În ultimii ani, datorită dezvoltării rapide a noii industrii energetice, sudarea cu laser a pătruns rapid în întreaga industrie a noii industrii energetice datorită avantajelor sale rapide și stabile. Printre acestea, echipamentele de sudură cu laser reprezintă cea mai mare proporție de aplicații în întreaga industrie a noii industrii energetice.
Sudură cu lasera devenit rapid prima alegere în toate domeniile vieții datorită vitezei sale mari, adâncimii mari și deformării mici. De la suduri în puncte la suduri cap la cap, suduri de acumulare și etanșare,sudură cu laseroferă precizie și control de neegalat. Joacă un rol important în producția și fabricarea industrială, inclusiv în industria militară, asistența medicală, industria aerospațială, piesele auto 3C, tabla mecanică, energia nouă și alte industrii.
Comparativ cu alte tehnologii de sudare, sudarea cu laser are avantajele și dezavantajele sale unice.
Avantaj:
1. Viteză mare, adâncime mare și deformare mică.
2. Sudarea se poate efectua la temperatură normală sau în condiții speciale, iar echipamentul de sudare este simplu. De exemplu, un fascicul laser nu se deplasează într-un câmp electromagnetic. Laserele pot suda în vid, aer sau anumite medii gazoase și pot suda materiale care trec prin sticlă sau sunt transparente fasciculului laser.
3. Poate suda materiale refractare precum titanul și cuarțul și poate suda, de asemenea, materiale diferite cu rezultate bune.
4. După focalizarea laserului, densitatea de putere este mare. Raportul de aspect poate ajunge la 5:1 și poate ajunge până la 10:1 la sudarea dispozitivelor de mare putere.
5. Se poate efectua micro-sudură. După focalizarea fasciculului laser, se poate obține un punct mic, care poate fi poziționat cu precizie. Poate fi aplicată la asamblarea și sudarea pieselor micro și mici pentru a realiza o producție de masă automatizată.
6. Poate suda zone greu accesibile și poate efectua sudură fără contact la distanță lungă, cu o flexibilitate mare. În special în ultimii ani, tehnologia de procesare cu laser YAG a adoptat tehnologia de transmisie cu fibră optică, ceea ce a permis promovarea și aplicarea pe scară largă a tehnologiei de sudare cu laser.
7. Fasciculul laser este ușor de divizat în timp și spațiu, iar mai multe fascicule pot fi procesate simultan în mai multe locații, oferind condiții pentru o sudură mai precisă.
Defect:
1. Precizia de asamblare a piesei de prelucrat trebuie să fie ridicată, iar poziția fasciculului pe piesa de prelucrat să nu poată fi deviată semnificativ. Acest lucru se datorează faptului că dimensiunea spotului laser după focalizare este mică, iar cusătura de sudură este îngustă, ceea ce face dificilă adăugarea de materiale metalice de adaos. Dacă precizia de asamblare a piesei de prelucrat sau precizia de poziționare a fasciculului nu îndeplinesc cerințele, este probabil să apară defecte de sudare.
2. Costul laserelor și al sistemelor aferente este ridicat, iar investiția unică este mare.
Defecte comune ale sudării cu laserîn fabricarea bateriilor cu litiu
1. Porozitatea sudurii
Defecte comune însudură cu lasersunt pori. Baia de metal topit rezultată prin sudură este adâncă și îngustă. În timpul procesului de sudare cu laser, azotul pătrunde în baia de metal topit din exterior. În timpul procesului de răcire și solidificare a metalului, solubilitatea azotului scade odată cu scăderea temperaturii. Când metalul topit se răcește și începe să cristalizeze, solubilitatea va scădea brusc și brusc. În acest moment, o cantitate mare de gaz va precipita, formând bule. Dacă viteza de plutire a bulelor este mai mică decât viteza de cristalizare a metalului, se vor genera pori.
În aplicațiile din industria bateriilor cu litiu, constatăm adesea că porii sunt deosebit de predispuși să apară în timpul sudării electrodului pozitiv, dar rareori apar în timpul sudării electrodului negativ. Acest lucru se datorează faptului că electrodul pozitiv este fabricat din aluminiu, iar electrodul negativ este fabricat din cupru. În timpul sudării, aluminiul lichid de la suprafață se condensează înainte ca gazul intern să se reverse complet, împiedicând gazul să se reverse și să formeze găuri mari și mici. Stomate mici.
Pe lângă cauzele porilor menționate mai sus, porii includ și aerul exterior, umiditatea, uleiul de suprafață etc. În plus, direcția și unghiul de suflare a azotului vor afecta, de asemenea, formarea porilor.
Cât despre cum să reduci apariția porilor de sudură?
Mai întâi, înaintesudare, petele de ulei și impuritățile de pe suprafața materialelor primite trebuie curățate la timp; în producția de baterii cu litiu, inspecția materialelor primite este un proces esențial.
În al doilea rând, debitul de gaz protector trebuie ajustat în funcție de factori precum viteza de sudare, puterea, poziția etc. și nu trebuie să fie nici prea mare, nici prea mic. Presiunea mantalei de protecție trebuie ajustată în funcție de factori precum puterea laserului și poziția focalizării și nu trebuie să fie nici prea mare, nici prea mică. Forma duzei mantalei de protecție trebuie ajustată în funcție de forma, direcția și alți factori ai sudurii, astfel încât mantaua de protecție să poată acoperi uniform zona de sudură.
În al treilea rând, controlați temperatura, umiditatea și praful din aerul din atelier. Temperatura și umiditatea ambiantă vor afecta conținutul de umiditate de la suprafața substratului și a gazului protector, ceea ce, la rândul său, va afecta generarea și eliberarea vaporilor de apă în baia de topit. Dacă temperatura și umiditatea ambiantă sunt prea ridicate, va exista prea multă umiditate la suprafața substratului și a gazului protector, generând o cantitate mare de vapori de apă, rezultând pori. Dacă temperatura și umiditatea ambiantă sunt prea scăzute, va exista prea puțină umiditate la suprafața substratului și în gazul protector, reducând generarea de vapori de apă și, prin urmare, porii; permiteți personalului de calitate să detecteze valoarea țintă a temperaturii, umidității și prafului la stația de sudare.
În al patrulea rând, metoda de oscilare a fasciculului este utilizată pentru a reduce sau elimina porii în sudarea cu penetrare profundă cu laser. Datorită adăugării oscilației în timpul sudării, oscilația alternativă a fasciculului către sudură provoacă retopirea repetată a unei părți din sudură, ceea ce prelungește timpul de rezidență al metalului lichid în baia de sudură. În același timp, devierea fasciculului crește și aportul de căldură pe unitatea de suprafață. Raportul adâncime-lățime al sudurii este redus, ceea ce conduce la apariția bulelor, eliminând astfel porii. Pe de altă parte, oscilația fasciculului determină oscilația găurii mici, ceea ce poate oferi, de asemenea, o forță de agitare pentru baia de sudură, crește convecția și agitarea acesteia și are un efect benefic asupra eliminării porilor.
În al cincilea rând, frecvența impulsurilor, frecvența impulsurilor se referă la numărul de impulsuri emise de fasciculul laser pe unitatea de timp, ceea ce va afecta aportul de căldură și acumularea de căldură în baia de material topit, și apoi va afecta câmpul de temperatură și câmpul de curgere din baia de material topit. Dacă frecvența impulsurilor este prea mare, va duce la un aport excesiv de căldură în baia de material topit, provocând o temperatură prea mare a acesteia, producând vapori metalici sau alte elemente volatile la temperaturi ridicate, rezultând pori. Dacă frecvența impulsurilor este prea mică, va duce la o acumulare insuficientă de căldură în baia de material topit, provocând o temperatură prea scăzută a acesteia, reducând dizolvarea și eliberarea gazelor, rezultând pori. În general, frecvența impulsurilor trebuie aleasă într-un interval rezonabil, în funcție de grosimea substratului și puterea laserului, evitând să fie prea mare sau prea mică.
Sudură găuri (sudură cu laser)
2. Stropi de sudură
Stropii generați în timpul procesului de sudare cu laser vor afecta serios calitatea suprafeței sudurii și vor polua și deteriora lentila. Performanța generală este următoarea: după finalizarea sudării cu laser, multe particule metalice apar pe suprafața materialului sau a piesei de prelucrat și aderă la suprafața materialului sau a piesei de prelucrat. Cea mai intuitivă performanță este că, atunci când se sudează în modul galvanometru, după o perioadă de utilizare a lentilei de protecție a galvanometrului, vor apărea gropi dense pe suprafață, iar aceste gropi sunt cauzate de stropii de sudură. După o perioadă lungă de timp, lumina se blochează ușor și vor apărea probleme cu lumina de sudură, rezultând o serie de probleme, cum ar fi sudarea ruptă și sudarea virtuală.
Care sunt cauzele stropirii?
În primul rând, densitatea de putere: cu cât densitatea de putere este mai mare, cu atât este mai ușor să se genereze stropi, iar stropii sunt direct legați de densitatea de putere. Aceasta este o problemă veche de un secol. Cel puțin până acum, industria nu a reușit să rezolve problema stropirii și poate spune doar că aceasta a fost ușor redusă. În industria bateriilor cu litiu, stropirea este cel mai mare vinovat de scurtcircuit al bateriei, dar nu a reușit să rezolve cauza principală. Impactul stropilor asupra bateriei poate fi redus doar din punct de vedere al protecției. De exemplu, în jurul piesei de sudură se adaugă un cerc de orificii de îndepărtare a prafului și capace de protecție, iar în jurul piesei de sudură se adaugă rânduri de cuțite de aer pentru a preveni impactul stropilor sau chiar deteriorarea bateriei. Se poate spune că distrugerea mediului, a produselor și a componentelor din jurul stației de sudură a epuizat mijloacele.
În ceea ce privește rezolvarea problemei stropilor, se poate spune doar că reducerea energiei de sudare ajută la reducerea stropilor. Reducerea vitezei de sudare poate ajuta, de asemenea, dacă penetrarea este insuficientă. Dar, în cazul unor cerințe speciale de proces, are un efect redus. Este același proces, diferite mașini și diferite loturi de materiale au efecte de sudare complet diferite. Prin urmare, există o regulă nescrisă în noua industrie energetică, un set unic de parametri de sudare pentru un singur echipament.
În al doilea rând, dacă suprafața materialului prelucrat sau a piesei de prelucrat nu este curățată, petele de ulei sau poluanții vor provoca, de asemenea, stropi serioși. În acest moment, cel mai simplu lucru este să curățați suprafața materialului prelucrat.
3. Reflectivitate ridicată a sudării cu laser
În general, reflexia ridicată se referă la faptul că materialul de procesare are o rezistivitate mică, o suprafață relativ netedă și o rată de absorbție scăzută pentru laserele cu infraroșu apropiat, ceea ce duce la o cantitate mare de emisie laser și, deoarece majoritatea laserelor sunt utilizate în poziție verticală. Datorită materialului sau a unei înclinări mici, lumina laser care se întoarce reintră în capul de ieșire și chiar o parte din lumina care se întoarce este cuplată în fibra care transmite energie și este transmisă înapoi de-a lungul fibrei către interiorul laserului, făcând ca componentele principale din interiorul laserului să rămână la temperatură ridicată.
Când reflectivitatea este prea mare în timpul sudării cu laser, se pot lua următoarele soluții:
3.1 Utilizați un strat antireflexie sau tratați suprafața materialului: acoperirea suprafeței materialului de sudură cu un strat antireflexie poate reduce eficient reflectivitatea laserului. Acest strat este de obicei un material optic special cu reflectivitate redusă, care absoarbe energia laserului în loc să o reflecte înapoi. În unele procese, cum ar fi sudarea cu colector de curent, conexiunea moale etc., suprafața poate fi, de asemenea, gofrată.
3.2 Reglarea unghiului de sudare: Prin reglarea unghiului de sudare, fasciculul laser poate incidenția pe materialul de sudură la un unghi mai potrivit și poate reduce apariția reflexiilor. În mod normal, incidenta fasciculului laser perpendiculară pe suprafața materialului de sudat este o modalitate bună de a reduce reflexiile.
3.3 Adăugarea de absorbant auxiliar: În timpul procesului de sudare, o anumită cantitate de absorbant auxiliar, cum ar fi pulbere sau lichid, este adăugată la sudură. Acești absorbanți absorb energia laserului și reduc reflectivitatea. Absorbantul adecvat trebuie selectat în funcție de materialele specifice de sudare și de scenariile de aplicare. În industria bateriilor cu litiu, acest lucru este puțin probabil.
3.4 Utilizarea fibrei optice pentru transmiterea laserului: Dacă este posibil, se poate utiliza fibra optică pentru transmiterea laserului către poziția de sudare pentru a reduce reflectivitatea. Fibrele optice pot ghida fasciculul laser către zona de sudare pentru a evita expunerea directă la suprafața materialului de sudură și a reduce apariția reflexiilor.
3.5 Reglarea parametrilor laserului: Prin ajustarea parametrilor precum puterea laserului, distanța focală și diametrul focal, se poate controla distribuția energiei laserului, iar reflexiile pot fi reduse. Pentru unele materiale reflectorizante, reducerea puterii laserului poate fi o modalitate eficientă de a reduce reflexiile.
3.6 Utilizarea unui divizor de fascicul: Un divizor de fascicul poate ghida o parte din energia laserului în dispozitivul de absorbție, reducând astfel apariția reflexiilor. Dispozitivele de divizare a fasciculului constau de obicei din componente optice și absorbante, iar prin selectarea componentelor adecvate și ajustarea amplasamentului dispozitivului, se poate obține o reflectivitate mai mică.
4. Subtrângerea sudurii
În procesul de fabricație a bateriilor cu litiu, care procese sunt mai susceptibile de a cauza subcotare? De ce apare subcotarea? Să analizăm.
Subtunecare, în general, materiile prime pentru sudură nu sunt bine combinate între ele, spațiul este prea mare sau apare un canal, adâncimea și lățimea sunt practic mai mari de 0,5 mm, lungimea totală este mai mare de 10% din lungimea sudurii sau mai mare decât standardul de proces al produsului, lungimea solicitată.
În întregul proces de fabricație a bateriilor cu litiu, este mai probabil să apară subtăieri, iar acestea sunt distribuite în general în fazele de pre-sudare și etanșare a plăcii cilindrice de acoperire și pre-sudare și etanșare a plăcii pătrate de acoperire a carcasei din aluminiu. Motivul principal este că placa de acoperire de etanșare trebuie să coopereze cu carcasa pentru sudare, iar procesul de potrivire dintre placa de acoperire de etanșare și carcasă este predispus la goluri excesive de sudură, caneluri, colapsuri etc., fiind deosebit de predispuse la subtăieri.
Deci, ce cauzează subcotarea?
Dacă viteza de sudare este prea mare, metalul lichid din spatele orificiului mic, orientat spre centrul sudurii, nu va avea timp să se redistribuie, ceea ce va duce la solidificare și sub-tăiere pe ambele părți ale sudurii. Având în vedere situația de mai sus, trebuie să optimizăm parametrii de sudare. Simplu spus, se repetă experimentele pentru a verifica diverși parametri și se continuă efectuarea DOE până când se găsesc parametrii corespunzători.
2. Golurile excesive de sudură, canelurile, prăbușirile etc. ale materialelor de sudură vor reduce cantitatea de metal topit care umple golurile, crescând probabilitatea apariției subtăierilor. Aceasta este o chestiune de echipament și materii prime. Dacă materiile prime de sudură îndeplinesc cerințele de materiale primite ale procesului nostru, dacă precizia echipamentului îndeplinește cerințele etc. Practica normală este de a tortura și bate constant furnizorii și persoanele responsabile de echipamente.
3. Dacă energia scade prea repede la sfârșitul sudării cu laser, gaura mică se poate prăbuși, rezultând o subtăiere locală. Potrivirea corectă a puterii și vitezei poate preveni eficient formarea subtăierilor. După cum spune vechea zicală, repetați experimentele, verificați diverși parametri și continuați DOE până când găsiți parametrii corecți.
5. Prăbușirea centrului de sudură
Dacă viteza de sudare este mică, baia de metal topit va fi mai mare și mai lată, crescând cantitatea de metal topit. Acest lucru poate îngreuna menținerea tensiunii superficiale. Când metalul topit devine prea greu, centrul sudurii se poate scufunda și poate forma adâncituri și gropi. În acest caz, densitatea energiei trebuie redusă corespunzător pentru a preveni colapsul băii de metal topit.
Într-o altă situație, spațiul dintre sudură formează pur și simplu o prăbușire fără a provoca perforații. Aceasta este, fără îndoială, o problemă a fixării prin presare a echipamentului.
O înțelegere corectă a defectelor care pot apărea în timpul sudării cu laser și a cauzelor diferitelor defecte permite o abordare mai precisă pentru rezolvarea oricăror probleme anormale de sudare.
6. Fisuri de sudură
Fisurile care apar în timpul sudării continue cu laser sunt în principal fisuri termice, cum ar fi fisurile cristaline și fisurile de lichefiere. Principala cauză a acestor fisuri este forțele mari de contracție generate de sudură înainte ca aceasta să se solidifice complet.
Există, de asemenea, următoarele motive pentru apariția fisurilor în sudarea cu laser:
1. Proiectare nerezonabilă a sudurii: Proiectarea necorespunzătoare a geometriei și dimensiunii sudurii poate cauza concentrarea tensiunilor de sudare, provocând astfel fisuri. Soluția este optimizarea proiectării sudurii pentru a evita concentrarea tensiunilor de sudare. Puteți utiliza suduri decalate adecvate, puteți modifica forma sudurii etc.
2. Nepotrivirea parametrilor de sudare: Selectarea necorespunzătoare a parametrilor de sudare, cum ar fi viteza de sudare prea mare, puterea prea mare etc., poate duce la schimbări neuniforme de temperatură în zona de sudare, rezultând solicitări mari de sudare și fisuri. Soluția este ajustarea parametrilor de sudare pentru a se potrivi cu materialul specific și condițiile de sudare.
3. Pregătirea deficitară a suprafeței de sudură: Necurățarea și pretratarea corespunzătoare a suprafeței de sudură înainte de sudare, cum ar fi îndepărtarea oxizilor, grăsimii etc., va afecta calitatea și rezistența sudurii și va duce cu ușurință la fisuri. Soluția este curățarea și pretratarea adecvată a suprafeței de sudură pentru a asigura tratarea eficientă a impurităților și contaminanților din zona de sudură.
4. Controlul necorespunzător al aportului de căldură la sudură: Un control deficitar al aportului de căldură în timpul sudării, cum ar fi temperatura excesivă în timpul sudării, viteza de răcire necorespunzătoare a stratului de sudură etc., va duce la modificări ale structurii zonei de sudură, rezultând fisuri. Soluția este controlul temperaturii și al vitezei de răcire în timpul sudării pentru a evita supraîncălzirea și răcirea rapidă.
5. Detensionare insuficientă: Tratamentul insuficient de detensionare după sudare va duce la o detensionare insuficientă în zona sudată, ceea ce va duce cu ușurință la fisuri. Soluția este efectuarea unui tratament adecvat de detensionare după sudare, cum ar fi tratamentul termic sau tratamentul prin vibrații (motivul principal).
În ceea ce privește procesul de fabricație a bateriilor cu litiu, care procese sunt mai susceptibile de a provoca fisuri?
În general, fisurile sunt predispuse la apariția sudurii de etanșare, cum ar fi sudarea de etanșare a carcasei cilindrice din oțel sau a carcasei din aluminiu, sudarea de etanșare a carcasei pătrate din aluminiu etc. În plus, în timpul procesului de ambalare a modulelor, sudarea colectorului de curent este, de asemenea, predispusă la fisuri.
Desigur, putem folosi și sârmă de umplere, preîncălzire sau alte metode pentru a reduce sau elimina aceste fisuri.
Data publicării: 01 septembrie 2023
