电动汽车焊接应用中的光束整形

随着电动汽车市场的迅猛发展，对高效、精密焊接技术的需求日益增长。激光焊接因速度快、精度高、热影响区小等优势，逐渐成为电动汽车电池制造的首选方法。然而，激光焊接面临诸多挑战，如气孔、飞溅、热裂纹、不同材料属性差异等。光束整形技术通过调整激光光束的强度分布和几何形状，优化焊接过程，提高焊接质量。

PowerPhotonic公司提供的光束整形解决方案，包括核心-环形光束和尾部光束整形器，可显著改善焊接接头的机械性能，减少缺陷。核心-环形光束由高强度中心点和同心强度环组成，调整两者功率比可控制热梯度，形成精细晶粒结构，提高焊接强度。尾部光束整形器则在聚焦光斑前后添加强度尾部，提供预热或后热，影响熔池，减少热梯度，提升熔池稳定性，降低气孔和飞溅风险。

PowerPhotonic的自由形态光学制造工艺，其光学元件制造过程允许逐点表面高度归属，生产出真正自由形状的高级光学表面。这种制造工艺使得复杂的光束形状可以通过简单的无源元件产生，并可以随时集成到现有的光学系统中。光束整形器通常设计为透射元件，可折射入射光，以高精度和低损耗的方式将其重新分配到光学系统的焦平面。

案例研究展示了PowerPhotonic光束整形技术在铝合金自熔焊接中的应用效果。使用核心-环形光束和尾部光束整形器可显著提高焊接接头的抗拉强度，减少裂纹和气孔，改善焊缝表面质量。研究结果表明，光束整形技术在优化电动汽车焊接过程、提高焊接质量和安全性方面具有重要潜力。

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点环状光束整形

由高强度中心点和同心强度环组成光束轮廓是提高焊接质量的有效方法。调整核心和环形之间的功率比以配合应用，可以减少金属间化合物的形成，改善微观结构，从而提高焊接的机械性能。使用光束整形器可以实现这种核心和环形轮廓。中显示了一个例子光束成型器可以设计成定制的环尺寸、环厚度、芯环比和芯尺寸。光束整形器还可以设计成在核心光斑周围产生均匀的辐照度，而不是一个明显的环。这样可以使焊接区域的加热更加均匀。

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尾部光束整形

PowerPhotonic 开发了一种用于焊接应用的光束整形器，利用自由形态制造技术产生不对称的强度曲线。这种光束整形器的设计目的是在传统激光焊接所用聚焦光斑的后面或前面提 "尾部 "强度。一种这种光束形状的示例如图所示。高强度光斑产生深透焊接所需的锁孔，而前部或后部强度则提供预热或后热以影响熔池。引入这种额外的加热可减少沿焊接方向的热梯度，提高熔池的稳定性。这有助于解决气孔和飞溅等焊接质量问题。

光束整形器可设计用于光路中的不同位置，通常插入最终聚焦透镜之前的准直光束路径中，也可在发散或会聚光路中工作。在扫描系统中，光束整形器最好安装在扫描头的振镜之前。成型光斑将出现在扫描镜头之后的工作平面上。

总之，激光焊接技术在电动汽车制造中发挥着重要作用，而光束整形技术作为其关键环节，能够有效提升焊接质量和效率，为电动汽车行业的持续发展提供有力支持。