專訪霍爾激光董事長楊健:銅的焊接是新能源汽車的教科書級難題
在日前舉辦的“2022 ATC汽車智能制造技術周”上,廣東霍爾激光科技有限公司(以下簡稱“霍爾激光”)攜先進藍光激光焊接技術亮相,公司董事長楊健在技術周主論壇上發表主題演講,并在會后接受了《中國汽車報》記者的專訪。
霍爾激光于2020年成立于廣東佛山南海,為激光加工技術提供跨越激光光源品類的激光解決方案。雖然霍爾激光是一家年輕的企業,但核心技術來源于中科院,帶頭人楊健是國家高層次人才,團隊擁有近30年從事固體激光、半導體激光、光纖激光、非線性激光頻率變換經驗,在新能源汽車相關的激光制造、激光焊接等領域具有深入研究。
楊健介紹,銅的焊接是目前新能源汽車電池、電機、電子封裝領域的教科書級難題,霍爾激光正專注于突破這一行業卡脖子問題。據了解,傳統內燃機汽車一般有10至25公斤的銅含量。相比之下,純電動汽車含銅量大大增加,約有90公斤銅。隨著新能源汽車銷量呈爆發式增長,就需要大量的電動機、電池和傳感器,并且需要大量的線束和終端,這一切都含有大量的銅。
在工業應用中,金、銀和銅由于有良好的導電性和延展性,是非常好的材料。而銅比金更具導電性,并且幾乎與銀具有相同的延展性。高延展性使銅易于成型為各種形狀,包括薄箔和長線。高導電率也就是低電阻,從而節約能量,少生廢熱。與此同時,銅的價格相比金銀僅是九牛一毛,因此,銅是大多數電氣應用的首選材料。
但由于銅的超高導熱性和激光反射率,到目前為止在焊接時依然比較困難。比如使用傳統紅外激光器來焊接固態銅,因為銅對紅外線的吸收率低,僅有5%的能量產生作用,剩余的95%的能量都被浪費,這樣的低效率使得紅外激光焊接銅的過程往往運行不穩定,不容易形成焊縫,且很容易飛濺和產生氣孔,導致廢品率很高。
相比之下,藍光激光是一種理想的焊接有色金屬特別是銅的方法。銅吸收藍光的強度效率是吸收紅外線的13倍,這就使工藝非常簡單,可快速生產高質量的焊接效果。而且除了銅,藍光激光還適用于多種材料,比如鋁、鋼、鎳甚至黃銅(銅和鋅組成的合金)。楊健說,藍光激光是解決有色金屬焊接瓶頸的最佳手段,而紅外-藍光激光復合焊能降低飛濺、氣孔,改進焊縫成型。
例如新能源汽車鋰離子電池,它是由多層非常薄的銅箔和鋁箔組成的。為了產生電荷,必須用電解質將箔與箔分開,但是要收集電荷,必須將箔的末端連接在一起。盡管超聲波焊接可以焊接這些箔,但是接頭的質量較差。相比較而言,藍光激光可以生成幾乎無缺陷的箔焊縫。
楊健介紹,在國際市場,高功率藍光焊接技術在2017年以后才剛剛開始出現,霍爾激光是國內較早開始從事藍光焊接技術研究開發工作的企業。目前,霍爾激光面向不同領域開發出四大系列產品,包括新能源電機領域的300瓦藍光激光焊接方案、新能源電池極耳焊接的紅外-藍光復合激光焊接方案、電子/微電子焊接的百瓦級光纖耦合輸出藍光激光模組,以及厚銅焊接/銅融覆的千瓦級紅外-藍光復合激光焊接/融覆方案。
楊健表示,霍爾激光在汽車零部件領域已經開始銷售與交付,期待有更多合作伙伴了解藍光激光,并能大膽擁抱新技術。而隨著新能源汽車產業的蓬勃發展,未來藍光激光的應用范圍會更加廣泛,霍爾激光將不斷在產品交付中驗證和提升技術水平、擴大應用范圍,與客戶一起開發更適合客戶使用環境的工藝設備,拓展藍光激光的使用范圍,助力新能源汽車產業邁向更美好的前景。
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