Al/Cu异种金属资料激光搭接焊接工艺已成为新能源轿车锂离子电池制作的关键技能，且要求这些焊接接头具有优秀的力学功能和导电功能。例如，比亚迪电动轿车电池工厂安装了碟片式激光器，激光搭接焊接工艺在厚度≤2mm的铜、铝薄板部件上完成，要求焊缝微细、热扩散低、内应力低，并将变形降至最低。可是，Al/Cu异种金属资料的激光焊接一般较为困难，原因在于不同金属元素之间光学功能和热物理功能的差异性与不兼容性，Al/Cu很多混合会构成脆性的、高电阻的金属间化合物相（IMC）。在实践出产中，轿车电池模组制作商倾向于挑选经过操控Al/Cu熔化时刻来按捺IMC相生成量的处理计划，这样就会使工艺参数窗口变得十分狭隘。Al/Cu激光焊接固有的不稳定性使得出产中很难确保焊接功能的重复性与再现性，不可避免地构成未焊透、未熔合、烧穿、咬边、焊瘤、凹坑、空隙过大、气孔及裂纹等焊接缺点。图1显现了Al/Cu异种金属激光焊接的杰出焊缝与常见的典型焊接缺点。本文要点论述国内外新能源轿车动力电池制作职业中模组件Al/Cu激光搭接焊接范畴先进无损检测技能的运用与开展。
图1 杰出焊缝与焊接缺点2．传统无损检测技能的局限性国内外焊接出产型企业关于焊缝质量的无损检测一般都选用超声波（UT）、浸透（PT）、磁粉（MT）、X射线（XT）等传统检测手法，少量单位具有核算机断层扫描（CT）检测设备。现在，轿车动力电池职业相关安排单位没有公布一致的Al/Cu激光搭接焊接缺点承受水平及其检测办法的规范规范，轿车电池模组的制作商选用企业级检测技能办法与规范规范，多为金相检测、拉伸实验等惯例破坏性理化检测技能。相对而言，传统无损检测办法在大批量出产的轿车电池模组件Al/Cu异种金属搭接激光焊缝检测中的运用具有显着的局限性，主要原因在于电池模组全体尺度较大，而激光焊缝宽度特别狭隘。例如，UT需求在工件涂改耦合剂，并且精度难以确保微米级尺度焊接缺点的检测需求；PT需求至少喷浸透剂和显像剂，还需求清洗等后处理工序；XT对人体有辐射，其穿透性不适用于电池模组的厚度；MT只适用于铁磁性焊接资料的检测，不适用于无磁性的Al/Cu工件。当然，传统的焊接缺点无损检测办法也有必定的运用价值，例如，当焊缝试件从模组上取下后，XT和CT能够用于表征其焊接缺点特色。目视检测（VT）适用于检测目视可见的外表焊接缺点，缺点是在量产阶段人工检测的作业效率极低，漏检率较高。3．先进无损检测技能的开展激光焊缝缺点的先进无损检测技能有超声波红外热像技能、超声波C扫描成像技能、空气耦合超声波检测技能、全聚集成像技能、同轴图画传感技能及磁光成像检测技能等。现在，这些先进无损检测技能办法在电池制作工业中运用十分有限。为完成轿车动力电池模组件Al/Cu激光焊缝的快速、批量无损检测技能的运用，需要交融非传统的先进检测技能，开发探究激光焊缝缺点人工智能可视化检测技能。完成焊缝缺点检测技能可视化、自动化是未来的开展趋势，人工智能技能是焊缝缺点检测的关键技能。开发适用于轿车动力电池出产线上Al/Cu异种金属激光搭接焊缝的人工智能无损检测技能，是有待深化探究的工业技能应战课题。3.1 机器视觉检测技能跟着机器视觉理论的开展，机器视觉检测技能逐步运用于焊接出产的实时监控与质量检测，经过摄像机获取被测图画，会集用于对焊点的辨认检测。金属片的激光焊接区域，可视为很多点焊构成的焊缝，使得机器视觉体系在对焊缝实时监控中具有运用可行性。因为软包单体电池本身的特色，焊接工装定位尤为困难，将机器视觉体系用于动力电池模块的拼装及焊接，有助于完成电池拼装的高精度定位以及电池激光焊接的实时追寻。徐劼深化评论了怎么运用iRVision机器视觉体系进行单体电池极耳高精度定位以及Precitec视觉体系对激光焊缝的实时精准追寻，设备制程才能评判规范CPK效果显现，视觉体系参加定位引导的制作设备的制程才能远高于不运用视觉体系的制作设备，处理了动力电池模组制作进程中激光焊接合格率低的问题。龚凯学等根据机器视觉对快充电池外表金属片激光焊接区域进行辨认与检测的研讨，检测体系构成时挑选了适宜的收集摄像机及光源照明计划，预处理阶段进行图画的灰度处理、含糊衡量及恢复，焊接区域的辨认中规划了阈值切割与边际检测相结合的自适应算法，经过特征提取完成对偏焊、过焊、虚焊等焊接缺点的辨认与检测。YAN等构建了一种能够一起对铝合金焊缝外表进行三维深度和二维灰度成像的复合视觉体系，在多角度灰度二维图画中提出了裂纹（见图2）、外表黑化等缺点的提取算法，在三维深度图画中研讨了洼陷、咬边、烧穿、过度强化、外表气孔、飞溅及成形不良等缺点（见图3）的提取算法。
图3 提取的焊接缺点三维深度图画再如，HUANG等立异性地引入了一种非触摸、灵敏的照相检测技能，提出了一种铝合金焊接接头可靠性估量办法，即树立裂纹扩展图画在线监控体系，对裂纹结构进行建模（见图4），核算裂纹长度，猜测制作进程中裂纹的扩展数据。
图4 裂纹结构3.2 发射光谱检测技能从激光等离子体源到X射线激光器，从惯性束缚聚变到实验室天体物理，固体强激光辐照等离子体的构成是许多运用研讨和根底研讨范畴的课题。发射光谱法（OES）适用于研讨进程发射的波长，然后确认等离子体中存在的化学元素，但OES的灵敏度约束了其辨认熔池最丰厚元素之外的其他元素的才能。跟着集成度的进步，进步OES信噪比是可行的，但这会下降时刻分辨力，不利于OES作为实时监测体系的运用。CIOHBANU等运用脉冲Nd-YAG激光器和Acton Research 光谱仪（最佳光谱分辨力为0.5nm）侧重研讨了空气中铝和铜等离子体的发射光谱，并用Boltzmann作图法从实验观测到的CuI谱线强度提取到铜等离子体激起温度为（8210±370）K。图5为运用Oceanoptics HR2000+型光谱仪得到的纯铝和纯铜激光焊接的光谱，1070nm对应于光纤激光器的波长，铝在360～430nm之间的394.4nm/396.15nm特征双峰仅表现为395nm处单峰，在该光谱规模内未发现铜峰。440nm、454nm、467nm、487nm、514nm、544nm和566nm处的峰显现了Al与O在没有维护气体条件下反响生成了Al2O3。
图5 Al/Cu激光焊接的丈量光谱SCHALEN等运用灵敏规模为340～1100nm的Thorlabs PDA100A型光电二极管和滤光片（见图6），研讨了无维护气体的纯Al/Cu异种金属资料焊接中光纤激光诱导等离子体的光谱剖析，效果表明，这种办法能够勘探并可量化等离子体羽辉中的特定金属，394nm/396nm峰合适Al元素的剖析，而578nm峰合适Cu元素的剖析；与光谱仪比较，尽管分辨力有所下降，可是本钱较低、收集快速；这种检测特征峰的新办法未来可运用于焊接质量矩阵的进程监控，或关于闭环进程操控的作业。该办法的研讨意图在于经过光谱等离子体研讨来勘探Al熔进Cu侧的焊接熔深，有助于测定焊缝中是否存在熔融铜，而这是构成IMC的一个关键因素。
图6 丈量Al/Cu特征发射的光电二极管设备3.3 激光诱导荧光检测技能高功率激光加工金属进程中合金元素之间的蒸气压差会构成非均衡的合金元素丢失，在激光焊接中构成力学功能和微观安排的改变，对加工资料的质量发生负面影响。在之前的相关研讨中，这类测定作业均是树立在有损的、非原位剖析根底上的。激光诱导荧光检测技能（LIF）是一种愈加有用的、原位的、实时的监测蒸气元素丢失的非触摸式光学技能（见图7），能够运用在激光焊接工艺中，关于低浓度合金元素丢失检测，比过去人们依靠的发射光谱法（OES）灵敏4万倍。一般情况下，Al/Cu激光焊接是以搭接的方式，激光入射到Al片上，为了约束IMC的构成，基层Cu的熔化时刻成为关键因素。因而，勘探激光焊接蒸气羽辉中的铜原子能够作为IMC构成的有用依据。前面说到的发射光谱检测技能（OES）的运用，缺点在于有限的灵敏度只能确认激光是否入射到Al或Cu外表。SIMONDS领导的团队是LIF运用在激光焊接范畴内的活泼研讨者，其运用LIF技能研讨了对Al/Cu激光搭接焊焊接进程进行原位监测的可能性，效果表明，即便在焊缝熔深太浅而未构成结实焊接接头的情况下，LIF仍具有满足的灵敏度在实在条件下勘探到Al/Cu异种金属薄片激光焊接蒸气烟尘中的Cu原子信号。LIF可凭仗其优异的灵敏度，成为实时的、原位进程监测的东西，一起也是研讨激光焊接根底动力学的东西。
图7 激光焊接及激光诱导荧光体系4．结束语跟着新能源轿车动力电池制作技能的开展，模组件Al/Cu激光焊接的表征技能也不断提出新的需求。惯例无损检测技能一般不适用于出产线上直接检测Al/Cu激光焊接焊缝，而焊缝试样从电池模组上取出后，可用XT或CT等惯例无损检测办法来勘探激光焊接缺点类型、尺度、方位等。等待轿车动力电池职业相关组织公布实施Al/Cu激光搭接焊接质量的规范规范，引荐适用的检测办法，并界说不答应存在的焊接缺点类型、答应存在的焊接缺点类型及其承受水平。在Al/Cu异种金属激光焊接范畴，人工智能检测技能尚处于开展阶段，相关的理论与实践均具有很大的开展空间，可学习其他工业焊接自动检测技能开展前沿的新办法与新效果。在线视觉检测体系是完成出产线上激光焊缝快速智能检测的可行的先进无损检测技能，需要进一步提高智能检测理论建设与实践水平，学习相似职业的先进研讨效果。文章来历：《金属加工(热加工)》期刊
