功率测试。最终得出一个最优的配置方案：

-焊印长度：正极26+5mm，负极20+5mm，两道焊印间隔7mm；

-中间熔深：正极熔深0.88mm；熔宽：2.23mm，负极熔深0.77mm，熔宽：2.02mm；

-外观：无焊穿、虚焊、焊洞、炸火、无凸起余高。

应用数据

为了保证最佳焊接效果，对40-80层进行了DOE测试，在焊接内外环功率、速度、离焦量等若干因子中找到最为合适的参数，得到金相数据分析结果如下：

△负极40层的焊接效果金相图

△负极40层的焊接外观图

△正极40层的焊接效果金相图

△正极40层的焊接外观图

△负极80层的焊接外观图

△负极80层的焊接效果金相图

△正极80层焊接外观图

△正极80层焊接效果金相图

40层-80层厚度焊接效果都能满足客户需求。

以下是拉力测试结果：

负极：488.7N、430.3N

正极：294.8N、298.5N

通过测试数据以及焊接产品外观，我们发现：

-焊缝饱满，熔池无气孔

-焊缝表面氧化不严重，无发黑现象

-激光起始、中部、收尾处熔池形貌稳定

相较于传统焊接技术，FTT激光焊接解决方案在新能源行业应用优势日益突出，可以实现高强度、高精度的连接，提高电池包的性能和安全性。宝辰鑫会继续聚焦FTT激光焊接技术，为客户提供最佳解决方案。