在全球，配備電動動力系統(tǒng)的汽車越來越普及。隨著市場對純電動汽車的需求增加，對制造高性能備件的有效解決方案的需求也在增加。但是，由于電動汽車的設(shè)計包含多種方案，并且相關(guān)備件幾何形狀的設(shè)計有很大的多樣性，這對電動汽車而言比燃油汽車更具挑戰(zhàn)性。應(yīng)對這一挑戰(zhàn)需要多樣的生產(chǎn)方式來制造數(shù)量充足、質(zhì)量達(dá)標(biāo)的必要備件。

長久以來，激光是用于制造內(nèi)燃機(jī)的工具，如今則越來越多地應(yīng)用于生產(chǎn)電動汽車，如焊接電池盒。然而，在焊接鋁制鑄件時，激光仍然面臨諸多問題。鋁制鑄件是電動汽車制造商的重要材料：它重量輕，是增加汽車可行駛里程的最佳材料。因此，如電動機(jī)和電力電子設(shè)備的關(guān)鍵部件通常都被封裝在鋁制機(jī)殼內(nèi)。

但關(guān)鍵的是，這些電子機(jī)殼都需要被緊密密封。這是因為被封裝在機(jī)殼內(nèi)的部件是由集成在鑄件中的水管進(jìn)行冷卻的。因此，氣密性焊接對確保水與電子備件安全分離有重要作用。

如今，通快已開發(fā)出一套專門滿足這種應(yīng)用的多焦點光學(xué)系統(tǒng)。配合激光能量調(diào)節(jié)技術(shù)，該系統(tǒng)為過去無法實現(xiàn)之事提供了突破口：一種在大批量生產(chǎn)的鑄鋁外殼上進(jìn)行激光焊接、氣密接縫的快且可靠的工藝。

1 待解決任務(wù)

任務(wù)背景：

• 待解決任務(wù)為將一塊鋁板焊接到一個鑄鋁外殼上。
• 材料組合：鑄造鋁合金+鍛打鋁合金
• 焊接形狀：對接；焊接深度在0.8毫米至2.5毫米之間，取決于蓋板的厚度。
• 目前運(yùn)用的焊接技術(shù)：攪拌摩擦焊和激光搖擺焊（某些情況下），二者均不能實現(xiàn)高生產(chǎn)效率。

任務(wù)需要：

• 無孔或裂紋的氣密性焊縫。
• 低孔隙度并減少飛濺。
• 高壓壓縮負(fù)荷下具有高抗疲勞性。
• 焊接過程中能量輸入少并且變形率低。

待解決任務(wù)為將一塊鍛打鋁合金蓋板激光焊接到一個鑄鋁外殼上，使之最終容納電動汽車的電力電子設(shè)備。任務(wù)目標(biāo)是完成氣密性焊縫。

2 解決方案

通快開發(fā)了一種全新的解決方案，實現(xiàn)鑄鋁部分的氣密性焊接。其核心是配合激光能量調(diào)節(jié)技術(shù)的多焦點光學(xué)系統(tǒng)。

激光能量調(diào)節(jié)技術(shù)將 TruDisk 多芯光纖激光器的激光束分散在環(huán)型光纖和內(nèi)芯光纖之間。同時，聚焦光學(xué)器件將激光束分散成四個單獨(dú)的焦點。這些光束根據(jù)環(huán)形光纖與內(nèi)芯光纖形成的功率分布相疊加并根據(jù)彼此定位，因此能夠在同一熔池內(nèi)作業(yè)，并形成一個持續(xù)打開的匙孔。

兩個原因能說明這套系統(tǒng)的重要性：首先，它抑制了金屬蒸汽通道的塌陷，因此杜絕了氣體形成的氣孔。其次，在焊接過程中，它能確保鑄件中的雜質(zhì)有充分時間以氣體形式逸出。因此能夠成就無空隙焊縫。

然而，鑄鋁備件由于其雜質(zhì)仍然難以使用這種焊接方法。因此，通快使用兩步法依靠在修改激光參數(shù)來處理液體飛濺的區(qū)域以完成任務(wù)。步驟一對金屬和鑄件材料的混合物形成焊縫，步驟二僅用激光融化焊縫而非鑄件材料。這為去除現(xiàn)有雜質(zhì)提供了更多機(jī)會，與之同時熔融并密封了鑄件材料先前出現(xiàn)飛濺的區(qū)域，留下干凈且不透氣的焊縫。

激光能量調(diào)節(jié)技術(shù)在環(huán)形光纖和內(nèi)芯光纖間形成了激光光束分布（如頂部圖片所示）。同時，多重聚焦光學(xué)器件將激光光束分散為四個單獨(dú)的焦點（如底部圖片所示）。這些光束相對彼此進(jìn)行定位，以使得匙孔持續(xù)打開。 

3 總結(jié)

通過 TruDisk 激光，激光能量調(diào)節(jié)技術(shù)和多重聚焦光學(xué)系統(tǒng)三者相結(jié)合，通快為電動汽車部件制造商提供了專門為滿足其未來需求所設(shè)計的針對鋁制鑄件的焊接方式。激光制造的氣密性焊縫能夠滿足電動汽車制造的苛刻要求。

這種焊接加工方式十分可靠，可用于連接電池、電動馬達(dá)和電力電子器件和防護(hù)外殼。焊接速度可達(dá)到每分鐘15米，較之其他競爭焊接技術(shù)，該焊接過程更快。即便如此，焊接工藝仍在發(fā)展，通快目前也在其實驗室中實驗更快的焊接速度。

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