藍(lán)光激光的應(yīng)用案例

隨著450 nm波長(zhǎng)的多千瓦藍(lán)光激光系統(tǒng)的可用性，進(jìn)一步擴(kuò)大了銅組件的應(yīng)用范圍。在過(guò)去的幾年里，對(duì)儲(chǔ)能的需求不斷增加，加上車(chē)輛電氣化，增加了對(duì)銅焊接解決方案的需求。下面介紹藍(lán)光激光的應(yīng)用案例。

激光加工具有無(wú)接觸加工的優(yōu)點(diǎn)，并在時(shí)間和空間上高度控制能量沉積，這對(duì)于電池等溫度敏感元件尤為重要。由于常規(guī)使用的近紅外激光波長(zhǎng)為1μm，銅的吸收率較低，因此激光光斑尺寸必須高度聚焦，以實(shí)現(xiàn)瞬間形成匙孔，并通過(guò)匙孔中的多次反射增加吸收。對(duì)于銅的近紅外激光焊接，不可能采用無(wú)匙孔的熱傳導(dǎo)方式焊接，而采用有匙孔的深熔方式時(shí)，由于近紅外激光吸收對(duì)匙孔的幾何形狀和穩(wěn)定性的依賴，導(dǎo)致了飛濺的發(fā)生。波長(zhǎng)為450 nm的二極管激光器解決了近紅外激光器的吸收受限和工藝穩(wěn)定性問(wèn)題。

通過(guò)熱傳導(dǎo)模式焊接到匙孔焊接模式之間的焊接區(qū)域的可訪問(wèn)性，例如在圓柱形電池單元上的新應(yīng)用是可能的。為了最大限度地減少銅（電氣標(biāo)簽）和鍍鎳鋼（圓柱形電池）之間的混合，并實(shí)現(xiàn)高接合寬度，接合過(guò)程中使用了熱傳導(dǎo)模式焊接。銅以單道次和圓形幾何形狀熔化，形成約800μm的接合寬度。橫截面顯示銅和鋼之間沒(méi)有明顯的混合。由于缺少鎖孔，焊接過(guò)程的低熔池動(dòng)態(tài)導(dǎo)致液態(tài)銅擴(kuò)散到電解槽的鎳涂層。這創(chuàng)造了一個(gè)強(qiáng)大的機(jī)械結(jié)合和高電互連面積，同時(shí)最大限度地減少了銅和鋼之間的金屬間化合物。

藍(lán)光半導(dǎo)體激光器和振鏡掃描系統(tǒng)用于動(dòng)力電池制造，藍(lán)光有著寬大的工藝窗口，可以處理電池制造的每個(gè)階段，能焊接更厚和多種材料，如銅、金和幾毫米厚的不銹鋼，它是制造棱柱形電池，電池外殼以及電池組和電池集成的理想選擇。

高功率和高亮度還增加了焊接過(guò)程的靈活性，從而有可能擴(kuò)展加工材料范圍，例如，黃銅中的銅和鋅具有明顯不同的熱性能，這對(duì)高品質(zhì)的焊接提出了挑戰(zhàn)，但藍(lán)色工業(yè)激光很容易處理，現(xiàn)在可以焊接家電生產(chǎn)中常用的黃銅材料，初步研究表明，藍(lán)色激光將能有效地解決焊接異種金屬的難題，因?yàn)槊糠N材料具有獨(dú)特的熱學(xué)，光學(xué)和力學(xué)性能，所以異種金屬焊接是一個(gè)挑戰(zhàn)，異種金屬的焊接通常會(huì)導(dǎo)致形成金屬間化合物，即不同合金的區(qū)域，損害了接頭的力學(xué)性能和電氣性能以及一致性。而最新一代的藍(lán)光半導(dǎo)體激光器的工藝參數(shù)范圍廣，可以焊接異種材料，且缺陷最少。雖然黃銅中的銅和鋅具有明顯不同的熱性能，這對(duì)高品質(zhì)的焊接提出了挑戰(zhàn)，但對(duì)藍(lán)光半導(dǎo)體激光而言，則很容易處理。

用100W藍(lán)光激光器搭接焊接銅箔的結(jié)果，在3張銅箔以30μm厚度堆疊的狀態(tài)下，以約10mm/s的速度從頂部表面用激光掃描銅箔。由于芯徑為100μm的光纖輸出以1∶ 1的投影比集中，因此樣品表面的激光光斑直徑也為100μm，獲得了良好的焊接質(zhì)量，抑制了熱量對(duì)碎屑和周?chē)h(huán)境的影響。

在短短幾年時(shí)間里，藍(lán)色激光器已經(jīng)展示出前所未有的能力，可以快速生產(chǎn)出高質(zhì)量的銅接頭。它還展示了鋁、不銹鋼、金和其他金屬的相同性能。

以上就是藍(lán)光激光的應(yīng)用案例，在上市僅幾年后，藍(lán)色激光器已經(jīng)在消費(fèi)電子、電池制造和電動(dòng)汽車(chē)制造中應(yīng)用中展示了其應(yīng)用價(jià)值。它的靈活性和性能使其非常適合各種領(lǐng)域。隨著藍(lán)色激光的能力不斷擴(kuò)大，它可能會(huì)在航空航天、研究設(shè)施、醫(yī)療保健和其他領(lǐng)域得到應(yīng)用。

審核編輯 黃昊宇