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展，對高效、精密焊接技術的需求日益增長。激光焊接因速度快、精度高、熱影響區小等優勢，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，如氣孔、飛濺、熱裂紋、不同材料屬性差異等。光束整形技術通過調整激光光束的強度分布和幾何形狀，優化焊接過程，提高焊接質量。

PowerPhotonic公司提供的光束整形解決方案，包括核心-環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-環形光束由高強度中心點和同心強度環組成，調整兩者功率比可控制熱梯度，形成精細晶粒結構，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，提升熔池穩定性，降低氣孔和飛濺風險。

PowerPhotonic的自由形態光學制造工藝，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生，并可以隨時集成到現有的光學系統中。光束整形器通常設計為透射元件，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的焦平面。

案例研究展示了PowerPhotonic光束整形技術在鋁合金自熔焊接中的應用效果。使用核心-環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，改善焊縫表面質量。研究結果表明，光束整形技術在優化電動汽車焊接過程、提高焊接質量和安全性方面具有重要潛力。

1.點環狀光束整形

由高強度中心點和同心強度環組成光束輪廓是提高焊接質量的有效方法。調整核心和環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，改善微觀結構，從而提高焊接的機械性能。使用光束整形器可以實現這種核心和環形輪廓。中顯示了一個例子光束成型器可以 設計成定制的環尺寸、環厚度、芯環比和芯尺寸。光束整形器還可以設計成在核心光斑周圍產生均勻的輻照度，而不是一個明顯的環。這樣可以使焊接區域的加熱更加均勻。

2.尾部光束整形

PowerPhotonic 開發了一種用于焊接應用的光束整形器，利用自由形態制造技術產生不對稱的強度曲線。這種光束整形器的設計目的是在傳統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，提高熔池的穩定性。這有助于解決氣孔和飛濺等焊接質量問題。

光束整形器可設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，也可在發散或會聚光路中工作。在掃描系統中，光束整形器最好安裝在掃描頭的振鏡之前。成型光斑將出現在掃描鏡頭之后的工作平面上。

總之，激光焊接技術在電動汽車制造中發揮著重要作用，而光束整形技術作為其關鍵環節，能夠有效提升焊接質量和效率，為電動汽車行業的持續發展提供有力支持。

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