Laserové zváranie
V posledných rokoch, vďaka rýchlemu rozvoju nového energetického priemyslu, laserové zváranie rýchlo preniklo do celého nového energetického priemyslu vďaka svojim rýchlym a stabilným výhodám.Spomedzi nich majú laserové zváracie zariadenia najvyšší podiel aplikácií v celom novom energetickom priemysle.
Laserové zváranie sa rýchlo stalo prvou voľbou vo všetkých oblastiach života vďaka svojej vysokej rýchlosti, veľkej hĺbke a malej deformácii.Od bodových zvarov po tupé zvary, návarové a tesniace zvary, laserové zváranie poskytuje bezkonkurenčnú presnosť a kontrolu.Hrá dôležitú úlohu v priemyselnej výrobe a výrobe vrátane vojenského priemyslu, lekárskej starostlivosti, letectva, automobilových súčiastok 3C, mechanických plechov, novej energetiky a ďalších priemyselných odvetví.
V porovnaní s inými technológiami zvárania má laserové zváranie svoje jedinečné výhody a nevýhody.
Výhoda:
1. Vysoká rýchlosť, veľká hĺbka a malá deformácia.
2. Zváranie sa môže vykonávať pri normálnej teplote alebo za špeciálnych podmienok a zváracie zariadenie je jednoduché.Napríklad laserový lúč sa neunáša v elektromagnetickom poli.Lasery môžu zvárať vo vákuu, vo vzduchu alebo v určitých plynných prostrediach a môžu zvárať materiály, ktoré sú cez sklo alebo priehľadné pre laserový lúč.
3. Môže zvárať žiaruvzdorné materiály, ako je titán a kremeň, a tiež môže zvárať rôzne materiály s dobrými výsledkami.
4. Po zaostrení lasera je hustota výkonu vysoká.Pomer strán môže dosiahnuť 5:1 a pri zváraní vysokovýkonných zariadení môže dosiahnuť až 10:1.
5. Môže sa vykonávať mikrozváranie.Po zaostrení laserového lúča je možné získať malý bod, ktorý sa dá presne umiestniť.Môže sa použiť na montáž a zváranie mikro a malých obrobkov na dosiahnutie automatizovanej hromadnej výroby.
6. Dokáže zvárať ťažko dostupné miesta a vykonávať bezkontaktné zváranie na veľké vzdialenosti, s veľkou flexibilitou.Najmä v posledných rokoch technológia laserového spracovania YAG prijala technológiu prenosu optických vlákien, ktorá umožnila širšiu propagáciu a aplikáciu technológie laserového zvárania.
7. Laserový lúč sa dá ľahko rozdeliť v čase a priestore a viaceré lúče môžu byť spracované na viacerých miestach súčasne, čo poskytuje podmienky pre presnejšie zváranie.
Chyba:
1. Vyžaduje sa vysoká presnosť montáže obrobku a poloha lúča na obrobku sa nemôže výrazne odchýliť.Je to preto, že veľkosť laserového bodu po zaostrení je malá a zvarový šev je úzky, čo sťažuje pridávanie prídavných kovových materiálov.Ak presnosť montáže obrobku alebo presnosť polohovania lúča nezodpovedá požiadavkám, sú náchylné na vznik defektov zvárania.
2. Náklady na lasery a súvisiace systémy sú vysoké a jednorazová investícia je veľká.
Bežné chyby laserového zvárania pri výrobe lítiových batérií
1. Pórovitosť zvárania
Bežné chyby pri laserovom zváraní sú póry.Zváracia tavenina je hlboká a úzka.Počas procesu laserového zvárania dusík preniká do roztaveného bazéna zvonku.Počas procesu ochladzovania a tuhnutia kovu klesá rozpustnosť dusíka s poklesom teploty.Keď sa roztavený kov bazéna ochladí a začne kryštalizovať, rozpustnosť prudko a náhle klesne.V tomto čase sa zráža veľké množstvo plynu a vytvára bubliny.Ak je rýchlosť plávania bublín menšia ako rýchlosť kryštalizácie kovu, vytvoria sa póry.
V aplikáciách v priemysle lítiových batérií často zisťujeme, že póry sa obzvlášť pravdepodobne vyskytnú počas zvárania kladnej elektródy, ale zriedkavo sa vyskytujú počas zvárania zápornej elektródy.Je to preto, že kladná elektróda je vyrobená z hliníka a záporná elektróda je vyrobená z medi.Počas zvárania tekutý hliník na povrchu kondenzuje skôr, ako vnútorný plyn úplne pretečie, čo zabraňuje pretečeniu plynu a vytváraniu veľkých a malých otvorov.Malé prieduchy.
Okrem vyššie spomenutých príčin pórov medzi póry patrí aj vonkajší vzduch, vlhkosť, povrchová mastnota atď. Okrem toho na tvorbu pórov vplýva aj smer a uhol fúkania dusíka.
Ako znížiť výskyt zváracích pórov?
Po prvé, pred zváraním je potrebné včas vyčistiť olejové škvrny a nečistoty na povrchu prichádzajúcich materiálov;pri výrobe lítiových batérií je kontrola vstupného materiálu nevyhnutným procesom.
Po druhé, prietok ochranného plynu by mal byť nastavený podľa faktorov, ako je rýchlosť zvárania, výkon, poloha atď., a nemal by byť ani príliš veľký, ani príliš malý.Tlak ochranného plášťa by mal byť nastavený podľa faktorov, ako je výkon lasera a poloha zaostrenia, a nemal by byť ani príliš vysoký, ani príliš nízky.Tvar dýzy ochranného plášťa by sa mal prispôsobiť tvaru, smeru a iným faktorom zvaru tak, aby ochranný plášť mohol rovnomerne pokryť oblasť zvárania.
Po tretie, kontrolujte teplotu, vlhkosť a prach vo vzduchu v dielni.Okolitá teplota a vlhkosť ovplyvnia obsah vlhkosti na povrchu podkladu a ochranného plynu, čo následne ovplyvní tvorbu a únik vodnej pary v roztavenom bazéne.Ak je okolitá teplota a vlhkosť príliš vysoká, na povrchu podkladu a ochranného plynu bude príliš veľa vlhkosti, čím sa vytvorí veľké množstvo vodnej pary, čo má za následok vznik pórov.Ak je okolitá teplota a vlhkosť príliš nízka, na povrchu substrátu a v ochrannom plyne bude príliš málo vlhkosti, čím sa zníži tvorba vodnej pary, čím sa znížia póry;nechať kvalitným personálom zistiť cieľovú hodnotu teploty, vlhkosti a prachu na zváracej stanici.
Po štvrté, metóda kývania lúča sa používa na zníženie alebo odstránenie pórov pri zváraní hlbokou penetráciou laserom.V dôsledku pridania švihu pri zváraní, vratný výkyv nosníka na zvarový šev spôsobuje opakované pretavovanie časti zvarového švu, čo predlžuje čas zotrvania tekutého kovu vo zvarovom kúpeli.Vychýlenie lúča zároveň zvyšuje aj tepelný príkon na jednotku plochy.Pomer hĺbky a šírky zvaru je znížený, čo vedie k vzniku bublín, čím sa eliminujú póry.Na druhej strane, výkyv lúča spôsobí, že sa malý otvor zodpovedajúcim spôsobom rozkýva, čo môže tiež poskytnúť miešaciu silu pre zvarový kúpeľ, zvýšiť konvekciu a miešanie zvarového kúpeľa a mať priaznivý vplyv na odstránenie pórov.
Po piate, frekvencia impulzov, frekvencia impulzov sa vzťahuje na počet impulzov emitovaných laserovým lúčom za jednotku času, ktoré ovplyvnia prívod tepla a akumuláciu tepla v roztavenom kúpeli a potom ovplyvnia teplotné pole a prietokové pole v roztavenom stave. bazén.Ak je frekvencia impulzov príliš vysoká, povedie to k nadmernému prívodu tepla do roztaveného kúpeľa, čo spôsobí, že teplota roztaveného kúpeľa bude príliš vysoká, pričom vznikajú výpary kovu alebo iné prvky, ktoré sú pri vysokých teplotách prchavé, čo vedie k pórom.Ak je frekvencia impulzov príliš nízka, povedie to k nedostatočnej akumulácii tepla v roztavenom kúpeli, čo spôsobí, že teplota roztaveného bazéna bude príliš nízka, zníži sa rozpúšťanie a únik plynu, čo vedie k pórom.Všeobecne povedané, frekvencia impulzov by mala byť zvolená v rozumnom rozsahu na základe hrúbky substrátu a výkonu lasera a nemala by byť príliš vysoká alebo príliš nízka.
Zváracie otvory (zváranie laserom)
2. Rozstrek zvaru
Rozstrek vznikajúci počas procesu zvárania, laserového zvárania, vážne ovplyvní kvalitu povrchu zvaru a znečistí a poškodí šošovku.Všeobecný výkon je nasledovný: po dokončení laserového zvárania sa na povrchu materiálu alebo obrobku objaví veľa kovových častíc, ktoré priľnú k povrchu materiálu alebo obrobku.Najintuitívnejším výkonom je, že pri zváraní v režime galvanometra sa po určitom čase používania ochrannej šošovky galvanometra vytvoria na povrchu husté jamky, ktoré sú spôsobené rozstrekom pri zváraní.Po dlhom čase je ľahké zablokovať svetlo a vyskytnú sa problémy so zváracím svetlom, čo má za následok sériu problémov, ako je rozbité zváranie a virtuálne zváranie.
Aké sú príčiny striekania?
Po prvé, hustota výkonu, čím väčšia je hustota výkonu, tým ľahšie je generovanie rozstreku a rozstrek priamo súvisí s hustotou výkonu.Ide o storočný problém.Prinajmenšom doteraz priemysel nedokázal vyriešiť problém špliechania a môže len povedať, že sa mierne znížil.V priemysle lítiových batérií je špliechanie najväčším vinníkom skratu batérie, ale nedokázalo vyriešiť hlavnú príčinu.Vplyv rozstreku na batériu je možné iba znížiť z hľadiska ochrany.Napríklad okolo zváracej časti je pridaný kruh otvorov na odstraňovanie prachu a ochranné kryty a v kruhoch sú pridané rady vzduchových nožov, aby sa zabránilo nárazu rozstreku alebo dokonca poškodeniu batérie.Ničením životného prostredia, produktov a komponentov v okolí zváracej stanice sa dá povedať, že sa vyčerpali prostriedky.
Čo sa týka riešenia problému rozstreku, možno len povedať, že zníženie energie zvárania pomáha znižovať rozstrekovanie.Ak je penetrácia nedostatočná, môže pomôcť aj zníženie rýchlosti zvárania.Ale v niektorých špeciálnych procesných požiadavkách má malý účinok.Je to rovnaký proces, rôzne stroje a rôzne šarže materiálov majú úplne odlišné zváracie účinky.Preto v novej energetike platí nepísané pravidlo, jeden súbor parametrov zvárania pre jeden kus zariadenia.
Po druhé, ak sa povrch spracovávaného materiálu alebo obrobku nevyčistí, olejové škvrny alebo znečisťujúce látky tiež spôsobia vážne postriekanie.V tejto dobe je najjednoduchšie vyčistiť povrch spracovávaného materiálu.
3. Vysoká odrazivosť laserového zvárania
Všeobecne povedané, vysoký odraz sa týka skutočnosti, že materiál na spracovanie má malý odpor, relatívne hladký povrch a nízku mieru absorpcie pre lasery v blízkej infračervenej oblasti, čo vedie k veľkému množstvu laserovej emisie, a pretože sa používa väčšina laserov vo zvislom smere V dôsledku materiálu alebo malého sklonu sa vracajúce sa laserové svetlo znovu dostáva do výstupnej hlavy a dokonca aj časť vracajúceho sa svetla sa spája s vláknom prenášajúcim energiu a prenáša sa späť pozdĺž vlákna do vnútra lasera, vďaka čomu majú jadrové komponenty vo vnútri lasera naďalej vysokú teplotu.
Ak je odrazivosť pri laserovom zváraní príliš vysoká, možno použiť nasledujúce riešenia:
3.1 Použite antireflexný náter alebo upravte povrch materiálu: potiahnutie povrchu zváracieho materiálu antireflexným náterom môže účinne znížiť odrazivosť lasera.Tento povlak je zvyčajne špeciálny optický materiál s nízkou odrazivosťou, ktorý absorbuje laserovú energiu namiesto toho, aby ju odrážal späť.Pri niektorých procesoch, ako je zváranie zberača prúdu, mäkké spojenie atď., môže byť povrch aj reliéfny.
3.2 Nastavenie uhla zvárania: Nastavením uhla zvárania môže laserový lúč dopadnúť na zvárací materiál pod vhodnejším uhlom a znížiť výskyt odrazov.Za normálnych okolností je dobrý spôsob, ako znížiť odrazy, keď laserový lúč dopadá kolmo na povrch materiálu, ktorý sa má zvárať.
3.3 Pridanie pomocného absorbentu: Počas procesu zvárania sa do zvaru pridá určité množstvo pomocného absorbentu, ako je prášok alebo kvapalina.Tieto absorbéry absorbujú laserovú energiu a znižujú odrazivosť.Vhodný absorbent je potrebné vybrať na základe špecifických zváracích materiálov a aplikačných scenárov.V priemysle lítiových batérií je to nepravdepodobné.
3.4 Použite optické vlákno na prenos lasera: Ak je to možné, optické vlákno sa môže použiť na prenos lasera do zváracej polohy, aby sa znížila odrazivosť.Optické vlákna môžu viesť laserový lúč do oblasti zvárania, aby sa zabránilo priamemu vystaveniu povrchu zváracieho materiálu a znížil sa výskyt odrazov.
3.5 Úprava parametrov lasera: Úpravou parametrov, ako je výkon lasera, ohnisková vzdialenosť a ohniskový priemer, je možné ovládať distribúciu laserovej energie a znížiť odrazy.Pri niektorých reflexných materiáloch môže byť zníženie výkonu lasera účinným spôsobom zníženia odrazov.
3.6 Použite rozdeľovač lúčov: Rozdeľovač lúčov môže viesť časť laserovej energie do absorpčného zariadenia, čím sa zníži výskyt odrazov.Zariadenia na delenie lúčov sa zvyčajne skladajú z optických komponentov a absorbérov a výberom vhodných komponentov a úpravou rozloženia zariadenia možno dosiahnuť nižšiu odrazivosť.
4. Podrezanie pri zváraní
Ktoré procesy v procese výroby lítiových batérií s väčšou pravdepodobnosťou spôsobia podhodnotenie?Prečo dochádza k podrezaniu?Poďme si to rozobrať.
Podrezanie, vo všeobecnosti zváracie suroviny nie sú navzájom dobre kombinované, medzera je príliš veľká alebo sa objavuje drážka, hĺbka a šírka sú v zásade väčšie ako 0,5 mm, celková dĺžka je väčšia ako 10 % dĺžky zvaru, alebo väčšia ako štandardná dĺžka procesu produktu.
V celom procese výroby lítiovej batérie je pravdepodobnejšie, že dôjde k podrezaniu a je všeobecne distribuované v tesniacom predzváraní a zváraní valcovej krycej dosky a tesniacom predzváraní a zváraní štvorcovej hliníkovej krycej dosky.Hlavným dôvodom je, že tesniaca krycia doska musí spolupracovať s plášťom pri zváraní, proces spájania medzi tesniacou krycou doskou a plášťom je náchylný na nadmerné zvarové medzery, drážky, zrútenie atď., takže je obzvlášť náchylný na podrezanie .
Čo teda spôsobuje podkopávanie?
Ak je rýchlosť zvárania príliš vysoká, tekutý kov za malým otvorom smerujúcim do stredu zvaru sa nestihne prerozdeliť, čo má za následok stuhnutie a podrezanie na oboch stranách zvaru.Vzhľadom na vyššie uvedenú situáciu musíme optimalizovať parametre zvárania.Zjednodušene povedané, ide o opakované experimenty na overenie rôznych parametrov a pokračujú v DOE, kým sa nenájdu vhodné parametre.
2. Nadmerné zvarové medzery, drážky, zborcenia atď. zváracích materiálov znížia množstvo roztaveného kovu vypĺňajúceho medzery, čím sa zvyšuje pravdepodobnosť výskytu podrezania.To je otázka vybavenia a surovín.Či suroviny na zváranie spĺňajú požiadavky na vstupný materiál nášho procesu, či presnosť zariadenia spĺňa požiadavky atď. Bežnou praxou je neustále mučiť a biť dodávateľov a ľudí zodpovedných za zariadenia.
3. Ak energia na konci laserového zvárania klesne príliš rýchlo, malý otvor sa môže zrútiť, čo má za následok lokálne podrezanie.Správne prispôsobenie výkonu a rýchlosti môže účinne zabrániť tvorbe podrezania.Ako hovorí staré príslovie, opakujte experimenty, overte rôzne parametre a pokračujte v DOE, kým nenájdete správne parametre.
5. Zrútenie stredu zvaru
Ak je rýchlosť zvárania pomalá, roztavený kúpeľ bude väčší a širší, čím sa zvýši množstvo roztaveného kovu.To môže sťažiť udržiavanie povrchového napätia.Keď sa roztavený kov stane príliš ťažkým, stred zvaru môže klesnúť a vytvárať prepady a jamy.V tomto prípade je potrebné vhodne znížiť hustotu energie, aby sa zabránilo kolapsu bazéna taveniny.
V inej situácii zvarová medzera len vytvorí kolaps bez toho, aby spôsobila perforáciu.Toto je nepochybne problém lisovania zariadenia.
Správne pochopenie defektov, ktoré sa môžu vyskytnúť počas laserového zvárania, a príčin rôznych defektov umožňuje cielenejší prístup k riešeniu akýchkoľvek abnormálnych problémov zvárania.
6. Trhliny zvaru
Trhliny, ktoré vznikajú pri kontinuálnom laserovom zváraní, sú hlavne tepelné trhliny, ako sú kryštálové trhliny a trhliny spôsobené skvapalnením.Hlavnou príčinou týchto trhlín sú veľké zmršťovacie sily generované zvarom pred jeho úplným stuhnutím.
Existujú aj nasledujúce dôvody trhlín pri laserovom zváraní:
1. Nerozumný návrh zvaru: Nesprávny návrh geometrie a veľkosti zvaru môže spôsobiť koncentráciu zváracieho napätia, a tým spôsobiť praskliny.Riešením je optimalizácia konštrukcie zvaru, aby sa zabránilo koncentrácii napätia pri zváraní.Môžete použiť vhodné ofsetové zvary, zmeniť tvar zvaru atď.
2. Nezhoda parametrov zvárania: Nesprávny výber parametrov zvárania, ako je príliš vysoká rýchlosť zvárania, príliš vysoký výkon atď., môže viesť k nerovnomerným zmenám teploty v oblasti zvárania, čo má za následok veľké napätie pri zváraní a praskliny.Riešením je úprava parametrov zvárania tak, aby zodpovedali konkrétnemu materiálu a podmienkam zvárania.
3. Zlá príprava zvarového povrchu: Nesprávne vyčistenie a predbežná úprava zvarového povrchu pred zváraním, ako je odstránenie oxidov, mastnoty a pod., ovplyvní kvalitu a pevnosť zvaru a ľahko povedie k vzniku trhlín.Riešením je adekvátne čistenie a predbežná úprava zvarového povrchu, aby sa zabezpečilo, že nečistoty a kontaminanty v oblasti zvárania budú účinne ošetrené.
4. Nesprávna regulácia tepelného príkonu zvárania: Zlá kontrola prívodu tepla pri zváraní, ako je nadmerná teplota pri zváraní, nesprávna rýchlosť ochladzovania zvarovej vrstvy a pod., povedie k zmenám v štruktúre zvarovej oblasti, čo má za následok vznik trhlín. .Riešením je regulácia teploty a rýchlosti ochladzovania počas zvárania, aby nedošlo k prehriatiu a rýchlemu ochladeniu.
5. Nedostatočné uvoľnenie napätia: Nedostatočná úprava odľahčenia napätia po zváraní bude mať za následok nedostatočné uvoľnenie napätia v zváranej oblasti, čo ľahko povedie k prasklinám.Riešením je vykonať po zváraní vhodné ošetrenie na uvoľnenie napätia, ako je tepelné spracovanie alebo ošetrenie vibráciami (hlavný dôvod).
Čo sa týka výrobného procesu lítiových batérií, ktoré procesy s väčšou pravdepodobnosťou spôsobia praskliny?
Vo všeobecnosti sú trhliny náchylné na výskyt počas zvárania tesnením, ako je zváranie tesnením valcových oceľových plášťov alebo hliníkových plášťov, zváranie tesnením štvorcových hliníkových plášťov atď. Okrem toho je počas procesu balenia modulu náchylné aj zváranie zberača prúdu do prasklín.
Samozrejme, môžeme použiť aj výplňový drôt, predhrievanie alebo iné metódy na zníženie alebo odstránenie týchto trhlín.
Čas odoslania: 01.09.2023
