電動汽車行業(yè)中對表面處理的要求多樣且復雜，例如焊接前的表面清潔、金屬-塑料材料連接前的表面結構化處理等。

隨著全球電動汽車市場的快速發(fā)展，市場對電動汽車和動力電池組件的需求持續(xù)增長，當然也對動力電池等關鍵組件的性能提出了更高要求。

電池組是電動汽車中的關鍵部件，也是汽車制造商重點發(fā)展的領域。人們對電池組的高容量預期，對整個汽車市場（包括供應商）提出了新挑戰(zhàn)；要滿足不斷變化的市場需求，必須要采用各種不同的技術，如通過精密焊接實現(xiàn)氣密性要求。隨之而來的是，市場對各種連接工藝的需求增加，連帶著對表面處理的需求也在增加。

在動力電池的很多設計中，都需要新的或增強的連接工藝，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。以電動汽車中的電池組為例，激光表面處理工藝，在為各種連接提供的表面預處理中，表現(xiàn)出了強大的多功能性和靈活性。 

清潔、平滑的表面，是成功地實現(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受到污染、氧化或被保護層覆蓋。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，或在幾秒鐘內去除功能層，從而為組件的表面清潔問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。

在電池組的生產中，激光表面處理可以應用到很多工藝環(huán)節(jié)中，例如電氣接觸點的燒蝕、焊接前的清潔、粘合前的清潔/結構化，以及金屬-塑料粘合前的結構化（見圖1）。

為了更好地理解這些應用，首先來了解一下激光清洗、激光燒蝕和激光結構化之間的區(qū)別。所有這些加工過程通常使用固態(tài)紅外（IR）納秒激光器來實現(xiàn)，例如通快的TruPulse nano和TruMicro 7070激光器。

在激光清洗過程中，聚焦光束去除可能對連接過程產生不利影響的污染物，如碳氫化合物或氧化物。這個過程通過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有熱效應，防止材料/部件的變形或損壞。

在激光燒蝕過程中，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程一樣。透明材料在其固態(tài)下被燒蝕。

激光結構化，使用脈沖激光輻射，以可重復的方式，在目標表面上生成規(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（如擺動），將材料固化為特定的結構。

電池組密封蓋，用于密封電池單元并提供電磁屏蔽。在密封蓋的生產過程中，通過激光燒蝕工藝去除油漆和氧化層，這對于連接接頭的清潔或實現(xiàn)電氣連接和電磁兼容性，都是必須的（見圖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，需要對待焊部位進行局部清潔，以提供無碎屑、無油污、無腐蝕的清潔表面，從而獲得最佳焊接結果。這對于保障電池組焊接質量和氣密性至關重要。

為了滿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�導致焊縫強度降低和泄漏。飛濺和孔隙是由潤滑脂和油污等殘留潤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，通過預先的激光清洗工藝消除。實驗結果表明，在鋁焊接前進行激光清洗，能夠顯著降低孔隙率，從而實現(xiàn)更高質量的焊縫（見圖3）。

由于均勻的載荷分布、改進的接頭剛度、能量吸收以及其作為不同材料接頭的電流隔離器的能力，粘合劑連接越來越多地用于汽車制造中的鋁合金連接。對于粘接，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。

激光清洗和結構化都是可重復的有效技術，可提高后續(xù)連接過程中的粘接強度。激光可以清除表面的污垢和氧化物，并促進表面的快速鈍化，從而形成防止進一步化學衰變的外殼。表面化學成分的改性，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因素。

激光表面處理可以將初始狀態(tài)下的粘接的剪切強度從3MPa增加到17MPa以上；在85°C下暴露1000小時后，剪切強度可以從5MPa增加到17MPa以上（見圖4）。激光預處理的工藝窗口很強大。使用不同的參數(shù)（包括激光功率、光斑大小和頻率）設置不同的周期時間。所有參數(shù)都顯示出相同的剪切強度�？梢詫崿F(xiàn)不同的粘接要求，比如用2kW的高激光功率實現(xiàn)短周期時間的粘接；也可以用300W的激光功率實現(xiàn)較長周期時間的粘接。

金屬-塑料粘接的清潔/結構化

將金屬和塑料連接到一起的需求越來越多，這就需要用激光進行表面結構化處理。在電池組中的熱管理系統(tǒng)中（見圖5），通過激光結構化操作在散熱器件中構建冷卻通道；該器件也表明了金屬-塑料連接，能夠產生最大壓力負載高達5Bar的氣密性連接。

圖5：金屬-塑料冷卻系統(tǒng)。

除了滿足氣密性和最大壓力載荷的要求外，這個散熱器件還展示了實現(xiàn)金屬-塑料連接工藝的簡單性。聚合物的使用也產生了許多技術優(yōu)勢，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冷卻通道。

金屬-塑料連接的一種方法是直接熱連接，這個過程包含兩個步驟。第一步，使用脈沖激光對待連接的金屬表面進行改性或結構化處理。使用高能脈沖激光局部熔化金屬，并產生局部粗糙的表面，從而形成表面紋理。這種表面結構有助于塑料能更牢固地抓住金屬表面。

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

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

•非接觸加工

•精確性和選擇性清潔

•加工過程可重復

•不損傷基材

•加工后無需沖洗和干燥

•加工后無需清除廢料

•無需維修或更換工具

•無耗材

•不使用化學品

•無磨料清洗

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。對于焊接或電氣連接，都需要清潔的表面，而對于連接特定的表面，如金屬-塑料連接，則需要粗糙的表面紋理結構。納秒激光器提供了經驗證的工業(yè)解決方案，能夠增強焊接和粘接工藝。

文/Sabrina Vogt，Jack Gabzdyl