Lasersvetsning
De senaste åren, tack vare den snabba utvecklingen av den nya energiindustrin, har lasersvetsning snabbt penetrerat hela den nya energibranschen på grund av dess snabba och stabila fördelar.Bland dem står lasersvetsutrustning för den högsta andelen applikationer inom hela den nya energiindustrin.
Lasersvetsning har snabbt blivit förstahandsvalet i alla samhällsskikt på grund av dess snabba hastighet, stora djup och små deformationer.Från punktsvetsar till stumsvetsar, uppbyggnads- och tätningssvetsar, lasersvetsning ger oöverträffad precision och kontroll.Det spelar en viktig roll i industriell produktion och tillverkning, inklusive militärindustri, sjukvård, flyg, 3C-bildelar, mekanisk plåt, ny energi och andra industrier.
Jämfört med andra svetstekniker har lasersvetsning sina unika fördelar och nackdelar.
Fördel:
1. Snabb hastighet, stort djup och liten deformation.
2. Svetsning kan utföras vid normal temperatur eller under speciella förhållanden, och svetsutrustningen är enkel.Till exempel driver inte en laserstråle i ett elektromagnetiskt fält.Lasrar kan svetsa i vakuum, luft eller vissa gasmiljöer och kan svetsa material som är genom glas eller genomskinliga för laserstrålen.
3. Den kan svetsa eldfasta material som titan och kvarts, och kan även svetsa olika material med bra resultat.
4. Efter att lasern har fokuserats är effekttätheten hög.Bildförhållandet kan nå 5:1 och kan nå upp till 10:1 vid svetsning av högeffektsenheter.
5. Mikrosvetsning kan utföras.Efter att laserstrålen har fokuserats kan en liten fläck erhållas och kan placeras exakt.Den kan appliceras på montering och svetsning av mikro- och små arbetsstycken för att uppnå automatiserad massproduktion.
6. Den kan svetsa svåråtkomliga områden och utföra beröringsfri långdistanssvetsning, med stor flexibilitet.Speciellt under de senaste åren har YAG-laserbehandlingsteknik antagit optisk fiberöverföringsteknik, vilket har gjort det möjligt för lasersvetsteknik att främjas och tillämpas mer allmänt.
7. Laserstrålen är lätt att dela i tid och rum, och flera strålar kan bearbetas på flera ställen samtidigt, vilket ger förutsättningar för mer exakt svetsning.
Defekt:
1. Arbetsstyckets monteringsnoggrannhet måste vara hög, och strålens läge på arbetsstycket kan inte avvikas nämnvärt.Detta beror på att laserpunktstorleken efter fokusering är liten och svetssömmen är smal, vilket gör det svårt att lägga till tillsatsmetallmaterial.Om arbetsstyckets monteringsnoggrannhet eller balkens positioneringsnoggrannhet inte uppfyller kraven är det benäget att svetsfel uppstår.
2. Kostnaden för lasrar och relaterade system är hög, och engångsinvesteringen är stor.
Vanliga lasersvetsdefekter vid tillverkning av litiumbatterier
1. Svetsporositet
Vanliga defekter vid lasersvetsning är porer.Svetssmältbadet är djupt och smalt.Under lasersvetsningsprocessen invaderar kväve den smälta poolen från utsidan.Under kylning och stelning av metallen minskar lösligheten av kväve med sjunkande temperatur.När den smälta poolmetallen svalnar för att börja kristallisera, kommer lösligheten att sjunka kraftigt och plötsligt.Vid denna tidpunkt kommer en stor mängd gas att fällas ut och bilda bubblor.Om bubblornas flythastighet är mindre än metallkristallisationshastigheten kommer porer att genereras.
I tillämpningar inom litiumbatteriindustrin finner vi ofta att porer är särskilt benägna att uppstå under svetsningen av den positiva elektroden, men sällan förekommer under svetsningen av den negativa elektroden.Detta beror på att den positiva elektroden är gjord av aluminium och den negativa elektroden är gjord av koppar.Vid svetsning har det flytande aluminiumet på ytan kondenserats innan den interna gasen helt svämmar över, vilket förhindrar att gasen svämmar över och bildar stora och små hål.Små stomata.
Utöver de ovan nämnda orsakerna till porer inkluderar porer även utomhusluft, fukt, ytolja etc. Dessutom kommer kväveblåsningens riktning och vinkel också att påverka porbildningen.
När det gäller hur man minskar förekomsten av svetsporer?
Först, före svetsning, måste oljefläckarna och föroreningarna på ytan av de inkommande materialen rengöras i tid;vid tillverkning av litiumbatterier är inspektion av inkommande material en viktig process.
För det andra bör skyddsgasflödet justeras i enlighet med faktorer som svetshastighet, effekt, position etc. och bör varken vara för stort eller för litet.Skyddsmanteltrycket bör justeras enligt faktorer som laserkraft och fokusposition, och bör varken vara för högt eller för lågt.Formen på skyddsmantelmunstycket bör justeras enligt formen, riktningen och andra faktorer för svetsen så att skyddsmanteln jämnt kan täcka svetsområdet.
För det tredje, kontrollera temperatur, luftfuktighet och damm i luften i verkstaden.Den omgivande temperaturen och luftfuktigheten kommer att påverka fukthalten på ytan av substratet och skyddsgasen, vilket i sin tur kommer att påverka alstring och utsläpp av vattenånga i den smälta poolen.Om den omgivande temperaturen och luftfuktigheten är för hög, kommer det att finnas för mycket fukt på ytan av substratet och skyddsgasen, vilket genererar en stor mängd vattenånga, vilket resulterar i porer.Om den omgivande temperaturen och luftfuktigheten är för låg, kommer det att finnas för lite fukt på ytan av substratet och i skyddsgasen, vilket minskar alstringen av vattenånga, vilket minskar porerna;låt kvalitetspersonalen upptäcka målvärdet för temperatur, luftfuktighet och damm vid svetsstationen.
För det fjärde används strålsvängningsmetoden för att reducera eller eliminera porer vid lasersvetsning.På grund av tillsatsen av svängning under svetsning orsakar den fram- och återgående svängningen av balken till svetsfogen upprepad omsmältning av en del av svetsfogen, vilket förlänger uppehållstiden för den flytande metallen i svetsbadet.Samtidigt ökar strålens avböjning också värmetillförseln per ytenhet.Svetsens djup-till-bredd-förhållande reduceras, vilket bidrar till uppkomsten av bubblor, vilket eliminerar porer.Å andra sidan får balkens svängning att det lilla hålet svänger i enlighet därmed, vilket också kan ge en omrörningskraft för svetsbadet, öka svetsbassängens konvektion och omrörning och ha en gynnsam effekt på att eliminera porerna.
För det femte hänvisar pulsfrekvensen, pulsfrekvensen till antalet pulser som emitteras av laserstrålen per tidsenhet, vilket kommer att påverka värmetillförseln och värmeackumuleringen i den smälta poolen och sedan påverka temperaturfältet och flödesfältet i smältan. slå samman.Om pulsfrekvensen är för hög kommer det att leda till överdriven värmetillförsel i den smälta poolen, vilket gör att temperaturen i den smälta poolen blir för hög, vilket producerar metallånga eller andra element som är flyktiga vid höga temperaturer, vilket resulterar i porer.Om pulsfrekvensen är för låg kommer det att leda till otillräcklig värmeackumulering i den smälta poolen, vilket gör att temperaturen i den smälta poolen blir för låg, vilket minskar upplösningen och utsläpp av gas, vilket resulterar i porer.Generellt sett bör pulsfrekvensen väljas inom ett rimligt område baserat på substrattjocklek och lasereffekt, och undvika att vara för hög eller för låg.
Svetshål (lasersvetsning)
2. Svetsstänk
Stänk som genereras under svetsprocessen, lasersvetsning kommer att allvarligt påverka svetsens ytkvalitet och kommer att förorena och skada linsen.Den allmänna prestandan är som följer: efter att lasersvetsningen är klar uppträder många metallpartiklar på ytan av materialet eller arbetsstycket och fäster vid ytan av materialet eller arbetsstycket.Den mest intuitiva prestandan är att när man svetsar i galvanometerns läge, efter en tids användning av galvanometerns skyddslins, kommer det att finnas täta gropar på ytan, och dessa gropar orsakas av svetsstänk.Efter en lång tid är det lätt att blockera ljuset, och det kommer att uppstå problem med svetsljus, vilket resulterar i en rad problem som trasig svetsning och virtuell svetsning.
Vilka är orsakerna till stänk?
För det första är effekttätheten, ju större effekttätheten, desto lättare är det att generera stänk, och stänket är direkt relaterat till effekttätheten.Detta är ett hundraårigt problem.Åtminstone hittills har branschen inte kunnat lösa problemet med stänk, och kan bara säga att det har minskat något.Inom litiumbatteriindustrin är stänk den största boven i batterikortslutningen, men det har inte kunnat lösa grundorsaken.Effekten av stänk på batteriet kan endast minskas ur skyddssynpunkt.Till exempel läggs en cirkel av dammborttagningsportar och skyddskåpor runt svetsdelen, och rader av luftknivar läggs till i cirklar för att förhindra påverkan av stänk eller till och med skada på batteriet.Att förstöra miljön, produkter och komponenter runt svetsstationen kan sägas ha uttömt medlen.
När det gäller att lösa stänkproblemet kan man bara säga att en minskning av svetsenergin hjälper till att minska stänk.Att minska svetshastigheten kan också hjälpa om penetrationen är otillräcklig.Men i vissa speciella processkrav har det liten effekt.Det är samma process, olika maskiner och olika partier av material har helt olika svetseffekter.Därför finns det en oskriven regel i den nya energiindustrin, en uppsättning svetsparametrar för en utrustning.
För det andra, om ytan på det bearbetade materialet eller arbetsstycket inte rengörs, kommer oljefläckar eller föroreningar också att orsaka allvarliga stänk.För närvarande är det enklaste att rengöra ytan på det bearbetade materialet.
3. Hög reflektivitet av lasersvetsning
Generellt sett avser hög reflektion det faktum att bearbetningsmaterialet har en liten resistivitet, en relativt slät yta och en låg absorptionshastighet för nära-infraröda lasrar, vilket leder till en stor mängd laseremission, och eftersom de flesta lasrar används vertikalt På grund av materialet eller en liten lutning kommer det återkommande laserljuset in i utgångshuvudet igen, och även en del av det återkommande ljuset kopplas in i den energiöverförande fibern och sänds tillbaka längs fibern till insidan av lasern, vilket gör att kärnkomponenterna inuti lasern fortsätter att ha hög temperatur.
När reflektionsförmågan är för hög under lasersvetsning kan följande lösningar användas:
3.1 Använd antireflexbeläggning eller behandla materialets yta: beläggning av svetsmaterialets yta med en antireflexbeläggning kan effektivt minska laserns reflektionsförmåga.Denna beläggning är vanligtvis ett speciellt optiskt material med låg reflektivitet som absorberar laserenergi istället för att reflektera den tillbaka.I vissa processer, såsom strömavtagaresvetsning, mjuk anslutning etc., kan ytan också präglas.
3.2 Justera svetsvinkeln: Genom att justera svetsvinkeln kan laserstrålen falla in på svetsmaterialet i en mer lämplig vinkel och minska förekomsten av reflektion.Normalt sett är laserstrålen infallande vinkelrätt mot ytan på materialet som ska svetsas ett bra sätt att minska reflektioner.
3.3 Tillsats av extra absorbent: Under svetsprocessen tillsätts en viss mängd extra absorbent, såsom pulver eller vätska, till svetsen.Dessa absorbenter absorberar laserenergi och minskar reflektionsförmågan.Lämplig absorbent måste väljas baserat på de specifika svetsmaterialen och tillämpningsscenarierna.Inom litiumbatteriindustrin är detta osannolikt.
3.4 Använd optisk fiber för att överföra laser: Om möjligt kan optisk fiber användas för att överföra laser till svetspositionen för att minska reflektionsförmågan.Optiska fibrer kan leda laserstrålen till svetsområdet för att undvika direkt exponering för svetsmaterialets yta och minska förekomsten av reflektioner.
3.5 Justering av laserparametrar: Genom att justera parametrar som lasereffekt, brännvidd och brännviddsdiameter kan fördelningen av laserenergi kontrolleras och reflektioner kan minskas.För vissa reflekterande material kan reducering av lasereffekt vara ett effektivt sätt att minska reflektioner.
3.6 Använd en stråldelare: En stråldelare kan leda en del av laserenergin in i absorptionsanordningen och därigenom minska förekomsten av reflektioner.Stråldelningsanordningar består vanligtvis av optiska komponenter och absorbatorer, och genom att välja lämpliga komponenter och justera anordningens layout kan lägre reflektionsförmåga uppnås.
4. Svetsunderskärning
Vilka processer är mer benägna att orsaka underskridande i tillverkningsprocessen för litiumbatterier?Varför uppstår underprissättning?Låt oss analysera det.
Underskuren, i allmänhet är svetsråvarorna inte väl kombinerade med varandra, gapet är för stort eller spåret uppträder, djupet och bredden är i princip större än 0,5 mm, den totala längden är större än 10% av svetslängden, eller större än produktprocessstandarden den begärda längden.
Under hela tillverkningsprocessen för litiumbatterier är det mer sannolikt att underskärning uppstår, och det är vanligtvis fördelat i tätningsförsvetsningen och svetsningen av den cylindriska täckplattan och tätningsförsvetsningen och svetsningen av den fyrkantiga aluminiumskaltäckplattan.Den främsta anledningen är att den tätande täckplåten måste samarbeta med skalet för att svetsa, matchningsprocessen mellan den tätande täckplåten och skalet är benägen att för stora svetsgap, spår, kollaps, etc., så den är särskilt benägen för underskärningar .
Så vad orsakar underprissättning?
Om svetshastigheten är för hög kommer den flytande metallen bakom det lilla hålet som pekar mot mitten av svetsen inte att hinna omfördelas, vilket resulterar i stelning och underskärning på båda sidor av svetsen.Med tanke på ovanstående situation måste vi optimera svetsparametrarna.Enkelt uttryckt är det upprepade experiment för att verifiera olika parametrar och fortsätta att göra DOE tills lämpliga parametrar hittas.
2. Överdrivna svetsgap, spår, kollapser etc. av svetsmaterial kommer att minska mängden smält metall som fyller mellanrummen, vilket gör att underskärningar blir mer benägna.Det här är en fråga om utrustning och råvaror.Huruvida svetsråvarorna uppfyller de inkommande materialkraven i vår process, om utrustningens noggrannhet uppfyller kraven etc. Normal praxis är att ständigt tortera och slå leverantörerna och de personer som ansvarar för utrustningen.
3. Om energin sjunker för snabbt i slutet av lasersvetsningen kan det lilla hålet kollapsa, vilket resulterar i lokal underskärning.Korrekt matchning av kraft och hastighet kan effektivt förhindra bildandet av underskärningar.Som det gamla ordspråket säger, upprepa experiment, verifiera olika parametrar och fortsätt DOE tills du hittar rätt parametrar.
5. Svetscentrum kollaps
Om svetshastigheten är låg blir den smälta poolen större och bredare, vilket ökar mängden smält metall.Detta kan göra det svårt att upprätthålla ytspänningen.När den smälta metallen blir för tung kan mitten av svetsen sjunka och bilda stup och gropar.I detta fall måste energitätheten reduceras på lämpligt sätt för att förhindra att smältbassängen kollapsar.
I en annan situation bildar svetsgapet bara en kollaps utan att orsaka perforering.Detta är utan tvekan ett problem med presspassning av utrustning.
En korrekt förståelse av de defekter som kan uppstå under lasersvetsning och orsakerna till olika defekter möjliggör ett mer målinriktat tillvägagångssätt för att lösa eventuella onormala svetsproblem.
6. Svetssprickor
De sprickor som uppstår vid kontinuerlig lasersvetsning är främst termiska sprickor, såsom kristallsprickor och kondensationssprickor.Den främsta orsaken till dessa sprickor är de stora krympkrafter som genereras av svetsen innan den stelnar helt.
Det finns också följande orsaker till sprickor vid lasersvetsning:
1. Orimlig svetskonstruktion: Felaktig design av svetsens geometri och storlek kan orsaka svetsspänningskoncentration och därigenom orsaka sprickor.Lösningen är att optimera svetskonstruktionen för att undvika svetsspänningskoncentration.Du kan använda lämpliga offsetsvetsar, ändra svetsformen osv.
2. Felaktig överensstämmelse mellan svetsparametrar: Felaktigt val av svetsparametrar, såsom för hög svetshastighet, för hög effekt, etc., kan leda till ojämna temperaturförändringar i svetsområdet, vilket resulterar i stora svetsspänningar och sprickor.Lösningen är att justera svetsparametrarna för att matcha det specifika materialet och svetsförhållandena.
3. Dålig förberedelse av svetsytan: Underlåtenhet att rengöra och förbehandla svetsytan på rätt sätt före svetsning, såsom att ta bort oxider, fett etc., kommer att påverka svetsens kvalitet och styrka och leda till lätt sprickor.Lösningen är att rengöra och förbehandla svetsytan på ett adekvat sätt för att säkerställa att föroreningar och föroreningar i svetsområdet behandlas effektivt.
4. Felaktig kontroll av svetsvärmetillförsel: Dålig kontroll av värmetillförsel under svetsning, såsom för hög temperatur under svetsning, felaktig nedkylningshastighet av svetsskiktet etc., kommer att leda till förändringar i svetsområdets struktur, vilket resulterar i sprickor .Lösningen är att kontrollera temperaturen och kylningshastigheten under svetsning för att undvika överhettning och snabb nedkylning.
5. Otillräcklig avspänning: Otillräcklig avspänningsbehandling efter svetsning kommer att resultera i otillräcklig avspänning i det svetsade området, vilket lätt leder till sprickor.Lösningen är att utföra lämplig avspänningsbehandling efter svetsning, såsom värmebehandling eller vibrationsbehandling (huvudorsak).
När det gäller tillverkningsprocessen för litiumbatterier, vilka processer är mer benägna att orsaka sprickor?
I allmänhet är sprickor benägna att uppstå under förseglingssvetsning, såsom tätningssvetsning av cylindriska stålskal eller aluminiumskal, tätningssvetsning av fyrkantiga aluminiumskal etc. Under modulförpackningsprocessen är dessutom svetsningen av strömavtagaren benägen. till sprickor.
Naturligtvis kan vi även använda fylltråd, förvärmning eller andra metoder för att minska eller eliminera dessa sprickor.
Posttid: 2023-01-01
