Saldatura laser
Negli ultimi anni, grazie al rapido sviluppo del nuovo settore energetico, la saldatura laser è rapidamente penetrata nell'intero nuovo settore energetico grazie ai suoi vantaggi rapidi e stabili.Tra questi, le apparecchiature per la saldatura laser rappresentano la percentuale più alta di applicazioni nell’intero settore della nuova energia.
La saldatura laser è diventata rapidamente la prima scelta in tutti gli ambiti della vita grazie alla sua elevata velocità, grande profondità e piccola deformazione.Dalle saldature a punti alle saldature di testa, alle saldature di accumulo e di tenuta, la saldatura laser offre precisione e controllo senza pari.Svolge un ruolo importante nella produzione e nella produzione industriale, tra cui l'industria militare, l'assistenza medica, l'aerospaziale, i ricambi per auto 3C, la lamiera meccanica, le nuove energie e altri settori.
Rispetto ad altre tecnologie di saldatura, la saldatura laser presenta vantaggi e svantaggi unici.
Vantaggio:
1. Velocità elevata, grande profondità e piccola deformazione.
2. La saldatura può essere eseguita a temperatura normale o in condizioni speciali e l'attrezzatura di saldatura è semplice.Ad esempio, un raggio laser non va alla deriva in un campo elettromagnetico.I laser possono saldare nel vuoto, nell'aria o in determinati ambienti gassosi e possono saldare materiali attraverso il vetro o trasparenti al raggio laser.
3. Può saldare materiali refrattari come titanio e quarzo e può anche saldare materiali diversi con buoni risultati.
4. Dopo che il laser è stato messo a fuoco, la densità di potenza è elevata.Il rapporto d'aspetto può raggiungere 5:1 e fino a 10:1 durante la saldatura di dispositivi ad alta potenza.
5. È possibile eseguire la microsaldatura.Dopo che il raggio laser è stato focalizzato, è possibile ottenere un piccolo punto e posizionarlo con precisione.Può essere applicato all'assemblaggio e alla saldatura di pezzi micro e piccoli per ottenere una produzione di massa automatizzata.
6. Può saldare aree difficili da raggiungere ed eseguire saldature a lunga distanza senza contatto, con grande flessibilità.Soprattutto negli ultimi anni, la tecnologia di lavorazione laser YAG ha adottato la tecnologia di trasmissione in fibra ottica, che ha consentito una più ampia promozione e applicazione della tecnologia di saldatura laser.
7. Il raggio laser è facile da dividere nel tempo e nello spazio e più raggi possono essere elaborati in più posizioni contemporaneamente, fornendo le condizioni per una saldatura più precisa.
Difetto:
1. La precisione di assemblaggio del pezzo deve essere elevata e la posizione della trave sul pezzo non può essere deviata in modo significativo.Questo perché la dimensione dello spot laser dopo la messa a fuoco è piccola e il cordone di saldatura è stretto, rendendo difficile l'aggiunta di materiali metallici di apporto.Se la precisione di assemblaggio del pezzo o la precisione di posizionamento della trave non soddisfano i requisiti, è probabile che si verifichino difetti di saldatura.
2. Il costo dei laser e dei sistemi correlati è elevato e l'investimento una tantum è elevato.
Difetti comuni della saldatura laser nella produzione di batterie al litio
1. Porosità della saldatura
I difetti comuni nella saldatura laser sono i pori.Il bagno di fusione della saldatura è profondo e stretto.Durante il processo di saldatura laser, l'azoto invade il bagno di fusione dall'esterno.Durante il processo di raffreddamento e solidificazione del metallo, la solubilità dell'azoto diminuisce con la diminuzione della temperatura.Quando il metallo fuso si raffredda per iniziare a cristallizzare, la solubilità diminuirà bruscamente e improvvisamente.In questo momento, una grande quantità di gas precipiterà formando bolle.Se la velocità di galleggiamento delle bolle è inferiore alla velocità di cristallizzazione del metallo, verranno generati dei pori.
Nelle applicazioni nel settore delle batterie al litio, spesso troviamo che i pori sono particolarmente probabili durante la saldatura dell'elettrodo positivo, ma raramente durante la saldatura dell'elettrodo negativo.Questo perché l'elettrodo positivo è in alluminio e l'elettrodo negativo è in rame.Durante la saldatura, l'alluminio liquido in superficie si è condensato prima che il gas interno trabocchi completamente, impedendo al gas di traboccare e di formare fori grandi e piccoli.Piccoli stomi.
Oltre alle cause sopra menzionate, i pori includono anche l'aria esterna, l'umidità, l'olio superficiale, ecc. Inoltre, anche la direzione e l'angolo del flusso di azoto influiscono sulla formazione dei pori.
E come ridurre la comparsa dei pori di saldatura?
Innanzitutto, prima della saldatura, le macchie d'olio e le impurità sulla superficie dei materiali in entrata devono essere pulite in tempo;nella produzione di batterie al litio, l'ispezione dei materiali in entrata è un processo essenziale.
In secondo luogo, il flusso del gas di protezione deve essere regolato in base a fattori quali velocità di saldatura, potenza, posizione, ecc. e non deve essere né troppo grande né troppo piccolo.La pressione del mantello protettivo deve essere regolata in base a fattori quali la potenza del laser e la posizione del fuoco e non deve essere né troppo alta né troppo bassa.La forma dell'ugello del mantello protettivo deve essere regolata in base alla forma, alla direzione e ad altri fattori della saldatura in modo che il mantello protettivo possa coprire uniformemente l'area di saldatura.
In terzo luogo, controllare la temperatura, l'umidità e la polvere nell'aria in officina.La temperatura e l'umidità ambientale influenzeranno il contenuto di umidità sulla superficie del substrato e del gas protettivo, che a loro volta influenzeranno la generazione e la fuoriuscita di vapore acqueo nel bagno di fusione.Se la temperatura e l'umidità ambientale sono troppo elevate, ci sarà troppa umidità sulla superficie del substrato e del gas protettivo, generando una grande quantità di vapore acqueo, con conseguente formazione di pori.Se la temperatura e l'umidità ambiente sono troppo basse, ci sarà troppo poca umidità sulla superficie del substrato e nel gas di protezione, riducendo la generazione di vapore acqueo e di conseguenza i pori;lasciare che il personale addetto alla qualità rilevi il valore target di temperatura, umidità e polvere nella stazione di saldatura.
In quarto luogo, il metodo dell'oscillazione del raggio viene utilizzato per ridurre o eliminare i pori nella saldatura a penetrazione profonda del laser.A causa dell'aggiunta dell'oscillazione durante la saldatura, l'oscillazione alternativa della trave rispetto al cordone di saldatura provoca una ripetuta rifusione di parte del cordone di saldatura, che prolunga il tempo di permanenza del metallo liquido nel bagno di saldatura.Allo stesso tempo, la deflessione della trave aumenta anche l’apporto termico per unità di superficie.Il rapporto profondità-larghezza della saldatura è ridotto, il che favorisce la formazione di bolle, eliminando così i pori.D'altra parte, l'oscillazione della trave fa sì che il piccolo foro oscilli di conseguenza, il che può anche fornire una forza di agitazione per il bagno di saldatura, aumentare la convezione e l'agitazione del bagno di saldatura e avere un effetto benefico sull'eliminazione dei pori.
In quinto luogo, la frequenza degli impulsi, la frequenza degli impulsi si riferisce al numero di impulsi emessi dal raggio laser per unità di tempo, che influenzeranno l'apporto di calore e l'accumulo di calore nel bagno di fusione, quindi influenzeranno il campo di temperatura e il campo di flusso nel fuso piscina.Se la frequenza degli impulsi è troppo elevata, porterà a un eccessivo apporto di calore nel bagno di fusione, causando un aumento eccessivo della temperatura del bagno di fusione, con conseguente produzione di vapore metallico o altri elementi volatili alle alte temperature, con conseguente formazione di pori.Se la frequenza degli impulsi è troppo bassa, ciò porterà ad un accumulo di calore insufficiente nel bagno di fusione, causando una temperatura del bagno di fusione troppo bassa, riducendo la dissoluzione e la fuga di gas, con conseguente formazione di pori.In generale, la frequenza dell'impulso dovrebbe essere scelta entro un intervallo ragionevole in base allo spessore del substrato e alla potenza del laser, evitando che sia troppo alta o troppo bassa.
Fori di saldatura (saldatura laser)
2. Spruzzi di saldatura
Gli spruzzi generati durante il processo di saldatura laser influenzeranno seriamente la qualità della superficie della saldatura e inquineranno e danneggeranno la lente.Le prestazioni generali sono le seguenti: al termine della saldatura laser, molte particelle metalliche compaiono sulla superficie del materiale o del pezzo in lavorazione e aderiscono alla superficie del materiale o del pezzo in lavorazione.La prestazione più intuitiva è che quando si salda nella modalità del galvanometro, dopo un periodo di utilizzo della lente protettiva del galvanometro, si formeranno cavità dense sulla superficie e queste cavità sono causate da spruzzi di saldatura.Dopo molto tempo, è facile bloccare la luce e si verificheranno problemi con la luce di saldatura, con conseguenti una serie di problemi come saldature interrotte e saldature virtuali.
Quali sono le cause degli schizzi?
Innanzitutto, la densità di potenza: maggiore è la densità di potenza, più facile è generare schizzi e gli schizzi sono direttamente correlati alla densità di potenza.Questo è un problema secolare.Almeno finora l’industria non è riuscita a risolvere il problema degli schizzi e può solo dire che è stato leggermente ridotto.Nel settore delle batterie al litio, gli spruzzi sono il principale colpevole del cortocircuito della batteria, ma non sono stati in grado di risolverne la causa principale.L'impatto degli schizzi sulla batteria può essere ridotto solo dal punto di vista della protezione.Ad esempio, intorno alla parte saldata viene aggiunto un cerchio di porte per la rimozione della polvere e coperture protettive, mentre file di lame d'aria vengono aggiunte in circolo per evitare l'impatto di spruzzi o addirittura danni alla batteria.Si può dire che la distruzione dell’ambiente, dei prodotti e dei componenti intorno alla stazione di saldatura abbia esaurito i mezzi.
Per quanto riguarda la soluzione del problema degli spruzzi, si può solo dire che ridurre l'energia di saldatura aiuta a ridurre gli spruzzi.Anche ridurre la velocità di saldatura può essere d’aiuto se la penetrazione è insufficiente.Ma in alcuni requisiti di processo speciali, ha poco effetto.È lo stesso processo, macchine diverse e lotti diversi di materiali hanno effetti di saldatura completamente diversi.Pertanto, nel nuovo settore energetico esiste una regola non scritta, un insieme di parametri di saldatura per un unico pezzo di attrezzatura.
In secondo luogo, se la superficie del materiale lavorato o del pezzo in lavorazione non viene pulita, anche macchie di olio o sostanze inquinanti causeranno gravi schizzi.In questo momento, la cosa più semplice è pulire la superficie del materiale lavorato.
3. Elevata riflettività della saldatura laser
In generale, l'elevata riflessione si riferisce al fatto che il materiale di lavorazione ha una piccola resistività, una superficie relativamente liscia e un basso tasso di assorbimento per i laser nel vicino infrarosso, che porta a una grande quantità di emissione laser e poiché la maggior parte dei laser viene utilizzata in verticale A causa del materiale o di una piccola inclinazione, la luce laser di ritorno rientra nella testa di uscita e anche parte della luce di ritorno viene accoppiata nella fibra di trasmissione dell'energia e viene ritrasmessa lungo la fibra verso l'interno del laser, facendo sì che i componenti principali all'interno del laser continuino ad essere ad alta temperatura.
Quando la riflettività è troppo elevata durante la saldatura laser, è possibile adottare le seguenti soluzioni:
3.1 Utilizzare un rivestimento antiriflesso o trattare la superficie del materiale: rivestire la superficie del materiale di saldatura con un rivestimento antiriflesso può ridurre efficacemente la riflettività del laser.Questo rivestimento è solitamente uno speciale materiale ottico con bassa riflettività che assorbe l'energia laser invece di rifletterla.In alcuni processi, come la saldatura del collettore di corrente, il collegamento morbido, ecc., la superficie può anche essere goffrata.
3.2 Regolare l'angolo di saldatura: regolando l'angolo di saldatura, il raggio laser può incidere sul materiale da saldare con un angolo più appropriato e ridurre il verificarsi di riflessioni.Normalmente, far sì che il raggio laser incida perpendicolarmente alla superficie del materiale da saldare è un buon modo per ridurre le riflessioni.
3.3 Aggiunta di assorbente ausiliario: Durante il processo di saldatura, viene aggiunta alla saldatura una certa quantità di assorbente ausiliario, come polvere o liquido.Questi assorbitori assorbono l'energia laser e riducono la riflettività.L'assorbente appropriato deve essere selezionato in base ai materiali di saldatura specifici e agli scenari applicativi.Nel settore delle batterie al litio, ciò è improbabile.
3.4 Utilizzare la fibra ottica per trasmettere il laser: se possibile, è possibile utilizzare la fibra ottica per trasmettere il laser alla posizione di saldatura per ridurre la riflettività.Le fibre ottiche possono guidare il raggio laser verso l'area di saldatura per evitare l'esposizione diretta alla superficie del materiale di saldatura e ridurre il verificarsi di riflessi.
3.5 Regolazione dei parametri del laser: regolando parametri quali potenza del laser, lunghezza focale e diametro focale, è possibile controllare la distribuzione dell'energia laser e ridurre i riflessi.Per alcuni materiali riflettenti, ridurre la potenza del laser può essere un modo efficace per ridurre i riflessi.
3.6 Utilizzo di un divisore di raggio: Un divisore di raggio può guidare parte dell'energia laser nel dispositivo di assorbimento, riducendo così la comparsa di riflessioni.I dispositivi di divisione del fascio sono solitamente costituiti da componenti ottici e assorbitori e, selezionando componenti appropriati e regolando la disposizione del dispositivo, è possibile ottenere una riflettività inferiore.
4. Sottosquadro di saldatura
Nel processo di produzione delle batterie al litio, quali processi hanno maggiori probabilità di causare prezzi inferiori?Perché si verifica la sottoquotazione?Analizziamolo.
Sottosquadro, generalmente le materie prime di saldatura non sono ben combinate tra loro, lo spazio è troppo grande o appare la scanalatura, la profondità e la larghezza sono sostanzialmente maggiori di 0,5 mm, la lunghezza totale è maggiore del 10% della lunghezza della saldatura, oppure maggiore dello standard del processo prodotto la lunghezza richiesta.
Nell'intero processo di produzione della batteria al litio, è più probabile che si verifichi un sottosquadro ed è generalmente distribuito nella pre-saldatura e saldatura di sigillatura della piastra di copertura cilindrica e nella pre-saldatura e saldatura di sigillatura della piastra di copertura del guscio di alluminio quadrato.Il motivo principale è che la piastra di copertura di tenuta deve cooperare con il guscio per la saldatura, il processo di adattamento tra la piastra di copertura di tenuta e il guscio è soggetto a eccessivi spazi di saldatura, scanalature, collassi, ecc., quindi è particolarmente soggetto a sottosquadri .
Quindi cosa causa la sottoquotazione?
Se la velocità di saldatura è troppo elevata, il metallo liquido dietro il piccolo foro che punta al centro della saldatura non avrà il tempo di ridistribuirsi, con conseguente solidificazione e sottosquadro su entrambi i lati della saldatura.Alla luce della situazione di cui sopra, dobbiamo ottimizzare i parametri di saldatura.Per dirla semplicemente, si tratta di esperimenti ripetuti per verificare vari parametri e continuare a fare DOE finché non vengono trovati i parametri appropriati.
2. Eccessivi spazi di saldatura, scanalature, collassamenti, ecc. dei materiali di saldatura ridurranno la quantità di metallo fuso che riempie gli spazi, rendendo più probabile la formazione di sottosquadri.Questa è una questione di attrezzature e materie prime.Se le materie prime per la saldatura soddisfano i requisiti dei materiali in entrata del nostro processo, se l'accuratezza dell'attrezzatura soddisfa i requisiti, ecc. La pratica normale è quella di torturare e picchiare costantemente i fornitori e le persone responsabili dell'attrezzatura.
3. Se l'energia diminuisce troppo velocemente al termine della saldatura laser, il piccolo foro potrebbe collassare, provocando un sottosquadro locale.Il corretto abbinamento di potenza e velocità può prevenire efficacemente la formazione di sottosquadri.Come dice il vecchio proverbio, ripeti gli esperimenti, verifica i vari parametri e continua il DOE finché non trovi i parametri giusti.
5. Collasso del centro di saldatura
Se la velocità di saldatura è lenta, il bagno di fusione sarà più grande e più ampio, aumentando la quantità di metallo fuso.Ciò può rendere difficile il mantenimento della tensione superficiale.Quando il metallo fuso diventa troppo pesante, il centro della saldatura può affondare e formare avvallamenti e avvallamenti.In questo caso, la densità energetica deve essere opportunamente ridotta per evitare il collasso del pool di fusione.
In un'altra situazione, lo spazio di saldatura forma semplicemente un collasso senza causare perforazione.Questo è senza dubbio un problema di adattamento dell'attrezzatura.
Una corretta comprensione dei difetti che possono verificarsi durante la saldatura laser e delle cause dei diversi difetti consente un approccio più mirato per risolvere eventuali problemi anomali di saldatura.
6. Saldare le crepe
Le cricche che compaiono durante la saldatura laser continua sono principalmente cricche termiche, come cricche cristalline e cricche da liquefazione.La causa principale di queste crepe sono le grandi forze di ritiro generate dalla saldatura prima che si solidifichi completamente.
Ci sono anche i seguenti motivi per le crepe nella saldatura laser:
1. Progettazione della saldatura irragionevole: una progettazione impropria della geometria e delle dimensioni della saldatura può causare una concentrazione dello stress di saldatura, causando quindi crepe.La soluzione è ottimizzare la progettazione della saldatura per evitare la concentrazione dello stress di saldatura.È possibile utilizzare saldature offset appropriate, modificare la forma della saldatura, ecc.
2. Mancata corrispondenza dei parametri di saldatura: una selezione impropria dei parametri di saldatura, come una velocità di saldatura troppo elevata, una potenza troppo elevata, ecc., può portare a variazioni di temperatura non uniformi nell'area di saldatura, con conseguenti forti sollecitazioni di saldatura e crepe.La soluzione è regolare i parametri di saldatura per adattarli al materiale specifico e alle condizioni di saldatura.
3. Preparazione inadeguata della superficie di saldatura: la mancata pulizia e pretrattamento adeguati della superficie di saldatura prima della saldatura, come la rimozione di ossidi, grasso, ecc., influirà sulla qualità e sulla resistenza della saldatura e porterà facilmente a crepe.La soluzione è pulire e pretrattare adeguatamente la superficie di saldatura per garantire che le impurità e i contaminanti nell'area di saldatura vengano trattati efficacemente.
4. Controllo improprio dell'apporto di calore di saldatura: uno scarso controllo dell'apporto di calore durante la saldatura, come una temperatura eccessiva durante la saldatura, una velocità di raffreddamento inadeguata dello strato di saldatura, ecc., porteranno a cambiamenti nella struttura dell'area di saldatura, con conseguenti crepe .La soluzione è controllare la temperatura e la velocità di raffreddamento durante la saldatura per evitare il surriscaldamento e il raffreddamento rapido.
5. Distensione dello stress insufficiente: un trattamento di distensione insufficiente dopo la saldatura si tradurrà in una distensione insufficiente nell'area saldata, che porterà facilmente a crepe.La soluzione è eseguire un adeguato trattamento di distensione dopo la saldatura, come il trattamento termico o il trattamento con vibrazioni (motivo principale).
Per quanto riguarda il processo di produzione delle batterie al litio, quali processi hanno maggiori probabilità di causare crepe?
In generale, è probabile che si verifichino delle crepe durante la saldatura di tenuta, come la saldatura di tenuta di gusci cilindrici in acciaio o gusci di alluminio, la saldatura di tenuta di gusci di alluminio quadrati, ecc. Inoltre, durante il processo di imballaggio del modulo, è soggetta anche la saldatura del collettore di corrente alle crepe.
Naturalmente possiamo anche utilizzare filo di apporto, preriscaldamento o altri metodi per ridurre o eliminare queste crepe.
Orario di pubblicazione: 01 settembre 2023
