2020年10月16日-17日，“第五屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)（CBIS2020）暨首屆中國(guó)新能源新材料（寧德）峰會(huì)”盛大開(kāi)幕，在主題論壇4上，阿帕奇(北京)光纖激光技術(shù)有限公司 應(yīng)用部經(jīng)理張婧發(fā)表了關(guān)于“AMB光束模式可調(diào)激光器及LDD焊接全過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在動(dòng)力電池焊接中的應(yīng)用”的精彩演講。

以下為演講實(shí)錄：

各位尊敬的客戶、專(zhuān)家、業(yè)界的同行們大家好！非常榮幸借此機(jī)會(huì)介紹一下IPG公司以及我們產(chǎn)品在行業(yè)中的應(yīng)用?？吹酱蠹叶际切袠I(yè)的大佬，對(duì)這個(gè)行業(yè)有高度認(rèn)識(shí)和理解，我們?cè)诟魑淮罄虚T(mén)前去展望行業(yè)有點(diǎn)過(guò)于班門(mén)弄斧。我這里特別聚焦講一講兩款新產(chǎn)品在焊接中間的應(yīng)用，所以是一個(gè)純技術(shù)的報(bào)告。

我的報(bào)告分為幾個(gè)部分，因?yàn)楹芏嘣谧母魑皇煜の覀児?，但是可能還有一些不是特別熟悉，所以我簡(jiǎn)單介紹一下我們公司和產(chǎn)品線。把我們目前在動(dòng)力電池行業(yè)中的應(yīng)用大概給大家捋一下。最后兩部分是我今天要講的核心內(nèi)容，就是AMB光束模式可調(diào)激光器以及LDD焊接全過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在焊接過(guò)程中的成功案例。

這是公司大概的一覽，我們公司成立于1990年，從1990年至今一直都專(zhuān)注于在光纖激光器的研發(fā)和制造上。我們公司的創(chuàng)始人是俄羅斯的科學(xué)家，所有的技術(shù)研發(fā)始自于俄羅斯，目前所有研發(fā)和制造在德國(guó)，但是又在美國(guó)納斯達(dá)克上市，在全球都有相應(yīng)的生產(chǎn)和研發(fā)基地。所以，可以把它理解成一個(gè)混合聯(lián)合部隊(duì)。目前，我們已經(jīng)有大于10萬(wàn)臺(tái)的裝機(jī)量，充分體現(xiàn)了行業(yè)客戶對(duì)我們公司產(chǎn)品的認(rèn)可。我們?cè)谌蛱峁?yīng)用和技術(shù)支持，一共24個(gè)全球應(yīng)用中心，中國(guó)區(qū)占到了4個(gè)，六分之一，這一個(gè)非常大的比例。中國(guó)作為我們一個(gè)非常大的市場(chǎng)，大概占到了一半以上的市場(chǎng)，也是我們公司特別關(guān)注，非常在意，投入了很多心血的一個(gè)地方。

后面把IPG中國(guó)展開(kāi)一下。IPG中國(guó)成立于2006年，總部在北京，后面考慮到匹配客戶的需求，希望更加快速響應(yīng)客戶的相關(guān)要求，我們?cè)诒本?、上海、武漢和深圳四個(gè)地方都有相應(yīng)辦事處，我們也有實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)中心。針對(duì)重要的客戶做到5+2、白加黑非常貼心的服務(wù)于客戶的及時(shí)需求。后面這幾塊展開(kāi)一下，就是應(yīng)用，主要做什么。因?yàn)榧す馄鬟@個(gè)產(chǎn)品不像化妝品和包，看上了顏色不錯(cuò)買(mǎi)了就拿回家，更多是一個(gè)技術(shù)性的產(chǎn)品，到底適不適合客戶的運(yùn)用可能需要我們做很多的工作。可以問(wèn)這四塊，首先拿這個(gè)東西客戶想知道用激光器能不能做。第二個(gè)做出來(lái)以后，這么多激光器產(chǎn)品哪個(gè)才是最優(yōu)的性?xún)r(jià)比選擇。實(shí)驗(yàn)室可以了，那在產(chǎn)線上有沒(méi)有可能需要更進(jìn)一步的工藝調(diào)試。量產(chǎn)的過(guò)程中，還需要哪些注意事項(xiàng)。這四個(gè)方面我們都是全方位服務(wù)于客戶，也就是應(yīng)用部四方面工作。

從我們產(chǎn)品上看，目前來(lái)說(shuō)有多于510種不同的光纖激光器，小到1、2瓦，高到120千瓦的功率都涉及。不光有紅外，還有綠光、紫外。脈寬的量級(jí)，也有連續(xù)，也有脈沖等等都有涉及，今天不詳細(xì)展開(kāi)，還是針對(duì)兩款焊接新產(chǎn)品上。動(dòng)力電池行業(yè)應(yīng)用的角度，就是上面打紅勾的地方都是有應(yīng)用的地方，看到極片的切割、清洗，到PACK到后面的托盤(pán)支架等等都有我們的身影。從應(yīng)用類(lèi)型上，無(wú)論是高功率的多模，還有單模激光器，以及脈沖納秒激光器都有涉及。其實(shí)電池這個(gè)行業(yè)也是在不斷的進(jìn)步，隨著客戶對(duì)于成本降低、可靠性、安全性、質(zhì)量提升上面我們也不斷的推我們的新產(chǎn)品來(lái)匹配客戶的要求。比如說(shuō)極片切割最早切30、45、60，現(xiàn)在切到95、120這樣的高速，脈沖的量級(jí)它的功率不斷的提升匹配客戶的要求。我們常規(guī)激光器運(yùn)用非常成熟，大家可以看到右邊那堆都是我們非常成功的案例。后面客戶會(huì)有更進(jìn)一步的質(zhì)量提升的要求，比如說(shuō)希望焊的更快、良率更高、熔深可控性更好，我們開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的激光器。我們單模目前市面上有很多其他品牌的單模激光器，但是我們單?？梢宰龅?4微米，目前大部分市面上的產(chǎn)品都是20及20以上。我可以在相同的功率下，我們功率密度更高，穿透率更好，這里大家可以注意一下。

首先介紹一下第一款就是AMB光束模式可調(diào)激光器。過(guò)去常規(guī)的激光器只有左邊這個(gè)高斯發(fā)布的光束，AMB是在高斯光束的同時(shí)，外面圍上像草帽形狀的環(huán)形的光束。從功率的量級(jí)，最高中心功率可以做到12千瓦，最高是25千瓦，完全滿足大部分焊接要求。芯徑的配置，可以根據(jù)客戶的要求，同時(shí)功率也可以根據(jù)要求去做一個(gè)優(yōu)選。為什么芯徑這么復(fù)雜，最常見(jiàn)就是鋁銅這樣的材料，比如說(shuō)只有150微米，相同的功率下，功率密度不是特別高，因?yàn)楣獍弑容^大，這時(shí)候熔深、穿透力會(huì)比較小。但是如果說(shuō)你選了一個(gè)小的芯徑，穿透力是很好，熔深是升，這時(shí)候得到的熔池非常激動(dòng)，飛濺比較突出，結(jié)合起來(lái)可以得到兩方面的優(yōu)勢(shì)。這里面重點(diǎn)講一下鋁銅這兩個(gè)材料的焊接效果，就是降低飛濺?？梢钥匆幌伦髨D非常形象，白色毛毛蟲(chóng)形狀是匙孔，激光打下去以后形成高壓的金屬蒸汽形成一個(gè)通道，液態(tài)的繞著這個(gè)最終凝固形成這樣一道焊縫。當(dāng)它獲得里面的壓力梯度，還有噴發(fā)給它的動(dòng)能，想擺脫這個(gè)束縛飛出去，主要是動(dòng)力、表面張力這些。如果成功逃脫形成飛濺，被拉住形成不了飛濺。鋁銅固定下來(lái)，表面張力和密度改變不了，其實(shí)唯一能改變的就是速度分量，也就是不讓金屬蒸汽給它過(guò)大的動(dòng)量。這種情況，我們首先讓這個(gè)匙孔開(kāi)放，不會(huì)形成不穩(wěn)定的坍塌。左邊是得到實(shí)際的匙孔的三維形貌。第二個(gè)把兩者結(jié)合起來(lái)，同時(shí)出來(lái)可以看到這個(gè)匙孔形態(tài)改變，上部明顯開(kāi)放變大，這是從一定層面輸出能量閉環(huán)性光斑的作用。

這是實(shí)際的焊接效果說(shuō)話，左邊就是常規(guī)激光器焊接，可以看到上面是火花四濺，飛出來(lái)的那些都是飛濺。右邊用AMB焊接的時(shí)候，整個(gè)過(guò)程特別平靜，也沒(méi)有那些飛濺物噴發(fā)出來(lái)。其實(shí)鋁上的焊接也是非常明顯，在上一頁(yè)沒(méi)有顯示出來(lái)?？匆幌赂咚贁z像的情況，可能相機(jī)拍沒(méi)有那么直觀。高速攝像的時(shí)候可以看到其實(shí)左邊常規(guī)焊接的時(shí)候里面有很多大量的金屬?lài)姲l(fā)出來(lái)，用AMB整個(gè)非常平靜，沒(méi)有飛濺。飛濺降低了以后帶來(lái)的一個(gè)特別直接的效果是表面質(zhì)量提升，每一處飛出去的飛濺相當(dāng)于少了一塊金屬，極端想一下，如果都飛出去就像狗啃一樣，上面凹凸不平，非常粗糙。有效抑制飛濺，焊縫表面非常光滑，這個(gè)可以非常直觀看出來(lái)。照片沒(méi)有那么明顯，看樣品會(huì)更清楚一點(diǎn)。也有客戶會(huì)問(wèn)，紅外如果對(duì)銅來(lái)說(shuō)是不是綠光更有優(yōu)勢(shì)，畢竟吸收率那么高。這塊還是澄清一下，銅對(duì)于不同波長(zhǎng)的激光的吸收，差距都是在室溫下體現(xiàn)。焊接的人沒(méi)有人在室溫下，初始的時(shí)候是室溫，一旦熔化，對(duì)紅外激光吸收率大于70%，其實(shí)和綠光沒(méi)有太大的差距。而且市面上目前能夠做到的最高功率的綠光只有2000瓦，在同樣的效力下去對(duì)比，可以看到焊接能力是非常有限，基本上就是1毫米以下。這是由于綠光光束質(zhì)量不是特別理想，而紅外的方案有更高選擇空間，可以看薄的，也可以看厚的，薄的沒(méi)有列太多，因?yàn)楸〉挠袉文５姆桨缚赡芨m合。在運(yùn)行的成本、可靠性和光學(xué)組件的可用性上，紅外方案更具有性?xún)r(jià)比的方案。

后面講一下實(shí)例，這是AMB用于電芯密封焊的效果。但速度一高，匙孔會(huì)不穩(wěn)定，飛濺會(huì)增多，熔深的一致性相對(duì)較差，但是用AMB這個(gè)速度可以提升到300毫米每秒，時(shí)間就是金錢(qián)，效率就是生命。同時(shí)，飛濺和表面成型各個(gè)方面的表現(xiàn)優(yōu)于常規(guī)的激光器。從速度、熔深的控制上，還有過(guò)程穩(wěn)定性上都是優(yōu)于過(guò)去常規(guī)的激光器方案。

這一塊拿出一個(gè)例子是銅的焊接，其實(shí)焊接難度非常大，特別是在焊接過(guò)程中，由于極耳持續(xù)升溫，給飛濺和熔深一致性控制帶來(lái)一定的困難，這個(gè)用AMB直接做出來(lái)，可以看到熔深一致性非常好，而且表面沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何處理沒(méi)有飛濺。這是我們用于BUSBAR的焊接效果，跟常規(guī)相比，速度提升，過(guò)程穩(wěn)定性、熔深度更理想，更重要幾乎沒(méi)有飛濺，所以飛濺降低是它最大的一個(gè)特點(diǎn)。

第二個(gè)產(chǎn)品講講LDD焊接過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)。很多人問(wèn)這個(gè)原理ICI，其實(shí)不要想的那么復(fù)雜，我就簡(jiǎn)單講有點(diǎn)像激光測(cè)距。這個(gè)要求非常高，我們產(chǎn)品特點(diǎn)是有業(yè)內(nèi)最短波長(zhǎng)的選項(xiàng)，而且我們有專(zhuān)利，其他家繞不開(kāi)，決定我們有最高的分辨率。除此以外，可以測(cè)出焊前工件有沒(méi)有合適的位置上，這個(gè)高度是不是合適。同時(shí)，可以得到焊后的信息，比如焊縫寬度，表面成型，比如表面有一個(gè)孔洞都測(cè)得出來(lái)。最核心的點(diǎn)是可以測(cè)出熔深，這是區(qū)別其他產(chǎn)品最獨(dú)特的一個(gè)點(diǎn)。它的特點(diǎn)是可以直接進(jìn)行熔深的測(cè)量，可以看一下第二張圖是實(shí)際得到的一個(gè)匙孔的三維形貌。對(duì)于焊縫表面質(zhì)量的檢測(cè)，這個(gè)高度信息可以讀得非常清楚。從硬件組成上面，除了有一個(gè)半導(dǎo)體激光的發(fā)生器，有3D模塊加工頭以外，還有一臺(tái)高性能的計(jì)算機(jī)，最核心就是我們的軟件和算法，這是有專(zhuān)門(mén)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)去實(shí)現(xiàn)的。

后面講一下實(shí)際案例，其實(shí)案例挺多，很多客戶不讓講，這塊講一下客戶同意講的。第一個(gè)是LDD在軟包電池焊接中的應(yīng)用，很多人質(zhì)疑匙孔特別小的時(shí)候是不是不太好讀，我們找了單模產(chǎn)品，而且配合的是振鏡，不是焊接頭，這個(gè)還是挺復(fù)雜的。最終，我們非常成功實(shí)現(xiàn)了以下所有的監(jiān)測(cè)，其中這些工作距離、位置跟蹤都非常簡(jiǎn)單就不展開(kāi)。大家看一看對(duì)表面質(zhì)量，熔寬和熔深的監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)讀出整條焊縫上各點(diǎn)的熔深，比如橫切面沒(méi)有辦法體現(xiàn)出整條焊縫上面的熔深。如果是縱切，這個(gè)質(zhì)量太復(fù)雜，同時(shí)好多焊縫是環(huán)形，非常難。熔寬可以看一下底下這張圖，兩條綠色中間直接可以把熔寬輸出，同時(shí)制造了表面的缺陷，整了一些油污放在上面，形成了一些爆孔，實(shí)際可以讀出來(lái)?？蛻糁灰O(shè)定一些質(zhì)量判據(jù)可以報(bào)警，及時(shí)對(duì)工件進(jìn)行追溯。最核心的點(diǎn)就是高的熔深檢測(cè)精度，也是客戶要求，偏差值只有2%，而且省了客戶大量的時(shí)間，更重要每一點(diǎn)都可以讀，反應(yīng)的更加全面。這是在BUSBAR上的應(yīng)用，LDD整個(gè)一圈，熔深、熔寬、缺陷信息都可以得到。除此以外，我們的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以跟質(zhì)量判據(jù)直接關(guān)聯(lián)，可以輸出不同的質(zhì)量判據(jù)就可以知道到底哪里有問(wèn)題，這些我們都能夠非常有效的識(shí)別。還進(jìn)行了熔深小批量驗(yàn)證，這個(gè)都能通過(guò)客戶的要求。后面在圓柱電池這塊，其實(shí)我們也有客戶在開(kāi)始探索，基于單模和振鏡，可以得到實(shí)時(shí)整圈的熔深。這兩條綠線設(shè)置探距，一旦超出會(huì)報(bào)警。如果各位有需求，想了解一下我們的激光器和LDD可不可以適配你們的需求，可以聯(lián)系我們，我們可以提供免費(fèi)的技術(shù)服務(wù)。

最后一條，其實(shí)選擇一個(gè)公司的產(chǎn)品不光是因?yàn)檫@個(gè)產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，最重要要看后面的技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)。我們?cè)诩夹g(shù)服務(wù)上做得像春天般的溫暖，無(wú)論售前還是售后非常竭誠(chéng)為客戶服務(wù)。希望大家能加一下我們的公眾號(hào)，今天我講的這些信息公眾號(hào)上都有，我們也有一些定期的新產(chǎn)品和案例的分布。

謝謝大家！

（注：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載！）