През последните години, благодарение на бързото развитие на новата енергийна индустрия, лазерното заваряване бързо проникна в цялата нова енергийна индустрия поради своите бързи и стабилни предимства. Сред тях, оборудването за лазерно заваряване представлява най-висок дял от приложенията в цялата нова енергийна индустрия.
Лазерно заваряванебързо се превърна в първи избор във всички сфери на живота, благодарение на бързата си скорост, голямата дълбочина и малката деформация. От точкови заварки до челни заварки, напластяващи и уплътнителни заварки,лазерно заваряванеосигурява несравнима прецизност и контрол. Играе важна роля в промишленото производство, включително военната промишленост, медицинските грижи, аерокосмическата индустрия, 3C авточасти, машиностроенето, ламарината, новата енергетика и други индустрии.
В сравнение с други технологии за заваряване, лазерното заваряване има своите уникални предимства и недостатъци.
Предимство:
1. Бърза скорост, голяма дълбочина и малка деформация.
2. Заваряването може да се извършва при нормална температура или при специални условия, а заваръчното оборудване е просто. Например, лазерният лъч не се отклонява в електромагнитно поле. Лазерите могат да заваряват във вакуум, въздух или определени газови среди и могат да заваряват материали, които преминават през стъкло или са прозрачни за лазерния лъч.
3. Може да заварява огнеупорни материали като титан и кварц, а също така може да заварява и различни материали с добри резултати.
4. След фокусиране на лазера, плътността на мощността е висока. Съотношението на страните може да достигне 5:1 и до 10:1 при заваряване на устройства с висока мощност.
5. Може да се извърши микрозаваряване. След фокусиране на лазерния лъч, може да се получи малка точка и да се позиционира точно. Може да се приложи за сглобяване и заваряване на микро и малки детайли за постигане на автоматизирано масово производство.
6. Може да заварява труднодостъпни места и да извършва безконтактно заваряване на дълги разстояния, с голяма гъвкавост. Особено през последните години, технологията за лазерна обработка с YAG възприе технология за предаване на оптични влакна, което позволи по-широкото ѝ популяризиране и приложение.
7. Лазерният лъч е лесен за разделяне във времето и пространството и множество лъчи могат да се обработват едновременно на множество места, осигурявайки условия за по-прецизно заваряване.
Дефект:
1. Изисква се висока точност на сглобяване на детайла и позицията на лъча върху детайла не може да се отклонява значително. Това е така, защото размерът на лазерното петно след фокусиране е малък, а заваръчният шев е тесен, което затруднява добавянето на добавъчни метали. Ако точността на сглобяване на детайла или точността на позициониране на лъча не отговарят на изискванията, е възможно да възникнат дефекти при заваряване.
2. Цената на лазерите и свързаните с тях системи е висока, а еднократната инвестиция е голяма.
Често срещани дефекти при лазерно заваряванев производството на литиеви батерии
1. Порьозност на заваряването
Често срещани дефекти влазерно заваряванеса пори. Заваръчната разтопена вана е дълбока и тясна. По време на процеса на лазерно заваряване, азотът нахлува в разтопената вана отвън. По време на процеса на охлаждане и втвърдяване на метала, разтворимостта на азота намалява с понижаване на температурата. Когато металът в разтопената вана се охлади и започне да кристализира, разтворимостта ще спадне рязко и внезапно. В този момент ще се отдели голямо количество газ, който ще образува мехурчета. Ако скоростта на плаване на мехурчетата е по-малка от скоростта на кристализация на метала, ще се образуват пори.
В приложенията в индустрията за литиеви батерии, често се наблюдава, че порите са особено вероятни по време на заваряването на положителния електрод, но рядко се появяват по време на заваряването на отрицателния електрод. Това е така, защото положителният електрод е направен от алуминий, а отрицателният електрод е направен от мед. По време на заваряването течният алуминий на повърхността се е кондензирал, преди вътрешният газ да прелее напълно, предотвратявайки преливането на газа и образуването на големи и малки дупки. Малки устични структури.
В допълнение към причините за образуването на пори, споменатите по-горе, порите включват също външен въздух, влага, повърхностно масло и др. Освен това посоката и ъгълът на вдухване на азот също ще повлияят на образуването на пори.
А как да се намали появата на пори при заваряване?
Първо, предизаваряване, маслените петна и замърсяванията по повърхността на входящите материали трябва да се почистват навреме; при производството на литиеви батерии, проверката на входящите материали е съществен процес.
Второ, потокът на защитен газ трябва да се регулира според фактори като скорост на заваряване, мощност, позиция и др. и не трябва да бъде нито твърде голям, нито твърде малък. Налягането на защитния кожух трябва да се регулира според фактори като мощност на лазера и позиция на фокуса и не трябва да бъде нито твърде високо, нито твърде ниско. Формата на дюзата на защитния кожух трябва да се регулира според формата, посоката и други фактори на заваръчния шев, така че защитният кожух да може равномерно да покрива зоната на заваряване.
Трето, контролирайте температурата, влажността и праха във въздуха в цеха. Температурата и влажността на околната среда ще повлияят на съдържанието на влага върху повърхността на основата и защитния газ, което от своя страна ще повлияе на образуването и отделянето на водна пара в разтопената вана. Ако температурата и влажността на околната среда са твърде високи, ще има твърде много влага върху повърхността на основата и защитния газ, което ще генерира голямо количество водна пара и ще доведе до образуване на пори. Ако температурата и влажността на околната среда са твърде ниски, ще има твърде малко влага върху повърхността на основата и в защитния газ, което ще намали образуването на водна пара и по този начин ще намали порите; нека персоналът по качеството определи целевите стойности на температурата, влажността и праха в заваръчната станция.
Четвърто, методът на люлеене на лъча се използва за намаляване или елиминиране на порите при лазерно заваряване с дълбоко проникване. Поради добавянето на люлеене по време на заваряване, възвратно-постъпателното люлеене на лъча към заваръчния шев води до многократно претопяване на част от заваръчния шев, което удължава времето на престой на течния метал в заваръчната вана. В същото време, отклонението на лъча също увеличава вложената топлина на единица площ. Съотношението дълбочина към ширина на заваръчния шев се намалява, което благоприятства появата на мехурчета, като по този начин се елиминират порите. От друга страна, люлеенето на лъча кара малкия отвор да се люлее съответно, което също може да осигури сила на разбъркване на заваръчната вана, да увеличи конвекцията и разбъркването на заваръчната вана и да има благоприятен ефект върху елиминирането на порите.
Пето, честотата на импулсите. Честотата на импулсите се отнася до броя на импулсите, излъчвани от лазерния лъч за единица време. Това ще повлияе на подаването на топлина и натрупването на топлина в разтопения резервоар, а оттам и на температурното поле и полето на потока в разтопения резервоар. Ако честотата на импулсите е твърде висока, това ще доведе до прекомерно подаване на топлина в разтопения резервоар, което ще доведе до твърде високо ниво на температурата му, образувайки метални пари или други летливи елементи при високи температури и образувайки пори. Ако честотата на импулсите е твърде ниска, това ще доведе до недостатъчно натрупване на топлина в разтопения резервоар, което ще доведе до твърде ниско ниво на температурата му, което ще намали разтварянето и отделянето на газ, което ще доведе до образуване на пори. Най-общо казано, честотата на импулсите трябва да се избира в разумен диапазон, базиран на дебелината на основата и мощността на лазера, и да се избягва твърде висока или твърде ниска честота.
Заваряване на отвори (лазерно заваряване)
2. Заваръчни пръски
Пръските, генерирани по време на процеса на заваряване, лазерното заваряване, ще повлияят сериозно на качеството на повърхността на заварката и ще замърсят и повредят лещата. Общото е, че след завършване на лазерното заваряване, върху повърхността на материала или детайла се появяват много метални частици, които се залепват за повърхността на материала или детайла. Най-интуитивното е, че при заваряване в режим на галванометър, след период на използване на защитната леща на галванометъра, по повърхността ще се образуват гъсти вдлъбнатини, причинени от пръски от заваряване. След дълго време е лесно да се блокира светлината и ще има проблеми със заваръчната светлина, което ще доведе до редица проблеми, като например счупени заваръчни шевове и виртуално заваряване.
Какви са причините за пръскане?
Първо, плътността на мощността, колкото по-голяма е плътността на мощността, толкова по-лесно е генерирането на пръски, а пръските са пряко свързани с плътността на мощността. Това е вековен проблем. Поне досега индустрията не е успяла да реши проблема с пръските и може само да каже, че той е леко намален. В индустрията за литиеви батерии пръските са най-големият виновник за късо съединение на батериите, но не са успели да решат коренната причина. Въздействието на пръските върху батерията може да се намали само от гледна точка на защитата. Например, около заваръчната част се добавят кръг от отвори за отстраняване на прах и защитни капаци, а редици от въздушни ножове се добавят в кръг, за да се предотврати въздействието на пръски или дори повреда на батерията. Може да се каже, че унищожаването на околната среда, продуктите и компонентите около заваръчната станция е изчерпало средствата.
Що се отнася до решаването на проблема с пръските, може да се каже само, че намаляването на енергията на заваряване помага за намаляване на пръските. Намаляването на скоростта на заваряване също може да помогне, ако проникването е недостатъчно. Но при някои специални изисквания на процеса това има малък ефект. Това е един и същ процес, различни машини и различни партиди материали имат напълно различни заваръчни ефекти. Следователно в новата енергийна индустрия има неписано правило - един набор от параметри на заваряване за едно оборудване.
Второ, ако повърхността на обработвания материал или детайл не се почисти, маслени петна или замърсители също ще причинят сериозни пръски. В този случай най-лесното нещо е да се почисти повърхността на обработвания материал.
3. Висока отражателна способност на лазерното заваряване
Най-общо казано, високото отражение се отнася до факта, че обработваният материал има малко съпротивление, относително гладка повърхност и ниска степен на поглъщане за лазери в близката инфрачервена област, което води до голямо количество лазерно излъчване. Тъй като повечето лазери се използват вертикално, поради материала или малкия наклон, връщащата се лазерна светлина отново навлиза в изходната глава и дори част от връщащата се светлина се свързва с енергопредаващото влакно и се предава обратно по влакното във вътрешността на лазера, което кара основните компоненти вътре в лазера да продължават да бъдат на висока температура.
Когато отражателната способност е твърде висока по време на лазерно заваряване, могат да се предприемат следните решения:
3.1 Използвайте антиотражателно покритие или обработете повърхността на материала: покриването на повърхността на заваръчния материал с антиотражателно покритие може ефективно да намали отражателната способност на лазера. Това покритие обикновено е специален оптичен материал с ниска отражателна способност, който абсорбира лазерната енергия, вместо да я отразява обратно. При някои процеси, като например заваряване с токов колектор, меко свързване и др., повърхността може да бъде и релефна.
3.2 Регулиране на ъгъла на заваряване: Чрез регулиране на ъгъла на заваряване, лазерният лъч може да падне върху заваръчния материал под по-подходящ ъгъл и да намали появата на отражения. Обикновено, падането на лазерния лъч перпендикулярно на повърхността на заварявания материал е добър начин за намаляване на отраженията.
3.3 Добавяне на спомагателен абсорбент: По време на процеса на заваряване към заваръчния шев се добавя определено количество спомагателен абсорбент, като например прах или течност. Тези абсорбатори абсорбират лазерната енергия и намаляват отражателната способност. Подходящият абсорбент трябва да бъде избран въз основа на специфичните заваръчни материали и сценариите на приложение. В индустрията за литиеви батерии това е малко вероятно.
3.4 Използвайте оптични влакна за предаване на лазер: Ако е възможно, оптичните влакна могат да се използват за предаване на лазер до мястото на заваряване, за да се намали отражателната способност. Оптичните влакна могат да насочват лазерния лъч към зоната на заваряване, за да се избегне директно излагане на повърхността на заваръчния материал и да се намали появата на отражения.
3.5 Регулиране на лазерните параметри: Чрез регулиране на параметри като мощност на лазера, фокусно разстояние и фокусен диаметър може да се контролира разпределението на лазерната енергия и да се намалят отраженията. За някои отразяващи материали намаляването на мощността на лазера може да бъде ефективен начин за намаляване на отраженията.
3.6 Използвайте разделител на лъча: Разделителят на лъча може да насочи част от лазерната енергия към абсорбционното устройство, като по този начин намали появата на отражения. Устройствата за разделяне на лъча обикновено се състоят от оптични компоненти и абсорбери и чрез избор на подходящи компоненти и регулиране на разположението на устройството може да се постигне по-ниска отражателна способност.
4. Заваряване на подрязване
В процеса на производство на литиеви батерии, кои процеси е по-вероятно да причинят подбиване на цените? Защо се получава подбиване на цените? Нека го анализираме.
Подрязване, обикновено заваръчните суровини не са добре комбинирани помежду си, празнината е твърде голяма или се появява жлеб, дълбочината и ширината са основно по-големи от 0,5 мм, общата дължина е по-голяма от 10% от дължината на заваръчния шев или е по-голяма от стандартната дължина на производствения процес.
В целия производствен процес на литиеви батерии е по-вероятно да се появи подрязване, което обикновено се среща при предварителното заваряване на цилиндричния капак и предварителното заваряване на квадратния алуминиев капак. Основната причина е, че уплътнителният капак трябва да си сътрудничи с корпуса при заваряване. Процесът на съвпадение между уплътнителния капак и корпуса е склонен към прекомерни заваръчни фуги, канали, срутване и др., така че е особено податлив на подрязване.
И така, какво причинява подбиването на цените?
Ако скоростта на заваряване е твърде висока, течният метал зад малкия отвор, сочещ към центъра на заваръчния шев, няма да има време да се преразпредели, което ще доведе до втвърдяване и подрязване от двете страни на заваръчния шев. С оглед на горепосочената ситуация, е необходимо да оптимизираме параметрите на заваряване. Казано по-просто, експериментите се повтарят, за да се проверят различни параметри, и се извършва DOE (Definition Experimentation - Допълнително електрическо разреждане), докато се намерят подходящите параметри.
2. Прекомерните заваръчни фуги, канали, свивания и др. на заваръчните материали ще намалят количеството разтопен метал, запълващ фугите, което ще увеличи вероятността от подрязване. Това е въпрос на оборудване и суровини. Дали заваръчните суровини отговарят на изискванията за входящи материали в нашия процес, дали точността на оборудването отговаря на изискванията и др. Нормалната практика е постоянно да се измъчват и бият доставчиците и хората, отговорни за оборудването.
3. Ако енергията падне твърде бързо в края на лазерното заваряване, малкият отвор може да се срути, което да доведе до локално подрязване. Правилното съчетаване на мощност и скорост може ефективно да предотврати образуването на подрязвания. Както се казва в старата поговорка, повтаряйте експериментите, проверявайте различни параметри и продължавайте с DOE, докато намерите правилните параметри.
5. Свиване на центъра на заварката
Ако скоростта на заваряване е бавна, разтопената вана ще бъде по-голяма и по-широка, което ще увеличи количеството разтопен метал. Това може да затрудни поддържането на повърхностно напрежение. Когато разтопеният метал стане твърде тежък, центърът на заваръчния шев може да потъне и да образува вдлъбнатини и ямки. В този случай плътността на енергията трябва да бъде намалена по подходящ начин, за да се предотврати колапс на разтопената вана.
В друга ситуация, заваръчната хлабина просто образува свиване, без да причинява перфорация. Това несъмнено е проблем с пресовото сглобяване на оборудването.
Правилното разбиране на дефектите, които могат да възникнат по време на лазерно заваряване, и причините за различните дефекти позволява по-целенасочен подход за разрешаване на всякакви необичайни проблеми със заваряването.
6. Пукнатини в заварките
Пукнатините, които се появяват по време на непрекъснато лазерно заваряване, са главно термични пукнатини, като кристални пукнатини и пукнатини от втечняване. Основната причина за тези пукнатини са големите сили на свиване, генерирани от заваръчния шев, преди той да се втвърди напълно.
Съществуват и следните причини за пукнатини при лазерно заваряване:
1. Неправилно проектиране на заваръчния шев: Неправилното проектиране на геометрията и размера на заваръчния шев може да доведе до концентрация на заваръчното напрежение, което води до пукнатини. Решението е да се оптимизира дизайнът на заваръчния шев, за да се избегне концентрацията на заваръчното напрежение. Можете да използвате подходящи отместени заваръчни шевове, да промените формата на заваръчния шев и др.
2. Несъответствие на параметрите на заваряване: Неправилният избор на параметри на заваряване, като например твърде висока скорост на заваряване, твърде висока мощност и др., може да доведе до неравномерни температурни промени в зоната на заваряване, което води до големи напрежения при заваряване и пукнатини. Решението е да се регулират параметрите на заваряване, за да съответстват на специфичния материал и условията на заваряване.
3. Лоша подготовка на заваръчната повърхност: Неправилното почистване и предварителна обработка на заваръчната повърхност преди заваряване, като например премахване на оксиди, мазнини и др., ще повлияе на качеството и здравината на заварката и лесно ще доведе до пукнатини. Решението е адекватно почистване и предварителна обработка на заваръчната повърхност, за да се гарантира ефективното отстраняване на примесите и замърсителите в зоната на заваряване.
4. Неправилен контрол на входящата топлина при заваряване: Лошият контрол на входящата топлина по време на заваряване, като например прекомерна температура по време на заваряване, неправилна скорост на охлаждане на заваръчния слой и др., ще доведе до промени в структурата на заваръчната зона, което води до пукнатини. Решението е да се контролира температурата и скоростта на охлаждане по време на заваряване, за да се избегне прегряване и бързо охлаждане.
5. Недостатъчно облекчаване на напрежението: Недостатъчното облекчаване на напрежението след заваряване ще доведе до недостатъчно облекчаване на напрежението в заварената зона, което лесно ще доведе до пукнатини. Решението е да се извърши подходящо облекчаване на напрежението след заваряване, като например термична обработка или вибрационна обработка (основна причина).
Що се отнася до производствения процес на литиеви батерии, кои процеси са по-склонни да причинят пукнатини?
Обикновено, пукнатини са склонни да се появяват по време на заваряване, като например заваряване на цилиндрични стоманени или алуминиеви обвивки, заваряване на квадратни алуминиеви обвивки и др. Освен това, по време на процеса на опаковане на модули, заваряването на токоприемника също е склонно към пукнатини.
Разбира се, можем да използваме и запълваща тел, предварително нагряване или други методи, за да намалим или елиминираме тези пукнатини.
Време на публикуване: 01 септември 2023 г.
