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 zváraniesa rýchlo stal prvou voľbou vo všetkých oblastiach života vďaka svojej vysokej rýchlosti, veľkej hĺbke a malej deformácii. Od bodových zvarov až po tupé zvary, navarovacie a tesniace zvary,laserové zváranieposkytuje bezkonkurenčnú presnosť a kontrolu. Zohráva dôležitú úlohu v priemyselnej výrobe a spracovateľskom priemysle vrátane vojenského priemyslu, zdravotníctva, leteckého a kozmického priemyslu, automobilových dielov 3C, strojárskeho plechu, novej energie a ďalších odvetví.
V porovnaní s inými zváracími technológiami má laserové zváranie svoje jedinečné výhody a nevýhody.
Výhoda:
1. Rýchla 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 v elektromagnetickom poli nehýbe. Lasery dokážu zvárať vo vákuu, vo vzduchu alebo v určitých plynných prostrediach a dokážu zvárať materiály, ktoré prechádzajú cez sklo alebo sú pre laserový lúč priehľadné.
3. Dokáže zvárať žiaruvzdorné materiály, ako je titán a kremeň, a s dobrými výsledkami dokáže zvárať aj rôzne materiály.
4. Po zaostrení laseru je hustota výkonu vysoká. Pomer strán môže dosiahnuť 5:1 a pri zváraní zariadení s vysokým výkonom až 10:1.
5. Možno vykonávať mikro zváranie. Po zaostrení laserového lúča je možné získať malý bod a presne ho 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 dlhé vzdialenosti s veľkou flexibilitou. Najmä v posledných rokoch technológia laserového spracovania YAG prijala technológiu prenosu optických vlákien, čo umožnilo širšiu propagáciu a použitie technológie laserového zvárania.
7. Laserový lúč sa dá ľahko rozdeliť v čase a priestore a viacero lúčov je možné spracovať na viacerých miestach súčasne, čo poskytuje podmienky pre presnejšie zváranie.
Chyba:
1. Presnosť montáže obrobku musí byť vysoká a poloha lúča na obrobku sa nesmie výrazne meniť. 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 nespĺňa požiadavky, môže dôjsť k chybám zvaru.
2. Náklady na lasery a súvisiace systémy sú vysoké a jednorazová investícia je veľká.
Bežné chyby laserového zváraniapri výrobe lítiových batérií
1. Pórovitosť zvárania
Bežné chyby vlaserové zváraniesú póry. Zvárací roztavený kúpeľ je hlboký a úzky. Počas procesu laserového zvárania dusík preniká do roztaveného kúpeľa zvonku. Počas procesu chladenia a tuhnutia kovu sa rozpustnosť dusíka znižuje so znižujúcou sa teplotou. Keď sa roztavený kov v kúpeli ochladí a začne kryštalizovať, rozpustnosť prudko a náhle klesne. V tomto čase sa vyzráža veľké množstvo plynu a vytvorí sa bubliny. Ak je rýchlosť pohybu bublín menšia ako rýchlosť kryštalizácie kovu, vytvoria sa póry.
V aplikáciách v priemysle lítiových batérií často zisťujeme, že póry sa pravdepodobne vyskytujú najmä počas zvárania kladnej elektródy, ale zriedkavo počas zvárania zápornej elektródy. Je to preto, že kladná elektróda je vyrobená z hliníka a záporná elektróda z medi. Počas zvárania tekutý hliník na povrchu kondenzuje predtým, ako vnútorný plyn úplne pretečie, čo zabraňuje pretečeniu plynu a tvorbe veľkých a malých otvorov. Malé prieduchy.
Okrem vyššie uvedených príčin vzniku pórov, póry zahŕňajú aj vonkajší vzduch, vlhkosť, povrchový olej atď. Okrem toho, smer a uhol fúkania dusíka tiež ovplyvní tvorbu pórov.
Ako znížiť výskyt pórov pri zváraní?
Najprv predtýmzváranie, olejové škvrny a nečistoty na povrchu vstupných materiálov je potrebné včas vyčistiť; pri výrobe lítiových batérií je kontrola vstupného materiálu nevyhnutným procesom.
Po druhé, prietok ochranného plynu by sa mal nastavovať podľa faktorov, ako je rýchlosť zvárania, výkon, poloha atď., a nemal by byť ani príliš veľký, ani príliš malý. Tlak ochranného plášťa by sa mal nastavovať podľa faktorov, ako je výkon laseru a poloha zaostrenia, a nemal by byť ani príliš vysoký, ani príliš nízky. Tvar trysky ochranného plášťa by sa mal nastavovať podľa tvaru, smeru a ďalších faktorov zvaru tak, aby ochranný plášť rovnomerne pokrýval zváranú oblasť.
Po tretie, kontrolujte teplotu, vlhkosť a prach vo vzduchu v dielni. Teplota a vlhkosť okolia ovplyvňujú obsah vlhkosti na povrchu substrátu a v ochrannom plyne, čo následne ovplyvňuje tvorbu a únik vodnej pary v roztavenom kúpeli. Ak je teplota a vlhkosť okolia príliš vysoká, na povrchu substrátu a v ochrannom plyne bude príliš veľa vlhkosti, čo bude viesť k tvorbe veľkého množstva vodnej pary a pórov. Ak je teplota a vlhkosť okolia príliš nízka, na povrchu substrátu a v ochrannom plyne bude príliš málo vlhkosti, čo zníži tvorbu vodnej pary a tým zníži póry. Nechajte personál kontroly kvality zistiť cieľovú hodnotu teploty, vlhkosti a prachu na zváracej stanici.
Po štvrté, metóda kývania lúča sa používa na redukciu alebo elimináciu pórov pri laserovom hlbokom prevarovaní. V dôsledku pridania kývania počas zvárania spôsobuje vratné kývanie lúča na zvarovom šve opakované pretavovanie časti zvarového švu, čo predlžuje čas zotrvania tekutého kovu v zvarovom kúpeli. Zároveň vychýlenie lúča tiež zvyšuje príkon tepla na jednotku plochy. Pomer hĺbky k šírke zvaru sa znižuje, čo prispieva k vzniku bublín, čím sa eliminujú póry. Na druhej strane, kývanie lúča spôsobuje zodpovedajúce kývanie malého otvoru, čo môže tiež poskytnúť miešaciu silu pre zvarový kúpeľ, zvýšiť konvekciu a miešanie zvarového kúpeľa a mať priaznivý vplyv na elimináciu pórov.
Po piate, frekvencia impulzov sa vzťahuje na počet impulzov vyžarovaných laserovým lúčom za jednotku času, čo ovplyvní tepelný príkon a akumuláciu tepla v roztavenom kúpeli a následne ovplyvní teplotné pole a pole prúdenia v roztavenom kúpeli. Ak je frekvencia impulzov príliš vysoká, vedie to k nadmernému tepelnému príkonu v roztavenom kúpeli, čo spôsobí príliš vysokú teplotu roztaveného kúpeľa, čo spôsobí tvorbu kovových pár alebo iných prvkov, ktoré sú pri vysokých teplotách prchavé, čo vedie k tvorbe pórov. Ak je frekvencia impulzov príliš nízka, vedie to k nedostatočnej akumulácii tepla v roztavenom kúpeli, čo spôsobí príliš nízku teplotu roztaveného kúpeľa, čo zníži rozpúšťanie a únik plynu, čo vedie k tvorbe pórov. Vo všeobecnosti by sa frekvencia impulzov mala voliť v rozumnom rozsahu na základe hrúbky substrátu a výkonu laseru a nemala by byť príliš vysoká alebo príliš nízka.
Zváranie otvorov (laserové zváranie)
2. Zvárací rozstrek
Rozstrek vznikajúci počas procesu zvárania, laserového zvárania, vážne ovplyvňuje kvalitu povrchu zvaru a znečisťuje a poškodzuje šošovku. Všeobecný stav je nasledovný: po dokončení laserového zvárania sa na povrchu materiálu alebo obrobku objaví veľa kovových častíc, ktoré priľnú k povrchu materiálu alebo obrobku. Najintuitívnejším stavom je, že pri zváraní v režime galvanometra sa po určitom čase používania ochrannej šošovky galvanometra na povrchu objavia husté jamky, ktoré sú spôsobené rozstrekom zo zvárania. Po dlhom čase sa svetlo ľahko zablokuje a vzniknú problémy so svetlom zvárania, čo vedie k sérii problémov, ako je prerušené zváranie a virtuálne zváranie.
Aké sú príčiny striekania?
Po prvé, hustota výkonu, čím vyššia je hustota výkonu, tým ľahšie sa vytvára rozstrek a rozstrek priamo súvisí s hustotou výkonu. Ide o storočný problém. Aspoň doteraz sa odvetviu nepodarilo vyriešiť problém rozstreku a možno len povedať, že sa mierne znížil. V odvetví lítiových batérií je rozstrek najväčšou príčinou skratu batérie, ale nedokázalo vyriešiť jeho základnú príčinu. Vplyv rozstreku na batériu sa dá znížiť iba z hľadiska ochrany. Napríklad okolo zváranej časti sa pridáva kruh otvorov na odsávanie prachu a ochranných krytov a v kruhoch sa pridávajú rady vzduchových nožov, aby sa zabránilo nárazu rozstreku alebo dokonca poškodeniu batérie. Dá sa povedať, že ničenie životného prostredia, produktov a komponentov v okolí zváracej stanice vyčerpalo prostriedky.
Pokiaľ ide o riešenie problému s rozstrekom, možno povedať len to, že zníženie zváracej energie pomáha znížiť rozstrek. Zníženie rýchlosti zvárania môže tiež pomôcť, ak je penetrácia nedostatočná. Pri niektorých špeciálnych procesných požiadavkách však má malý účinok. Je to ten istý proces, rôzne stroje a rôzne šarže materiálov majú úplne odlišné zváracie účinky. Preto v novom energetickom priemysle existuje nepísané pravidlo, jedna sada zváracích parametrov pre jedno zariadenie.
Po druhé, ak sa povrch spracovávaného materiálu alebo obrobku nevyčistí, olejové škvrny alebo znečisťujúce látky tiež spôsobia vážne postreky. V tomto prípade je najjednoduchšie vyčistiť povrch spracovávaného materiálu.
3. Vysoká odrazivosť laserového zvárania
Vo všeobecnosti sa vysoký odraz vzťahuje na skutočnosť, že spracovateľský materiál má malý odpor, relatívne hladký povrch a nízku mieru absorpcie pre lasery v blízkej infračervenej oblasti, čo vedie k veľkému množstvu laserového žiarenia. Pretože väčšina laserov sa používa vertikálne, kvôli materiálu alebo malému sklonu sa vracajúce sa laserové svetlo vracia do výstupnej hlavy a dokonca aj časť vracajúceho sa svetla je spojená s vláknom prenášajúcim energiu a prenáša sa späť pozdĺž vlákna do vnútra lasera, čo spôsobuje, že jadrové komponenty vo vnútri lasera zostávajú na vysokej teplote.
Ak je odrazivosť počas laserového zvárania príliš vysoká, možno použiť nasledujúce riešenia:
3.1 Použitie antireflexného povlaku alebo úprava povrchu materiálu: potiahnutie povrchu zváraného materiálu antireflexným povlakom môže účinne znížiť odrazivosť laseru. 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 zberačom prúdu, mäkké spájanie atď., môže byť povrch aj reliéfny.
3.2 Nastavenie uhla zvárania: Nastavením uhla zvárania môže laserový lúč dopadať na zváraný materiál pod vhodnejším uhlom a znížiť tak výskyt odrazov. Normálne je dobrým spôsobom, ako znížiť odrazy, nechať laserový lúč dopadať kolmo na povrch zváraného materiálu.
3.3 Pridanie pomocného absorbentu: Počas zváracieho procesu sa do zvaru pridáva určité množstvo pomocného absorbentu, ako je prášok alebo kvapalina. Tieto absorbéry absorbujú laserovú energiu a znižujú odrazivosť. Vhodný absorbent je potrebné vybrať na základe konkrétnych zváracích materiálov a scenárov použitia. V priemysle lítiových batérií je to nepravdepodobné.
3.4 Použitie optického vlákna na prenos laserového lúča: Ak je to možné, na prenos laserového lúča do zváracej polohy sa môže použiť optické vlákno, aby sa znížila odrazivosť. Optické vlákna môžu viesť laserový lúč do zváracej oblasti, aby sa zabránilo priamemu vystaveniu povrchu zváraného materiálu a znížil sa výskyt odrazov.
3.5 Nastavenie parametrov lasera: Úpravou parametrov, ako je výkon lasera, ohnisková vzdialenosť a priemer ohniska, je možné riadiť rozloženie laserovej energie a znížiť odrazy. Pri niektorých reflexných materiáloch môže byť zníženie výkonu laseru účinným spôsobom, ako znížiť odrazy.
3.6 Použitie deliča lúča: Delič lúča môže viesť časť laserovej energie do absorpčného zariadenia, čím sa znižuje výskyt odrazov. Zariadenia na delenie lúča zvyčajne pozostávajú z optických komponentov a absorbérov a výberom vhodných komponentov a úpravou rozloženia zariadenia je možné dosiahnuť nižšiu odrazivosť.
4. Zváranie podrezaním
Ktoré procesy vo výrobnom procese lítiových batérií s väčšou pravdepodobnosťou spôsobia podhodnotenie? Prečo k podhodnoteniu dochádza? Poďme si to analyzovať.
Podrezanie, vo všeobecnosti nie sú zváracie suroviny navzájom dobre kombinované, medzera je príliš veľká alebo sa objavuje drážka, hĺbka a šírka sú v podstate väčšie ako 0,5 mm, celková dĺžka je väčšia ako 10 % dĺžky zvaru alebo je väčšia ako požadovaná dĺžka stanovená štandardom výrobného procesu.
V celom procese výroby lítiových batérií je pravdepodobnejšie, že dôjde k podrezaniu, a to sa vo všeobecnosti vyskytuje pri predbežnom zváraní tesnenia a zváraní valcovej krycej dosky a pri predbežnom zváraní tesnenia a zváraní štvorcovej hliníkovej krycej dosky plášťa. Hlavným dôvodom je, že tesniaca krycia doska musí pri zváraní spolupracovať s plášťom, proces prispôsobenia medzi tesniacou krycou doskou a plášťom je náchylný na nadmerné medzery zvarov, drážky, zrútenie atď., takže je obzvlášť náchylný na podrezanie.
Čo teda spôsobuje podhodnotenie?
Ak je rýchlosť zvárania príliš vysoká, tekutý kov za malým otvorom smerujúcim do stredu zvaru sa nestihne rozdeliť, čo vedie k stuhnutiu a podrezaniu na oboch stranách zvaru. Vzhľadom na vyššie uvedenú situáciu je potrebné optimalizovať parametre zvárania. Jednoducho povedané, ide o opakované experimenty na overenie rôznych parametrov a pokračovanie v DOE, kým sa nenájdu vhodné parametre.
2. Nadmerné medzery zvarov, drážky, prepadliny atď. zváracích materiálov znížia množstvo roztaveného kovu, ktorý vyplní medzery, čím sa zvýši pravdepodobnosť výskytu podrezaní. Je to otázka zariadení a surovín. Či zváracie suroviny spĺňajú požiadavky na vstupný materiál nášho procesu, či presnosť zariadenia spĺňa požiadavky atď. Bežnou praxou je neustále mučenie a bičovanie dodávateľov a ľudí zodpovedných za zariadenia.
3. Ak energia na konci laserového zvárania klesne príliš rýchlo, malý otvor sa môže zrútiť, čo vedie k lokálnemu podrezaniu. Správne prispôsobenie výkonu a rýchlosti môže účinne zabrániť tvorbe podrezaní. Ako hovorí staré príslovie, opakujte experimenty, overte rôzne parametre a pokračujte v DOE, kým nenájdete správne parametre.
5. Zrútenie zvarového stredu
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 sa môže prepadnúť a vytvoriť priehlbiny a jamky. V tomto prípade je potrebné primerane znížiť hustotu energie, aby sa zabránilo kolapsu roztaveného kúpeľa.
V inej situácii sa zvarová medzera jednoducho zrúti bez toho, aby spôsobila perforáciu. To je nepochybne problém lisovaného uloženia zariadenia.
Správne pochopenie defektov, ktoré sa môžu vyskytnúť počas laserového zvárania, a príčin rôznych defektov umožňuje cielenejší prístup k riešeniu akýchkoľvek abnormálnych problémov so zváraním.
6. Trhliny vo zvaroch
Trhliny, ktoré vznikajú počas kontinuálneho laserového zvárania, sú prevažne 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 vzniku trhlín pri laserovom zváraní:
1. Nevhodný návrh zvaru: Nesprávny návrh geometrie a veľkosti zvaru môže spôsobiť koncentráciu zváracieho napätia, a tým aj praskliny. Riešením je optimalizácia návrhu zvaru, aby sa predišlo koncentrácii zváracieho napätia. Môžete použiť vhodné odsadené zvary, zmeniť tvar zvaru atď.
2. Nesprávny výber parametrov zvárania: Nesprávny výber parametrov zvárania, ako napríklad príliš vysoká rýchlosť zvárania, príliš vysoký výkon atď., môže viesť k nerovnomerným zmenám teploty v oblasti zvárania, čo má za následok veľké zváracie napätie a praskliny. Riešením je upraviť parametre zvárania tak, aby zodpovedali konkrétnemu materiálu a podmienkam zvárania.
3. Nedostatočná príprava zváraného povrchu: Nedostatočné čistenie a predbežná úprava zváraného povrchu pred zváraním, ako je odstránenie oxidov, mastnoty atď., ovplyvní kvalitu a pevnosť zvaru a ľahko povedie k prasklinám. Riešením je dostatočné čistenie a predbežná úprava zváraného povrchu, aby sa zabezpečilo účinné odstránenie nečistôt a kontaminantov v oblasti zvárania.
4. Nesprávna kontrola prívodu tepla pri zváraní: Nedostatočná kontrola prívodu tepla počas zvárania, ako napríklad nadmerná teplota počas zvárania, nesprávna rýchlosť chladenia zvarovej vrstvy atď., vedie k zmenám v štruktúre zvarovej oblasti, čo má za následok praskliny. Riešením je kontrola teploty a rýchlosti chladenia počas zvárania, aby sa predišlo prehriatiu a rýchlemu chladeniu.
5. Nedostatočné odľahčenie napätia: Nedostatočné odľahčenie napätia po zváraní bude mať za následok nedostatočné odľahčenie napätia v zvarovej oblasti, čo ľahko povedie k prasklinám. Riešením je vykonať vhodné odľahčenie napätia po zváraní, ako je tepelné spracovanie alebo vibračné spracovanie (hlavný dôvod).
Čo sa týka výrobného procesu lítiových batérií, ktoré procesy s väčšou pravdepodobnosťou spôsobujú praskliny?
Vo všeobecnosti sú trhliny náchylné na vznik počas tesniaceho zvárania, ako je tesniace zváranie valcových oceľových alebo hliníkových škrupín, tesniace zváranie štvorcových hliníkových škrupín atď. Okrem toho je počas procesu balenia modulov náchylné na praskliny aj zváranie zberača prúdu.
Samozrejme, na zníženie alebo odstránenie týchto trhlín môžeme použiť aj prídavný drôt, predhrievanie alebo iné metódy.
Čas uverejnenia: 1. septembra 2023
