Лазерная сварка
В последние годы, благодаря быстрому развитию новой энергетической отрасли, лазерная сварка быстро проникла во всю новую энергетическую отрасль благодаря своим быстрым и стабильным преимуществам.Среди них на оборудование для лазерной сварки приходится наибольшая доля применений во всей новой энергетической отрасли.
Лазерная сварка быстро стала предпочтительным выбором во всех сферах жизни из-за ее высокой скорости, большой глубины и небольшой деформации.Лазерная сварка обеспечивает непревзойденную точность и контроль — от точечных до стыковых, наплавочных и герметизирующих сварных швов.Он играет важную роль в промышленном производстве и производстве, включая военную промышленность, здравоохранение, аэрокосмическую промышленность, автозапчасти 3C, механическую обработку листового металла, новую энергетику и другие отрасли.
По сравнению с другими технологиями сварки лазерная сварка имеет свои уникальные преимущества и недостатки.
Преимущество:
1. Быстрая скорость, большая глубина и небольшая деформация.
2. Сварка может выполняться при нормальной температуре или в особых условиях, а сварочное оборудование простое.Например, лазерный луч не дрейфует в электромагнитном поле.Лазеры могут сваривать в вакууме, воздухе или определенных газовых средах, а также сваривать материалы, проходящие через стекло или прозрачные для лазерного луча.
3. Он может сваривать огнеупорные материалы, такие как титан и кварц, а также разнородные материалы с хорошими результатами.
4. После фокусировки лазера плотность мощности становится высокой.Соотношение сторон может достигать 5:1, а при сварке мощных устройств – до 10:1.
5. Возможна микросварка.После того, как лазерный луч сфокусирован, можно получить небольшое пятно и точно его позиционировать.Его можно применять для сборки и сварки микро- и небольших деталей для автоматизации массового производства.
6. Он может сваривать труднодоступные места и выполнять бесконтактную сварку на большие расстояния с большой гибкостью.Особенно в последние годы в технологии лазерной обработки YAG была принята технология передачи по оптоволоконному кабелю, что позволило более широко продвигать и применять технологию лазерной сварки.
7. Лазерный луч легко разделяется во времени и пространстве, а несколько лучей можно обрабатывать в нескольких местах одновременно, обеспечивая условия для более точной сварки.
Дефект:
1. Точность сборки заготовки должна быть высокой, а положение балки на заготовке не должно существенно отклоняться.Это связано с тем, что размер лазерного пятна после фокусировки мал, а сварной шов узок, что затрудняет добавление присадочных материалов.Если точность сборки заготовки или точность позиционирования балки не соответствует требованиям, могут возникнуть дефекты сварки.
2. Стоимость лазеров и связанных с ними систем высока, а единовременные инвестиции велики.
Распространенные дефекты лазерной сварки при производстве литиевых батарей
1. Сварочная пористость
Распространенными дефектами лазерной сварки являются поры.Ванна сварочного расплава глубокая и узкая.В процессе лазерной сварки азот проникает в ванну расплава снаружи.В процессе охлаждения и затвердевания металла растворимость азота снижается с понижением температуры.Когда расплавленный металл ванны остывает и начинает кристаллизоваться, растворимость резко и внезапно падает.В это время большое количество газа выпадет в осадок с образованием пузырьков.Если скорость плавания пузырьков меньше скорости кристаллизации металла, образуются поры.
При производстве литиевых батарей мы часто обнаруживаем, что поры особенно вероятны во время сварки положительного электрода, но редко возникают во время сварки отрицательного электрода.Это связано с тем, что положительный электрод изготовлен из алюминия, а отрицательный электрод — из меди.Во время сварки жидкий алюминий на поверхности конденсируется до того, как внутренний газ полностью переполнится, предотвращая перелив газа и образование больших и маленьких отверстий.Маленькие устьица.
Помимо упомянутых выше причин образования пор, поры также включают наружный воздух, влагу, поверхностное масло и т. д. Кроме того, на образование пор влияет направление и угол подачи азота.
А как уменьшить появление сварочных пор?
Во-первых, перед сваркой необходимо вовремя очистить масляные пятна и загрязнения на поверхности поступающих материалов;При производстве литиевых батарей входной контроль материалов является важным процессом.
Во-вторых, поток защитного газа должен регулироваться в соответствии с такими факторами, как скорость сварки, мощность, положение и т. д., и не должен быть ни слишком большим, ни слишком маленьким.Давление защитного плаща должно регулироваться в соответствии с такими факторами, как мощность лазера и положение фокуса, и не должно быть ни слишком высоким, ни слишком низким.Форму сопла защитного покрытия следует регулировать в соответствии с формой, направлением и другими факторами сварного шва, чтобы защитный слой мог равномерно покрывать зону сварки.
В-третьих, контролируйте температуру, влажность и запыленность воздуха в цехе.Температура и влажность окружающей среды влияют на содержание влаги на поверхности подложки и защитного газа, что, в свою очередь, влияет на образование и испарение водяного пара в ванне расплава.Если температура и влажность окружающей среды слишком высоки, на поверхности подложки и защитного газа будет слишком много влаги, что приведет к образованию большого количества водяного пара, что приведет к образованию пор.Если температура и влажность окружающей среды слишком низкие, на поверхности подложки и в защитном газе будет слишком мало влаги, что уменьшит образование водяного пара и тем самым уменьшит поры;пусть персонал по качеству определит целевое значение температуры, влажности и пыли на сварочной станции.
В-четвертых, метод качания луча используется для уменьшения или устранения пор при лазерной сварке с глубоким проплавлением.За счет добавления раскачки при сварке возвратно-поступательное раскачивание балки к сварному шву вызывает повторное переплавление части сварного шва, что продлевает время пребывания жидкого металла в сварочной ванне.В то же время прогиб балки также увеличивает тепловложение на единицу площади.Соотношение глубины и ширины шва уменьшается, что способствует появлению пузырьков, тем самым устраняя поры.С другой стороны, поворот луча вызывает соответствующее раскачивание небольшого отверстия, что также может обеспечить силу перемешивания сварочной ванны, увеличить конвекцию и перемешивание сварочной ванны, а также оказать благотворное влияние на устранение пор.
В-пятых, частота импульсов, частота импульсов относится к количеству импульсов, излучаемых лазерным лучом в единицу времени, что влияет на подвод тепла и накопление тепла в расплавленной ванне, а затем влияет на температурное поле и поле потока в расплавленной ванне. бассейн.Если частота импульсов слишком высока, это приведет к чрезмерному подводу тепла в ванну расплава, в результате чего температура ванны станет слишком высокой, что приведет к образованию паров металла или других элементов, летучих при высоких температурах, что приведет к образованию пор.Если частота импульсов слишком низкая, это приведет к недостаточному накоплению тепла в ванне расплава, в результате чего температура ванны будет слишком низкой, что уменьшит растворение и утечку газа, что приведет к образованию пор.Вообще говоря, частоту импульсов следует выбирать в разумных пределах, исходя из толщины подложки и мощности лазера, и избегать слишком высоких или слишком низких значений.
Сварка отверстий (лазерная сварка)
2. Сварочные брызги
Брызги, образующиеся в процессе сварки (лазерной сварки), серьезно влияют на качество поверхности сварного шва, загрязняют и повреждают линзу.Общая характеристика такова: после завершения лазерной сварки на поверхности материала или заготовки появляется множество металлических частиц и прилипает к поверхности материала или заготовки.Наиболее интуитивно понятным является то, что при сварке в режиме гальванометра после периода использования защитной линзы гальванометра на поверхности образуются плотные ямки, вызванные сварочными брызгами.По прошествии длительного времени свет легко заблокировать, и возникнут проблемы со сварочным освещением, что приведет к ряду проблем, таких как нарушение сварки и виртуальная сварка.
Каковы причины брызг?
Во-первых, плотность мощности: чем больше плотность мощности, тем легче создавать разбрызгивание, а разбрызгивание напрямую связано с плотностью мощности.Это проблема вековой давности.По крайней мере, до сих пор отрасль не смогла решить проблему разбрызгивания и может лишь сказать, что она немного сократилась.В производстве литиевых батарей разбрызгивание является основной причиной короткого замыкания батареи, но оно не может устранить основную причину.Воздействие брызг на батарею можно уменьшить только с точки зрения защиты.Например, вокруг сварочной части добавлен круг отверстий для удаления пыли и защитные крышки, а по кругу добавлены ряды воздушных ножей, чтобы предотвратить попадание брызг или даже повреждение батареи.Уничтожение окружающей среды, продуктов и компонентов вокруг сварочной станции, можно сказать, исчерпало средства.
Что касается решения проблемы разбрызгивания, то можно сказать лишь то, что снижение энергии сварки помогает уменьшить разбрызгивание.Снижение скорости сварки также может помочь, если провар недостаточен.Но в некоторых особых технологических требованиях это малоэффективно.Это один и тот же процесс, разные машины и разные партии материалов дают совершенно разные сварочные эффекты.Поэтому в новой энергетике существует неписаное правило: один набор параметров сварки для одной единицы оборудования.
Во-вторых, если поверхность обрабатываемого материала или заготовки не очистить, масляные пятна или загрязняющие вещества также могут стать причиной серьезных брызг.В это время проще всего очистить поверхность от обрабатываемого материала.
3. Высокая отражательная способность лазерной сварки.
Вообще говоря, высокое отражение относится к тому факту, что обрабатываемый материал имеет небольшое удельное сопротивление, относительно гладкую поверхность и низкую скорость поглощения для лазеров ближнего инфракрасного диапазона, что приводит к большому количеству лазерного излучения, а также потому, что используется большинство лазеров. в вертикальном положении Из-за материала или небольшого наклона возвращающийся лазерный свет снова попадает в выходную головку, и даже часть возвращающегося света попадает в передающее энергию волокно и передается обратно по волокну внутрь лазера, в результате чего основные компоненты внутри лазера продолжают оставаться при высокой температуре.
Если во время лазерной сварки отражательная способность слишком высока, можно принять следующие решения:
3.1 Используйте просветляющее покрытие или обработайте поверхность материала: покрытие поверхности сварочного материала просветляющим покрытием может эффективно снизить отражательную способность лазера.Это покрытие обычно представляет собой специальный оптический материал с низкой отражательной способностью, который поглощает лазерную энергию, а не отражает ее обратно.В некоторых процессах, таких как сварка токоприемника, мягкое соединение и т. д., поверхность также может быть тисненой.
3.2 Отрегулируйте угол сварки. Регулируя угол сварки, лазерный луч может падать на сварочный материал под более подходящим углом и уменьшать вероятность отражения.Обычно хорошим способом уменьшения отражений является попадание лазерного луча перпендикулярно поверхности свариваемого материала.
3.3 Добавление вспомогательного абсорбента: В процессе сварки в сварной шов добавляется определенное количество вспомогательного абсорбента, например порошка или жидкости.Эти поглотители поглощают лазерную энергию и уменьшают отражательную способность.Подходящий абсорбент необходимо выбирать в зависимости от конкретных сварочных материалов и сценариев применения.В индустрии литиевых батарей это маловероятно.
3.4. Используйте оптоволокно для передачи лазера. Если возможно, можно использовать оптоволокно для передачи лазера к месту сварки, чтобы уменьшить отражательную способность.Оптические волокна могут направлять лазерный луч к зоне сварки, чтобы избежать прямого воздействия на поверхность сварочного материала и уменьшить возникновение отражений.
3.5 Настройка параметров лазера. Регулируя такие параметры, как мощность лазера, фокусное расстояние и фокусный диаметр, можно контролировать распределение лазерной энергии и уменьшать отражения.Для некоторых отражающих материалов снижение мощности лазера может быть эффективным способом уменьшения отражений.
3.6. Используйте светоделитель. Светоделитель может направлять часть лазерной энергии в поглощающее устройство, тем самым уменьшая возникновение отражений.Устройства светоделения обычно состоят из оптических компонентов и поглотителей, и за счет выбора соответствующих компонентов и корректировки компоновки устройства можно добиться более низкой отражательной способности.
4. Сварочная подрезка
Какие процессы в процессе производства литиевых батарей с большей вероятностью приведут к снижению цен?Почему происходит подрезание?Давайте проанализируем это.
Подрез, как правило, сварочное сырье плохо сочетается друг с другом, зазор слишком велик или появляется канавка, глубина и ширина в основном больше 0,5 мм, общая длина превышает 10% длины сварного шва или больше, чем стандарт процесса продукта, запрошенная длина.
Во всем процессе производства литиевых батарей более вероятно возникновение подрезов, и они обычно распределяются между предварительной сваркой и сваркой цилиндрической крышки, а также предварительной сваркой и сваркой крышки квадратного алюминиевого корпуса.Основная причина заключается в том, что уплотнительная накладка должна взаимодействовать с корпусом для сварки, процесс согласования между уплотнительной накладкой и корпусом подвержен чрезмерным сварочным зазорам, канавкам, разрушению и т. д., поэтому он особенно подвержен подрезам. .
Так что же вызывает подрез?
Если скорость сварки слишком высокая, жидкий металл за небольшим отверстием, направленным к центру сварного шва, не успеет перераспределиться, что приведет к затвердеванию и подрезам с обеих сторон сварного шва.Учитывая вышеизложенную ситуацию, нам необходимо оптимизировать параметры сварки.Проще говоря, это повторение экспериментов по проверке различных параметров и продолжение ДОЭ до тех пор, пока не будут найдены подходящие параметры.
2. Чрезмерные сварочные зазоры, канавки, смятия и т. д. сварочных материалов уменьшают количество расплавленного металла, заполняющего зазоры, что повышает вероятность возникновения подрезов.Это вопрос оборудования и сырья.Соответствует ли сварочное сырье требованиям к входящим материалам нашего процесса, соответствует ли точность оборудования требованиям и т. д. Обычной практикой являются постоянные пытки и избиения поставщиков и людей, отвечающих за оборудование.
3. Если в конце лазерной сварки энергия падает слишком быстро, маленькое отверстие может разрушиться, что приведет к локальному подрезу.Правильное соответствие мощности и скорости может эффективно предотвратить образование подрезов.Как говорится в старой поговорке, повторяйте эксперименты, проверяйте различные параметры и продолжайте DOE, пока не найдете правильные параметры.
5. Разрушение центра сварного шва.
Если скорость сварки низкая, сварочная ванна будет больше и шире, увеличивая количество расплавленного металла.Это может затруднить поддержание поверхностного натяжения.Когда расплавленный металл становится слишком тяжелым, центр сварного шва может опуститься и образовать впадины и ямки.В этом случае плотность энергии необходимо соответствующим образом уменьшить, чтобы предотвратить коллапс ванны расплава.
В другой ситуации сварочный зазор просто образует развал, не вызывая перфорации.Это, несомненно, проблема запрессовки оборудования.
Правильное понимание дефектов, которые могут возникнуть при лазерной сварке, и причин различных дефектов позволяет более целенаправленно подходить к решению любых нештатных проблем со сваркой.
6. Сварные трещины
Трещины, возникающие при непрерывной лазерной сварке, в основном представляют собой термические трещины, такие как кристаллические трещины и трещины разжижения.Основной причиной этих трещин являются большие силы усадки, создаваемые сварным швом до его полного затвердевания.
Также существуют следующие причины появления трещин при лазерной сварке:
1. Нерациональная конструкция сварного шва. Неправильный расчет геометрии и размера сварного шва может привести к концентрации сварочных напряжений, что приведет к образованию трещин.Решение состоит в том, чтобы оптимизировать конструкцию сварного шва, чтобы избежать концентрации сварочных напряжений.Вы можете использовать соответствующие смещенные сварные швы, изменять форму сварного шва и т. д.
2. Несоответствие параметров сварки. Неправильный выбор параметров сварки, например, слишком высокая скорость сварки, слишком высокая мощность и т. д., может привести к неравномерному изменению температуры в зоне сварки, что приведет к большим сварочным напряжениям и трещинам.Решение состоит в том, чтобы настроить параметры сварки в соответствии с конкретным материалом и условиями сварки.
3. Плохая подготовка сварочной поверхности. Несоблюдение надлежащей очистки и предварительной обработки сварочной поверхности перед сваркой, например, удаление оксидов, жира и т. д., повлияет на качество и прочность сварного шва и легко приведет к образованию трещин.Решение состоит в том, чтобы надлежащим образом очистить и предварительно обработать поверхность сварки, чтобы обеспечить эффективную очистку примесей и загрязнений в зоне сварки.
4. Неправильный контроль погонной энергии при сварке. Плохой контроль погонной энергии при сварке, например, чрезмерная температура во время сварки, неправильная скорость охлаждения сварочного слоя и т. д., приведет к изменениям в структуре зоны сварки, что приведет к образованию трещин. .Решение состоит в том, чтобы контролировать температуру и скорость охлаждения во время сварки, чтобы избежать перегрева и быстрого охлаждения.
5. Недостаточное снятие напряжений. Недостаточная обработка для снятия напряжений после сварки приведет к недостаточному снятию напряжений в зоне сварки, что легко приведет к образованию трещин.Решение состоит в том, чтобы выполнить соответствующую обработку для снятия напряжений после сварки, например, термообработку или вибрационную обработку (основная причина).
Что касается процесса производства литиевых батарей, какие процессы чаще всего вызывают трещины?
Как правило, трещины могут возникать во время герметизирующей сварки, например, герметизирующей сварки цилиндрических стальных или алюминиевых корпусов, герметизирующей сварки квадратных алюминиевых корпусов и т. д. Кроме того, в процессе упаковки модуля также возможна сварка токосъемника. до трещин.
Конечно, мы также можем использовать присадочную проволоку, предварительный нагрев или другие методы, чтобы уменьшить или устранить эти трещины.
Время публикации: 01 сентября 2023 г.
