Лазерне зварювання
В останні роки, завдяки швидкому розвитку нової енергетичної галузі, лазерне зварювання швидко проникло у всю нову енергетичну галузь завдяки своїм швидким і стабільним перевагам.Серед них обладнання для лазерного зварювання займає найбільшу частку застосувань у всій новій енергетичній галузі.
Лазерне зварювання швидко стало першим вибором у всіх сферах життя завдяки високій швидкості, великій глибині та малій деформації.Лазерне зварювання забезпечує неперевершену точність і контроль: від точкового зварювання до стикового зварювання, нарощування та ущільнення.Він відіграє важливу роль у промисловому виробництві та виробництві, включаючи військову промисловість, медичну допомогу, аерокосмічну промисловість, автозапчастини 3C, механічну листову продукцію, нову енергетику та інші галузі.
У порівнянні з іншими технологіями зварювання лазерне зварювання має свої унікальні переваги та недоліки.
Перевага:
1. Швидка швидкість, велика глибина та мала деформація.
2. Зварювання можна виконувати при нормальній температурі або в спеціальних умовах, 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 через скло або прозорі для лазерного променя.
3. Він може зварювати вогнетривкі матеріали, такі як титан і кварц, а також може зварювати різні матеріали з хорошими результатами.
4. Після фокусування лазера щільність потужності висока.Співвідношення сторін може досягати 5:1, а при зварювальних апаратах великої потужності – до 10:1.
5. Можна виконувати мікрозварювання.Після фокусування лазерного променя можна отримати невелику пляму, яку можна точно розташувати.Його 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 великій відстані з великою гнучкістю.Особливо в останні роки технологія лазерної обробки YAG прийняла технологію передачі оптичних волокон, що дозволило ширше просувати та застосовувати технологію лазерного зварювання.
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 повинна бути високою, а положення балки на заготовці не може бути суттєво відхилено.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 балки не відповідає вимогам, можуть виникнути дефекти зварювання.
2. Вартість лазерів і відповідних систем висока, а разові інвестиції великі.
Поширені дефекти лазерного зварювання у виробництві літієвих батарей
1. Зварювальна пористість
Поширеними дефектами лазерного зварювання є пори.Ванна зварювального розплаву глибока і вузька.Під час процесу лазерного зварювання азот проникає в ванну розплаву ззовні.У процесі охолодження і твердіння металу розчинність азоту зменшується зі зниженням температури.Коли розплавлений метал охолоджується і починає кристалізуватися, розчинність різко й раптово впаде.У цей час велика кількість газу буде випадати в осад з утворенням бульбашок.Якщо швидкість спливання бульбашок менша за швидкість кристалізації металу, утворяться пори.
У застосуваннях у виробництві літієвих батарей ми часто виявляємо, що пори особливо ймовірно виникають під час зварювання позитивного електрода, але рідко виникають під час зварювання негативного електрода.Це пов’язано з тим, що позитивний електрод зроблений з алюмінію, а негативний – з міді.Під час зварювання рідкий алюміній на поверхні конденсується до того, як внутрішній газ повністю переповниться, запобігаючи переповненню газу та утворенню великих і малих отворів.Маленькі продихи.
Окрім згаданих вище причин появи пор, пори також включають зовнішнє повітря, вологість, поверхневу олію тощо. Крім того, напрямок і кут подування азотом також впливатимуть на утворення пор.
Як зменшити появу зварювальних пір?
По-перше, перед зварюванням необхідно вчасно очистити масляні плями та забруднення на поверхні вхідних матеріалів;у виробництві літієвих батарей перевірка вхідного матеріалу є важливим процесом.
По-друге, потік захисного газу слід регулювати відповідно до таких факторів, як швидкість зварювання, потужність, положення тощо, і не повинен бути ні занадто великим, ні занадто малим.Тиск захисної маски слід регулювати відповідно до таких факторів, як потужність лазера та положення фокуса, і не повинен бути ні занадто високим, ні занадто низьким.Форму насадки захисної маски слід регулювати відповідно до форми, напрямку та інших факторів зварного шва, щоб захисна мантія могла рівномірно покрити зону зварювання.
По-третє, контролювати температуру, вологість і запиленість повітря в цеху.Температура та вологість навколишнього середовища впливатимуть на вміст вологи на поверхні підкладки та захисний газ, що, у свою чергу, впливатиме на утворення та вихід водяної пари в басейні розплаву.Якщо температура навколишнього середовища та вологість занадто високі, на поверхні основи буде занадто багато вологи та захисного газу, утворюючи велику кількість водяної пари, що призведе до утворення пор.Якщо температура навколишнього середовища та вологість занадто низькі, на поверхні основи та в захисному газі буде занадто мало вологи, зменшуючи утворення водяної пари, тим самим зменшуючи пори;дозвольте спеціалістам з якості визначити 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 проваром.Завдяки додаванню коливання під час зварювання, зворотно-поступальне коливання балки до зварювального шва викликає повторне переплавлення частини зварювального шва, що подовжує час перебування рідкого металу в зварювальній ванні.У той же час прогин балки також збільшує підведення тепла на одиницю площі.Відношення глибини до ширини шва зменшується, що сприяє появі бульбашок, тим самим усуваючи пори.З іншого боку, коливання променя викликає відповідне коливання невеликого отвору, що також може забезпечити перемішувальну силу для зварювальної ванни, збільшити конвекцію та перемішування зварювальної ванни та сприятливо вплинути на усунення пор.
По-п'яте, частота імпульсів, частота імпульсів відноситься до кількості імпульсів, випромінюваних лазерним променем за одиницю часу, що вплине на надходження тепла та накопичення тепла в басейні розплаву, а потім вплине на поле температури та поле потоку в розплаві. басейн.Якщо частота імпульсів надто висока, це призведе до надлишкового надходження тепла в басейн розплаву, що призведе до надто високої температури басейну розплаву, утворення пари металу або інших елементів, які є леткими при високих температурах, що призведе до утворення пор.Якщо частота імпульсів занадто низька, це призведе до недостатнього накопичення тепла в басейні розплаву, в результаті чого температура басейну розплаву буде занадто низькою, зменшуючи розчинення та вихід газу, що призводить до утворення пор.Взагалі кажучи, частоту імпульсів слід вибирати в розумному діапазоні на основі товщини підкладки та потужності лазера та уникати занадто високої або занадто низької частоти.
Заварка отворів (лазерне зварювання)
2. Бризки зварного шва
Бризки, що утворюються під час процесу зварювання, лазерного зварювання, серйозно вплинуть на якість поверхні зварного шва, забруднять і пошкодять лінзу.Загальна продуктивність така: після завершення лазерного зварювання на поверхні матеріалу або заготовки з’являється багато металевих частинок, які прилипають до поверхні матеріалу або заготовки.Найбільш інтуїтивно зрозумілим є те, що під час зварювання в режимі гальванометра після певного періоду використання захисної лінзи гальванометра на поверхні з’являться щільні ямки, викликані бризками під час зварювання.Через тривалий час світло легко заблокувати, і виникнуть проблеми зі зварювальним світлом, що призведе до ряду проблем, таких як порушення зварювання та віртуальне зварювання.
Які причини бризок?
По-перше, щільність потужності, чим більша щільність потужності, тим легше генерувати бризки, а бризки безпосередньо пов’язані з щільністю потужності.Це столітня проблема.Принаймні досі галузь не змогла вирішити проблему бризок і може лише сказати, що її дещо зменшили.У промисловості літієвих акумуляторів бризки є найбільшою причиною короткого замикання акумулятора, але воно не може вирішити першопричину.Вплив бризок на батарею можна зменшити лише з точки зору захисту.Наприклад, коло з отворами для видалення пилу та захисними кришками додано навколо зварювальної частини, а ряди повітряних ножів додані по колу, щоб запобігти впливу бризок або навіть пошкодженню батареї.Знищення навколишнього середовища, продуктів і компонентів навколо зварювальної станції, можна сказати, вичерпало засоби.
Що стосується вирішення проблеми бризок, можна лише сказати, що зменшення енергії зварювання сприяє зменшенню бризок.Зменшення швидкості зварювання також може допомогти, якщо проплавлення недостатнє.Але в деяких спеціальних вимогах процесу це мало впливає.Це той самий процес, різні машини та різні партії матеріалів мають абсолютно різні ефекти зварювання.Тому в новій енергетиці існує неписане правило — один набір параметрів зварювання для одного обладнання.
По-друге, якщо поверхня оброблюваного матеріалу або заготовки не очищена, масляні плями або забруднюючі речовини також спричинять серйозні бризки.У цей час найпростіше очистити поверхню оброблюваного матеріалу.
3. Висока відбивна здатність лазерного зварювання
Взагалі кажучи, високий рівень відображення стосується того факту, що оброблюваний матеріал має малий питомий опір, відносно гладку поверхню та низький рівень поглинання для лазерів ближнього інфрачервоного діапазону, що призводить до великої кількості лазерного випромінювання, а також оскільки більшість лазерів використовуються у вертикальному положенні Через матеріал або невеликий нахил лазерне світло, що повертається, знову потрапляє у вихідну головку, і навіть частина зворотного світла з’єднується з волокном, що передає енергію, і передається назад уздовж волокна всередину лазера, через що основні компоненти всередині лазера продовжують перебувати при високій температурі.
Якщо під час лазерного зварювання коефіцієнт відбиття занадто високий, можна прийняти наступні рішення:
3.1 Використовуйте антиблікове покриття або обробіть поверхню матеріалу: покриття поверхні зварювального матеріалу антибліковим покриттям може ефективно зменшити відбивну здатність лазера.Це покриття, як правило, є спеціальним оптичним матеріалом з низькою відбивною здатністю, який поглинає лазерну енергію, а не відбиває її назад.У деяких процесах, таких як зварювання струмоприймачів, м’яке з’єднання тощо, поверхню також можна тиснути.
3.2 Відрегулюйте кут зварювання: завдяки регулюванню кута зварювання лазерний промінь може падати на зварювальний матеріал під більш відповідним кутом і зменшити виникнення відбиття.Зазвичай лазерний промінь, що падає перпендикулярно до поверхні матеріалу, що зварюється, є хорошим способом зменшити відбиття.
3.3 Додавання допоміжного абсорбенту: під час процесу зварювання певна кількість допоміжного абсорбенту, такого як порошок або рідина, додається до зварного шва.Ці поглиначі поглинають лазерну енергію та зменшують відбивну здатність.Відповідний абсорбент необхідно вибирати на основі конкретних зварювальних матеріалів і сценаріїв застосування.У промисловості літієвих акумуляторів це малоймовірно.
3.4 Використовуйте оптичне волокно для передачі лазера: якщо це можливо, оптичне волокно можна використовувати для передачі лазера до місця зварювання, щоб зменшити відбивну здатність.Оптичні волокна можуть направляти лазерний промінь до зони зварювання, щоб уникнути прямого впливу на поверхню зварювального матеріалу та зменшити виникнення віддзеркалень.
3.5 Налаштування параметрів лазера: регулюючи такі параметри, як потужність лазера, фокусна відстань і фокусний діаметр, можна контролювати розподіл лазерної енергії та зменшувати відбиття.Для деяких відбиваючих матеріалів ефективним способом зменшення відбиття може бути зменшення потужності лазера.
3.6 Використовуйте дільник променя: дільник променя може направляти частину лазерної енергії в поглинальний пристрій, тим самим зменшуючи виникнення віддзеркалень.Пристрої для розщеплення променя зазвичай складаються з оптичних компонентів і поглиначів, і шляхом вибору відповідних компонентів і коригування компонування пристрою можна досягти нижчої відбивної здатності.
4. Зварювання підрізу
У процесі виробництва літієвих батарей, які процеси з більшою ймовірністю призведуть до зниження цін?Чому відбувається підрізання?Давайте розберемо це.
Підріз, як правило, зварювальні матеріали погано поєднуються 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 більша, ніж стандарт процесу продукту, запитана довжина.
У всьому процесі виробництва літієвої батареї більша ймовірність виникнення підрізання, і воно, як правило, розподіляється під час попереднього зварювання та зварювання циліндричної кришки, а також попереднього зварювання та зварювання квадратної алюмінієвої кришки.Основна причина полягає в тому, що ущільнювальна кришка повинна співпрацювати з оболонкою для зварювання, процес узгодження між ущільнювальною кришкою та оболонкою схильний до надмірних зварювальних зазорів, канавок, колапсу тощо, тому він особливо схильний до підрізів. .
Отже, що викликає підрізання?
Якщо швидкість зварювання занадто висока, рідкий метал за маленьким отвором, спрямованим до центру зварного шва, не встигне перерозподілитися, що призведе до затвердіння та підрізання з обох боків зварного шва.Зважаючи на вищевказану ситуацію, нам необхідно оптимізувати параметри зварювання.Простіше кажучи, це повторні експерименти для перевірки різних параметрів і продовження DOE, доки не будуть знайдені відповідні параметри.
2. Надмірні зварювальні зазори, канавки, випадіння тощо зварювальних матеріалів зменшать кількість розплавленого металу, що заповнює зазори, що підвищить ймовірність появи підрізів.Це питання обладнання та сировини.Чи відповідає зварювальна сировина вимогам нашого процесу, чи точність обладнання відповідає вимогам тощо. Нормальною практикою є постійне катування та побиття постачальників і людей, відповідальних за обладнання.
3. Якщо енергія падає надто швидко в кінці лазерного зварювання, невеликий отвір може зруйнуватися, що призведе до локального підрізання.Правильна відповідність потужності та швидкості може ефективно запобігти утворенню підрізів.Як говорить стара приказка, повторюйте експерименти, перевіряйте різні параметри та продовжуйте DOE, доки не знайдете правильні параметри.
5. Розпад центру зварного шва
Якщо швидкість зварювання низька, розплавлена ванна буде більшою та ширшою, збільшуючи кількість розплавленого металу.Це може ускладнити підтримку поверхневого натягу.Коли розплавлений метал стає надто важким, центр зварювального шва може опускатися й утворювати провали та ямки.У цьому випадку щільність енергії потрібно належним чином зменшити, щоб запобігти колапсу басейну розплаву.
В іншій ситуації зварювальний зазор просто утворює колапс, не викликаючи перфорації.Це, безсумнівно, проблема пресової посадки обладнання.
Правильне розуміння дефектів, які можуть виникнути під час лазерного зварювання, і причин різних дефектів дозволяє застосовувати більш цілеспрямований підхід до вирішення будь-яких ненормальних проблем зі зварюванням.
6. Заварні тріщини
Тріщини, які з'являються під час безперервного лазерного зварювання, в основному є термічними тріщинами, такими як кристалічні тріщини та тріщини розрідження.Основною причиною цих тріщин є великі сили усадки, створювані зварним швом до його повного затвердіння.
Існують також наступні причини появи тріщин при лазерному зварюванні:
1. Невиправдана конструкція зварного шва: неправильна конструкція геометрії та розміру зварного шва може призвести до концентрації зварювальних напруг, що спричинить утворення тріщин.Рішення полягає в оптимізації конструкції зварного шва, щоб уникнути концентрації зварювальних напруг.Ви можете використовувати відповідні офсетні шви, змінювати форму шва тощо.
2. Невідповідність параметрів зварювання: неправильний вибір параметрів зварювання, наприклад, занадто висока швидкість зварювання, занадто висока потужність тощо, може призвести до нерівномірних змін температури в зоні зварювання, що призведе до великого зварювального напруження та тріщин.Рішення полягає в тому, щоб налаштувати параметри зварювання відповідно до конкретного матеріалу та умов зварювання.
3. Погана підготовка зварювальної поверхні: відсутність належного очищення та попередньої обробки зварювальної поверхні перед зварюванням, наприклад, видалення оксидів, жиру тощо, вплине на якість і міцність зварного шва та легко призведе до тріщин.Рішення полягає в належному очищенні та попередній обробці зварювальної поверхні для забезпечення ефективної обробки домішок і забруднень у зоні зварювання.
4. Неналежний контроль надходження тепла при зварюванні: поганий контроль надходження 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 тріщин. .Рішення полягає в контролі температури та швидкості охолодження під час зварювання, щоб уникнути перегріву та швидкого охолодження.
5. Недостатнє зняття напруги: недостатня обробка зняття напруги після зварювання призведе до недостатнього зняття напруги в зварюваній зоні, що легко призведе до тріщин.Рішення полягає у виконанні відповідної обробки для зняття напруги після зварювання, такої як термічна обробка або обробка вібрацією (основна причина).
Щодо процесу виробництва літієвих батарей, які процеси з більшою ймовірністю спричинять тріщини?
Як правило, тріщини схильні до появи під час ущільнювального зварювання, такого як ущільнювальне зварювання циліндричних сталевих оболонок або алюмінієвих оболонок, ущільнювальне зварювання квадратних алюмінієвих оболонок тощо. Крім того, під час процесу упаковки модуля зварювання струмоприймача також схильне до тріщин.
Звичайно, ми також можемо використовувати присадковий дріт, попередній нагрів або інші методи, щоб зменшити або усунути ці тріщини.
Час публікації: 01 вересня 2023 р
