Under senare år, tack vare den snabba utvecklingen av den nya energiindustrin, har lasersvetsning snabbt penetrerat hela den nya energiindustrin på grund av dess snabba och stabila fördelar. Bland dem står lasersvetsutrustning för den högsta andelen tillämpningar i hela den nya energiindustrin.
Lasersvetsninghar snabbt blivit förstahandsvalet inom alla samhällsskikt tack vare sin höga hastighet, stora djup och små deformation. Från punktsvetsar till stumsvetsar, påbyggnads- och tätningssvetsar,lasersvetsningger oöverträffad precision och kontroll. Den spelar en viktig roll inom industriell produktion och tillverkning, inklusive militärindustrin, sjukvården, flyg- och rymdindustrin, 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 transparenta för laserstrålen.
3. Den kan svetsa eldfasta material som titan och kvarts, och kan även svetsa olika material med goda 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 punkt erhållas och positioneras 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 senare år har YAG-laserbearbetningstekniken anammat optisk fiberöverföringsteknik, vilket har gjort det möjligt att marknadsföra och tillämpa lasersvetstekniken i större utsträckning.
7. Laserstrålen är lätt att dela upp i tid och rum, och flera strålar kan bearbetas på flera platser samtidigt, vilket ger förutsättningar för mer exakt svetsning.
Defekt:
1. Arbetsstyckets monteringsnoggrannhet måste vara hög, och strålens position på arbetsstycket får inte avvika nämnvärt. Detta beror på att laserpunktsstorleken efter fokusering är liten och svetsfogen är smal, vilket gör det svårt att lägga till tillsatsmaterial. Om arbetsstyckets monteringsnoggrannhet eller strålens positioneringsnoggrannhet inte uppfyller kraven är det lätt att uppstå svetsfel.
2. Kostnaden för lasrar och relaterade system är hög, och engångsinvesteringen är stor.
Vanliga lasersvetsningsfeli tillverkning av litiumbatterier
1. Svetsporositet
Vanliga defekter ilasersvetsningär porer. Den smälta svetsbassängen är djup och smal. Under lasersvetsningsprocessen invaderar kväve den smälta bassängen utifrån. Under metallens kylnings- och stelningsprocess minskar kvävets löslighet med temperaturen. När den smälta bassängen svalnar för att börja kristallisera, kommer lösligheten att minska kraftigt och plötsligt. Vid denna tidpunkt kommer en stor mängd gas att fällas ut och bilda bubblor. Om bubblornas flythastighet är lägre än metallens kristallisationshastighet kommer porer att genereras.
I tillämpningar inom litiumbatteriindustrin ser vi ofta att porer är särskilt benägna att uppstå under svetsning av den positiva elektroden, men sällan förekommer vid svetsning av den negativa elektroden. Detta beror på att den positiva elektroden är tillverkad av aluminium och den negativa elektroden är tillverkad av koppar. Under svetsningen har den flytande aluminiumen på ytan kondenserat innan den inre gasen svämmar över helt, vilket förhindrar att gasen svämmar över och bildar stora och små hål. Små klyvöppningar.
Förutom de ovan nämnda orsakerna till porer inkluderar porer även utomhusluft, fukt, ytolja etc. Dessutom kommer riktningen och vinkeln för kväveinblåsningen också att påverka porbildningen.
Hur kan man minska förekomsten av svetsporer?
Först, innansvetsning, oljefläckar och föroreningar på ytan av inkommande material måste rengöras i tid; vid tillverkning av litiumbatterier är inspektion av inkommande material en viktig process.
För det andra bör skyddsgasflödet justeras enligt faktorer som svetshastighet, effekt, position etc., och bör varken vara för stort eller för litet. Skyddsmantelns tryck bör justeras enligt faktorer som lasereffekt och fokusposition, och bör varken vara för högt eller för lågt. Formen på skyddsmantelns munstycke bör justeras enligt svetsens form, riktning och andra faktorer så att skyddsmanteln jämnt kan täcka svetsområdet.
För det tredje, kontrollera temperaturen, fuktigheten och dammhalten i luften i verkstaden. Omgivningstemperaturen och fuktigheten påverkar fukthalten på substratets yta och skyddsgasen, vilket i sin tur påverkar genereringen och avgivningen av vattenånga i smältbadet. Om omgivningstemperaturen och fuktigheten är för hög kommer det att finnas för mycket fukt på substratets yta och skyddsgasen, vilket genererar en stor mängd vattenånga, vilket resulterar i porer. Om omgivningstemperaturen och fuktigheten är för låg kommer det att finnas för lite fukt på substratets yta och i skyddsgasen, vilket minskar genereringen av vattenånga och därigenom minskar porerna; låt kvalitetspersonalen bestämma målvärdet för temperatur, fuktighet och damm vid svetsstationen.
För det fjärde används strålsvängningsmetoden för att minska eller eliminera porer vid laserdjupsvetsning. På grund av tillägget av svängning under svetsning orsakar strålens fram- och återgående svängning mot svetssömmen upprepad omsmältning av en del av svetssömmen, vilket förlänger uppehållstiden för den flytande metallen i svetsbassängen. Samtidigt ökar strålens avböjning också värmetillförseln per ytenhet. Förhållandet mellan djup och bredd hos svetsen minskas, vilket bidrar till uppkomsten av bubblor och därigenom eliminerar porer. Å andra sidan orsakar strålens svängning att det lilla hålet svänger i enlighet därmed, vilket också kan ge en omrörningskraft för svetsbassängen, öka konvektionen och omrörningen i svetsbassängen och ha en gynnsam effekt på att eliminera porer.
För det femte, pulsfrekvensen, hänvisar pulsfrekvensen till antalet pulser som avges av laserstrålen per tidsenhet, vilket påverkar värmeinmatningen och värmeackumuleringen i smältbadet och sedan temperaturfältet och flödesfältet i smältbadet. Om pulsfrekvensen är för hög leder det till för hög värmeinmatning i smältbadet, vilket gör att temperaturen i smältbadet blir för hög och producerar metallånga eller andra element som är flyktiga vid höga temperaturer, vilket resulterar i porer. Om pulsfrekvensen är för låg leder det till otillräcklig värmeackumulering i smältbadet, vilket gör att temperaturen i smältbadet blir för låg, vilket minskar upplösningen och gasutsläppet och resulterar i porer. Generellt sett bör pulsfrekvensen väljas inom ett rimligt intervall 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 allvarligt att påverka svetsfogens ytkvalitet och förorena och skada linsen. Den allmänna prestandan är följande: efter att lasersvetsningen är klar, uppstår många metallpartiklar på materialets eller arbetsstyckets yta och fastnar på materialets eller arbetsstyckets yta. Den mest intuitiva prestandan är att vid svetsning i galvanometerläge, efter en tids användning av galvanometerns skyddslins, kommer det att finnas täta gropar på ytan, och dessa gropar orsakas av svetsstänk. Efter en längre tid är det lätt att blockera ljuset, och det kommer att uppstå problem med svetsljuset, vilket resulterar i en rad problem som svetsbrott och virtuell svetsning.
Vilka är orsakerna till stänk?
För det första, effekttätheten, ju högre effekttätheten är, desto lättare är det att generera stänk, och stänket är direkt relaterat till effekttätheten. Detta är ett sekelgamalt problem. Åtminstone hittills har industrin inte kunnat lösa problemet med stänk, och kan bara säga att det har minskat något. Inom litiumbatteriindustrin är stänk den största boven i dramat till batterikortslutning, men den har inte kunnat lösa grundorsaken. Stänkets inverkan på batteriet kan bara 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 stänkpåverkan eller till och med skador på batteriet. Att förstöra miljön, produkterna och komponenterna runt svetsstationen kan sägas ha uttömt medlen.
När det gäller att lösa stänkproblemet kan man bara säga att en minskning av svetsenergin bidrar 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 materialpartier har helt olika svetseffekter. Därför finns det en oskriven regel inom den nya energiindustrin, en uppsättning svetsparametrar för en utrustningsdel.
För det andra, om ytan på det bearbetade materialet eller arbetsstycket inte rengörs, kommer oljefläckar eller föroreningar också att orsaka allvarliga stänk. Vid denna tidpunkt är det enklaste att rengöra ytan på det bearbetade materialet.
3. Hög reflektivitet vid lasersvetsning
Generellt sett hänvisar hög reflektion till 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 materialets lutning eller den lilla mängden lutning återvänder det återvändande laserljuset till utgångshuvudet, och till och med en del av det återvändande ljuset kopplas in i den energiöverförande fibern och överförs tillbaka längs fibern till laserns insida, vilket gör att kärnkomponenterna inuti lasern fortsätter att vara vid hög temperatur.
När reflektiviteten är för hög vid lasersvetsning kan följande lösningar vidtas:
3.1 Använd antireflexbeläggning eller behandla materialets yta: att belägga svetsmaterialets yta med en antireflexbeläggning kan effektivt minska laserns reflektivitet. Denna beläggning är vanligtvis ett speciellt optiskt material med låg reflektivitet som absorberar laserenergi istället för att reflektera tillbaka den. I vissa processer, såsom strömavtagaresvetsning, mjukfog etc., kan ytan också präglas.
3.2 Justera svetsvinkeln: Genom att justera svetsvinkeln kan laserstrålen infalla på svetsmaterialet i en mer lämplig vinkel och minska förekomsten av reflektion. Normalt sett är det ett bra sätt att minska reflektioner att ha laserstrålen vinkelrätt mot ytan på materialet som ska svetsas.
3.3 Tillsats av hjälpabsorbent: Under svetsprocessen tillsätts en viss mängd hjälpabsorbent, såsom pulver eller vätska, till svetsen. Dessa absorbenter absorberar laserenergi och minskar reflektiviteten. 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 mot svetsmaterialets yta och minska förekomsten av reflektioner.
3.5 Justera laserparametrar: Genom att justera parametrar som lasereffekt, brännvidd och brännviddsdiameter kan fördelningen av laserenergi kontrolleras och reflektioner minskas. För vissa reflekterande material kan en minskning av lasereffekten 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. Stråldelare består vanligtvis av optiska komponenter och absorbenter, och genom att välja lämpliga komponenter och justera anordningens layout kan lägre reflektivitet uppnås.
4. Svetsunderskärning
Vilka processer är mer benägna att orsaka prisunderskridning i tillverkningsprocessen för litiumbatterier? Varför uppstår prisunderskridning? Låt oss analysera det.
Underskärning, generellt sett är svetsråvarorna inte väl kombinerade med varandra, gapet är för stort eller det uppstår spår, djupet och bredden är i princip större än 0,5 mm, den totala längden är större än 10 % av svetslängden, eller större än den begärda längden enligt produktprocessstandarden.
I hela tillverkningsprocessen för litiumbatterier är det mer sannolikt att underskärning förekommer, och det är generellt fördelat i förseglingens försvetsning och svetsning av den cylindriska täckplattan och förseglingens försvetsning och svetsning av den fyrkantiga aluminiumhöljets täckplatta. Den främsta anledningen är att tätningsplattan måste samarbeta med skalet för att svetsas, och matchningsprocessen mellan tätningsplattan och skalet är benägen att orsaka alltför stora svetsspår, spår, kollaps etc., så det är särskilt benäget att underskärning sker.
Så vad orsakar underprissättning?
Om svetshastigheten är för hög kommer den flytande metallen bakom det lilla hålet som pekar mot svetsens mitt inte att ha tid att omfördelas, vilket resulterar i stelning och underskärning på båda sidor av svetsen. Med tanke på ovanstående situation behöver vi optimera svetsparametrarna. Enkelt uttryckt upprepas experiment för att verifiera olika parametrar och fortsätter att göra DOE tills lämpliga parametrar hittas.
2. För stora svetsglipor, spår, kollapser etc. i svetsmaterialen kommer att minska mängden smält metall som fyller gliporna, vilket gör det mer sannolikt att underskärningar uppstår. Detta är en fråga om utrustning och råmaterial. Huruvida svetsråmaterialet uppfyller kraven för inkommande material i vår process, huruvida utrustningens noggrannhet uppfyller kraven etc. Normal praxis är att ständigt tortera och misshandla 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 effekt 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. Svetscentrums kollaps
Om svetshastigheten är låg blir smältbadet större och bredare, vilket ökar mängden smält metall. Detta kan göra det svårt att bibehålla ytspänningen. När den smälta metallen blir för tung kan mitten av svetsen sjunka och bilda gropar och doppar. I detta fall måste energitätheten minskas på lämpligt sätt för att förhindra att smältbadet kollapsar.
I en annan situation bildar svetsgapet bara en kollaps utan att orsaka perforering. Detta är utan tvekan ett problem med presspassningen av utrustningen.
En korrekt förståelse av de defekter som kan uppstå vid lasersvetsning och orsakerna till olika defekter möjliggör en mer riktad strategi för att lösa eventuella onormala svetsproblem.
6. Svetssprickor
Sprickorna som uppstår vid kontinuerlig lasersvetsning är huvudsakligen 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 konstruktion av svetsens geometri och storlek kan orsaka svetsspänningskoncentrationer och därmed sprickor. Lösningen är att optimera svetskonstruktionen för att undvika svetsspänningskoncentrationer. Du kan använda lämpliga förskjutna svetsar, ändra svetsformen etc.
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 så att de matchar det specifika materialet och svetsförhållandena.
3. Dålig förberedelse av svetsytan: Underlåtenhet att rengöra och förbehandla svetsytan ordentligt före svetsning, såsom att ta bort oxider, fett etc., kommer att påverka svetsens kvalitet och hållfasthet och lätt leda till sprickor. Lösningen är att rengöra och förbehandla svetsytan ordentligt för att säkerställa att föroreningar och föroreningar i svetsområdet behandlas effektivt.
4. Felaktig kontroll av svetsvärmeinmatning: Dålig kontroll av värmeinmatning under svetsning, såsom för hög temperatur under svetsning, felaktig kylningshastighet för 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 kylning.
5. Otillräcklig spänningsavlastning: Otillräcklig spänningsavlastning efter svetsning leder till otillräcklig spänningsavlastning i det svetsade området, vilket lätt leder till sprickor. Lösningen är att utföra lämplig spänningsavlastning efter svetsning, såsom värmebehandling eller vibrationsbehandling (främsta orsaken).
När det gäller tillverkningsprocessen för litiumbatterier, vilka processer är mer benägna att orsaka sprickor?
Generellt sett är sprickor benägna att uppstå vid tätningssvetsning, såsom tätningssvetsning av cylindriska stålskal eller aluminiumskal, tätningssvetsning av fyrkantiga aluminiumskal, etc. Dessutom är svetsningen av strömavtagaren också benägen att uppstå sprickor under modulens förpackningsprocessen.
Naturligtvis kan vi också använda tillsatstråd, förvärmning eller andra metoder för att minska eller eliminera dessa sprickor.
Publiceringstid: 1 september 2023
