В останні роки, завдяки швидкому розвитку нової енергетичної галузі, лазерне зварювання швидко проникло в усю нову енергетичну галузь завдяки своїм швидким та стабільним перевагам. Серед них лазерне зварювальне обладнання займає найбільшу частку застосувань у всій новій енергетичній галузі.
Лазерне зварюванняшвидко став першим вибором у всіх сферах життя завдяки високій швидкості, великій глибині та малій деформації. Від точкового зварювання до стикового зварювання, наплавлення та герметизації зварних швів,лазерне зварюваннязабезпечує неперевершену точність і контроль. Він відіграє важливу роль у промисловому виробництві, включаючи військову промисловість, медичну допомогу, аерокосмічну галузь, виробництво 3C-автозапчастин, машинобудування, виробництво листового металу, нову енергетику та інші галузі.
Порівняно з іншими технологіями зварювання, лазерне зварювання має свої унікальні переваги та недоліки.
Перевага:
1. Висока швидкість, велика глибина та мала деформація.
2. Зварювання може виконуватися за нормальної температури або за спеціальних умов, а зварювальне обладнання просте. Наприклад, лазерний промінь не дрейфує в електромагнітному полі. Лазери можуть зварювати у вакуумі, повітрі або певних газових середовищах, а також можуть зварювати матеріали, які проходять крізь скло або прозорі для лазерного променя.
3. Він може зварювати вогнетривкі матеріали, такі як титан і кварц, а також різнорідні матеріали з хорошими результатами.
4. Після фокусування лазера щільність потужності висока. Співвідношення сторін може досягати 5:1, а під час зварювання пристроїв високої потужності — до 10:1.
5. Можна виконувати мікрозварювання. Після фокусування лазерного променя можна отримати невелику пляму та точно позиціонувати її. Це можна застосовувати для складання та зварювання мікро- та малих заготовок для досягнення автоматизованого масового виробництва.
6. Він може зварювати важкодоступні місця та виконувати безконтактне зварювання на великі відстані з великою гнучкістю. Особливо в останні роки технологія лазерної обробки YAG перейшла на технологію передачі оптичного волокна, що дозволило технологію лазерного зварювання ширше просувати та застосовувати.
7. Лазерний промінь легко розділити в часі та просторі, і кілька променів можна обробляти в кількох місцях одночасно, забезпечуючи умови для більш точного зварювання.
Дефект:
1. Точність складання заготовки має бути високою, а положення променя на заготовці не повинно суттєво відхилятися. Це пояснюється тим, що розмір лазерної плями після фокусування невеликий, а зварний шов вузький, що ускладнює додавання присадного металу. Якщо точність складання заготовки або точність позиціонування променя не відповідають вимогам, можуть виникати дефекти зварювання.
2. Вартість лазерів та пов'язаних з ними систем висока, а одноразові інвестиції значні.
Поширені дефекти лазерного зварюванняу виробництві літієвих акумуляторів
1. Пористість зварювання
Поширені дефекти влазерне зварюванняє пори. Зварювальна розплавлена ванна глибока та вузька. Під час лазерного зварювання азот проникає в розплавлену ванну ззовні. Під час охолодження та затвердіння металу розчинність азоту зменшується зі зниженням температури. Коли метал розплавленої ванни охолоджується та починає кристалізуватися, розчинність різко та несподівано падає. У цей час велика кількість газу випадає в осад з утворенням бульбашок. Якщо швидкість плавання бульбашок менша за швидкість кристалізації металу, утворюються пори.
У застосуваннях у виробництві літієвих акумуляторів ми часто виявляємо, що пори особливо ймовірно утворюються під час зварювання позитивного електрода, але рідко під час зварювання негативного електрода. Це пояснюється тим, що позитивний електрод виготовлений з алюмінію, а негативний – з міді. Під час зварювання рідкий алюміній на поверхні конденсується до того, як внутрішній газ повністю переливається, запобігаючи переливанню газу та утворенню великих і малих отворів. Дрібні продихи.
Окрім згаданих вище причин утворення пор, до пор також належать зовнішнє повітря, волога, поверхнева олія тощо. Крім того, напрямок та кут обдування азотом також впливатимуть на утворення пор.
Що ж до того, як зменшити появу пор зварювання?
Спочатку, передзварювання, масляні плями та домішки на поверхні вхідних матеріалів необхідно вчасно очищати; у виробництві літієвих акумуляторів перевірка вхідних матеріалів є важливим процесом.
По-друге, потік захисного газу слід регулювати залежно від таких факторів, як швидкість зварювання, потужність, положення тощо, і не повинен бути ні занадто великим, ні занадто малим. Тиск захисного плащу слід регулювати залежно від таких факторів, як потужність лазера та положення фокуса, і не повинен бути ні занадто високим, ні занадто низьким. Форму сопла захисного плащу слід регулювати залежно від форми, напрямку та інших факторів зварного шва, щоб захисний плащ рівномірно покривав зону зварювання.
По-третє, контролюйте температуру, вологість та пил у повітрі в цеху. Температура та вологість навколишнього середовища впливатимуть на вміст вологи на поверхні підкладки та захисного газу, що, у свою чергу, впливатиме на утворення та вихід водяної пари в розплавленій ванні. Якщо температура та вологість навколишнього середовища занадто високі, на поверхні підкладки та в захисному газі буде забагато вологи, що призведе до утворення великої кількості водяної пари та утворення пор. Якщо температура та вологість навколишнього середовища занадто низькі, на поверхні підкладки та в захисному газі буде замало вологи, що зменшить утворення водяної пари та тим самим зменшить пори; нехай персонал з контролю якості визначить цільове значення температури, вологості та пилу на зварювальній станції.
По-четверте, метод коливання променя використовується для зменшення або усунення пор під час лазерного зварювання глибоким проникненням. Завдяки додаванню коливання під час зварювання, зворотно-поступальний рух променя до зварного шва призводить до повторного переплавлення частини зварного шва, що подовжує час перебування рідкого металу у зварювальній ванні. Одночасно, відхилення променя також збільшує підведення тепла на одиницю площі. Співвідношення глибини до ширини зварного шва зменшується, що сприяє появі бульбашок, тим самим усуваючи пори. З іншого боку, коливання променя призводить до відповідного коливання невеликого отвору, що також може забезпечити силу перемішування зварювальної ванни, збільшити конвекцію та перемішування зварювальної ванни, а також позитивно вплинути на усунення пор.
По-п'яте, частота імпульсів. Частота імпульсів – це кількість імпульсів, що випромінюються лазерним променем за одиницю часу, що впливає на підведення тепла та накопичення тепла в розплавленій ванні, а потім на температурне поле та поле потоку в розплавленій ванні. Якщо частота імпульсів занадто висока, це призведе до надмірного підведення тепла в розплавлену ванні, що призведе до занадто високої температури розплавленої ванни, утворення парів металу або інших елементів, які є леткими за високих температур, що призведе до утворення пор. Якщо частота імпульсів занадто низька, це призведе до недостатнього накопичення тепла в розплавленій ванні, що призведе до занадто низької температури розплавленої ванни, що зменшить розчинення та вихід газу, що призведе до утворення пор. Загалом, частоту імпульсів слід вибирати в розумному діапазоні залежно від товщини підкладки та потужності лазера, і уникати занадто високої або занадто низької частоти.
Зварювання отворів (лазерне зварювання)
2. Бризки зварювання
Бризки, що утворюються під час процесу зварювання, лазерного зварювання, серйозно впливають на якість поверхні зварного шва, забруднюють та пошкоджують лінзу. Загальна продуктивність полягає в наступному: після завершення лазерного зварювання на поверхні матеріалу або заготовки з'являється багато металевих частинок, які прилипають до поверхні матеріалу або заготовки. Найбільш інтуїтивно зрозуміло, що під час зварювання в режимі гальванометра, після певного періоду використання захисної лінзи гальванометра, на поверхні утворюються щільні ямки, спричинені бризками зварювання. Через тривалий час світло легко блокується, і виникають проблеми зі зварювальним світлом, що призводить до низки проблем, таких як розриви зварювання та віртуальне зварювання.
Які причини бризок?
По-перше, густина потужності: чим більша густина потужності, тим легше утворюються бризки, а бризки безпосередньо пов'язані з густиною потужності. Це столітня проблема. Принаймні, досі галузь не змогла вирішити проблему бризок, і можна лише сказати, що її було дещо зменшено. У галузі літієвих акумуляторів бризки є найбільшою причиною короткого замикання акумуляторів, але їй не вдалося вирішити першопричину. Вплив бризок на акумулятор можна зменшити лише з точки зору захисту. Наприклад, навколо зварювальної деталі додається коло отворів для видалення пилу та захисних кришок, а також ряди повітряних ножів по колу, щоб запобігти впливу бризок або навіть пошкодженню акумулятора. Можна сказати, що знищення навколишнього середовища, виробів та компонентів навколо зварювальної станції вичерпало засоби.
Щодо вирішення проблеми розбризкування, можна лише сказати, що зменшення енергії зварювання допомагає зменшити розбризкування. Зменшення швидкості зварювання також може допомогти, якщо проникнення недостатнє. Але за певних спеціальних вимог до процесу це має незначний ефект. Це один і той самий процес, різні машини та різні партії матеріалів мають абсолютно різні зварювальні ефекти. Тому в новій енергетичній галузі існує неписане правило: один набір параметрів зварювання для одного обладнання.
По-друге, якщо поверхню оброблюваного матеріалу або заготовки не очистити, масляні плями або забруднювачі також спричинять серйозні бризки. У цей час найпростіше очистити поверхню оброблюваного матеріалу.
3. Висока відбивна здатність лазерного зварювання
Загалом кажучи, високий коефіцієнт відбиття стосується того факту, що оброблюваний матеріал має малий питомий опір, відносно гладку поверхню та низький коефіцієнт поглинання для лазерів ближнього інфрачервоного діапазону, що призводить до великої кількості лазерного випромінювання, і оскільки більшість лазерів використовуються у вертикальному положенні. Через матеріал або невеликий кут нахилу, повернене лазерне світло знову потрапляє у вихідну головку, і навіть частина поверненого світла з'єднується з енергопередавальним волокном і передається назад по волокну всередину лазера, змушуючи основні компоненти всередині лазера продовжувати нагріватися.
Коли коефіцієнт відбиття занадто високий під час лазерного зварювання, можна вжити таких заходів:
3.1 Використовуйте антиблікове покриття або обробіть поверхню матеріалу: покриття поверхні зварювального матеріалу антибліковим покриттям може ефективно зменшити відбивну здатність лазера. Це покриття зазвичай являє собою спеціальний оптичний матеріал з низькою відбивною здатністю, який поглинає лазерну енергію, а не відбиває її назад. У деяких процесах, таких як зварювання струмозбірником, м'яке з'єднання тощо, поверхня також може бути рельєфною.
3.2 Регулювання кута зварювання: Регулюючи кут зварювання, лазерний промінь може падати на зварювальний матеріал під більш підходящим кутом та зменшувати відбиття. Зазвичай падіння лазерного променя перпендикулярно до поверхні зварюваного матеріалу є хорошим способом зменшення відбиттів.
3.3 Додавання допоміжного абсорбенту: Під час зварювання до зварного шва додається певна кількість допоміжного абсорбенту, такого як порошок або рідина. Ці абсорбенти поглинають лазерну енергію та зменшують відбивну здатність. Відповідний абсорбент необхідно вибирати залежно від конкретних зварювальних матеріалів та сценаріїв застосування. У галузі виробництва літієвих акумуляторів це малоймовірно.
3.4 Використання оптичного волокна для передачі лазерного випромінювання: Якщо можливо, оптичне волокно можна використовувати для передачі лазерного випромінювання до місця зварювання, щоб зменшити коефіцієнт відбиття. Оптичні волокна можуть направляти лазерний промінь до зони зварювання, щоб уникнути прямого впливу на поверхню зварювального матеріалу та зменшити виникнення відбиттів.
3.5 Регулювання параметрів лазера: Регулюючи такі параметри, як потужність лазера, фокусна відстань та фокусний діаметр, можна контролювати розподіл лазерної енергії та зменшувати відбиття. Для деяких відбивних матеріалів зменшення потужності лазера може бути ефективним способом зменшення відбиттів.
3.6 Використання розщеплювача променя: Розщеплювач променя може направляти частину лазерної енергії в поглинальний пристрій, тим самим зменшуючи виникнення відбиттів. Пристрої розщеплення променя зазвичай складаються з оптичних компонентів та поглиначів, і шляхом вибору відповідних компонентів та налаштування компонування пристрою можна досягти нижчої відбивної здатності.
4. Зварювання підрізів
Які процеси у процесі виробництва літієвих акумуляторів найімовірніше призводять до заниження цін? Чому відбувається заниження цін? Давайте проаналізуємо це.
Підрізання, як правило, означає, що зварювальні матеріали погано поєднані один з одним, зазор занадто великий або з'являється канавка, глибина та ширина в основному перевищують 0,5 мм, загальна довжина перевищує 10% довжини зварного шва або перевищує задану довжину, встановлену стандартом процесу виробництва.
У всьому процесі виробництва літієвих акумуляторів підрізання частіше трапляється, і воно зазвичай розподіляється під час попереднього зварювання та герметизації циліндричної кришки, а також попереднього зварювання та герметизації квадратної алюмінієвої кришки корпусу. Основна причина полягає в тому, що кришка корпусу повинна взаємодіяти з корпусом для зварювання, тому процес з'єднання кришки корпусу та герметизації схильний до надмірних зазорів зварювання, канавок, руйнування тощо, тому підрізання особливо ймовірні.
Отже, що призводить до заниження цін?
Якщо швидкість зварювання занадто висока, рідкий метал за маленьким отвором, що вказує на центр зварного шва, не встигне перерозподілитися, що призведе до затвердіння та підрізання з обох боків шва. З огляду на вищезазначену ситуацію, нам потрібно оптимізувати параметри зварювання. Простіше кажучи, потрібно повторювати експерименти для перевірки різних параметрів і продовжувати проводити вимірювання ємності (DOE), доки не будуть знайдені відповідні параметри.
2. Надмірні зазори зварювання, канавки, обвалення тощо зварювальних матеріалів зменшать кількість розплавленого металу, що заповнює зазори, що збільшить ймовірність виникнення підрізів. Це питання обладнання та сировини. Чи відповідають зварювальні сировини вимогам до вхідних матеріалів нашого процесу, чи відповідає точність обладнання вимогам тощо. Звичайною практикою є постійні тортури та побиття постачальників та людей, відповідальних за обладнання.
3. Якщо енергія падає занадто швидко в кінці лазерного зварювання, маленький отвір може руйнуватися, що призведе до локального підрізання. Правильне поєднання потужності та швидкості може ефективно запобігти утворенню підрізів. Як то кажуть, повторюйте експерименти, перевіряйте різні параметри та продовжуйте вимірювання, доки не знайдете потрібні параметри.
5. Зруйнування центру зварювання
Якщо швидкість зварювання низька, розплавлена ванна буде більшою та ширшою, що збільшить кількість розплавленого металу. Це може ускладнити підтримку поверхневого натягу. Коли розплавлений метал стає занадто важким, центр зварного шва може опуститися та утворити западини та ямки. У цьому випадку щільність енергії необхідно відповідно зменшити, щоб запобігти руйнуванню розплавленої ванни.
В іншій ситуації зварювальний зазор просто утворює руйнування, не спричиняючи перфорації. Це, безсумнівно, проблема пресового прилягання обладнання.
Правильне розуміння дефектів, які можуть виникати під час лазерного зварювання, та причин різних дефектів дозволяє більш цілеспрямовано підійти до вирішення будь-яких аномальних проблем зі зварюванням.
6. Тріщини зварних швів
Тріщини, що виникають під час безперервного лазерного зварювання, є переважно термічними тріщинами, такими як кристалічні тріщини та тріщини розрідження. Основною причиною цих тріщин є великі сили усадки, що виникають у зварному шві до його повного затвердіння.
Також існують такі причини появи тріщин при лазерному зварюванні:
1. Неправильне проектування зварного шва: Неправильне проектування геометрії та розміру зварного шва може призвести до концентрації зварювальних напружень, що, своєю чергою, спричиняє тріщини. Рішенням є оптимізація проекту зварного шва, щоб уникнути концентрації зварювальних напружень. Можна використовувати відповідні зміщені зварні шви, змінювати форму зварного шва тощо.
2. Невідповідність параметрів зварювання: Неправильний вибір параметрів зварювання, таких як занадто висока швидкість зварювання, занадто висока потужність тощо, може призвести до нерівномірних змін температури в зоні зварювання, що спричиняє великі зварювальні напруги та тріщини. Рішенням є регулювання параметрів зварювання відповідно до конкретного матеріалу та умов зварювання.
3. Погана підготовка поверхні зварювання: Неналежне очищення та попередня обробка поверхні зварювання перед зварюванням, наприклад, видалення оксидів, мастила тощо, вплине на якість та міцність зварного шва та легко призведе до утворення тріщин. Рішенням є належне очищення та попередня обробка поверхні зварювання, щоб забезпечити ефективне видалення домішок та забруднень у зоні зварювання.
4. Неправильний контроль підведення тепла під час зварювання: Неправильний контроль підведення тепла під час зварювання, такий як надмірна температура під час зварювання, неправильна швидкість охолодження зварювального шару тощо, призведе до змін у структурі зони зварювання, що призведе до появи тріщин. Рішенням є контроль температури та швидкості охолодження під час зварювання, щоб уникнути перегріву та швидкого охолодження.
5. Недостатнє зняття напруги: Недостатнє зняття напруги після зварювання призведе до недостатнього зняття напруги в зварній зоні, що легко призведе до тріщин. Рішенням є проведення відповідної обробки для зняття напруги після зварювання, такої як термічна обробка або вібраційна обробка (основна причина).
Що стосується процесу виробництва літієвих батарей, які процеси найімовірніше спричиняють тріщини?
Зазвичай, тріщини схильні до виникнення під час герметичного зварювання, такого як герметичне зварювання циліндричних сталевих або алюмінієвих оболонок, герметичне зварювання квадратних алюмінієвих оболонок тощо. Крім того, під час процесу пакування модулів зварювання струмознімачів також схильне до тріщин.
Звичайно, ми також можемо використовувати присадний дріт, попередній нагрів або інші методи для зменшення або усунення цих тріщин.
Час публікації: 01 вересня 2023 р.
