一、行业核心痛点
新能源汽车电池包、电控壳体大量采用AlSi10Mg压铸铝合金，轻量化、量产成本优势突出，但压铸工艺会在母材内部封存大量溶解气体。
传统激光焊接过程中气体受热膨胀析出，焊缝孔隙率高达20%~30%，形成密集气孔、巨型爆孔，直接破坏焊缝密封性与结构强度，无法满足电池壳体气密耐压要求。
常规振镜光束振荡受机械惯性限制，调制频率最高仅几千赫兹，熔池搅拌、气泡释放效果有限。
相干合成（CBC）动态光束激光器（DBL）基于激光相控阵OPA实现无机械高速光场调制，MHz级光束切换，可主动调控匙孔形态与熔池流体运动，从冶金根源抑制气孔生成。本文采用螺旋时序动态光束开展高速焊接试验，锁定最优频率窗口，实现150mm/s高速下低孔隙气密焊缝。
二、相干合成动态光束技术原理
依托多路单模光纤相干合成光相控阵列，实时独立调节各光路相位，通过光干涉在焦平面生成任意定制光场；全程无运动镜片，光束切换速度覆盖 Hz~MHz 宽范围，可实时生成单点、环形、螺旋、交替复合时序光斑。
图1相干合成光路与螺旋光束生成示意图。(a) 光纤阵列相干合成光路原理；(b) 基础单点光斑；(c) 螺旋动态光场
核心优势：摆脱振镜机械惯性束缚，高频螺旋光场可持续搅动熔融铝液，推动内部气泡上浮逸出，大幅降低焊缝孔隙。
三、整套焊接实验方案
1. 硬件与基材：14kW 相干合成动态光束激光器，实际输出 5.5kW；2mm厚AlSi10Mg 压铸铝，对接焊结构；焊接速度统一 150mm/s；远程焊接方案无需保护气。
2. 两类动态光束构型
① 单螺旋光束；
② 时序双螺旋光束（左右螺旋交替切换，叠加200Hz低频调制）
3. 频率变量梯度：10kHz/20kHz /50kHz/100kHz 四组对照试验
4. 检测手段：焊缝金相截面扫描、孔隙体积分数定量统计、30 万帧 / 秒高速摄像观测熔池流动行为
四、核心试验图文结果
1. 两大熔池调控区间：动态搅拌区/准静态失效区
区间 1：10kHz、20kHz（最优工艺窗口）
高频螺旋光场持续搅动熔池，打破铝液表面张力，溶解气泡充分上浮逸出；焊缝体积孔隙仅1.3%~2%，无巨型爆孔，焊缝组织均匀致密，满足动力电池气密标准。
区间2：50kHz、100kHz（准静态失效区间）
光束调制速度超过铝熔池流体响应速度，液态金属无法形成有效对流搅拌，气泡被凝固前沿捕获滞留；孔隙率飙升至10%~18%，焊缝中心出现大型集中孔洞，焊接完全失效。
图2 不同频率焊缝金相对比图。不同调制频率焊缝截面：10/20kHz 孔洞极少，50/100kHz 产生大型集中气孔
图 3 各频率孔隙率量化柱状图。孔隙率对比：动态区间孔隙远低于高频准静态区间
2. 量产最优成套工艺（时序双螺旋+20kHz）
| 参数项目 | 标准数值 |
| 激光输出功率 | 5.5kW |
| 光束类型 | 交替双螺旋时许光束 |
| 光束调制频率 | 20kHz |
| 焊接行进速度 | 150mm/s（9m/min） |
| 焊缝熔深 | 2.0mm |
| 焊缝熔宽 | 2.2mm |
| 实测焊缝孔隙率 | 2. |
图 6 最优参数焊缝金相实拍。20kHz 双螺旋工艺成型焊缝，仅微量微小气孔，无集中爆孔缺陷
3. 工业化效率巨大提升
焊接速度达150mm/min，对比传统搅拌摩擦焊生产效率提升45倍；远程焊接布局简化产线工装，无保护气消耗，大幅降低量产运营成本，适配新能源压铸铝壳体7×24小时自动化大批量产。
五、核心研究结论
1. 相干合成高频动态螺旋光束是压铸铝低孔隙高速焊接核心解决方案，10~20kHz 调制区间可高效搅动熔池、加速熔体除气，将压铸铝焊缝孔隙由 20%~30% 降至2%以内，完美满足电池壳体气密量产指标；
2. 光束调制存在50kHz临界阈值，频率超过熔池流体响应速度后搅拌效果完全失效，工业生产需避开50kHz以上高频区间；
3. 时序交替双螺旋光束综合匙孔稳定、熔池搅拌效果最优，兼顾超高焊接速度与极低孔隙缺陷；
4. 无机械光学摆动结构，设备长期运行稳定性远优于传统振镜振荡方案，适配连续化工业产线。
六、后续产业化拓展方向
1. 异质铝焊接工艺开发（压铸AlSi10Mg +轧制5754）：定制梯度时序光束，匹配两类材料热物性差异，抑制焊接热裂纹；
2. 压铸铝搭接焊成套工艺优化；
3. 系统开展焊缝拉伸、疲劳力学性能测试，完善新能源整车焊接工艺数据库。
