I de senere årene, takket være den raske utviklingen av den nye energibransjen, har lasersveising raskt trengt inn i hele den nye energibransjen på grunn av sine raske og stabile fordeler. Blant dem står lasersveiseutstyr for den høyeste andelen av bruksområder i hele den nye energibransjen.
Lasersveisinghar raskt blitt førstevalget i alle samfunnslag på grunn av sin høye hastighet, store dybde og små deformasjon. Fra punktsveiser til buttsveiser, oppbyggings- og tetningssveiser,lasersveisinggir uovertruffen presisjon og kontroll. Den spiller en viktig rolle i industriell produksjon og produksjon, inkludert militærindustri, medisinsk behandling, luftfart, 3C-bildeler, mekanisk metallplate, ny energi og andre industrier.
Sammenlignet med andre sveiseteknologier har lasersveising sine unike fordeler og ulemper.
Fordel:
1. Rask hastighet, stor dybde og liten deformasjon.
2. Sveising kan utføres ved normal temperatur eller under spesielle forhold, og sveiseutstyret er enkelt. For eksempel driver ikke en laserstråle i et elektromagnetisk felt. Lasere kan sveise i vakuum, luft eller visse gassmiljøer, og kan sveise materialer som er gjennom glass eller transparente for laserstrålen.
3. Den kan sveise ildfaste materialer som titan og kvarts, og kan også sveise forskjellige materialer med gode resultater.
4. Etter at laseren er fokusert, er effekttettheten høy. Sideforholdet kan nå 5:1, og kan nå opptil 10:1 ved sveising av høyeffektsenheter.
5. Mikrosveising kan utføres. Etter at laserstrålen er fokusert, kan et lite punkt oppnås og plasseres nøyaktig. Det kan brukes til montering og sveising av mikro- og små arbeidsstykker for å oppnå automatisert masseproduksjon.
6. Den kan sveise vanskelig tilgjengelige områder og utføre berøringsfri langdistansesveising med stor fleksibilitet. Spesielt de siste årene har YAG-laserbehandlingsteknologi tatt i bruk optisk fiberoverføringsteknologi, noe som har gjort det mulig å markedsføre og anvende lasersveiseteknologi i større grad.
7. Laserstrålen er enkel å dele i tid og rom, og flere stråler kan behandles på flere steder samtidig, noe som gir betingelser for mer presis sveising.
Mangel:
1. Arbeidsstykkets monteringsnøyaktighet må være høy, og strålens posisjon på arbeidsstykket må ikke avvike betydelig. Dette skyldes at laserpunktstørrelsen etter fokusering er liten og sveisesømmen er smal, noe som gjør det vanskelig å legge til fyllmaterialer. Hvis arbeidsstykkets monteringsnøyaktighet eller strålens posisjoneringsnøyaktighet ikke oppfyller kravene, er det sannsynlig at det oppstår sveisefeil.
2. Kostnaden for lasere og relaterte systemer er høy, og engangsinvesteringen er stor.
Vanlige lasersveisingsfeili produksjon av litiumbatterier
1. Sveiseporøsitet
Vanlige defekter ilasersveisinger porer. Det smeltede dammen under sveising er dyp og smal. Under lasersveiseprosessen trenger nitrogen inn i smeltedammen utenfra. Under metallets avkjølings- og størkningsprosess avtar løseligheten av nitrogen med temperaturen synkende. Når det smeltede metallet avkjøles for å begynne å krystallisere, vil løseligheten synke kraftig og plutselig. På dette tidspunktet vil en stor mengde gass utfelles og danne bobler. Hvis boblenes flytehastighet er lavere enn metallets krystalliseringshastighet, vil det dannes porer.
I litiumbatteriindustrien finner vi ofte at porer er spesielt sannsynlige å oppstå under sveising av den positive elektroden, men sjelden under sveising av den negative elektroden. Dette er fordi den positive elektroden er laget av aluminium og den negative elektroden er laget av kobber. Under sveising har den flytende aluminiumen på overflaten kondensert før den indre gassen renner helt over, noe som forhindrer at gassen renner over og danner store og små hull. Små stomata.
I tillegg til årsakene til porer nevnt ovenfor, omfatter porer også uteluft, fuktighet, overflateolje, osv. I tillegg vil retningen og vinkelen på nitrogenblåsingen også påvirke dannelsen av porer.
Hvordan redusere forekomsten av sveiseporer?
Først, førsveising, oljeflekker og urenheter på overflaten av innkommende materialer må rengjøres i tide; i produksjonen av litiumbatterier er inspeksjon av innkommende materialer en viktig prosess.
For det andre bør beskyttelsesgassstrømmen justeres i henhold til faktorer som sveisehastighet, effekt, posisjon osv., og bør verken være for stor eller for liten. Trykket i beskyttelseskappen bør justeres i henhold til faktorer som lasereffekt og fokusposisjon, og bør verken være for høyt eller for lavt. Formen på beskyttelseskappens dyse bør justeres i henhold til sveisens form, retning og andre faktorer, slik at beskyttelseskappen kan dekke sveiseområdet jevnt.
For det tredje, kontroller temperaturen, fuktigheten og støvet i luften i verkstedet. Omgivelsestemperaturen og fuktigheten vil påvirke fuktighetsinnholdet på overflaten av substratet og beskyttelsesgassen, noe som igjen vil påvirke genereringen og frigjøringen av vanndamp i smeltebadet. Hvis omgivelsestemperaturen og fuktigheten er for høy, vil det være for mye fuktighet på overflaten av substratet og beskyttelsesgassen, noe som genererer en stor mengde vanndamp, noe som resulterer i porer. Hvis omgivelsestemperaturen og fuktigheten er for lav, vil det være for lite fuktighet på overflaten av substratet og i beskyttelsesgassen, noe som reduserer genereringen av vanndamp og dermed reduserer porene. La kvalitetspersonellet bestemme målverdien for temperatur, fuktighet og støv ved sveisestasjonen.
For det fjerde brukes strålesvingmetoden for å redusere eller eliminere porer i laserdyppenetrasjonssveising. På grunn av svingingen under sveising, forårsaker den frem- og tilbakegående svingen av strålen til sveisesømmen gjentatt omsmelting av deler av sveisesømmen, noe som forlenger oppholdstiden til det flytende metallet i sveisebadet. Samtidig øker strålens avbøyning også varmetilførselen per arealenhet. Forholdet mellom dybde og bredde i sveisesømmen reduseres, noe som bidrar til fremveksten av bobler, og dermed eliminerer porer. På den annen side fører strålens svinging til at det lille hullet svinger tilsvarende, noe som også kan gi en omrøringskraft for sveisebadet, øke konveksjonen og omrøringen i sveisebadet, og ha en gunstig effekt på å eliminere porene.
For det femte, pulsfrekvensen. Pulsfrekvensen refererer til antall pulser som sendes ut av laserstrålen per tidsenhet. Dette vil påvirke varmetilførselen og varmeakkumuleringen i smeltebadet, og deretter påvirke temperaturfeltet og strømningsfeltet i smeltebadet. Hvis pulsfrekvensen er for høy, vil det føre til for høy varmetilførsel i smeltebadet, noe som fører til at temperaturen i smeltebadet blir for høy. Dette vil føre til metalldamp eller andre elementer som er flyktige ved høye temperaturer, noe som resulterer i porer. Hvis pulsfrekvensen er for lav, vil det føre til utilstrekkelig varmeakkumulering i smeltebadet, noe som fører til at temperaturen i smeltebadet blir for lav, noe som reduserer oppløsningen og gassutslippet, noe som resulterer i porer. Generelt sett bør pulsfrekvensen velges innenfor et rimelig område basert på substrattykkelse og lasereffekt, og unngå å være for høy eller for lav.
Sveisehull (lasersveising)
2. Sveisesprut
Spretten som genereres under sveiseprosessen, lasersveising, vil påvirke overflatekvaliteten på sveisen alvorlig, og vil forurense og skade linsen. Den generelle ytelsen er som følger: Etter at lasersveisingen er fullført, dukker det opp mange metallpartikler på overflaten av materialet eller arbeidsstykket og fester seg til overflaten av materialet eller arbeidsstykket. Den mest intuitive ytelsen er at når man sveiser i galvanometermodus, etter en periode med bruk av galvanometerets beskyttelseslinse, vil det være tette groper på overflaten, og disse gropene er forårsaket av sveisesprut. Etter lang tid er det lett å blokkere lyset, og det vil være problemer med sveiselyset, noe som resulterer i en rekke problemer som sveisebrudd og virtuell sveising.
Hva er årsakene til sprut?
For det første, effekttettheten, jo større effekttettheten er, desto lettere er det å generere sprut, og spruten er direkte relatert til effekttettheten. Dette er et århundregammelt problem. I hvert fall så langt har industrien ikke klart å løse problemet med sprut, og kan bare si at det har blitt litt redusert. I litiumbatteriindustrien er sprut den største synderen for kortslutning av batterier, men den har ikke klart å løse den underliggende årsaken. Sprutens påvirkning på batteriet kan bare reduseres fra et beskyttelsessynspunkt. For eksempel legges en sirkel med støvfjerningsporter og beskyttelsesdeksler rundt sveisedelen, og rader med luftkniver legges i sirkler for å forhindre sprutpåvirkning eller til og med skade på batteriet. Å ødelegge miljøet, produktene og komponentene rundt sveisestasjonen kan sies å ha uttømt midlene.
Når det gjelder å løse sprutproblemet, kan man bare si at det å redusere sveiseenergien bidrar til å redusere sprut. Å redusere sveisehastigheten kan også hjelpe hvis inntrengningen er utilstrekkelig. Men i noen spesielle prosesskrav har det liten effekt. Det er den samme prosessen, forskjellige maskiner og forskjellige materialpartier har helt forskjellige sveiseeffekter. Derfor er det en uskreven regel i den nye energibransjen, ett sett med sveiseparametere for ett utstyr.
For det andre, hvis overflaten på det bearbeidede materialet eller arbeidsstykket ikke rengjøres, vil oljeflekker eller forurensende stoffer også forårsake alvorlige sprut. På dette tidspunktet er det enkleste å rengjøre overflaten på det bearbeidede materialet.
3. Høy reflektivitet ved lasersveising
Generelt sett refererer høy refleksjon til det faktum at prosesseringsmaterialet har en liten resistivitet, en relativt glatt overflate og en lav absorpsjonshastighet for nær-infrarøde lasere, noe som fører til en stor mengde laserutslipp, og fordi de fleste lasere brukes i vertikal posisjon. På grunn av materialet eller en liten helling, kommer det returnerende laserlyset inn i utgangshodet igjen, og til og med deler av det returnerende lyset kobles inn i den energioverførende fiberen og overføres tilbake langs fiberen til innsiden av laseren, noe som gjør at kjernekomponentene inne i laseren fortsetter å være ved høy temperatur.
Når refleksjonsevnen er for høy under lasersveising, kan følgende løsninger tas:
3.1 Bruk antirefleksbelegg eller behandle materialets overflate: å belegge overflaten av sveisematerialet med et antirefleksbelegg kan effektivt redusere laserens refleksjonsevne. Dette belegget er vanligvis et spesielt optisk materiale med lav refleksjonsevne som absorberer laserenergi i stedet for å reflektere den tilbake. I noen prosesser, som strømkollektorsveising, myk forbindelse osv., kan overflaten også preges.
3.2 Juster sveisevinkelen: Ved å justere sveisevinkelen kan laserstrålen falle inn på sveisematerialet i en mer passende vinkel og redusere forekomsten av refleksjon. Normalt er det en god måte å redusere refleksjoner på å ha laserstrålen vinkelrett på overflaten av materialet som skal sveises.
3.3 Tilsetning av hjelpeabsorbent: Under sveiseprosessen tilsettes en viss mengde hjelpeabsorbent, for eksempel pulver eller væske, til sveisen. Disse absorbentene absorberer laserenergi og reduserer refleksjonsevnen. Riktig absorbent må velges basert på de spesifikke sveisematerialene og bruksscenariene. I litiumbatteriindustrien er dette usannsynlig.
3.4 Bruk optisk fiber til å overføre laser: Om mulig kan optisk fiber brukes til å overføre laser til sveiseposisjonen for å redusere refleksjonsevnen. Optiske fibre kan lede laserstrålen til sveiseområdet for å unngå direkte eksponering for overflaten av sveisematerialet og redusere forekomsten av refleksjoner.
3.5 Justering av laserparametere: Ved å justere parametere som lasereffekt, brennvidde og brennviddediameter kan fordelingen av laserenergi kontrolleres og refleksjoner reduseres. For noen reflekterende materialer kan det å redusere lasereffekten være en effektiv måte å redusere refleksjoner på.
3.6 Bruk en stråledeler: En stråledeler kan lede deler av laserenergien inn i absorpsjonsenheten, og dermed redusere forekomsten av refleksjoner. Stråledelende enheter består vanligvis av optiske komponenter og absorbere, og ved å velge passende komponenter og justere enhetens utforming kan lavere reflektivitet oppnås.
4. Sveiseunderskjæring
I produksjonsprosessen for litiumbatterier, hvilke prosesser er mest sannsynlig å forårsake underskjæring? Hvorfor oppstår underskjæring? La oss analysere det.
Underskjæring, generelt sett er ikke sveiseråmaterialene godt kombinert med hverandre, gapet er for stort eller det vises spor, dybden og bredden er i utgangspunktet større enn 0,5 mm, den totale lengden er større enn 10 % av sveiselengden, eller større enn den forespurte lengden i produktprosessstandarden.
I hele produksjonsprosessen for litiumbatterier er det mer sannsynlig at underskjæring forekommer, og det er vanligvis fordelt på forseglingen og sveisingen av den sylindriske dekselplaten og forseglingen og sveisingen av den firkantede aluminiumsdekselplaten. Hovedårsaken er at forseglingen av dekselplaten må samarbeide med skallet for å sveise, og samsvaringsprosessen mellom forseglingen av dekselplaten og skallet er utsatt for overdreven sveisehull, spor, kollaps osv., så det er spesielt utsatt for underskjæring.
Så hva forårsaker underskjæring?
Hvis sveisehastigheten er for høy, vil ikke det flytende metallet bak det lille hullet som peker mot midten av sveisen rekke å fordele seg på nytt, noe som resulterer i størkning og underskjæring på begge sider av sveisen. I lys av situasjonen ovenfor må vi optimalisere sveiseparametrene. Enkelt sagt, det er gjentatte eksperimenter for å verifisere ulike parametere, og fortsette å gjøre DOE til de riktige parameterne er funnet.
2. For store sveisehull, spor, kollaps osv. i sveisematerialer vil redusere mengden smeltet metall som fyller hullene, noe som gjør det mer sannsynlig at det oppstår underskjæringer. Dette er et spørsmål om utstyr og råvarer. Om sveiseråvarene oppfyller kravene til innkommende materialer i prosessen vår, om utstyrets nøyaktighet oppfyller kravene, osv. Normal praksis er å stadig torturere og slå leverandørene og de som har ansvaret for utstyret.
3. Hvis energien faller for raskt på slutten av lasersveisingen, kan det lille hullet kollapse, noe som resulterer i lokal underskjæring. Riktig samsvar mellom effekt og hastighet kan effektivt forhindre dannelse av underskjæringer. Som det gamle ordtaket sier, gjenta eksperimenter, verifiser ulike parametere, og fortsett DOE til du finner de riktige parameterne.
5. Kollaps av sveisesenteret
Hvis sveisehastigheten er lav, vil smeltebadet bli større og bredere, noe som øker mengden smeltet metall. Dette kan gjøre det vanskelig å opprettholde overflatespenningen. Når det smeltede metallet blir for tungt, kan midten av sveisen synke og danne fordypninger og groper. I dette tilfellet må energitettheten reduseres på passende måte for å forhindre kollaps av smeltebadet.
I en annen situasjon danner sveisegapet bare en kollaps uten å forårsake perforering. Dette er utvilsomt et problem med presspasningen til utstyret.
En god forståelse av feilene som kan oppstå under lasersveising og årsakene til ulike feil, muliggjør en mer målrettet tilnærming for å løse eventuelle unormale sveiseproblemer.
6. Sveisesprekker
Sprekkene som oppstår under kontinuerlig lasersveising er hovedsakelig termiske sprekker, som krystallsprekker og flytendegjøringssprekker. Hovedårsaken til disse sprekkene er de store krympekreftene som genereres av sveisen før den stivner helt.
Det er også følgende årsaker til sprekker i lasersveising:
1. Urimelig sveisedesign: Feil design av geometrien og størrelsen på sveisen kan forårsake sveisespenningskonsentrasjon, og dermed sprekker. Løsningen er å optimalisere sveisedesignet for å unngå sveisespenningskonsentrasjon. Du kan bruke passende forskjøvede sveiser, endre sveiseformen osv.
2. Feil samsvar mellom sveiseparametere: Feil valg av sveiseparametere, som for høy sveisehastighet, for høy effekt osv., kan føre til ujevne temperaturendringer i sveiseområdet, noe som resulterer i store sveisespenninger og sprekker. Løsningen er å justere sveiseparametrene slik at de samsvarer med det spesifikke materialet og sveiseforholdene.
3. Dårlig forberedelse av sveiseflaten: Manglende rengjøring og forbehandling av sveiseflaten før sveising, for eksempel fjerning av oksider, fett osv., vil påvirke sveisens kvalitet og styrke og lett føre til sprekker. Løsningen er å rengjøre og forbehandle sveiseflaten tilstrekkelig for å sikre at urenheter og forurensninger i sveiseområdet behandles effektivt.
4. Feil kontroll av sveisevarmetilførsel: Dårlig kontroll av varmetilførsel under sveising, som for eksempel for høy temperatur under sveising, feil kjølehastighet i sveiselaget osv., vil føre til endringer i strukturen i sveiseområdet, noe som resulterer i sprekker. Løsningen er å kontrollere temperaturen og kjølehastigheten under sveising for å unngå overoppheting og rask avkjøling.
5. Utilstrekkelig spenningsavlastning: Utilstrekkelig spenningsavlastningsbehandling etter sveising vil føre til utilstrekkelig spenningsavlastning i det sveisede området, noe som lett vil føre til sprekker. Løsningen er å utføre passende spenningsavlastningsbehandling etter sveising, for eksempel varmebehandling eller vibrasjonsbehandling (hovedårsak).
Når det gjelder produksjonsprosessen for litiumbatterier, hvilke prosesser er mer sannsynlig å forårsake sprekker?
Generelt sett er det en tendens til at sprekker oppstår under sveising, for eksempel ved sveising av sylindriske stålskall eller aluminiumsskall, og ved sveising av firkantede aluminiumsskall. I tillegg er sveising av strømkollektoren også utsatt for sprekker under modulens pakkingsprosess.
Selvfølgelig kan vi også bruke fylltråd, forvarming eller andre metoder for å redusere eller eliminere disse sprekkene.
Publisert: 01.09.2023
