V posledních letech, díky rychlému rozvoji energetického průmyslu, laserové svařování rychle proniklo do celého energetického průmyslu díky svým rychlým a stabilním výhodám. Mezi nimi tvoří laserová svařovací zařízení nejvyšší podíl aplikací v celém energetickém průmyslu.
Laserové svařováníse díky své vysoké rychlosti, velké hloubce a malé deformaci rychle stal první volbou ve všech oblastech života. Od bodových svarů přes tupé svary až po navařovací a těsnicí svary,laserové svařováníposkytuje bezkonkurenční přesnost a kontrolu. Hraje důležitou roli v průmyslové výrobě a zpracování, včetně vojenského průmyslu, lékařské péče, letectví a kosmonautiky, automobilových dílů 3C, strojírenského plechového zpracování, nových energetiky a dalších odvětví.
Ve srovnání s jinými svařovacími technologiemi má laserové svařování své jedinečné výhody a nevýhody.
Výhoda:
1. Rychlá rychlost, velká hloubka a malá deformace.
2. Svařování lze provádět za normální teploty nebo za speciálních podmínek a svařovací zařízení je jednoduché. Například laserový paprsek se v elektromagnetickém poli neklouže. Lasery mohou svařovat ve vakuu, na vzduchu nebo v určitých plynných prostředích a mohou svařovat materiály, které procházejí sklem nebo jsou pro laserový paprsek průhledné.
3. Dokáže svařovat žáruvzdorné materiály, jako je titan a křemen, a také s dobrými výsledky svařovat odlišné materiály.
4. Po zaostření laseru je hustota výkonu vysoká. Poměr stran může dosáhnout 5:1 a při svařování zařízení s vysokým výkonem až 10:1.
5. Lze provádět mikrosvařování. Po zaostření laserového paprsku lze získat malý bod a přesně jej umístit. Lze jej použít k montáži a svařování mikro a malých obrobků pro dosažení automatizované hromadné výroby.
6. Dokáže svařovat těžko dostupná místa a provádět bezkontaktní svařování na dlouhé vzdálenosti s velkou flexibilitou. Zejména v posledních letech technologie laserového zpracování YAG přijala technologii přenosu optických vláken, což umožnilo širší propagaci a použití technologie laserového svařování.
7. Laserový paprsek se snadno rozděluje v čase a prostoru a více paprsků lze zpracovávat na více místech současně, což vytváří podmínky pro přesnější svařování.
Přeběhnout:
1. Je požadována vysoká přesnost montáže obrobku a poloha paprsku na obrobku se nesmí výrazně odchýlit. Je to proto, že velikost laserového bodu po zaostření je malá a svarový šev je úzký, což ztěžuje přidávání přídavných kovů. Pokud přesnost montáže obrobku nebo přesnost polohování paprsku nesplňuje požadavky, je náchylný k vadám svařování.
2. Cena laserů a souvisejících systémů je vysoká a jednorázová investice je velká.
Běžné vady laserového svařovánípři výrobě lithiových baterií
1. Pórovitost svařování
Běžné vady vlaserové svařováníjsou póry. Svařovací roztavená lázeň je hluboká a úzká. Během procesu laserového svařování proniká dusík do roztavené lázně zvenčí. Během procesu chlazení a tuhnutí kovu se rozpustnost dusíku snižuje s klesající teplotou. Když se roztavený kov v lázni ochladí a začne krystalizovat, rozpustnost prudce a náhle klesne. V tomto okamžiku se vysráží velké množství plynu a vytvoří se bubliny. Pokud je rychlost pohybu bublin menší než rychlost krystalizace kovu, vytvoří se póry.
V aplikacích v průmyslu lithiových baterií se často setkáváme s tím, že póry se pravděpodobněji vyskytují během svařování kladné elektrody, ale zřídka se vyskytují během svařování záporné elektrody. Je to proto, že kladná elektroda je vyrobena z hliníku a záporná elektroda z mědi. Během svařování tekutý hliník na povrchu kondenzuje dříve, než vnitřní plyn zcela přeteče, což brání plynu v přetečení a tvorbě velkých a malých otvorů. Malé průduchy.
Kromě výše uvedených příčin vzniku pórů se k pórům řadí také venkovní vzduch, vlhkost, povrchový olej atd. Kromě toho na tvorbu pórů má vliv i směr a úhel vhánění dusíku.
A jak omezit výskyt pórů při svařování?
Nejprve, předtímsvařování, olejové skvrny a nečistoty na povrchu vstupních materiálů je třeba včas vyčistit; při výrobě lithiových baterií je kontrola vstupního materiálu nezbytným procesem.
Za druhé, průtok ochranného plynu by měl být upraven podle faktorů, jako je rychlost svařování, výkon, poloha atd., a neměl by být ani příliš velký, ani příliš malý. Tlak ochranného pláště by měl být upraven podle faktorů, jako je výkon laseru a poloha zaostření, a neměl by být ani příliš vysoký, ani příliš nízký. Tvar trysky ochranného pláště by měl být upraven podle tvaru, směru a dalších faktorů svaru tak, aby ochranný plášť rovnoměrně pokrýval svařovanou oblast.
Za třetí, regulujte teplotu, vlhkost a prašnost vzduchu v dílně. Okolní teplota a vlhkost ovlivňují obsah vlhkosti na povrchu substrátu a ochranného plynu, což následně ovlivňuje tvorbu a únik vodní páry v roztavené lázni. Pokud je okolní teplota a vlhkost příliš vysoká, bude na povrchu substrátu a v ochranném plynu příliš mnoho vlhkosti, což bude tvořit velké množství vodní páry a vést k pórům. Pokud je okolní teplota a vlhkost příliš nízká, bude na povrchu substrátu a v ochranném plynu příliš málo vlhkosti, což sníží tvorbu vodní páry a tím zmenší póry; nechte personál kontroly kvality zjistit cílové hodnoty teploty, vlhkosti a prachu na svařovací stanici.
Za čtvrté, metoda kývání paprsku se používá ke snížení nebo odstranění pórů při laserovém svařování s hlubokým průvarem. V důsledku přidání kývání během svařování způsobuje vratné kývání paprsku vůči svarovému švu opakované přetavování části svarového švu, což prodlužuje dobu setrvání tekutého kovu ve svarové lázni. Současně vychýlení paprsku také zvyšuje příkon tepla na jednotku plochy. Poměr hloubky k šířce svaru se snižuje, což vede ke vzniku bublin, čímž se eliminují póry. Na druhou stranu kývání paprsku způsobuje odpovídající kývání malého otvoru, což může také poskytnout míchací sílu pro svarovou lázeň, zvýšit konvekci a míchání svarové lázně a mít příznivý vliv na eliminaci pórů.
Za páté, pulzní frekvence se vztahuje k počtu pulzů emitovaných laserovým paprskem za jednotku času, což ovlivňuje tepelný příkon a akumulaci tepla v roztavené lázni a následně ovlivňuje teplotní pole a pole proudění v roztavené lázni. Pokud je pulzní frekvence příliš vysoká, vede to k nadměrnému tepelnému příkonu v roztavené lázni, což způsobuje příliš vysokou teplotu roztavené lázně a tvorbu kovových pár nebo jiných prvků, které jsou při vysokých teplotách těkavé a vedou k pórům. Pokud je pulzní frekvence příliš nízká, vede to k nedostatečné akumulaci tepla v roztavené lázni, což způsobuje příliš nízkou teplotu roztavené lázně, což snižuje rozpouštění a únik plynu a vede k tvorbě pórů. Obecně řečeno, pulzní frekvence by měla být zvolena v rozumném rozsahu na základě tloušťky substrátu a výkonu laseru a neměla by být příliš vysoká ani příliš nízká.
Svařování otvorů (laserové svařování)
2. Rozstřik svaru
Rozstřik vznikající během procesu svařování, laserového svařování, vážně ovlivňuje kvalitu povrchu svaru a znečišťuje a poškozuje čočku. Obecný stav je následující: po dokončení laserového svařování se na povrchu materiálu nebo obrobku objevuje mnoho kovových částic, které ulpívají na povrchu materiálu nebo obrobku. Nejintuitivnějším stavem je, že při svařování v režimu galvanometru se po určité době používání ochranné čočky galvanometru na povrchu objeví husté důlky způsobené rozstřikem svařování. Po delší době se světlo snadno zablokuje a vzniknou problémy se světlem svařování, což má za následek řadu problémů, jako je přerušení svařování a virtuální svařování.
Jaké jsou příčiny stříkání?
Zaprvé, hustota výkonu, čím větší je hustota výkonu, tím snadněji vzniká rozstřik, a rozstřik přímo souvisí s hustotou výkonu. Jedná se o problém starý staletí. Alespoň doposud se průmyslu nepodařilo problém s rozstřikem vyřešit a lze pouze říci, že se mírně snížil. V odvětví lithiových baterií je rozstřik největší příčinou zkratu baterií, ale nepodařilo se mu vyřešit základní příčinu. Dopad rozstřiku na baterii lze snížit pouze z hlediska ochrany. Například kolem svařované části se přidává kruh otvorů pro odsávání prachu a ochranných krytů a v kruzích se přidávají řady vzduchových nožů, aby se zabránilo dopadu rozstřiku nebo dokonce poškození baterie. Lze říci, že ničení životního prostředí, produktů a součástí v okolí svařovací stanice vyčerpává prostředky.
Pokud jde o řešení problému s rozstřikem, lze pouze říci, že snížení svařovací energie pomáhá snížit rozstřik. Snížení svařovací rychlosti může také pomoci, pokud je průvar nedostatečný. Ale u některých speciálních procesních požadavků má malý účinek. Je to stejný proces, různé stroje a různé šarže materiálů mají zcela odlišné svařovací účinky. Proto v novém energetickém průmyslu existuje nepsané pravidlo, jedna sada svařovacích parametrů pro jeden kus zařízení.
Za druhé, pokud není povrch zpracovávaného materiálu nebo obrobku vyčištěn, olejové skvrny nebo znečišťující látky také způsobí vážné potřísnění. V tomto okamžiku je nejjednodušší vyčistit povrch zpracovávaného materiálu.
3. Vysoká odrazivost laserového svařování
Obecně řečeno, vysoká odrazivost se vztahuje ke skutečnosti, že zpracovávaný materiál má malý odpor, relativně hladký povrch a nízkou míru absorpce pro lasery v blízké infračervené oblasti, což vede k velkému množství laserového záření. Protože většina laserů se používá ve vertikálním směru, kvůli materiálu nebo malému sklonu se vracející se laserové světlo vrací do výstupní hlavy a část vracejícího se světla je spojena s vláknem přenášejícím energii a je přenášena zpět podél vlákna do vnitřku laseru, což způsobuje, že jádrové komponenty uvnitř laseru jsou i nadále na vysoké teplotě.
Pokud je odrazivost během laserového svařování příliš vysoká, lze použít následující řešení:
3.1 Použijte antireflexní nátěr nebo ošetřete povrch materiálu: potažení povrchu svařovaného materiálu antireflexním nátěrem může účinně snížit odrazivost laseru. Tento nátěr je obvykle speciální optický materiál s nízkou odrazivostí, který laserovou energii absorbuje, místo aby ji odrážel zpět. V některých procesech, jako je svařování sběračem proudu, měkké spojování atd., může být povrch také reliéfní.
3.2 Nastavení úhlu svařování: Nastavením úhlu svařování může laserový paprsek dopadat na svařovaný materiál pod vhodnějším úhlem a snížit tak výskyt odrazů. Obvykle je dobrým způsobem, jak snížit odrazy, dopad laserového paprsku kolmo na povrch svařovaného materiálu.
3.3 Přidání pomocného absorbentu: Během svařovacího procesu se do svaru přidává určité množství pomocného absorbentu, například prášku nebo kapaliny. Tyto absorbéry absorbují laserovou energii a snižují odrazivost. Vhodný absorbent je třeba vybrat na základě konkrétních svařovacích materiálů a scénářů použití. V průmyslu lithiových baterií je to nepravděpodobné.
3.4 Použití optického vlákna k přenosu laseru: Pokud je to možné, lze k přenosu laseru do svařovacího místa použít optické vlákno, aby se snížila odrazivost. Optická vlákna mohou vést laserový paprsek do svařovací oblasti, aby se zabránilo přímému vystavení povrchu svařovaného materiálu a snížil se výskyt odrazů.
3.5 Nastavení parametrů laseru: Úpravou parametrů, jako je výkon laseru, ohnisková vzdálenost a průměr ohniska, lze řídit rozložení laserové energie a snížit odrazy. U některých reflexních materiálů může být snížení výkonu laseru účinným způsobem, jak odrazy omezit.
3.6 Použití děliče paprsku: Dělič paprsku může vést část laserové energie do absorpčního zařízení, čímž snižuje výskyt odrazů. Zařízení pro dělič paprsku se obvykle skládají z optických součástí a absorbérů a výběrem vhodných součástí a úpravou uspořádání zařízení lze dosáhnout nižší odrazivosti.
4. Svařování podřezání
Které procesy ve výrobním procesu lithiových baterií s větší pravděpodobností způsobí podbízení? Proč k podbízení dochází? Pojďme si to analyzovat.
Podřezání, obecně svařovací suroviny nejsou dobře kombinovány, mezera je příliš velká nebo se objevuje drážka, hloubka a šířka jsou v podstatě větší než 0,5 mm, celková délka je větší než 10 % délky svaru nebo větší než požadovaná délka stanovená standardem výrobního procesu.
V celém procesu výroby lithiových baterií je pravděpodobnější výskyt podřezání, které se obecně vyskytuje při předběžném svařování a svařování válcové krycí desky a při předběžném svařování a svařování čtvercové hliníkové krycí desky. Hlavním důvodem je, že těsnicí krycí deska musí při svařování spolupracovat s pláštěm, proces spojování mezi těsnicí krycí deskou a pláštěm je náchylný k nadměrným svarovým mezerám, drážkám, zhroucení atd., takže je obzvláště náchylný k podřezání.
Co tedy způsobuje podceňování?
Pokud je rychlost svařování příliš vysoká, tekutý kov za malým otvorem směřujícím do středu svaru se nestihne rozptýlit, což povede k tuhnutí a podřezání na obou stranách svaru. Vzhledem k výše uvedené situaci je třeba optimalizovat parametry svařování. Jednoduše řečeno, jde o opakované experimenty k ověření různých parametrů a provádění DOE (Domestic Effect Design - Kontrola energetické stability), dokud nebudou nalezeny vhodné parametry.
2. Nadměrné mezery ve svarech, drážky, propadliny atd. svařovacích materiálů snižují množství roztaveného kovu, který vyplňuje mezery, což zvyšuje pravděpodobnost vzniku podřezání. To je otázka zařízení a surovin. Zda svařovací suroviny splňují požadavky na vstupní materiál našeho procesu, zda přesnost zařízení splňuje požadavky atd. Běžnou praxí je neustálé mučení a bití dodavatelů a osob odpovědných za zařízení.
3. Pokud energie na konci laserového svařování klesne příliš rychle, může se malý otvor zhroutit, což má za následek lokální podřezání. Správné sladění výkonu a rychlosti může účinně zabránit vzniku podřezání. Jak se říká, opakujte experimenty, ověřte různé parametry a pokračujte v DOE, dokud nenajdete správné parametry.
5. Zhroucení středu svaru
Pokud je rychlost svařování pomalá, roztavená lázeň bude větší a širší, což zvýší množství roztaveného kovu. To může ztížit udržení povrchového napětí. Když se roztavený kov stane příliš těžkým, střed svaru se může propadnout a tvořit prohlubně a důlky. V tomto případě je třeba hustotu energie vhodně snížit, aby se zabránilo zhroucení taveniny.
V jiné situaci se svarová mezera pouze zhroutí, aniž by způsobila perforaci. To je nepochybně problém s lisovaným uložením zařízení.
Správné pochopení vad, které mohou vzniknout během laserového svařování, a příčin různých vad umožňuje cílenější přístup k řešení jakýchkoli abnormálních problémů se svařováním.
6. Trhliny ve svarech
Trhliny, které vznikají během kontinuálního laserového svařování, jsou převážně tepelné trhliny, jako jsou krystalové trhliny a trhliny ztekucení. Hlavní příčinou těchto trhlin jsou velké smršťovací síly generované svarem před jeho úplným ztuhnutím.
Existují také následující důvody pro vznik trhlin při laserovém svařování:
1. Nevhodný návrh svaru: Nesprávný návrh geometrie a velikosti svaru může způsobit koncentraci svařovacího napětí a tím i praskliny. Řešením je optimalizace návrhu svaru, aby se zabránilo koncentraci svařovacího napětí. Můžete použít vhodné odsazené svary, změnit tvar svaru atd.
2. Neshoda svařovacích parametrů: Nesprávný výběr svařovacích parametrů, jako je příliš vysoká rychlost svařování, příliš vysoký výkon atd., může vést k nerovnoměrným teplotním změnám ve svařované oblasti, což má za následek velké svařovací napětí a trhliny. Řešením je úprava svařovacích parametrů tak, aby odpovídaly konkrétnímu materiálu a svařovacím podmínkám.
3. Špatná příprava svařovaného povrchu: Nedostatečné čištění a předběžná úprava svařovaného povrchu před svařováním, jako je odstranění oxidů, mastnoty atd., ovlivní kvalitu a pevnost svaru a snadno povede ke vzniku trhlin. Řešením je odpovídající čištění a předběžná úprava svařovaného povrchu, aby se zajistilo účinné odstranění nečistot a kontaminantů v oblasti svařování.
4. Nesprávná regulace tepelného příkonu při svařování: Špatná regulace tepelného příkonu během svařování, jako je nadměrná teplota během svařování, nesprávná rychlost chlazení svarové vrstvy atd., vede ke změnám ve struktuře svařované oblasti, což má za následek praskliny. Řešením je regulace teploty a rychlosti chlazení během svařování, aby se zabránilo přehřátí a rychlému chlazení.
5. Nedostatečné odlehčení pnutí: Nedostatečné odlehčení pnutí po svařování povede k nedostatečnému odlehčení pnutí ve svařované oblasti, což snadno vede ke vzniku trhlin. Řešením je provedení vhodného odlehčení pnutí po svařování, jako je tepelné zpracování nebo vibrační zpracování (hlavní důvod).
Pokud jde o proces výroby lithiových baterií, které procesy s větší pravděpodobností způsobují praskliny?
Během těsnicího svařování, jako je těsnicí svařování válcových ocelových nebo hliníkových plášťů, těsnicí svařování čtvercových hliníkových plášťů atd., je obecně náchylné k prasklinám. Kromě toho je během procesu balení modulů náchylné k prasklinám i svařování sběrače proudu.
Samozřejmě můžeme také použít přídavný drát, předehřev nebo jiné metody k omezení nebo odstranění těchto trhlin.
Čas zveřejnění: 1. září 2023
