電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)中對(duì)表面處理的要求多樣且復(fù)雜，例如焊接前的表面清潔、金屬-塑料材料連接前的表面結(jié)構(gòu)化處理等。

隨著全球電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)和動(dòng)力電池組件的需求持續(xù)增長(zhǎng)，當(dāng)然也對(duì)動(dòng)力電池等關(guān)鍵組件的性能提出了更高要求。

電池組是電動(dòng)汽車(chē)中的關(guān)鍵部件，也是汽車(chē)制造商重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域。人們對(duì)電池組的高容量預(yù)期，對(duì)整個(gè)汽車(chē)市場(chǎng)（包括供應(yīng)商）提出了新挑戰(zhàn)；要滿(mǎn)足不斷變化的市場(chǎng)需求，必須要采用各種不同的技術(shù)，如通過(guò)精密焊接實(shí)現(xiàn)氣密性要求。隨之而來(lái)的是，市場(chǎng)對(duì)各種連接工藝的需求增加，連帶著對(duì)表面處理的需求也在增加。

在動(dòng)力電池的很多設(shè)計(jì)中，都需要新的或增強(qiáng)的連接工藝，而激光是提供這些解決方案的核心工具。激光廣泛用于連接電池單元來(lái)形成電池模塊或電池組，確保電池組和熱管理系統(tǒng)中的接頭氣密性和碰撞安全性。以電動(dòng)汽車(chē)中的電池組為例，激光表面處理工藝，在為各種連接提供的表面預(yù)處理中，表現(xiàn)出了強(qiáng)大的多功能性和靈活性。 

清潔、平滑的表面，是成功地實(shí)現(xiàn)持久焊接和粘合的基本要求。在工業(yè)環(huán)境中，組件在連接前通常會(huì)受到污染、氧化或被保護(hù)層覆蓋。激光作為一種非接觸式加工工具，可以快速清除組件表面的污垢和氧化成分，或在幾秒鐘內(nèi)去除功能層，從而為組件的表面清潔問(wèn)題提供了一種可行性方案。激光科技能夠只在需要連接的區(qū)域，做選擇性地表面處理工作。

在電池組的生產(chǎn)中，激光表面處理可以應(yīng)用到很多工藝環(huán)節(jié)中，例如電氣接觸點(diǎn)的燒蝕、焊接前的清潔、粘合前的清潔/結(jié)構(gòu)化，以及金屬-塑料粘合前的結(jié)構(gòu)化（見(jiàn)圖1）。

為了更好地理解這些應(yīng)用，首先來(lái)了解一下激光清洗、激光燒蝕和激光結(jié)構(gòu)化之間的區(qū)別。所有這些加工過(guò)程通常使用固態(tài)紅外（IR）納秒激光器來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如通快的TruPulse nano和TruMicro 7070激光器。

在激光清洗過(guò)程中，聚焦光束去除可能對(duì)連接過(guò)程產(chǎn)生不利影響的污染物，如碳?xì)浠�合物或氧化物。這個(gè)過(guò)程通過(guò)使用極高的峰值脈沖功率，以可控的方式蒸發(fā)不想要的表層，并且不損壞基底材料。優(yōu)化的激光脈沖，能夠確保工件表面幾乎沒(méi)有熱效應(yīng)，防止材料/部件的變形或損壞。

在激光燒蝕過(guò)程中，待去除的表層被激光能量加熱并蒸發(fā)或升華，就像去除油漆或薄膜過(guò)程一樣。透明材料在其固態(tài)下被燒蝕。

激光結(jié)構(gòu)化，使用脈沖激光輻射，以可重復(fù)的方式，在目標(biāo)表面上生成規(guī)則排列的幾何紋理。激光束以可控的方式熔化材料，并使用優(yōu)化的脈沖參數(shù)和光束操縱技術(shù)（如擺動(dòng)），將材料固化為特定的結(jié)構(gòu)。

電池組密封蓋，用于密封電池單元并提供電磁屏蔽。在密封蓋的生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)激光燒蝕工藝去除油漆和氧化層，這對(duì)于連接接頭的清潔或?qū)崿F(xiàn)電氣連接和電磁兼容性，都是必須的（見(jiàn)圖2）。蓋板通常由鋁（如5000和6000系列）或具有陰極浸漬涂層的鋼合金制成。

圖2：激光燒蝕。

在焊接前，需要對(duì)待焊部位進(jìn)行局部清潔，以提供無(wú)碎屑、無(wú)油污、無(wú)腐蝕的清潔表面，從而獲得最佳焊接結(jié)果。這對(duì)于保障電池組焊接質(zhì)量和氣密性至關(guān)重要。

為了滿(mǎn)足鋼和鋁的焊接要求，焊縫不得有任何缺陷、不規(guī)則或氣孔�？紫堵实脑黾訒�(huì)導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度降低和泄漏。飛濺和孔隙是由潤(rùn)滑脂和油污等殘留潤(rùn)滑劑以及鐵銹和其他氧化物造成的。這些潛在的污染物可以在焊接前，通過(guò)預(yù)先的激光清洗工藝消除。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在鋁焊接前進(jìn)行激光清洗，能夠顯著降低孔隙率，從而實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的焊縫（見(jiàn)圖3）。

由于均勻的載荷分布、改進(jìn)的接頭剛度、能量吸收以及其作為不同材料接頭的電流隔離器的能力，粘合劑連接越來(lái)越多地用于汽車(chē)制造中的鋁合金連接。對(duì)于粘接，表面處理是工藝鏈的重要組成部分。激光處理是一種有效且環(huán)保的選擇。

激光清洗和結(jié)構(gòu)化都是可重復(fù)的有效技術(shù)，可提高后續(xù)連接過(guò)程中的粘接強(qiáng)度。激光可以清除表面的污垢和氧化物，并促進(jìn)表面的快速鈍化，從而形成防止進(jìn)一步化學(xué)衰變的外殼。表面化學(xué)成分的改性，以及形成更均勻更厚的氧化鋁層，可能是提高粘接性能的另一個(gè)因素。

激光表面處理可以將初始狀態(tài)下的粘接的剪切強(qiáng)度從3MPa增加到17MPa以上；在85°C下暴露1000小時(shí)后，剪切強(qiáng)度可以從5MPa增加到17MPa以上（見(jiàn)圖4）。激光預(yù)處理的工藝窗口很強(qiáng)大。使用不同的參數(shù)（包括激光功率、光斑大小和頻率）設(shè)置不同的周期時(shí)間。所有參數(shù)都顯示出相同的剪切強(qiáng)度。可以實(shí)現(xiàn)不同的粘接要求，比如用2kW的高激光功率實(shí)現(xiàn)短周期時(shí)間的粘接；也可以用300W的激光功率實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)周期時(shí)間的粘接。

金屬-塑料粘接的清潔/結(jié)構(gòu)化

將金屬和塑料連接到一起的需求越來(lái)越多，這就需要用激光進(jìn)行表面結(jié)構(gòu)化處理。在電池組中的熱管理系統(tǒng)中（見(jiàn)圖5），通過(guò)激光結(jié)構(gòu)化操作在散熱器件中構(gòu)建冷卻通道；該器件也表明了金屬-塑料連接，能夠產(chǎn)生最大壓力負(fù)載高達(dá)5Bar的氣密性連接。

圖5：金屬-塑料冷卻系統(tǒng)。

除了滿(mǎn)足氣密性和最大壓力載荷的要求外，這個(gè)散熱器件還展示了實(shí)現(xiàn)金屬-塑料連接工藝的簡(jiǎn)單性。聚合物的使用也產(chǎn)生了許多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，包括減少了器件重量，提供了電絕緣性，并允許直接目視檢測(cè)冷卻通道。

金屬-塑料連接的一種方法是直接熱連接，這個(gè)過(guò)程包含兩個(gè)步驟。第一步，使用脈沖激光對(duì)待連接的金屬表面進(jìn)行改性或結(jié)構(gòu)化處理。使用高能脈沖激光局部熔化金屬，并產(chǎn)生局部粗糙的表面，從而形成表面紋理。這種表面結(jié)構(gòu)有助于塑料能更牢固地抓住金屬表面。

第二步是材料的實(shí)際連接。金屬表面通過(guò)感應(yīng)加熱，讓塑料在界面處熔化。然后將熔化的塑料壓在金屬上。通過(guò)這兩個(gè)步驟，將創(chuàng)建機(jī)械互鎖。自淬火或主動(dòng)冷卻后，可將部件快速加載到后續(xù)裝配步驟中。

用于電池組應(yīng)用的典型激光清潔系統(tǒng)，由納秒脈沖激光器和掃描光學(xué)器件組成。短激光脈沖通過(guò)激光光纜引導(dǎo)到加工位置。柔性的光束引導(dǎo)使得制造系更統(tǒng)易于集成。與化學(xué)浴或機(jī)械加工等傳統(tǒng)方法相比，激光表面處理主要有以下優(yōu)點(diǎn)和好處：

•非接觸加工

•精確性和選擇性清潔

•加工過(guò)程可重復(fù)

•不損傷基材

•加工后無(wú)需沖洗和干燥

•加工后無(wú)需清除廢料

•無(wú)需維修或更換工具

•無(wú)耗材

•不使用化學(xué)品

•無(wú)磨料清洗

納秒激光器有不同版本，最大平均激光功率從100~2000W不等。最大平均功率可以影響周期時(shí)間。激光是一種有效、環(huán)保、靈活的表面處理工具。它們可以清潔和去除油漆，以及生成表面紋理。對(duì)于焊接或電氣連接，都需要清潔的表面，而對(duì)于連接特定的表面，如金屬-塑料連接，則需要粗糙的表面紋理結(jié)構(gòu)。納秒激光器提供了經(jīng)驗(yàn)證的工業(yè)解決方案，能夠增強(qiáng)焊接和粘接工藝。

文/Sabrina Vogt，Jack Gabzdyl