锂电池激光焊接机二次补焊原理

锂电池激光焊接机二次补焊原理图及技术解析

一、二次补焊的背景与需求

在锂电池制造中，激光焊接是极耳、电芯壳体、密封钉等关键部件的核心工艺。首次焊接可能因以下原因需二次补焊：

1. 虚焊/弱焊：能量不足或材料污染导致结合不牢。

2. 位置偏差：装配误差或夹具松动。

3. 表面氧化：金属氧化层阻碍熔池形成。

4. 热变形：薄壁材料因热应力变形需修复。

二次补焊通过精准能量补充提升良品率，避免整组电池报废。

二、系统原理图构成

二次补焊系统包含以下模块（见图1）：

1. 激光发生器模块

– 光纤激光器：典型波长1070nm，功率200-600W（可调），脉宽0.1-20ms。

– 调制单元：通过PWM信号控制脉冲频率（50-1000Hz），适应不同补焊深度。

2. 实时检测模块

– CCD视觉系统：5μm分辨率摄像头搭配环形光源，采集焊缝图像。

– 红外测温仪：非接触监测熔池温度（±3℃精度），防止过烧。

3. 运动控制模块

– 六轴机器人：重复定位精度±0.02mm，配合焊缝跟踪算法（如SIFT特征匹配）。

– 振镜系统：高速偏转镜片实现微米级光斑定位（扫描速度≥5m/s）。

4. 工艺数据库

– 存储不同材料（如铝/铜/不锈钢）的焊接参数：

– 铝壳：功率300W，脉宽5ms，离焦量+0.5mm

– 铜极耳：功率400W，频率200Hz，保护气体流量15L/min

三、二次补焊工作流程

1. 缺陷识别阶段

– 线扫相机生成焊缝3D点云，通过深度学习模型（如U-Net）识别裂纹/气孔。

– 系统标记缺陷坐标（X,Y,Z）及类型（面积≤0.1mm²可修复）。

2. 参数匹配阶段

– 根据材料厚度（如0.3mm铝箔）调用预置参数，动态调整功率（±10%）。

3. 精准补焊阶段

– 振镜以螺旋路径扫描缺陷区域（直径0.2-0.5mm），脉冲重叠率30%-50%。

– 同步吹送Ar气（纯度99.99%），抑制等离子体干扰。

4. 质量复检阶段

– 二次红外成像验证温度场均匀性（ΔT≤15℃为合格）。

四、关键技术指标

| 项目 | 参数要求| 测试标准 |

|||-|

| 补焊定位精度 | ≤±10μm | ISO 9283 |

| 熔深一致性 | CV≤8% | GB/T 22085.2-2008|

| 抗拉强度| ≥母材的90%| ASTM E8/E8M|

| 孔隙率 | ≤3% | EN ISO 13919-1|

五、典型应用案例

案例1：动力电池模组极耳补焊

– 问题：首次焊接后出现0.2mm间隙。

– 解决方案：采用50W脉冲激光（脉宽2ms）进行3次重叠补焊，最终剪切力达210N（满足≥200N标准）。

案例2：圆柱电池盖板密封钉补焊

– 问题：原焊缝存在0.1mm气孔。

– 解决方案：氦气检漏定位后，用300W连续激光+0.3mm光斑重熔，气密性提升至≤1×10⁻⁹ Pa·m³/s。

六、未来发展趋势

1. 智能闭环控制：引入AOI（自动光学检测）+数字孪生技术，实现实时参数优化。

2. 超快激光应用：皮秒激光减少热影响区（HAZ≤5μm）。

3. 多光谱监测：同步分析紫外-可见-红外波段，提升缺陷识别率至99.9%。

通过上述技术升级，二次补焊正从”被动修复”转向”主动质量调控”，成为高一致性电池制造的关键环节。

（注：原理图示意图需包含激光路径、传感器反馈回路、运动控制联动等核心信号流，建议采用模块化框图+数据流箭头标注。）

锂电池激光焊接机二次补焊原理详解

一、二次补焊的背景与需求

在锂电池制造过程中，激光焊接作为关键工艺，用于极耳、电芯壳体、密封钉等部件的连接。然而，受材料特性（如铝、铜的高反射率）、装配误差或工艺波动影响，首次焊接可能出现 虚焊、焊穿、焊缝不连续 等缺陷。二次补焊即通过激光对缺陷部位进行精准修复，确保焊接强度与气密性，同时避免热输入过大损伤电芯。

二、二次补焊的核心原理

1. 缺陷识别与定位

补焊前需通过视觉检测系统（如CCD相机）或实时焊缝监测（红外热成像、等离子体光谱分析）定位缺陷。例如：

– 视觉检测：对比标准焊缝形貌（宽度、凹陷深度）识别断焊点。

– 热信号分析：首次焊接时的温度曲线异常区域标记为补焊靶点。

2. 能量精准调控

二次补焊需降低热输入以避免累积热量损伤电芯，其能量控制策略包括：

– 脉冲激光调制：采用低占空比（如10%-30%）的脉冲激光，单点能量控制在首次焊接的50%-70%。例如，对铝材补焊时，峰值功率从首次的3kW降至1.5kW，脉冲宽度从5ms缩短至2ms。

– 光斑直径调整：通过振镜动态聚焦，将光斑从首次的0.2mm扩大至0.3-0.4mm，分散能量密度。

3. 材料二次熔凝机制

– 熔池重构：激光重熔缺陷区域时，通过表面张力与Marangoni效应促进熔池流动，填补气孔或裂纹。

– 界面冶金结合：对虚焊部位，激光击穿表面氧化层（如Al₂O₃），实现基材与焊料的重新合金化。

4. 工艺参数优化

– 多参数协同：补焊常采用“低功率-高频率-快扫描”组合。例如：功率800W、频率200Hz、扫描速度10mm/s，较首次焊接（1500W、100Hz、5mm/s）显著减少热影响区。

– 保护气体增强：增加氩气流量至首次的1.5倍（如20L/min），抑制金属二次氧化。

三、关键技术难点与解决方案

1. 热累积控制

– 分段冷却策略：补焊后插入0.5-1s冷却间隔，或采用风冷局部降温。

– 路径优化：跳焊模式（非连续轨迹）避免局部过热，如相邻补焊点间距≥2倍光斑直径。

2. 焊缝一致性保障

– 实时闭环控制：通过Pyrometer监测熔池温度，动态调节功率（±10%浮动）。

– 填充材料应用：对深孔缺陷，预置锡基焊丝（熔点≈200℃）辅助填缝。

四、应用场景与效果

– 极耳补焊：针对0.1mm铜极耳虚焊，二次焊接后剪切力从5N提升至15N（达标值≥12N）。

– 密封钉修复：铝壳电池的密封钉焊缝气孔率从3%降至0.5%以下。

五、未来发展趋势

1. 智能补焊系统：结合AI算法预测缺陷类型并自动生成补焊参数。

2. 超快激光应用：皮秒激光可实现“冷加工”补焊，热影响区控制在10μm以内。

通过上述技术手段，二次补焊在提升锂电池良率的同时，将单电芯焊接综合成本降低约8%，成为高一致性制造的关键环节。

锂电池激光焊接机维修教程

一、安全注意事项

在开始维修锂电池激光焊接机前，请务必注意以下安全事项：

1. 断开设备电源并等待至少5分钟，确保电容器完全放电

2. 佩戴防静电手环，避免静电损坏精密电子元件

3. 使用专用激光防护眼镜，避免激光伤害眼睛

4. 确保工作环境通风良好，避免焊接烟雾积聚

5. 不要单独操作高压部件，必要时请专业技术人员协助

二、常见故障诊断

1. 激光不出光故障

可能原因：

– 激光电源故障

– 激光管老化或损坏

– 水冷系统故障导致过热保护

– 控制信号传输问题

维修步骤：

1. 检查激光电源指示灯状态

2. 测量激光电源输出电压是否正常

3. 检查水冷系统循环是否正常，水温是否在设定范围内

4. 用万用表检测控制信号是否到达激光电源

5. 必要时更换激光管或电源模块

2. 焊接质量不稳定

可能原因：

– 激光焦点位置偏移

– 保护镜片污染

– 工作台水平度变化

– 材料表面污染

– 气压不稳定

维修步骤：

1. 清洁并检查保护镜片，必要时更换

2. 重新校准激光焦点位置

3. 检查工作台水平并进行调整

4. 清洁材料表面

5. 检查气路系统，确保气压稳定

三、关键部件维护

1. 激光器维护

1. 定期检查激光器冷却系统，确保水流畅通

2. 每3个月检查激光器输出功率是否衰减

3. 保持激光器工作环境温度在15-25℃范围内

4. 避免激光器长时间满功率工作

2. 光学系统维护

1. 每周清洁聚焦镜和保护镜片

2. 使用专用镜头纸和无水酒精清洁光学元件

3. 检查光学元件安装是否牢固

4. 定期检查光路是否偏移

3. 运动系统维护

1. 定期给导轨和丝杠添加专用润滑油

2. 检查各轴皮带松紧度

3. 清洁导轨上的灰尘和杂物

4. 检查各轴限位开关是否正常工作

四、软件系统维护

1. 定期备份设备参数和程序

2. 检查软件版本并及时更新

3. 校准各轴运动精度

4. 检查I/O信号是否正常

五、维修后测试

完成维修后，请按以下步骤测试设备：

1. 空载测试各轴运动是否正常

2. 低功率测试激光输出

3. 试焊接样品并检查焊接质量

4. 逐步提高功率至正常工作参数

5. 连续运行测试1小时，观察设备稳定性

六、预防性维护建议

1. 建立设备维护档案，记录每次维护情况

2. 制定定期维护计划（日检、周检、月检）

3. 储备常用易损件，减少停机时间

4. 对操作人员进行定期培训

七、注意事项

1. 禁止非专业人员拆卸激光器核心部件

2. 维修时注意保护设备标定参数

3. 复杂故障建议联系设备制造商

4. 维修后做好防尘、防潮措施

通过以上系统的维修和维护方法，可以显著提高锂电池激光焊接机的稳定性和使用寿命，确保生产质量的一致性。对于无法解决的复杂故障，建议及时联系专业维修服务人员或设备制造商技术支持。