激光焊接是將激光束通過光學鏡片聚焦到工件表面，讓材料快速熔化形成熔池，然后快速冷卻形成焊接接頭，它具有深寬比大、焊接速度快、與工件非接觸等特點，很容易實現自動化生產，因此該工藝已經被大量廣泛使用。

但是，高反材料在激光焊接過程中由于激光熱源與材料相互作用復雜，以及鋁合金、銅合金本身特殊的物理性能，焊接時存在對激光反射率高、焊接過程不穩定、易產生氣孔缺陷等問題。采用普通激光焊接鋁、銅這些高反材料時，鑰孔塌陷會產生小孔、飛濺，由于飛濺會導致焊縫金屬減少，致使表面坑洼、不平整；而且，這些材料對激光反射率高、吸收率低，大部分能量都被反射掉了，導致填充物融合不好；同時在冷卻過程中，由于冷卻速度過快，使得氫氣等氣體在熔池內的溶解度急劇降低且來不及逸出，導致氣孔產生。

主流降低飛濺和氣孔的焊接方法

如何降低飛濺、減少氣孔、獲得平滑的焊縫是高反材料焊接的一大難點。國內外很多企業也在這方面不斷探索，推出了各自的產品。

（1）使用擺動焊接頭

采用擺動焊接的方式可以分散能量密度，改善焊縫溫度的均勻性，能在一定程度上減少飛濺與氣孔的產生。目前主流的激光頭廠商（如：嘉強、萬順興、麒麟等）都有推出類似的擺動激光焊接頭。但同時也存在一定弊端，由于激光的能量密度被降低，不得不加大功率或者放慢焊接速度。

（2）使用雙波長復合焊接頭

通過雙波長復合焊接頭將光纖激光與半導體激光復合在一起，在焊接點上重合，光纖激光進行深熔焊接，半導體激光具備預熱緩冷的作用，可以一定程度地減少飛濺。目前像嘉強、萬順興這樣的激光頭廠商也都有推出這樣的焊接頭。但這樣的焊接方式需要用用到兩臺激光器，設備組合上較為復雜。

（3）采用特殊光斑的激光器

性價比最好的方案在激光器端，將高斯分布激光改為環形+中心光，中心光斑保證熔池深度，環形光斑起到預熱緩冷的作用，這與上述提到的雙波長復合焊接原理較為類似。典型的激光器廠家都有推出類似的激光器，如IPG的AMB激光器、銳科的ABP激光器。

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光惠激光的FRM是什么

針對上述高反材料的焊接難點，光惠激光在技術發展的道路上不斷探索，推出了高反材料焊接專家——FRM（Flexible Ring Mode）動態光斑輸出激光器，可以有效減少高反材料焊接過程中飛濺與氣孔的產生。

FRM激光器通過定制化的耦合器將兩個光模塊耦合進光纖的纖芯層和環芯層，將兩束激光耦合成一束激光后聚焦到工件表面形成復合光斑。通過調整合適的能量配比，能形成相對較寬的焊寬和較低的焊縫深寬比，有效提高鑰孔的穩定性，可以明顯地減少飛濺并降低氣孔敏感性。

FRM激光器可任意控制纖芯光和環芯光的功率大小，可以只開中心光或環形光，也可以兩者同時開，形成普通光斑、環形光斑、復合光斑三種模式；若同時開啟可以中芯和環芯，可以使中芯功率大于環芯功率，也可以中芯功率小于環芯功率，或者中芯功率等于環芯功率，共可切換五種不同光斑形態。

中心光斑直徑小、能量密度大，焊接基于深熔焊模式，會產生匙孔，能形成深寬比大的熔池。但它對配合間隙要求較高，且深熔焊焊接形成匙孔時大量高壓金屬蒸汽釋放，易產生飛濺、爆點，熔池溫度高且內部流動劇烈，熔池波動明顯。

環形光斑直徑大、能量密度小，焊接基于熱傳導模式，能形成較寬的熔池，由于熱導焊不形成匙孔，所以焊接過程中熔池溫度較低，不產生明顯熔池波動，焊接無飛濺，焊縫平整美觀。但由于分散了能量密度，無法獲得較大的熔深。

將兩者復合在一起，通過調整合適的能量配比，在中心光斑保障熔池深度的同時，環形光斑增加了熔池的寬度和存在時間，一方面提高了鑰孔的穩定性，減少了飛濺的產生；另一方面，使熔池的流動更加穩定，氣泡有較長時間溢出，降低了氣孔形成的幾率。

FRM激光器最高可提供20KW的總輸出功率，并可靈活調整輸出光的參數。中心光束輸出光纖直徑50μm／150μm，輸出功率最高可達10KW；環形光束輸出光纖直徑150μm／300μm，輸出功率最高可達10KW。中心光束為1070nm波長的光纖激光，環形光束除1070nm的光纖激光外，還可配置976nm的半導體激光，實現雙波長雙激光束的復合。

FRM優異的焊接效果

為了體現FRM的焊接效果，以下用FRM激光器和普通激光器分別焊接鋁合金，并進行了對比。

用1.5KW+1.5KW（50μm+150μm）的FRM激光器焊接3mm厚度的6061鋁合金，并和3KW（100μm）的普通激光器進行對比。可以明顯發現：FRM激光器焊接時的飛濺要明顯小于普通激光器的焊接。

將焊接完后的樣品切開后進行金相觀察。FRM激光器由于環形光斑的作用，焊接得到的焊縫呈現上寬下窄形貌，上下兩表面基本平整；而普通激光器焊接的焊縫上下熔寬基本齊平，上表面存在塌陷伴隨下表面凸出。

對焊接完后的焊縫進行拉力測試，FRM焊接的抗拉強度要優于普通激光器焊接。

FRM的重要應用

中國將新能源汽車作為七大戰略性產業之一。由于動力鋰電池組是新能源汽車組成的一個關鍵核心部件，隨著新能源汽車的不斷發展，它也相應地被廣泛的使用和發展。

根據中研普華研究院的統計數據顯示：2017-2020年全球鋰電池需求量持續上升，且在未來3-5年內鋰電設備需求將持續增長。鋰電產業的迅速發展，致使各大企業紛紛加大對新工廠的建設與產能的擴充。

電池組的安全性是至關重要的，一旦發生相關故障，將會導致非常嚴重的結果，威脅人們的生命安全。其中，對電動汽車的安全起著決定性作用的因素就是動力電池組關鍵部位的焊接，這些位置最主要的材料就是鋁合金，其中包括防爆閥、電芯封口、極耳、匯流排等；其次是紫銅材料，如極柱、極耳轉接片等。這些位置的焊接質量好壞將直接影響作電池組質量的可靠性。

對于動力電池不同部件的焊接，采用光惠激光的FRM激光器可有效化解焊接難題，實現焊接零飛濺、表面無氣孔、熔深穩定、焊縫平滑美觀，顯著提高焊接質量，有效保證動力電池的穩定性與安全性。

全球汽車市場向電動化轉型已是大勢所趨，而在這一發展大勢下，勢必會對鋰電焊接工藝提出更高要求，鋰電池加工已然成為國內激光企業爭奪的重要市場。光惠激光將持續發力鋰電池焊接領域，通過自主創新，進行激光器迭代升級，助力客戶改進焊接工藝，提升產品安全性和競爭力。