高质量焊接进行时:双光束环形光斑激光焊接

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高质量焊接进行时:双光束环形光斑激光焊接
2025 年 07 月 15 日

在新能源锂电池、汽车制造、航天航空等高端制造领域,对焊接质量的要求越发严苛。传统单光束激光焊接面临着应对高反材料、焊接不良等挑战。双光束环形光斑激光焊接,以其独特的能量分布模式,成为突破焊接质量瓶颈的关键利器,为高端制造注入强劲动力。

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传统单光束在高端制造中的焊接痛点

在采用传统的单光束焊接工艺时,由于能量高度集中,易导致熔池剧烈波动、金属蒸汽喷射,产生飞溅和内部气孔等缺陷,成为结构隐患,进而难以保障产品安全性和可靠性;尤其在焊接精密部件时,容易由于热影响区敏感而导致材料性能劣化;同时,单光束还难以实现对焊缝成形的完美控制,无法满足对焊缝表面光滑度和一致性的严苛要求。

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△单光束焊接示意

此外,在高端制造领域还涉及更多复杂材料的焊接,如铜、铝、金等高反射率材料以及高强度铝合金、钛合金、复合材料等。这些材料具有不同的物理和化学性质,传统的焊接工艺在焊接这些材料时往往面临诸多困难。

内外环合力:双光束环形光斑助力高质量焊接

双光束环形光斑焊接,通过独特的能量分布设计,以及能够精准控制焊接能量和热输入等特性,“外环预热,内环深熔”,将激光与材料的相互作用从“粗暴穿透”升级为“精密调控”,成为满足高质量焊接需求的优质之选。

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△双光束(环形光斑)激光器与普通光纤激光器焊接效果对比

在焊接时,环形光束作用于材料表面,实现温和预热,降低材料反射率(尤其对高反材料),稳定熔池初始状态,显著抑制飞溅产生;中心光束作用于已预热的区域,提供主要焊接能量,且能量被高效吸收,实现稳定深熔,形成熔深优异、匙孔稳定的焊缝核心。

通过双光束的协同作用,优化熔池内部流动模式,促进气泡逸出、减少气孔,同时使熔池冷却更均匀,获得表面光滑、宽高比适中、一致性极佳的优质焊缝。

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△双光束环形光斑焊接示意

同波长&多波长:宝辰鑫双光束环形光斑激光焊接方案

宝辰鑫作为细分行业解决方案专家,依托母公司创鑫激光20余年的激光技术沉淀和强大的产业垂直整合能力,沉淀了成熟专业的双光束激光焊接产品方案,并在汽车零部件制造、新能源三电制造等领域有着批量化的行业应用。

根据应用场景的不同,宝辰鑫可提供同波长双光束环形光斑(DBW)和多波长复合双光束环形光斑(HMB)两种双光束激光焊接应用方案。

同波长双光束(环形光斑)焊接方案(DBW系列)

DBW同波长双光束(环形光斑)焊接方案,通过一根光纤提供两束独立控制的1080nm波长激光光束,其环状和中心光束均可实现功率的独立调节,有效抑制飞溅,或无飞溅,得到更好的焊接质量,满足高品质激光焊接需求。

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△同波长双光束(环形光斑)

在焊接过程中,中心光束能量密度高,光斑区域小,主要进行深熔焊接,提供主要焊接能量;而外环光束能量密度小,光斑区域大,主要进行预热冷却缓冲,具有稳定熔池、减少飞溅的作用。

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△环形光斑焊接示意

此外,搭载宝辰鑫DBW双光束(环形光斑)光纤激光器的焊接方案,软硬件功能丰富全面,结构紧凑,适配接口丰富,可适配现有的加工系统,灵活匹配不同工业场景,大大提升了设备适应性和自动化水平。

目前,宝辰鑫DBW同波长双光束(环形光斑)焊接方案已经广泛应用于新能源锂电、扁线电机、汽车零部件制造等精密焊接场景。

在锂电池防爆阀焊接应用中,宝辰鑫针对防爆阀焊接精度要求极高、材料与工艺复杂等难点,采用双光束环形光斑激光器为核心光源,搭载高速振镜焊接头等外光路组件,并进行系统光学优化配置,最终实现了理想的焊接效果。

焊接后,焊缝饱满,熔池无气孔,表面无炸点、无发黑现象,激光起始、中部和收尾处熔池形貌稳定。

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多波长复合双光束焊接方案(HMB系列)

宝辰鑫HMB多波长复合双光束焊接方案,通过复合不同波长如半导体+红外、蓝光+红外等,实现低飞溅焊接的同时,提升对高反合金(铝、铜)焊接的品质和效率。

>半导体红外复合

通过复合1080nm+915nm光路,可有效提升对铜、铝等不同类型高反金属材料的吸收率,提升焊接质量和效率。

其核心光束波长1080nm,实现深熔焊接,外环光束波长915nm(多波段可定制),可使匙孔周围温度梯度更平缓,焊接时匙孔更稳定,减少气孔、裂纹等缺陷;通过精确控制热输入,有效降低甚至去除焊接飞溅,焊渣颗粒残留面积小,颗粒少。

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△半导体红外复合

>蓝光红外复合

通过复合1080nm波长红外光与450nm波长蓝光,内环光束红外小光斑能量密度高,进行深熔焊接;外环光束450nm波长蓝光大光斑吸收率高、能量密度低,提升对铜等红外高反金属吸收率,用于焊缝外围预热和缓冷,提升匙孔稳定性,抑制飞溅与空洞。

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△蓝光红外复合

宝辰鑫HMB多波长复合焊接方案具有如下特性:

独创内部复合方式

与市面上常见的外部复合方式相比,宝辰鑫独创内部复合方式,通过一支光纤输出、一套准直聚焦,以激光器内部合束器复合不同波长光路的方式,不仅具有更好的光路稳定性,使用更方便,而且半导体激光经过合束器,受回光影响小,使用寿命也更长。

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灵活性高,兼容性好

可深度匹配用户场景。用户可根据具体的工艺要求,任意搭配两束激光,选择不同的光纤芯径、不同波段半导体激光进行搭配,灵活适应不同的焊接需求;加工时可灵活调整输出参数,合理搭配内外环激光,在提高加工灵活性的同时,提升加工效率和质量;扩展编程接口,具有良好的兼容性,适配现有加工的系统,便于系统集成。

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在新能源动力电池壳盖满焊中,壳盖满焊是需要将电芯壳体和顶盖进行焊接,达到无缝连接的效果,实现电芯与外界隔离的作用。满焊对焊缝的要求极高,同时,还面临外壳材料(3003铝合金)在焊接过程中易发生飞溅和内部气孔等问题。

针对壳盖满焊的工艺要求,宝辰鑫为客户搭载了定制化的HMB复合焊接解决方案,得到了良好的焊接质量,焊接过程无明显飞溅,焊接后整体外观光滑,焊缝稳定可靠、无炸点、无虚焊、R角形貌较好,整体达到客户需求。

目前,宝辰鑫HMB复合焊接解决方案已经在新能源锂电池、汽车制造、机械制造、钣金箱柜、厨卫家电等领域实现批量化落地应用。

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△HMB复合焊接应用

在航空航天、新能源汽车、精密电子等国家战略产业加速发展的今天,亟需上下游产业共同革新技术,推动中国制造向高质量、高效率、高可靠性迈进。

宝辰鑫始终以推动高端装备国产化为使命,持续打造适配中国制造业需求高质量激光焊接解决方案。