رازهای جوشکاری لیزری مس و آلومینیوم؛ فناوری پنهان در باتری خودروهای برقی

Research Progress on Laser Welding Technology of Copper-Aluminum Dissimilar Materials for New Energy Vehicle Batteries” (2025)

خلاصه مقاله

🔹 زمینه تحقیق

در خودروهای برقی (EV)، باتری‌ها نقش کلیدی دارند و برای اتصال اجزای باتری مثل شینه‌ها (busbars) و زبانه‌های سلول (tabs)، نیاز به جوشکاری دقیق و مطمئن وجود دارد.

مس و آلومینیوم دو فلز اصلی‌اند:

• • مس رسانایی الکتریکی بالا دارد.

  • آلومینیوم سبک‌تر و ارزان‌تر است.

چالش: اختلاف زیاد در خواص حرارتی، نقطه ذوب و ضریب انبساط حرارتی → ایجاد فازهای بین‌فلزی شکننده (intermetallic compounds)، ترک‌ها و تخلخل.

---

🔹 نقش جوشکاری لیزری

• مزایا:

  • انرژی متمرکز و کنترل‌پذیر

  • سرعت بالا

  • قابلیت اتوماسیون در خط تولید باتری

• چالش‌ها:

  • نفوذ بیش‌ازحد (deep penetration) ممکن است باعث ایجاد فازهای ترد شود.

  • عدم نفوذ کافی هم مقاومت اتصال را پایین می‌آورد.

  • هندسه و شکل حوضچه مذاب باید به‌دقت کنترل شود.

---

🔹 پیشرفت‌های اخیر

1 . بهینه‌سازی پارامترهای فرآیند

• توان لیزر، سرعت حرکت و فوکوس پرتو تأثیر مستقیمی روی کیفیت اتصال دارند.
• تحقیقات نشان داده‌اند که استفاده از لیزر پالسی یا لیزر فیبر با کنترل دوگانه توان می‌تواند تشکیل فازهای ترد Cu–Al را محدود کند.

2 .  روش‌های کمکی (Hybrid methods)

• استفاده از فلز پرکننده (filler wire) مثل نیکل برای کاهش تشکیل لایه‌های بین‌فلزی.
• ترکیب جوش لیزری با فشار اولتراسونیک یا اصطکاکی برای بهبود کیفیت.

3 . شبیه‌سازی عددی

• مدل‌سازی حرارتی و مکانیکی به کمک FEM (Finite Element Method) برای پیش‌بینی دمای حوضچه مذاب و الگوی انجماد.
• شبیه‌سازی رشد فازهای بین‌فلزی جهت طراحی پارامترهای بهینه قبل از آزمایش واقعی.

4 . کنترل کیفیت

روش‌های نوین پایش درجا (in-situ monitoring) با حسگرهای نوری و دوربین‌های پرسرعت.

استفاده از یادگیری ماشین برای پیش‌بینی کیفیت اتصال از روی سیگنال‌های فرآیند.

• ضخامت لایه بین‌فلزی نباید بیشتر از ۱۰ میکرومتر شود؛ در غیر این صورت مقاومت مکانیکی و الکتریکی اتصال کاهش می‌یابد.

  بهترین عملکرد زمانی حاصل می‌شود که:

  • توان لیزر متوسط و قابل کنترل باشد.

  • سرعت حرکت پرتو بالا نگه داشته شود.

  • از filler یا تکنیک‌های کمکی برای کاهش تردی استفاده شود.

منابع مقاله:

Li, H., Zhang, Y., et al. (2025). Research Progress on Laser Welding Technology of Copper-Aluminum Dissimilar Materials for New Energy Vehicle Batteries. Francis Academic Press.

لینک مشاهده و دانلود: francis-press.com/papers/18691