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走进联赢激光——探讨激光焊接的核心难点与破局方向

发布时间:2020年09月03日 作者:OFweek激光 浏览次数: 65

近年来激光焊接市场快速发展,被认为是“激光技术在切割应用之后的下一个爆发点”。但由于激光焊接应用更为复杂、技术门槛更高、应用成本也相对较高,从事激光焊接市场的企业相对较少,目前大族激光、迅镭激光、联赢激光、华工激光、逸飞激光等企业相对领先

 

激光焊接到底难在何处?哪些市场更有潜力?激光焊接未来该从哪些方向进行突破?带着这些疑问,OFweek激光网日前拜访了“科创板激光焊接第一股”——联赢激光的董事长韩金龙,以期能找到答案。

 

 

联赢激光董事长韩金龙


揭秘激光焊接四大难点及解决方案

 

联赢激光成立于2005年,经过15年的耕耘,在动力电池、汽车及五金、消费电子、光通讯等领域均已实现规模化的产业应用。其中动力电池市场是联赢激光的主战场,2019年该市场收入占主营业务收入的77.99%

 

韩金龙认为,激光焊接之所以复杂,是因为不同的产品、不同的应用场景、不同的强度需求,所采用的工艺、夹具等的要求都不一样,无法像切割、打标应用一样做出大量的标准化产品。对激光焊接应用而言,几乎每一种应用需求都需要定制化产品。对动力电池焊接设备而言,技术难点主要集中在焊接工艺、焊接速度、工装治具设计和焊接除尘。

 

焊接工艺所涉及的参数指标包括波长(波段)、波形控制、功率(能量)、离焦量等。联赢激光在成立初期就投入大量研发,在铝材和铜材料的焊接方面积累了丰富的经验与数据,并形成较多专利,在业内具有较大的竞争优势。韩金龙介绍说:“早年我们以YAG激光器为核心研发出YAG 激光焊接机,以波形控制能量负反馈技术为突破口,降低了能量波动,确保焊接质量。此后我们不断研发,积累了同种金属、异种金属、塑料、玻璃等多个材料领域的焊接经验,并开发出激光摆动 (Wobble)焊接技术、高频脉冲焊接技术 (MOPA)、平顶光束(光束整形)焊接技术、激光多波长同轴复合焊接技术、激光送丝钎焊技术、激光飞行焊接技术、激光同步焊接技术、激光锡焊等多项激光焊接工艺专利技术,在工艺层面上很好地解决了焊接质量问题。我们近期推出的蓝光激光器更是使焊接质量有了非常大的提升。”

 

 动力电池焊接

 

面对动力电池不同部位的不同要求,联赢激光均能从其庞大的工艺库中找到对应的方案,如YAG激光成了动力电池密封钉焊接的行业优选,复合焊接技术是动力电池顶盖焊接的最优选等等,密封钉和顶盖焊接良品率可达99.5%以上。此外,铜、金等高反射材料对蓝光的吸收率更高,蓝光激光器在焊接应用上有极大的优势,可以解决飞溅、气孔、表面质量差等一系列焊接缺陷,能够大幅提升激光焊接速度、改善激光焊接质量。

 

提高效率是企业发展的保证,能否提高焊接效率也成了激光焊接设备性能的重要体现。提高设备的焊接效率,一方面在于自动化系统的设计及控制,另一方面就在于提高激光焊接本身的速度。为解决自动化问题,联赢激光组建团队进行技术开发,已先后完成交付600多种非标定制自动化激光焊接系统,满足了1300多种类的部品焊接要求。而在焊接速度方面,联赢激光也不断进行各种实验验证,包括控制系统算法、运动机构、焊接质量等等各项验证开发。据悉,联赢激光率先在行业里把焊接速度提到了200mm/s,同时凭借复合焊技术,在提速的同时还能保证极好的焊接质量。

 

要提升焊接品质,除了激光器本身的品质和先进工艺外,工装治具的设计也至关重要。韩金龙认为:“做好焊接必须要在产品的装夹方式上下功夫。”联赢激光结合电池工艺的不断革新,不断加强电池新工艺治具的预研,开发出大量的焊接工装治具,很好地适应了电池技术的发展。

 

此外,动力电池企业(无论是电芯还是模组)对于生产环境要求是非常严格的,焊接加工必然会产生焊渣等各种粉尘,粉尘的收集装置设计也非常重要。韩金龙表示:“焊接加工过程中要吹保护气体,除尘装置又要把焊接过程中的焊渣吸走,这是两难的工作,里面涉及多个学科,需要非常巧妙地在机械设计、流体力学、控制算法方面做到合适的临界点,保证焊接质量的同时,还要保证环境的粉尘度。在这方面我们也建立了专业的团队做专门的研究,确保整个系统能一直处在良好的工作环境。”

 

在强大的技术支撑下,联赢激光也在锂电应用外开辟了3C焊接、锡焊等市场。韩金龙介绍说:“3C行业是公司重点布局的市场。结合5G发展的大背景,公司不断接触如苹果、谷歌、亚马逊、华为、oppo、小米等国内外大品牌终端客户,随之拓展出来的国内一线代工厂如德赛电池、欣旺达、比亚迪、富士康、立讯精密、长盈精密等等,得到了客户的一致认可和好评!”

 

 

连接器激光焊接效果

 

当前3C行业的难点集中在新兴材料的加工制造领域,包括随着5G信号传输带来的散热困难问题、柔性屏幕带来的玻璃类材料加工问题、移动终端不断小型化带来的激光加工结构精细化等问题等等。针对这些难点,联赢激光凭借在焊接技术的精细化和专业化优势进行研发,取得一定成绩。韩金龙表示:“玻璃焊接方面,我们采用了超快光源做为项目切入点,锡球焊接的球径的覆盖范围做到了0.05mm--2.0mm全覆盖,基本接近了国际水平。我们成功地将此类技术导入到了苹果和华为的手机,电脑,穿戴产品里,并且得到了不错的订单!现阶段我们还在配合终端用户开发5G基站里的激光锡焊送丝技术,总体来讲,这是一个非常有市场前景的高端技术。”

 

激光焊接设备的发展方向及趋势

 

激光焊接设备是激光产业发展的技术支撑,其发展受市场牵引,但在一定程度上也反过来引领市场。韩金龙总结说:“受诸多应用需求的驱动,激光焊接设备发展可分为几类:面向中等以上厚度结构的激光复合热源焊接设备、针对簿金属材料的激光焊接设备、针对高反射、低吸收材料的激光焊接设备、针对透明材料的精密激光焊接设备。这几类设备的核心原理一样,但各自特点又不尽相同。”

 

 

联赢激光焊接实验室

 

面向中等以上厚度结构的激光复合热源焊接设备:其目的是拓展激光焊接的应用范围,解决装备结构的中厚度结构高精高效焊接之需。这种需求要求焊接激光要有高激光功率、长脉冲(或连续)的特点。

 

针对簿金属材料的激光焊接设备:在现代工业中,对薄金属材料进行高效的加工和/或电气微连接的需求不断增加。例如新兴动力电池行业关键部件的下一代电池使用的阴极和阳极薄箔片,消费电子行业中高密度封装和微型化的连接波片等,这种薄金属材料的微焊接异常困难。从激光器的角度来看,需要避免焊接穿孔、变形和弯曲,所有这些都需要仔细控制过程的热输入。

 

针对高反射、低吸收材料的激光焊接设备:此类激光焊接往往需要较高的激光功率,但是功率太高会引起焊接过程中的溅射等效应。目前,对于具有一定焊接厚度要求的应用,其发展趋势是采用长脉冲或连续的短波长焊接激光,以提高材料的吸收率,从而降低对激光功率的要求,同时降低焊接过程的溅射效应。

 

针对透明材料的精密激光焊接设备:由于透明材料往往传热性差,具有硬脆特性,对它们焊接极具挑战性,其微结构焊接可用超短脉冲激光进行。超短脉冲光纤激光目前已经突破百飞秒,将成为透明材料的精密激光焊接主打激光。

 

 联赢激光生产车间

 

韩金龙表示:“激光焊接技术发展的每一步都涉及新材料、新结构和新工艺,在克服已有工程问题的基础上,又面向新型材料、新型结构的焊接衍生出新的科学问题和工程问题。未来激光焊接应用将更加强调长寿命、高机动性、低成本和损伤容限设计,更加注重制造技术对轻量化、整体化结构件制造、新型结构件精密制造、低成本高效新工艺的强烈需求。此外,激光焊接设备将朝着更加数字化、自动化、智能化的趋势发展,加上‘一次装夹,全部完工’的数控加工理念正在引入焊接领域,传统的单一功能焊接设备逐渐被复合型设备所取代,使得焊接加工更加高效、高质量。总之,激光焊接装备向智能化、信息化方向发展;激光焊接工艺向精密化、高效化方向发展;焊接装配向数字化、柔性化方向发展。”