開發(fā)背景

激光加工作為一種先進的制造技術(shù)，具有應(yīng)用范圍廣、工藝靈活性好、加工精度高、質(zhì)量好、生產(chǎn)過程清潔以及便于實現(xiàn)自動化、柔性化、智能化和提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率等優(yōu)點，因此在各行各業(yè)得到廣泛運用，特別是對于新興的新能源電池行業(yè)，激光焊接技術(shù)正越來越受到青睞。

在提倡環(huán)保的當今社會，動力電池作為新能源汽車的心臟部件，其使用壽命、安全性能以及成本無一不深刻影響著新能源電池的發(fā)展與推廣。傳統(tǒng)新能源電池的極片連接方式均采用螺釘連接式，經(jīng)常出現(xiàn)螺釘松動導(dǎo)致極片接觸不良甚至脫落的現(xiàn)象，使得電池壽命減短，同時造成極大的安全隱患，此外螺釘連接的方式成本高，效率低，用于新能源電池行業(yè)的激光焊接系統(tǒng)應(yīng)運而生。IGBT驅(qū)動模塊控制器焊接系統(tǒng)是武漢法利萊激光切焊系統(tǒng)工程有限公司所研發(fā)的專門用于新能源電池極片焊接的高端激光焊接產(chǎn)品。

產(chǎn)品介紹

IGBT驅(qū)動模塊控制器焊接系統(tǒng)主要用于新能源電池極片控制器生產(chǎn)線激光焊接加工系統(tǒng)，采用固定機床（X/Y/Z/C四個伺服運動軸），Z軸固定專用焊機頭（帶伺服擺動軸），通過光纖傳輸將激光導(dǎo)到焊接頭上，照射在待焊材料上，產(chǎn)生極高的焊接溫度，實現(xiàn)對IGBT控制器電極進行焊接加工，該設(shè)備主要生產(chǎn)零件材料為紫銅、鍍銀紫銅、鋁合金或不銹鋼，厚度在0.5-2.0mm。

帶防護房體

去除防護房體

激光器采用德國TRUMPF公司TRUDISK3001（3000W）碟片激光器，聚焦光斑為0.1mm，采用集成專用冷水接頭，光纖傳輸，通快D70焊接頭，西門子840D控制系統(tǒng)，專用夾具系統(tǒng)等組成。具有方便三維零件的焊接加工、投資成本低，使用成本維護低、操作簡單等特點。

本系統(tǒng)的機床部分有床身、橫梁、焊接夾具、工作平臺、Z軸裝置、伺服驅(qū)動軸、焊接頭，集成操作控制單元、水氣路，防護房及防護裝置等部分組成。XYZ三軸采用通用模組或進口導(dǎo)軌及絲杠傳動，結(jié)合進口控制系統(tǒng)來保證各軸的精密移動，同時能控制X、Y、Z、C四軸三聯(lián)動，以滿足不同情況下的需要。

性能指標要求

本設(shè)備采用雙工位，初步可以實現(xiàn)一個工位兩邊裝夾，分別焊接，節(jié)拍有較大的可調(diào)整空間。以電池驅(qū)動模塊電極角焊縫為主，采用人工上料，氣動自動夾緊工件，除采用人工上下料外，其余功能可全部實現(xiàn)自動化，能夠滿足生產(chǎn)線要求。

激光焊接機床相關(guān)技術(shù)指標如下表:

設(shè)備占地面積小，造型美觀，調(diào)試、維修、操作方便；

焊縫深度原則上達到焊縫的100%，根據(jù)實際需求，當強度大于150N時，可適當減小焊縫深度；焊后導(dǎo)電率及電感值能滿足客戶要求。

此外，整套系統(tǒng)控制采用西門子模塊，控制整個加工過程、夾具狀態(tài)時，具備良好的密封性，線路清晰美觀，每根線都有明確的標識，所有的防護門都有互鎖裝置，確保人身安全。本套設(shè)備還提供MES數(shù)據(jù)追溯接口，可保證客戶在使用時，對其生產(chǎn)的每一個產(chǎn)品都能實時跟蹤，確保生產(chǎn)質(zhì)量。

難點攻關(guān)

在本項目中，實施方案最大的難點在于激光焊接速度的提升，目前激光焊接速度達30m/min。

電池極片材料為紫銅片，每段焊縫長度為8mm，每個電池上有6段位置交錯的焊縫，而焊接速度要求為30m/min，即焊接過程的出光時間應(yīng)控制在16ms內(nèi)。

為事項達到上述要求，進行的改進及技術(shù)突破有：

1．進行驅(qū)動優(yōu)化，通過對電機等的PID參數(shù)進行優(yōu)化，以節(jié)省信號傳輸及反饋的時間，并預(yù)留焊接頭的速度從0加速到30m/min的時間，保證能在8mm的焊縫區(qū)間內(nèi)以30m/min的速度穩(wěn)定焊接；

2．使用多段焊接技術(shù)，以保證焊接頭的空行程時間最少；

3．采用飛行焊接技術(shù)。飛行焊接技術(shù)為本臺設(shè)備特有的技術(shù)，在國內(nèi)焊接領(lǐng)域是首次運用。在飛行焊接技術(shù)可保證焊接頭在維持高速穩(wěn)定運行的過程中，實現(xiàn)激光器焊接頭的快速關(guān)斷及出光，從而節(jié)省大量的過渡時間。

通過以上技術(shù)方案，本工作站可完全滿足上述性能指標要求。