Posljednjih godina, zahvaljujući brzom razvoju industrije nove energije, lasersko zavarivanje je brzo prodrlo u cijelu industriju nove energije zbog svojih brzih i stabilnih prednosti. Među njima, oprema za lasersko zavarivanje čini najveći udio primjena u cijeloj industriji nove energije.
Lasersko zavarivanjebrzo je postao prvi izbor u svim sferama života zbog svoje velike brzine, velike dubine i male deformacije. Od točkastih zavara do sučeonih zavara, nagrađivanja i brtvenih zavara,lasersko zavarivanjepruža neusporedivu preciznost i kontrolu. Igra važnu ulogu u industrijskoj proizvodnji i prerađivačkoj industriji, uključujući vojnu industriju, medicinsku skrb, zrakoplovstvo, 3C autodijelove, mehaničke limove, novu energiju i druge industrije.
U usporedbi s drugim tehnologijama zavarivanja, lasersko zavarivanje ima svoje jedinstvene prednosti i nedostatke.
Prednost:
1. Velika brzina, velika dubina i mala deformacija.
2. Zavarivanje se može izvoditi na normalnoj temperaturi ili pod posebnim uvjetima, a oprema za zavarivanje je jednostavna. Na primjer, laserska zraka se ne pomiče u elektromagnetskom polju. Laseri mogu zavarivati u vakuumu, zraku ili određenim plinskim okruženjima te mogu zavarivati materijale koji prolaze kroz staklo ili su prozirni za lasersku zraku.
3. Može zavarivati vatrostalne materijale poput titana i kvarca, a također može zavarivati i različite materijale s dobrim rezultatima.
4. Nakon što je laser fokusiran, gustoća snage je visoka. Omjer stranica može doseći 5:1, a može doseći i do 10:1 pri zavarivanju uređaja velike snage.
5. Može se izvesti mikro zavarivanje. Nakon što se laserska zraka fokusira, može se dobiti mala točka i precizno pozicionirati. Može se primijeniti na sastavljanje i zavarivanje mikro i malih obradaka kako bi se postigla automatizirana masovna proizvodnja.
6. Može zavarivati teško dostupna područja i izvoditi beskontaktno zavarivanje na velike udaljenosti, s velikom fleksibilnošću. Posebno u posljednjih nekoliko godina, YAG laserska tehnologija obrade usvojila je tehnologiju prijenosa optičkih vlakana, što je omogućilo širu promociju i primjenu tehnologije laserskog zavarivanja.
7. Laserska zraka se lako dijeli u vremenu i prostoru, a više zraka može se istovremeno obrađivati na više lokacija, što pruža uvjete za preciznije zavarivanje.
Nedostatak:
1. Potrebna je visoka točnost sastavljanja obratka, a položaj laserske zrake na obratku ne smije se značajno mijenjati. To je zato što je veličina laserske točke nakon fokusiranja mala, a zavar je uzak, što otežava dodavanje dodatnog metala. Ako točnost sastavljanja obratka ili točnost pozicioniranja zrake ne zadovoljava zahtjeve, skloni su pojavi nedostataka u zavarivanju.
2. Cijena lasera i srodnih sustava je visoka, a jednokratna investicija je velika.
Uobičajeni nedostaci laserskog zavarivanjau proizvodnji litijevih baterija
1. Poroznost zavarivanja
Uobičajeni nedostaci ulasersko zavarivanjesu pore. Rastaljena kupka za zavarivanje je duboka i uska. Tijekom procesa laserskog zavarivanja, dušik prodire u rastaljenu kupku izvana. Tijekom procesa hlađenja i skrućivanja metala, topljivost dušika se smanjuje s padom temperature. Kada se rastaljena kupka ohladi i počne kristalizirati, topljivost će naglo i iznenada pasti. U tom trenutku, velika količina plina će se istaložiti i formirati mjehuriće. Ako je brzina plutanja mjehurića manja od brzine kristalizacije metala, stvorit će se pore.
U primjenama u industriji litijevih baterija, često se pore javljaju tijekom zavarivanja pozitivne elektrode, ali rijetko tijekom zavarivanja negativne elektrode. To je zato što je pozitivna elektroda izrađena od aluminija, a negativna od bakra. Tijekom zavarivanja, tekući aluminij na površini kondenzira se prije nego što unutarnji plin potpuno prelije, sprječavajući prelijevanje plina i stvaranje velikih i malih rupa. Male puči.
Osim gore navedenih uzroka pora, pore također uključuju vanjski zrak, vlagu, površinsko ulje itd. Osim toga, smjer i kut upuhivanja dušika također će utjecati na stvaranje pora.
Što se tiče toga kako smanjiti pojavu pora pri zavarivanju?
Prvo, prijezavarivanje, mrlje od ulja i nečistoće na površini ulaznih materijala potrebno je na vrijeme očistiti; u proizvodnji litijevih baterija, inspekcija ulaznog materijala je bitan proces.
Drugo, protok zaštitnog plina treba prilagoditi prema čimbenicima kao što su brzina zavarivanja, snaga, položaj itd. i ne smije biti ni prevelik ni premalen. Tlak zaštitnog plašta treba prilagoditi prema čimbenicima kao što su snaga lasera i položaj fokusa i ne smije biti ni previsok ni prenizak. Oblik mlaznice zaštitnog plašta treba prilagoditi prema obliku, smjeru i drugim čimbenicima zavara kako bi zaštitni plašt mogao ravnomjerno prekriti područje zavarivanja.
Treće, kontrolirajte temperaturu, vlažnost i prašinu u zraku u radionici. Temperatura i vlažnost okoline utjecat će na sadržaj vlage na površini podloge i zaštitnog plina, što će zauzvrat utjecati na stvaranje i ispuštanje vodene pare u rastaljenom sloju. Ako su temperatura i vlažnost okoline previsoke, na površini podloge i u zaštitnom plinu bit će previše vlage, stvarajući veliku količinu vodene pare, što rezultira stvaranjem pora. Ako su temperatura i vlažnost okoline preniske, na površini podloge i u zaštitnom plinu bit će premalo vlage, što će smanjiti stvaranje vodene pare i time smanjiti pore; neka osoblje za kvalitetu otkrije ciljanu vrijednost temperature, vlažnosti i prašine na stanici za zavarivanje.
Četvrto, metoda njihanja snopa koristi se za smanjenje ili uklanjanje pora kod laserskog dubokog prodiranja. Zbog dodavanja njihanja tijekom zavarivanja, povratno njihanje snopa na zavarenom šavu uzrokuje ponovljeno taljenje dijela zavarenog šava, što produžuje vrijeme zadržavanja tekućeg metala u zavarivačkom bazenu. Istovremeno, otklon snopa također povećava unos topline po jedinici površine. Omjer dubine i širine zavara se smanjuje, što pogoduje pojavi mjehurića, čime se uklanjaju pore. S druge strane, njihanje snopa uzrokuje odgovarajuće njihanje malog otvora, što također može osigurati silu miješanja za zavarivački bazen, povećati konvekciju i miješanje zavarivačkog bazena te imati blagotvoran učinak na uklanjanje pora.
Peto, frekvencija pulsiranja odnosi se na broj pulsiranja koje laserska zraka emitira po jedinici vremena, što će utjecati na unos topline i akumulaciju topline u rastaljenom bazenu, a zatim utjecati na temperaturno polje i polje strujanja u rastaljenom bazenu. Ako je frekvencija pulsiranja previsoka, to će dovesti do prekomjernog unosa topline u rastaljeni bazen, uzrokujući previsoku temperaturu rastaljenog bazena, stvarajući metalnu paru ili druge elemente koji su hlapljivi na visokim temperaturama, što rezultira porama. Ako je frekvencija pulsiranja preniska, to će dovesti do nedovoljne akumulacije topline u rastaljenom bazenu, uzrokujući prenisku temperaturu rastaljenog bazena, smanjujući otapanje i ispuštanje plina, što rezultira porama. Općenito govoreći, frekvenciju pulsiranja treba odabrati unutar razumnog raspona na temelju debljine podloge i snage lasera, te izbjegavati previsoku ili prenisku frekvenciju.
Zavarivanje rupa (lasersko zavarivanje)
2. Prskanje zavara
Prskanje nastalo tijekom procesa zavarivanja, laserskog zavarivanja, ozbiljno će utjecati na kvalitetu površine zavara te će onečistiti i oštetiti leću. Općenito, nakon što je lasersko zavarivanje završeno, na površini materijala ili obratka pojavljuje se mnogo metalnih čestica koje se lijepe za površinu materijala ili obratka. Najintuitivnije, prilikom zavarivanja u načinu rada galvanometra, nakon određenog razdoblja korištenja zaštitne leće galvanometra, na površini će se pojaviti guste udubine, a te udubine su uzrokovane prskanjem zavarivanja. Nakon duljeg vremena, lako je blokirati svjetlo i doći će do problema sa svjetlom zavarivanja, što će rezultirati nizom problema poput prekinutog zavarivanja i virtualnog zavarivanja.
Koji su uzroci prskanja?
Prvo, gustoća snage, što je veća gustoća snage, lakše je generirati prskanje, a prskanje je izravno povezano s gustoćom snage. Ovo je stoljetni problem. Barem do sada, industrija nije uspjela riješiti problem prskanja i može se samo reći da je neznatno smanjen. U industriji litijevih baterija, prskanje je najveći krivac kratkog spoja baterija, ali nije uspjela riješiti uzrok. Utjecaj prskanja na bateriju može se smanjiti samo s gledišta zaštite. Na primjer, oko dijela za zavarivanje dodaju se krugovi otvora za uklanjanje prašine i zaštitni poklopci, a redovi zračnih noževa dodaju se u krugovima kako bi se spriječio utjecaj prskanja ili čak oštećenje baterije. Može se reći da je uništavanje okoliša, proizvoda i komponenti oko stanice za zavarivanje iscrpilo sredstva.
Što se tiče rješavanja problema prskanja, može se samo reći da smanjenje energije zavarivanja pomaže u smanjenju prskanja. Smanjenje brzine zavarivanja također može pomoći ako je prodiranje nedovoljno. Ali u nekim posebnim procesnim zahtjevima, to ima mali učinak. To je isti proces, različiti strojevi i različite serije materijala imaju potpuno različite učinke zavarivanja. Stoga postoji nepisano pravilo u novoj energetskoj industriji, jedan skup parametara zavarivanja za jedan komad opreme.
Drugo, ako se površina obrađenog materijala ili obratka ne očisti, mrlje od ulja ili zagađivači također će uzrokovati ozbiljna prskanja. U ovom trenutku najlakše je očistiti površinu obrađenog materijala.
3. Visoka reflektivnost laserskog zavarivanja
Općenito govoreći, visoka refleksija odnosi se na činjenicu da materijal za obradu ima mali otpor, relativno glatku površinu i nisku stopu apsorpcije za lasere bliskog infracrvenog zračenja, što dovodi do velike količine laserske emisije, a budući da se većina lasera koristi vertikalno, zbog materijala ili malog nagiba, povratna laserska svjetlost ponovno ulazi u izlaznu glavu, pa čak i dio povratne svjetlosti se spaja u vlakno koje prenosi energiju i prenosi se natrag duž vlakna u unutrašnjost lasera, zbog čega su jezgrene komponente unutar lasera i dalje na visokoj temperaturi.
Kada je reflektivnost previsoka tijekom laserskog zavarivanja, mogu se poduzeti sljedeća rješenja:
3.1 Koristite antirefleksni premaz ili tretirajte površinu materijala: premazivanje površine materijala za zavarivanje antirefleksnim premazom može učinkovito smanjiti reflektivnost lasera. Ovaj premaz je obično poseban optički materijal s niskom reflektivnošću koji apsorbira lasersku energiju umjesto da je reflektira natrag. U nekim procesima, kao što su zavarivanje kolektorom struje, meko spajanje itd., površina se također može reljefno utisnuti.
3.2 Podešavanje kuta zavarivanja: Podešavanjem kuta zavarivanja, laserska zraka može pasti na materijal za zavarivanje pod prikladnijim kutom i smanjiti pojavu refleksije. Obično je laserska zraka okomito na površinu materijala koji se zavaruje dobar način za smanjenje refleksije.
3.3 Dodavanje pomoćnog apsorbenta: Tijekom procesa zavarivanja, određena količina pomoćnog apsorbenta, poput praha ili tekućine, dodaje se zavaru. Ovi apsorberi apsorbiraju lasersku energiju i smanjuju reflektivnost. Odgovarajući apsorbent treba odabrati na temelju specifičnih materijala za zavarivanje i scenarija primjene. U industriji litijevih baterija to je malo vjerojatno.
3.4 Korištenje optičkih vlakana za prijenos lasera: Ako je moguće, optička vlakna mogu se koristiti za prijenos lasera do mjesta zavarivanja kako bi se smanjila refleksija. Optička vlakna mogu voditi lasersku zraku do područja zavarivanja kako bi se izbjegla izravna izloženost površini materijala za zavarivanje i smanjila pojava refleksija.
3.5 Podešavanje parametara lasera: Podešavanjem parametara kao što su snaga lasera, žarišna duljina i žarišni promjer, može se kontrolirati raspodjela laserske energije i smanjiti refleksije. Za neke reflektirajuće materijale, smanjenje snage lasera može biti učinkovit način za smanjenje refleksija.
3.6 Koristite razdjelnik snopa: Razdjelnik snopa može usmjeriti dio laserske energije u uređaj za apsorpciju, čime se smanjuje pojava refleksija. Uređaji za razdvajanje snopa obično se sastoje od optičkih komponenti i apsorbera, a odabirom odgovarajućih komponenti i podešavanjem rasporeda uređaja može se postići niža reflektivnost.
4. Zavarivanje podreza
U procesu proizvodnje litijevih baterija, koji procesi češće uzrokuju podcjenjivanje? Zašto dolazi do podcjenjivanja? Analizirajmo to.
Podrezano, općenito, sirovine za zavarivanje nisu dobro kombinirane, razmak je prevelik ili se pojavljuje utor, dubina i širina su u osnovi veće od 0,5 mm, ukupna duljina je veća od 10% duljine zavara ili veća od standardne duljine procesa proizvoda.
U cijelom procesu proizvodnje litijevih baterija, podrezivanje je vjerojatnije, a općenito se raspoređuje u prethodnom zavarivanju brtvljenja i zavarivanju cilindrične pokrovne ploče te prethodnom zavarivanju brtvljenja i zavarivanju kvadratne aluminijske pokrovne ploče ljuske. Glavni razlog je taj što pokrovna ploča brtvljenja mora surađivati s ljuskom prilikom zavarivanja, proces spajanja između pokrovne ploče brtvljenja i ljuske sklon je prekomjernim razmacima zavara, utorima, urušavanju itd., pa je posebno sklon podrezivanju.
Dakle, što uzrokuje podcjenjivanje?
Ako je brzina zavarivanja prevelika, tekući metal iza male rupe usmjerene prema središtu zavara neće imati vremena za preraspodjelu, što će rezultirati skrućivanjem i podrezivanjem na obje strane zavara. S obzirom na gore navedenu situaciju, potrebno je optimizirati parametre zavarivanja. Jednostavno rečeno, potrebno je ponavljati eksperimente kako bi se provjerili različiti parametri i nastaviti s DOE-om dok se ne pronađu odgovarajući parametri.
2. Prekomjerni zavari, žljebovi, urušavanja itd. materijala za zavarivanje smanjit će količinu rastaljenog metala koji ispunjava praznine, što će povećati vjerojatnost nastanka podrezanja. To je pitanje opreme i sirovina. Ispunjava li sirovine za zavarivanje zahtjeve za ulaznim materijalom našeg procesa, zadovoljava li točnost opreme zahtjeve itd. Uobičajena praksa je stalno mučenje i premlaćivanje dobavljača i ljudi zaduženih za opremu.
3. Ako energija prebrzo padne na kraju laserskog zavarivanja, mala rupa se može urušiti, što rezultira lokalnim podrezivanjem. Ispravno usklađivanje snage i brzine može učinkovito spriječiti stvaranje podreza. Kao što stara izreka kaže, ponovite eksperimente, provjerite različite parametre i nastavite s DOE dok ne pronađete prave parametre.
5. Urušavanje središta zavara
Ako je brzina zavarivanja mala, talina će biti veća i šira, povećavajući količinu rastaljenog metala. To može otežati održavanje površinske napetosti. Kada rastaljeni metal postane pretežak, središte zavara može potonuti i stvoriti udubljenja i jamice. U tom slučaju, gustoću energije potrebno je odgovarajuće smanjiti kako bi se spriječilo urušavanje taline.
U drugoj situaciji, zavarivački razmak samo stvara kolaps bez uzrokovanja perforacije. To je nesumnjivo problem prešanog dosjeda opreme.
Pravilno razumijevanje nedostataka koji se mogu pojaviti tijekom laserskog zavarivanja i uzroka različitih nedostataka omogućuje ciljaniji pristup rješavanju bilo kakvih abnormalnih problema sa zavarivanjem.
6. Pukotine u zavaru
Pukotine koje se pojavljuju tijekom kontinuiranog laserskog zavarivanja uglavnom su termalne pukotine, poput kristalnih pukotina i pukotina ukapljivanja. Glavni uzrok ovih pukotina su velike sile skupljanja koje stvara zavar prije nego što se potpuno stvrdne.
Postoje i sljedeći razlozi za pukotine u laserskom zavarivanju:
1. Nerazuman dizajn zavara: Nepravilan dizajn geometrije i veličine zavara može uzrokovati koncentraciju naprezanja zavarivanja, što uzrokuje pukotine. Rješenje je optimizirati dizajn zavara kako bi se izbjegla koncentracija naprezanja zavarivanja. Možete koristiti odgovarajuće pomaknute zavare, promijeniti oblik zavara itd.
2. Neusklađenost parametara zavarivanja: Nepravilan odabir parametara zavarivanja, poput prevelike brzine zavarivanja, prevelike snage itd., može dovesti do neravnomjernih promjena temperature u području zavarivanja, što rezultira velikim naprezanjem i pukotinama pri zavarivanju. Rješenje je prilagoditi parametre zavarivanja kako bi odgovarali specifičnom materijalu i uvjetima zavarivanja.
3. Loša priprema površine za zavarivanje: Nepravilno čišćenje i prethodna obrada površine za zavarivanje prije zavarivanja, poput uklanjanja oksida, masnoće itd., utjecat će na kvalitetu i čvrstoću zavara te lako dovesti do pukotina. Rješenje je odgovarajuće čišćenje i prethodna obrada površine za zavarivanje kako bi se osiguralo učinkovito uklanjanje nečistoća i onečišćenja u području zavarivanja.
4. Nepravilna kontrola unosa topline zavarivanja: Loša kontrola unosa topline tijekom zavarivanja, poput pretjerane temperature tijekom zavarivanja, nepravilne brzine hlađenja sloja zavarivanja itd., dovest će do promjena u strukturi područja zavarivanja, što rezultira pukotinama. Rješenje je kontrola temperature i brzine hlađenja tijekom zavarivanja kako bi se izbjeglo pregrijavanje i brzo hlađenje.
5. Nedovoljno ublažavanje naprezanja: Nedovoljna obrada ublažavanja naprezanja nakon zavarivanja rezultirat će nedovoljnim ublažavanjem naprezanja u zavarenom području, što će lako dovesti do pukotina. Rješenje je provođenje odgovarajuće obrade ublažavanja naprezanja nakon zavarivanja, kao što je toplinska obrada ili obrada vibracijama (glavni razlog).
Što se tiče procesa proizvodnje litijevih baterija, koji procesi češće uzrokuju pukotine?
Općenito, pukotine su sklone nastanku tijekom brtvljenja zavarivanja, kao što je brtvljenje zavarivanja cilindričnih čeličnih ljuski ili aluminijskih ljuski, brtvljenje zavarivanja kvadratnih aluminijskih ljuski itd. Osim toga, tijekom procesa pakiranja modula, zavarivanje strujnog kolektora također je sklono pukotinama.
Naravno, možemo koristiti i žicu za punjenje, predgrijavanje ili druge metode za smanjenje ili uklanjanje ovih pukotina.
Vrijeme objave: 01.09.2023.
