Laser welding
Sa mga nagdaang taon, salamat sa mabilis na pag-unlad ng bagong industriya ng enerhiya, ang laser welding ay mabilis na tumagos sa buong bagong industriya ng enerhiya dahil sa mabilis at matatag na mga pakinabang nito.Kabilang sa mga ito, ang mga kagamitan sa pag-welding ng laser ay may pinakamataas na proporsyon ng mga aplikasyon sa buong bagong industriya ng enerhiya.
Ang laser welding ay mabilis na naging unang pagpipilian sa lahat ng antas ng pamumuhay dahil sa mabilis nitong bilis, malaking lalim, at maliit na deformation.Mula sa spot welds hanggang butt welds, build-up at seal welds, ang laser welding ay nagbibigay ng walang kapantay na katumpakan at kontrol.Ito ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pang-industriyang produksyon at pagmamanupaktura, kabilang ang industriya ng militar, pangangalagang medikal, aerospace, 3C na mga piyesa ng sasakyan, mechanical sheet metal, bagong enerhiya at iba pang mga industriya.
Kung ikukumpara sa iba pang mga teknolohiya ng welding, ang laser welding ay may mga natatanging pakinabang at disadvantages nito.
Advantage:
1. Mabilis na bilis, malaking lalim at maliit na pagpapapangit.
2. Ang welding ay maaaring isagawa sa normal na temperatura o sa ilalim ng mga espesyal na kondisyon, at ang welding equipment ay simple.Halimbawa, ang isang laser beam ay hindi naaanod sa isang electromagnetic field.Ang mga laser ay maaaring magwelding sa isang vacuum, hangin o ilang partikular na kapaligiran ng gas, at maaaring magwelding ng mga materyales na sa pamamagitan ng salamin o transparent sa laser beam.
3. Maaari itong magwelding ng mga refractory na materyales tulad ng titanium at quartz, at maaari ding magwelding ng hindi magkatulad na materyales na may magagandang resulta.
4. Matapos ang laser ay nakatutok, ang power density ay mataas.Maaaring umabot sa 5:1 ang aspect ratio, at maaaring umabot ng hanggang 10:1 kapag nagwe-welding ng mga high-power na device.
5. Maaaring isagawa ang micro welding.Matapos ang laser beam ay nakatutok, ang isang maliit na lugar ay maaaring makuha at maaaring iposisyon nang tumpak.Maaari itong ilapat sa pagpupulong at hinang ng mga micro at maliliit na workpiece upang makamit ang automated mass production.
6. Maaari itong magwelding ng mga lugar na mahirap maabot at magsagawa ng non-contact long-distance welding, na may mahusay na flexibility.Lalo na sa mga nagdaang taon, ang teknolohiya ng pagpoproseso ng YAG ng laser ay nagpatibay ng teknolohiya ng paghahatid ng optical fiber, na nagbigay-daan sa teknolohiya ng laser welding na mas malawak na maisulong at mailapat.
7. Ang laser beam ay madaling hatiin sa oras at espasyo, at maraming beam ang maaaring iproseso sa maraming lokasyon nang sabay-sabay, na nagbibigay ng mga kondisyon para sa mas tumpak na welding.
depekto:
1. Ang katumpakan ng pagpupulong ng workpiece ay kinakailangang maging mataas, at ang posisyon ng beam sa workpiece ay hindi maaaring makabuluhang lihis.Ito ay dahil ang laki ng laser spot pagkatapos mag-focus ay maliit at ang weld seam ay makitid, na nagpapahirap sa pagdaragdag ng mga filler metal na materyales.Kung ang katumpakan ng pagpupulong ng workpiece o ang katumpakan ng pagpoposisyon ng beam ay hindi nakakatugon sa mga kinakailangan, ang mga depekto sa hinang ay madaling mangyari.
2. Ang halaga ng mga laser at mga kaugnay na sistema ay mataas, at ang isang beses na pamumuhunan ay malaki.
Karaniwang mga depekto sa welding ng laser sa paggawa ng baterya ng lithium
1. Welding porosity
Ang mga karaniwang depekto sa laser welding ay mga pores.Ang welding molten pool ay malalim at makitid.Sa panahon ng proseso ng laser welding, ang nitrogen ay sumasalakay sa molten pool mula sa labas.Sa panahon ng proseso ng paglamig at solidification ng metal, ang solubility ng nitrogen ay bumababa sa pagbaba ng temperatura.Kapag ang tunaw na pool metal ay lumalamig upang magsimulang mag-kristal, , ang solubility ay bababa nang husto at bigla.Sa oras na ito, ang isang malaking halaga ng gas ay namuo upang bumuo ng mga bula.Kung ang lumulutang na bilis ng mga bula ay mas mababa kaysa sa bilis ng pagkikristal ng metal, ang mga pores ay bubuo.
Sa mga aplikasyon sa industriya ng baterya ng lithium, madalas nating nalaman na ang mga pores ay partikular na malamang na mangyari sa panahon ng hinang ng positibong elektrod, ngunit bihirang mangyari sa panahon ng hinang ng negatibong elektrod.Ito ay dahil ang positibong elektrod ay gawa sa aluminyo at ang negatibong elektrod ay gawa sa tanso.Sa panahon ng hinang, ang likidong aluminyo sa ibabaw ay na-condensed bago ang panloob na gas ay ganap na umapaw, na pinipigilan ang gas mula sa pag-apaw at bumubuo ng malaki at maliit na mga butas.Maliit na stomata.
Bilang karagdagan sa mga sanhi ng mga pores na nabanggit sa itaas, ang mga pores ay kinabibilangan din ng panlabas na hangin, kahalumigmigan, langis sa ibabaw, atbp. Bilang karagdagan, ang direksyon at anggulo ng pamumulaklak ng nitrogen ay makakaapekto rin sa pagbuo ng mga pores.
Kung paano bawasan ang paglitaw ng mga welding pores?
Una, bago ang hinang, ang mga mantsa ng langis at mga dumi sa ibabaw ng mga papasok na materyales ay kailangang malinis sa oras;sa paggawa ng mga baterya ng lithium, ang papasok na materyal na inspeksyon ay isang mahalagang proseso.
Pangalawa, ang shielding gas flow ay dapat na iakma ayon sa mga salik tulad ng welding speed, power, position, atbp., at hindi dapat masyadong malaki o masyadong maliit.Ang proteksiyon na presyon ng balabal ay dapat iakma ayon sa mga salik tulad ng kapangyarihan ng laser at posisyon ng pagtutok, at hindi dapat masyadong mataas o masyadong mababa.Ang hugis ng protective cloak nozzle ay dapat na iakma ayon sa hugis, direksyon at iba pang mga kadahilanan ng weld upang ang proteksiyon na balabal ay maaaring pantay na masakop ang lugar ng hinang.
Pangatlo, kontrolin ang temperatura, halumigmig at alikabok sa hangin sa pagawaan.Ang ambient temperature at humidity ay makakaapekto sa moisture content sa ibabaw ng substrate at sa protective gas, na makakaapekto naman sa pagbuo at pagtakas ng water vapor sa molten pool.Kung ang temperatura at halumigmig sa paligid ay masyadong mataas, magkakaroon ng labis na kahalumigmigan sa ibabaw ng substrate at ang proteksiyon na gas, na bumubuo ng isang malaking halaga ng singaw ng tubig, na nagreresulta sa mga pores.Kung ang temperatura at halumigmig sa paligid ay masyadong mababa, magkakaroon ng masyadong maliit na kahalumigmigan sa ibabaw ng substrate at sa shielding gas, na binabawasan ang pagbuo ng singaw ng tubig, at sa gayon ay binabawasan ang mga pores;hayaan ang mga tauhan ng kalidad na makita ang target na halaga ng temperatura, halumigmig at alikabok sa welding station.
Ikaapat, ang paraan ng beam swing ay ginagamit upang bawasan o alisin ang mga pores sa laser deep penetration welding.Dahil sa pagdaragdag ng swing sa panahon ng welding, ang reciprocating swing ng beam sa weld seam ay nagdudulot ng paulit-ulit na remelting ng bahagi ng weld seam, na nagpapatagal sa oras ng paninirahan ng likidong metal sa welding pool.Kasabay nito, ang pagpapalihis ng sinag ay nagpapataas din ng init input sa bawat unit area.Ang lalim-sa-lapad na ratio ng weld ay nabawasan, na nakakatulong sa paglitaw ng mga bula, sa gayon ay inaalis ang mga pores.Sa kabilang banda, ang pag-indayog ng sinag ay nagdudulot ng pag-ugoy ng maliit na butas nang naaayon, na maaari ring magbigay ng puwersa ng pagpapakilos para sa welding pool, dagdagan ang kombeksyon at pagpapakilos ng welding pool, at magkaroon ng kapaki-pakinabang na epekto sa pag-aalis ng mga pores.
Ikalima, ang dalas ng pulso, ang dalas ng pulso ay tumutukoy sa bilang ng mga pulso na ibinubuga ng laser beam sa bawat yunit ng oras, na makakaapekto sa input ng init at akumulasyon ng init sa molten pool, at pagkatapos ay makakaapekto sa field ng temperatura at field ng daloy sa tinunaw. pool.Kung ang dalas ng pulso ay masyadong mataas, ito ay hahantong sa labis na pagpasok ng init sa molten pool, na nagiging sanhi ng temperatura ng molten pool na maging masyadong mataas, na gumagawa ng metal na singaw o iba pang elemento na pabagu-bago sa mataas na temperatura, na nagreresulta sa mga pores.Kung ang dalas ng pulso ay masyadong mababa, ito ay hahantong sa hindi sapat na akumulasyon ng init sa molten pool, na nagiging sanhi ng temperatura ng molten pool na maging masyadong mababa, na binabawasan ang pagkalusaw at pagtakas ng gas, na nagreresulta sa mga pores.Sa pangkalahatan, ang dalas ng pulso ay dapat piliin sa loob ng makatwirang hanay batay sa kapal ng substrate at kapangyarihan ng laser, at iwasan ang pagiging masyadong mataas o masyadong mababa.
Mga butas ng hinang (laser welding)
2. Weld spatter
Ang spatter na nabuo sa panahon ng proseso ng hinang, ang laser welding ay seryosong makakaapekto sa kalidad ng ibabaw ng hinang, at magpaparumi at makapinsala sa lens.Ang pangkalahatang pagganap ay ang mga sumusunod: pagkatapos makumpleto ang laser welding, maraming mga particle ng metal ang lumilitaw sa ibabaw ng materyal o workpiece at sumunod sa ibabaw ng materyal o workpiece.Ang pinaka-intuitive na pagganap ay kapag hinang sa mode ng galvanometer, pagkatapos ng isang panahon ng paggamit ng proteksiyon na lens ng galvanometer, magkakaroon ng mga siksik na hukay sa ibabaw, at ang mga hukay na ito ay sanhi ng welding spatter.Pagkatapos ng mahabang panahon, madaling harangan ang ilaw, at magkakaroon ng mga problema sa welding light, na magreresulta sa isang serye ng mga problema tulad ng sirang welding at virtual welding.
Ano ang mga sanhi ng splashing?
Una, ang power density, mas malaki ang power density, mas madali itong makabuo ng spatter, at ang spatter ay direktang nauugnay sa power density.Ito ay isang siglo na ang problema.Hindi bababa sa sa ngayon, ang industriya ay hindi malutas ang problema ng splashing, at maaari lamang sabihin na ito ay bahagyang nabawasan.Sa industriya ng baterya ng lithium, ang pag-splash ay ang pinakamalaking salarin ng short circuit ng baterya, ngunit hindi nito nalutas ang ugat na sanhi.Ang epekto ng spatter sa baterya ay maaari lamang mabawasan mula sa punto ng view ng proteksyon.Halimbawa, ang isang bilog ng mga port ng pag-alis ng alikabok at mga proteksiyon na takip ay idinagdag sa paligid ng bahagi ng hinang, at ang mga hilera ng mga air knive ay idinagdag sa mga bilog upang maiwasan ang epekto ng spatter o kahit na pinsala sa baterya.Ang pagsira sa kapaligiran, mga produkto at sangkap sa paligid ng welding station ay masasabing naubos ang paraan.
Kung tungkol sa paglutas ng problema sa spatter, masasabi lamang na ang pagbabawas ng enerhiya ng hinang ay nakakatulong upang mabawasan ang spatter.Ang pagbabawas ng bilis ng hinang ay makakatulong din kung hindi sapat ang pagtagos.Ngunit sa ilang mga espesyal na kinakailangan sa proseso, ito ay may maliit na epekto.Ito ay ang parehong proseso, iba't ibang mga makina at iba't ibang mga batch ng mga materyales ay may ganap na magkakaibang mga epekto ng hinang.Samakatuwid, mayroong isang hindi nakasulat na panuntunan sa bagong industriya ng enerhiya, isang hanay ng mga parameter ng welding para sa isang piraso ng kagamitan.
Pangalawa, kung ang ibabaw ng naprosesong materyal o workpiece ay hindi nalinis, ang mga mantsa ng langis o mga pollutant ay magdudulot din ng malubhang splashes.Sa oras na ito, ang pinakamadaling bagay ay linisin ang ibabaw ng naprosesong materyal.
3. Mataas na reflectivity ng laser welding
Sa pangkalahatan, ang mataas na pagmuni-muni ay tumutukoy sa katotohanan na ang materyal sa pagpoproseso ay may maliit na resistivity, medyo makinis na ibabaw, at isang mababang rate ng pagsipsip para sa malapit-infrared na mga laser, na humahantong sa isang malaking halaga ng laser emission, at dahil ang karamihan sa mga laser ay ginagamit. sa patayo Dahil sa materyal o isang maliit na halaga ng pagkahilig, ang nagbabalik na ilaw ng laser ay muling pumapasok sa output head, at kahit na bahagi ng bumabalik na ilaw ay isinama sa fiber na nagpapadala ng enerhiya, at ipinadala pabalik kasama ang hibla sa loob. ng laser, na ginagawang ang mga pangunahing bahagi sa loob ng laser ay patuloy na nasa mataas na temperatura.
Kapag ang reflectivity ay masyadong mataas sa panahon ng laser welding, ang mga sumusunod na solusyon ay maaaring gawin:
3.1 Gumamit ng anti-reflection coating o gamutin ang ibabaw ng materyal: ang paglalagay sa ibabaw ng welding material na may anti-reflection coating ay maaaring epektibong mabawasan ang reflectivity ng laser.Ang coating na ito ay karaniwang isang espesyal na optical material na may mababang reflectivity na sumisipsip ng laser energy sa halip na ipakita ito pabalik.Sa ilang mga proseso, tulad ng kasalukuyang collector welding, malambot na koneksyon, atbp., ang ibabaw ay maaari ding i-embossed.
3.2 Ayusin ang anggulo ng hinang: Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng anggulo ng hinang, ang laser beam ay maaaring maging insidente sa materyal na hinang sa isang mas naaangkop na anggulo at mabawasan ang paglitaw ng pagmuni-muni.Karaniwan, ang pagkakaroon ng insidente ng laser beam na patayo sa ibabaw ng materyal na hinangin ay isang magandang paraan upang mabawasan ang mga pagmuni-muni.
3.3 Pagdaragdag ng pantulong na sumisipsip: Sa panahon ng proseso ng hinang, isang tiyak na halaga ng pantulong na sumisipsip, tulad ng pulbos o likido, ay idinagdag sa hinang.Ang mga absorbers na ito ay sumisipsip ng laser energy at binabawasan ang reflectivity.Ang naaangkop na sumisipsip ay kailangang mapili batay sa mga partikular na materyales sa hinang at mga sitwasyon ng aplikasyon.Sa industriya ng baterya ng lithium, hindi ito malamang.
3.4 Gumamit ng optical fiber upang magpadala ng laser: Kung maaari, ang optical fiber ay maaaring gamitin upang magpadala ng laser sa welding position upang mabawasan ang reflectivity.Maaaring gabayan ng mga optical fiber ang laser beam sa lugar ng hinang upang maiwasan ang direktang pagkakalantad sa ibabaw ng materyal na hinang at mabawasan ang paglitaw ng mga pagmuni-muni.
3.5 Pagsasaayos ng mga parameter ng laser: Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng mga parameter tulad ng laser power, focal length, at focal diameter, ang distribusyon ng laser energy ay makokontrol at ang mga reflection ay maaaring mabawasan.Para sa ilang mga reflective na materyales, ang pagbabawas ng laser power ay maaaring isang epektibong paraan upang mabawasan ang mga reflection.
3.6 Gumamit ng beam splitter: Maaaring gabayan ng beam splitter ang bahagi ng laser energy papunta sa absorption device, at sa gayon ay binabawasan ang paglitaw ng mga reflection.Ang mga beam splitting device ay kadalasang binubuo ng mga optical component at absorbers, at sa pamamagitan ng pagpili ng mga naaangkop na bahagi at pagsasaayos ng layout ng device, maaaring makamit ang mas mababang reflectivity.
4. Welding undercut
Sa proseso ng pagmamanupaktura ng baterya ng lithium, aling mga proseso ang mas malamang na magdulot ng undercutting?Bakit nangyayari ang undercutting?Pag-aralan natin ito.
Undercut, sa pangkalahatan ang hinang hilaw na materyales ay hindi maayos na pinagsama sa isa't isa, ang puwang ay masyadong malaki o ang uka ay lilitaw, ang lalim at lapad ay karaniwang mas malaki kaysa sa 0.5mm, ang kabuuang haba ay higit sa 10% ng haba ng hinang, o mas malaki kaysa sa pamantayan ng proseso ng produkto ang hiniling na haba.
Sa buong proseso ng pagmamanupaktura ng baterya ng lithium, mas malamang na mangyari ang undercutting, at ito ay karaniwang ipinamamahagi sa sealing pre-welding at welding ng cylindrical cover plate at ang sealing pre-welding at welding ng square aluminum shell cover plate.Ang pangunahing dahilan ay ang sealing cover plate ay kailangang makipagtulungan sa shell sa Welding, ang proseso ng pagtutugma sa pagitan ng sealing cover plate at ang shell ay madaling kapitan ng labis na weld gaps, grooves, collapse, atbp., kaya ito ay partikular na madaling kapitan ng undercuts. .
Kaya ano ang nagiging sanhi ng undercutting?
Kung ang bilis ng welding ay masyadong mabilis, ang likidong metal sa likod ng maliit na butas na tumuturo sa gitna ng weld ay hindi magkakaroon ng oras upang muling ipamahagi, na nagreresulta sa solidification at undercutting sa magkabilang panig ng weld.Dahil sa sitwasyon sa itaas, kailangan nating i-optimize ang mga parameter ng welding.Sa madaling salita, ito ay paulit-ulit na mga eksperimento upang i-verify ang iba't ibang mga parameter, at patuloy na gawin ang DOE hanggang sa makita ang naaangkop na mga parameter.
2. Ang mga sobrang weld gaps, grooves, collapses, atbp. ng welding materials ay magbabawas sa dami ng tinunaw na metal na pumupuno sa mga puwang, na ginagawang mas malamang na mangyari ang mga undercut.Ito ay isang katanungan ng kagamitan at hilaw na materyales.Kung ang welding raw na materyales ay nakakatugon sa mga papasok na materyal na kinakailangan ng aming proseso, kung ang katumpakan ng kagamitan ay nakakatugon sa mga kinakailangan, atbp. Ang normal na kasanayan ay ang patuloy na pagpapahirap at pagbugbog sa mga supplier at mga taong namamahala sa kagamitan.
3. Kung ang enerhiya ay bumaba nang masyadong mabilis sa dulo ng laser welding, ang maliit na butas ay maaaring gumuho, na magreresulta sa lokal na undercutting.Ang tamang pagtutugma ng kapangyarihan at bilis ay epektibong makakapigil sa pagbuo ng mga undercut.Tulad ng sinasabi ng lumang kasabihan, ulitin ang mga eksperimento, i-verify ang iba't ibang mga parameter, at ipagpatuloy ang DOE hanggang sa mahanap mo ang mga tamang parameter.
5. Pagbagsak ng weld center
Kung ang bilis ng hinang ay mabagal, ang tunaw na pool ay magiging mas malaki at mas malawak, na nagdaragdag ng dami ng tinunaw na metal.Maaari nitong gawing mahirap ang pagpapanatili ng pag-igting sa ibabaw.Kapag ang tinunaw na metal ay naging masyadong mabigat, ang gitna ng hinang ay maaaring lumubog at bumuo ng mga dips at hukay.Sa kasong ito, ang density ng enerhiya ay kailangang bawasan nang naaangkop upang maiwasan ang pagbagsak ng natutunaw na pool.
Sa ibang sitwasyon, ang welding gap ay bumubuo lamang ng isang pagbagsak nang hindi nagiging sanhi ng pagbubutas.Ito ay walang alinlangan na isang problema ng equipment press fit.
Ang wastong pag-unawa sa mga depekto na maaaring mangyari sa panahon ng laser welding at ang mga sanhi ng iba't ibang mga depekto ay nagbibigay-daan para sa isang mas naka-target na diskarte upang malutas ang anumang abnormal na mga problema sa welding.
6. Weld bitak
Ang mga bitak na lumilitaw sa panahon ng tuluy-tuloy na laser welding ay pangunahing mga thermal crack, tulad ng mga kristal na bitak at liquefaction crack.Ang pangunahing sanhi ng mga bitak na ito ay ang malalaking puwersa ng pag-urong na nabuo ng weld bago ito tuluyang tumigas.
Mayroon ding mga sumusunod na dahilan para sa mga bitak sa laser welding:
1. Hindi makatwirang disenyo ng weld: Ang hindi tamang disenyo ng geometry at laki ng weld ay maaaring magdulot ng konsentrasyon ng stress sa welding, at sa gayon ay magdulot ng mga bitak.Ang solusyon ay upang i-optimize ang disenyo ng hinang upang maiwasan ang konsentrasyon ng stress ng hinang.Maaari kang gumamit ng naaangkop na offset welds, baguhin ang hugis ng weld, atbp.
2. Hindi tugma ng mga parameter ng welding: Ang hindi tamang pagpili ng mga parameter ng welding, tulad ng masyadong mabilis na bilis ng welding, masyadong mataas na kapangyarihan, atbp., ay maaaring humantong sa hindi pantay na mga pagbabago sa temperatura sa lugar ng hinang, na nagreresulta sa malaking welding stress at mga bitak.Ang solusyon ay upang ayusin ang mga parameter ng hinang upang tumugma sa partikular na materyal at mga kondisyon ng hinang.
3. Hindi magandang paghahanda ng ibabaw ng hinang: Ang pagkabigong malinis at paunang gamutin ang ibabaw ng hinang bago magwelding, tulad ng pag-alis ng mga oxide, grasa, atbp., ay makakaapekto sa kalidad at lakas ng hinang at madaling mauwi sa mga bitak.Ang solusyon ay ang sapat na paglilinis at pre-treat ang welding surface upang matiyak na ang mga impurities at contaminants sa welding area ay mabisang ginagamot.
4. Hindi wastong kontrol sa pag-input ng init ng welding: Ang mahinang kontrol sa input ng init sa panahon ng hinang, tulad ng labis na temperatura sa panahon ng hinang, hindi tamang rate ng paglamig ng welding layer, atbp., ay hahantong sa mga pagbabago sa istraktura ng lugar ng hinang, na nagreresulta sa mga bitak .Ang solusyon ay upang makontrol ang temperatura at bilis ng paglamig sa panahon ng hinang upang maiwasan ang sobrang init at mabilis na paglamig.
5. Hindi sapat na stress relief: Ang hindi sapat na stress relief treatment pagkatapos ng welding ay magreresulta sa hindi sapat na stress relief sa welded area, na madaling humantong sa mga bitak.Ang solusyon ay magsagawa ng naaangkop na paggamot sa pag-alis ng stress pagkatapos ng hinang, tulad ng paggamot sa init o paggamot sa vibration (pangunahing dahilan).
Tulad ng para sa proseso ng pagmamanupaktura ng mga baterya ng lithium, aling mga proseso ang mas malamang na magdulot ng mga bitak?
Sa pangkalahatan, ang mga bitak ay madaling mangyari sa panahon ng sealing welding, tulad ng sealing welding ng cylindrical steel shells o aluminum shells, sealing welding ng square aluminum shells, atbp. Bilang karagdagan, sa panahon ng proseso ng packaging ng module, ang welding ng kasalukuyang collector ay madaling kapitan ng sakit. sa mga bitak.
Siyempre, maaari rin tayong gumamit ng filler wire, preheating o iba pang paraan para bawasan o alisin ang mga bitak na ito.
Oras ng post: Set-01-2023
