電動汽車焊接應用中的光束整形

隨著電動汽車市場的迅猛發(fā)展，對高效、精密焊接技術(shù)的需求日益增長。激光焊接因速度快、精度高、熱影響區(qū)小等優(yōu)勢，逐漸成為電動汽車電池制造的shou 選方法。然而，激光焊接面臨諸多挑戰(zhàn)，如氣孔、飛濺、熱裂紋、不同材料屬性差異等。光束整形技術(shù)通過調(diào)整激光光束的強度分布和幾何形狀，優(yōu)化焊接過程，提高焊接質(zhì)量。

PowerPhotonic公司提供的光束整形解決方案，包括核心-環(huán)形光束和尾部光束整形器，可顯著改善焊接接頭的機械性能，減少缺陷。核心-環(huán)形光束由高強度中心點和同心強度環(huán)組成，調(diào)整兩者功率比可控制熱梯度，形成精細晶粒結(jié)構(gòu)，提高焊接強度。尾部光束整形器則在聚焦光斑前后添加強度尾部，提供預熱或后熱，影響熔池，減少熱梯度，提升熔池穩(wěn)定性，降低氣孔和飛濺風險。

PowerPhotonic的自由形態(tài)光學制造工藝，其光學元件制造過程允許逐點表面高度歸屬，生產(chǎn)出真正自由形狀的高級光學表面。這種制造工藝使得復雜的光束形狀可以通過簡單的無源元件產(chǎn)生，并可以隨時集成到現(xiàn)有的光學系統(tǒng)中。光束整形器通常設(shè)計為透射元件，可折射入射光，以高精度和低損耗的方式將其重新分配到光學系統(tǒng)的焦平面。

案例研究展示了PowerPhotonic光束整形技術(shù)在鋁合金自熔焊接中的應用效果。使用核心-環(huán)形光束和尾部光束整形器可顯著提高焊接接頭的抗拉強度，減少裂紋和氣孔，改善焊縫表面質(zhì)量。研究結(jié)果表明，光束整形技術(shù)在優(yōu)化電動汽車焊接過程、提高焊接質(zhì)量和安全性方面具有重要潛力。

1.點環(huán)狀光束整形

由高強度中心點和同心強度環(huán)組成光束輪廓是提高焊接質(zhì)量的有效方法。調(diào)整核心和環(huán)形之間的功率比以配合應用，可以減少金屬間化合物的形成，改善微觀結(jié)構(gòu)，從而提高焊接的機械性能。使用光束整形器可以實現(xiàn)這種核心和環(huán)形輪廓。中顯示了一個例子光束成型器可以 設(shè)計成定制的環(huán)尺寸、環(huán)厚度、芯環(huán)比和芯尺寸。光束整形器還可以設(shè)計成在核心光斑周圍產(chǎn)生均勻的輻照度，而不是一個明顯的環(huán)。這樣可以使焊接區(qū)域的加熱更加均勻。

2.尾部光束整形

PowerPhotonic 開發(fā)了一種用于焊接應用的光束整形器，利用自由形態(tài)制造技術(shù)產(chǎn)生不對稱的強度曲線。這種光束整形器的設(shè)計目的是在傳統(tǒng)激光焊接所用聚焦光斑的后面或前面提 "尾部 "強度。一種這種光束形狀的示例如圖所示。高強度光斑產(chǎn)生深透焊接所需的鎖孔，而前部或后部強度則提供預熱或后熱以影響熔池。引入這種額外的加熱可減少沿焊接方向的熱梯度，提高熔池的穩(wěn)定性。這有助于解決氣孔和飛濺等焊接質(zhì)量問題。

光束整形器可設(shè)計用于光路中的不同位置，通常插入最終聚焦透鏡之前的準直光束路徑中，也可在發(fā)散或會聚光路中工作。在掃描系統(tǒng)中，光束整形器最好安裝在掃描頭的振鏡之前。成型光斑將出現(xiàn)在掃描鏡頭之后的工作平面上。

總之，激光焊接技術(shù)在電動汽車制造中發(fā)揮著重要作用，而光束整形技術(shù)作為其關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠有效提升焊接質(zhì)量和效率，為電動汽車行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

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