光束质量对铝合金激光焊接效率与良率的影响

为了满足当前新能源动力电池高速生产线极限制造的需求,基于激光焊接过程中的能量分布特征,系统分析了铝合金激光焊接中光纤激光器的光束质量效应,研究了光束质量与焊接稳定性和焊接效率之间的定量关系。随着激光器光束质量因子(M^(2))的减小,焊缝熔深为2.7 mm时焊接速度呈增大趋势,焊接熔深的工序能力指数(CPK)值也呈增大趋势;当M^(2)从11.60减小到1.25时,焊缝熔深为2.7 mm时激光器的焊接速度增加了5.5倍,焊接熔深CPK值提升了2.3倍。基于激光能量分布特征的分析结果,激光器光束质量效应的提升机制为:在保持相同熔深的条件下,M^(2)越小,能量密度极大值越大,且焊道边缘与中间区域之间的能量密度极值差越大,工件材料的能量吸收效率会越高,则激光器的焊接效率越高。提出将激光器能量密度极大值和能量密度极值差这两者的乘积作为激光器能量密度焊接效率影响因子,由理论计算可知,M^(2)为1.18时的激光器能量密度焊接效率影响因子比M^(2)为11.6时的增加了5.2倍,与实验结果基本一致。

14μm芯径2 kW光纤振荡器及紫铜焊接试验研究

激光焊接是新能源电池制造的关键技术。采用976 nm半导体激光泵浦技术,在保证泵浦光充分吸收和激光器光光转换效率的同时,缩短增益光纤长度,提高激光器受激拉曼散射阈值,采用独特的增益光纤盘绕技术抑制模式不稳定,提高输出光束质量,实现了2.25 kW纯单模(M2≤1.1)激光功率输出,拉曼抑制比达到-38 dB,能量传输光纤(芯径为14μm,数值孔径为0.07)长度达到7 m。输出激光亮度高、光斑直径小、功率密度高,有效降低了焊接中的热效应,避免了焊缝缺陷和飞溅。