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 zavarivanjeje brzo postao prvi izbor u svim sferama života zbog svoje velike brzine, velike dubine i male deformacije. Od tačkastih zavara do sučeonih zavara, nagrađivanja i zaptivanja,lasersko zavarivanjePruža neusporedivu preciznost i kontrolu. Igra važnu ulogu u industrijskoj proizvodnji i prerađivačkoj industriji, uključujući vojnu industriju, medicinsku njegu, zrakoplovstvo, 3C autodijelove, mehaničke limove, nove energetske i druge industrije.
U poređenju 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 uslovima, a oprema za zavarivanje je jednostavna. Na primjer, laserski snop se ne pomiče u elektromagnetnom polju. Laseri mogu zavarivati u vakuumu, vazduhu ili određenim gasnim okruženjima, i mogu zavarivati materijale koji prolaze kroz staklo ili su providni za laserski snop.
3. Može zavarivati vatrostalne materijale poput titana i kvarca, a također može zavarivati i različite materijale s dobrim rezultatima.
4. Nakon fokusiranja lasera, 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 izvršiti mikro zavarivanje. Nakon fokusiranja laserskog snopa, može se dobiti mala tačka i precizno pozicionirati. Može se primijeniti na sastavljanje i zavarivanje mikro i malih radnih komada radi postizanja automatizirane masovne proizvodnje.
6. Može zavarivati teško dostupna mjesta i vršiti 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. Laserski snop se lako dijeli u vremenu i prostoru, a više snopova se može istovremeno obrađivati na više lokacija, što pruža uslove za preciznije zavarivanje.
Nedostatak:
1. Potrebna je visoka tačnost montaže obratka, a položaj laserskog snopa na obratku ne smije značajno odstupati. To je zato što je veličina laserske tačke nakon fokusiranja mala, a zavar je uzak, što otežava dodavanje dodatnog metala. Ako tačnost montaže obratka ili tačnost pozicioniranja snopa ne ispunjava zahtjeve, skloni su defektima zavarivanja.
2. Cijena lasera i srodnih sistema je visoka, a jednokratna investicija je velika.
Uobičajeni nedostaci laserskog zavarivanjau proizvodnji litijumskih baterija
1. Poroznost zavarivanja
Uobičajeni nedostaci ulasersko zavarivanjesu pore. Rastopljeni bazen za zavarivanje je dubok i uzak. Tokom procesa laserskog zavarivanja, dušik prodire u rastopljeni bazen izvana. Tokom procesa hlađenja i skrućivanja metala, topljivost dušika se smanjuje sa smanjenjem temperature. Kada se rastopljeni metal u bazenu ohladi i počne kristalizirati, topljivost će naglo i iznenada pasti. U ovom trenutku, velika količina plina će se taložiti i formirati mjehuriće. Ako je brzina plutanja mjehurića manja od brzine kristalizacije metala, stvorit će se pore.
U primjenama u industriji litijumskih baterija, često se pore javljaju tokom zavarivanja pozitivne elektrode, ali rijetko tokom zavarivanja negativne elektrode. To je zato što je pozitivna elektroda napravljena od aluminija, a negativna od bakra. Tokom zavarivanja, tečni aluminij na površini se kondenzuje prije nego što unutrašnji gas potpuno prelije, sprečavajući prelivanje gasa i stvaranje velikih i malih rupa. Male stomate.
Pored gore navedenih uzroka pora, pore također uključuju vanjski zrak, vlagu, površinsko ulje itd. Osim toga, smjer i ugao 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 moraju se na vrijeme očistiti; u proizvodnji litijumskih baterija, inspekcija ulaznog materijala je bitan proces.
Drugo, protok zaštitnog plina treba podesiti prema faktorima kao što su brzina zavarivanja, snaga, položaj itd., i ne smije biti ni prevelik ni premalen. Pritisak zaštitnog plašta treba podesiti prema faktorima kao što su snaga lasera i položaj fokusa, i ne smije biti ni prevelik ni premalen. Oblik mlaznice zaštitnog plašta treba podesiti prema obliku, smjeru i drugim faktorima zavara tako da zaštitni plašt može ravnomjerno prekriti područje zavarivanja.
Treće, kontrolišite temperaturu, vlažnost i prašinu u vazduhu u radionici. Temperatura i vlažnost okoline će uticati na sadržaj vlage na površini podloge i zaštitnog gasa, što će zauzvrat uticati na stvaranje i ispuštanje vodene pare u rastopljenom sloju. Ako su temperatura i vlažnost okoline previsoke, na površini podloge i u zaštitnom gasu će biti previše vlage, što će generisati veliku količinu vodene pare, što će rezultirati stvaranjem pora. Ako su temperatura i vlažnost okoline preniske, na površini podloge i u zaštitnom gasu će biti premalo vlage, što će smanjiti stvaranje vodene pare i time smanjiti pore; neka osoblje za kontrolu kvaliteta detektuje 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 tokom zavarivanja, povratno njihanje snopa na zavarenom šavu uzrokuje ponovljeno topljenje dijela zavarenog šava, što produžava vrijeme zadržavanja tekućeg metala u zavarivačkom bazenu. Istovremeno, otklon snopa također povećava unos topline po jedinici površine. Odnos dubine i širine zavara se smanjuje, što pogoduje pojavi mjehurića, čime se eliminiraju 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 impulsa, frekvencija impulsa se odnosi na broj impulsa koje emituje laserski snop po jedinici vremena, što će uticati na unos toplote i akumulaciju toplote u rastopljenom sloju, a zatim na temperaturno polje i polje protoka u rastopljenom sloju. Ako je frekvencija impulsa previsoka, to će dovesti do prekomjernog unosa toplote u rastopljeni sloj, uzrokujući da temperatura rastopljenog sloja bude previsoka, stvarajući metalnu paru ili druge elemente koji su isparljivi na visokim temperaturama, što rezultira porama. Ako je frekvencija impulsa preniska, to će dovesti do nedovoljne akumulacije toplote u rastopljenom sloju, uzrokujući da temperatura rastopljenog sloja bude preniska, smanjujući rastvaranje i ispuštanje gasa, što rezultira porama. Općenito govoreći, frekvenciju impulsa treba odabrati u razumnom rasponu na osnovu debljine podloge i snage lasera, te izbjegavati previsoku ili prenisku frekvenciju.
Zavarivanje rupa (lasersko zavarivanje)
2. Prskanje zavara
Prskanje nastalo tokom procesa zavarivanja, laserskog zavarivanja, ozbiljno će uticati na kvalitet površine zavara, te će zagaditi i oštetiti sočivo. Opšte performanse su sledeće: nakon završetka laserskog zavarivanja, mnoge metalne čestice se pojavljuju na površini materijala ili radnog komada i prianjaju na površinu materijala ili radnog komada. Najintuitivnije performanse su da će se prilikom zavarivanja u režimu galvanometra, nakon određenog perioda korišćenja zaštitnog sočiva galvanometra, na površini pojaviti guste udubine, a te udubine su uzrokovane prskanjem zavarivanja. Nakon dužeg vremena, lako je blokirati svjetlost i doći će do problema sa svjetlom zavarivanja, što će rezultirati nizom problema kao što su prekinuto zavarivanje i virtuelno zavarivanje.
Koji su uzroci prskanja?
Prvo, gustoća snage, što je veća gustoća snage, lakše je generirati prskanje, a prskanje je direktno povezano s gustoćom snage. Ovo je problem star stoljeće. Barem do sada, industrija nije uspjela riješiti problem prskanja i može se samo reći da je neznatno smanjen. U industriji litijumskih baterija, prskanje je najveći krivac za kratki spoj baterija, ali nije uspjela riješiti uzrok. Utjecaj prskanja na bateriju može se smanjiti samo sa stanovišta 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, različite mašine i različite serije materijala imaju potpuno različite efekte zavarivanja. Stoga postoji nepisano pravilo u novoj energetskoj industriji, jedan set parametara zavarivanja za jedan komad opreme.
Drugo, ako se površina obrađenog materijala ili radnog komada ne očisti, mrlje od ulja ili zagađivači će također uzrokovati ozbiljna prskanja. U ovom trenutku, najlakše je očistiti površinu obrađenog materijala.
3. Visoka reflektivnost laserskog zavarivanja
Generalno govoreći, visoka refleksija se odnosi na činjenicu da materijal za obradu ima malu otpornost, 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 ponovo 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 glavne komponente unutar lasera i dalje na visokoj temperaturi.
Kada je reflektivnost previsoka tokom laserskog zavarivanja, mogu se primijeniti sljedeća rješenja:
3.1 Koristite antirefleksni premaz ili tretirajte površinu materijala: premazivanje površine materijala za zavarivanje antirefleksnim premazom može efikasno smanjiti refleksivnost lasera. Ovaj premaz je obično poseban optički materijal sa niskom refleksivnošću koji apsorbuje lasersku energiju umjesto da je reflektuje nazad. U nekim procesima, kao što su zavarivanje kolektorom struje, meko spajanje itd., površina može biti i reljefna.
3.2 Podešavanje ugla zavarivanja: Podešavanjem ugla zavarivanja, laserski snop može pasti na materijal koji se zavaruje pod prikladnijim uglom i smanjiti pojavu refleksije. Obično je dobar način za smanjenje refleksije laserski snop koji pada okomito na površinu materijala koji se zavaruje.
3.3 Dodavanje pomoćnog apsorbenta: Tokom procesa zavarivanja, određena količina pomoćnog apsorbenta, kao što je prah ili tečnost, dodaje se u zavar. Ovi apsorberi apsorbuju lasersku energiju i smanjuju refleksivnost. Odgovarajući apsorbent treba odabrati na osnovu specifičnih materijala za zavarivanje i scenarija primjene. U industriji litijumskih baterija, ovo je malo vjerovatno.
3.4 Korištenje optičkih vlakana za prijenos lasera: Ako je moguće, optička vlakna se mogu koristiti za prijenos lasera do mjesta zavarivanja kako bi se smanjila refleksija. Optička vlakna mogu voditi laserski snop do područja zavarivanja kako bi se izbjeglo direktno izlaganje površini materijala za zavarivanje i smanjila pojava refleksija.
3.5 Podešavanje parametara lasera: Podešavanjem parametara kao što su snaga lasera, žižna daljina i žižni prečnik, može se kontrolisati distribucija laserske energije i smanjiti refleksije. Za neke reflektujuće materijale, smanjenje snage lasera može biti efikasan 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 litijumskih baterija, koji procesi češće uzrokuju snižavanje cijena? Zašto dolazi do snižavanja cijena? Analizirajmo to.
Podrezano, uglavnom sirovine za zavarivanje nisu dobro kombinovane jedna s drugom, razmak je prevelik ili se pojavljuje žlijeb, dubina i širina su u osnovi veće od 0,5 mm, ukupna dužina je veća od 10% dužine zavara ili veća od standardne dužine procesa proizvoda.
U cijelom procesu proizvodnje litijumskih baterija, podrezivanje je vjerovatnije, a uglavnom se odvija tokom prethodnog zavarivanja cilindrične pokrovne ploče i prethodnog zavarivanja kvadratne aluminijumske pokrovne ploče. Glavni razlog je taj što pokrovna ploča za zaptivanje mora sarađivati sa ljuskom prilikom zavarivanja, proces spajanja između pokrovne ploče za zaptivanje i ljuske sklon je prekomjernim zavarivačkim prazninama, žljebovima, urušavanju itd., pa je posebno sklon podrezivanju.
Dakle, šta uzrokuje podcjenjivanje?
Ako je brzina zavarivanja prevelika, tekući metal iza malog otvora usmjerenog 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 (Done Effect Experiment - Izračunavanje energetike) dok se ne pronađu odgovarajući parametri.
2. Prekomjerni zavari, žljebovi, urušavanja itd. materijala za zavarivanje smanjit će količinu rastopljenog metala koji ispunjava zazore, što će povećati vjerovatnoću pojave podrezanja. Ovo je pitanje opreme i sirovina. Da li sirovine za zavarivanje ispunjavaju zahtjeve za ulaznim materijalom našeg procesa, da li tačnost opreme ispunjava 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 efikasno spriječiti stvaranje podreza. Kao što stara izreka kaže, ponavljajte eksperimente, provjerite različite parametre i nastavite s DOE dok ne pronađete prave parametre.
5. Urušavanje centra zavara
Ako je brzina zavarivanja mala, rastopljeni bazen će biti veći i širi, povećavajući količinu rastopljenog metala. To može otežati održavanje površinske napetosti. Kada rastopljeni metal postane pretežak, središte zavara može potonuti i formirati udubljenja i jame. U tom slučaju, gustoću energije potrebno je na odgovarajući način smanjiti kako bi se spriječilo urušavanje rastopljenog bazena.
U drugoj situaciji, zavarni zazor se jednostavno urušava bez izazivanja perforacije. Ovo je nesumnjivo problem presovanog prianjanja opreme.
Pravilno razumijevanje defekata koji se mogu pojaviti tokom laserskog zavarivanja i uzroka različitih defekata omogućava ciljaniji pristup rješavanju bilo kakvih abnormalnih problema sa zavarivanjem.
6. Pukotine u zavaru
Pukotine koje se pojavljuju tokom kontinuiranog laserskog zavarivanja uglavnom su termičke pukotine, kao što su kristalne pukotine i pukotine usljed likvefakcije. Glavni uzrok ovih pukotina su velike sile skupljanja koje stvara zavar prije nego što se potpuno stvrdne.
Postoje i sljedeći razlozi za pukotine kod laserskog zavarivanja:
1. Nerazuman dizajn zavara: Nepravilan dizajn geometrije i veličine zavara može uzrokovati koncentraciju napona zavarivanja, što uzrokuje pukotine. Rješenje je optimizacija dizajna zavara kako bi se izbjegla koncentracija napona zavarivanja. Možete koristiti odgovarajuće ofsetne zavare, promijeniti oblik zavara itd.
2. Neusklađenost parametara zavarivanja: Nepravilan odabir parametara zavarivanja, kao što su prevelika brzina zavarivanja, prevelika snaga itd., može dovesti do neravnomjernih promjena temperature u području zavarivanja, što rezultira velikim naponom i pukotinama pri zavarivanju. Rješenje je prilagođavanje parametara 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, kao što je uklanjanje oksida, masnoće itd., utjecat će na kvalitetu i čvrstoću zavara i lako dovesti do pukotina. Rješenje je adekvatno čišćenje i prethodna obrada površine za zavarivanje kako bi se osiguralo da se nečistoće i zagađivači u području zavarivanja efikasno tretiraju.
4. Nepravilna kontrola unosa toplote pri zavarivanju: Loša kontrola unosa toplote tokom zavarivanja, kao što je prekomjerna temperatura tokom zavarivanja, nepravilna brzina hlađenja sloja zavara itd., dovest će do promjena u strukturi područja zavarivanja, što će rezultirati pukotinama. Rješenje je kontrola temperature i brzine hlađenja tokom zavarivanja kako bi se izbjeglo pregrijavanje i brzo hlađenje.
5. Nedovoljno ublažavanje napona: Nedovoljan tretman za ublažavanje napona nakon zavarivanja rezultirat će nedovoljnim ublažavanjem napona u zavarenom području, što će lako dovesti do pukotina. Rješenje je provođenje odgovarajućeg tretmana za ublažavanje napona nakon zavarivanja, kao što je termička obrada ili vibracijska obrada (glavni razlog).
Što se tiče procesa proizvodnje litijumskih baterija, koji procesi češće uzrokuju pukotine?
Generalno, pukotine su sklone pojavi tokom zavarivanja, kao što je zavarivanje cilindričnih čeličnih ljuski ili aluminijskih ljuski, zavarivanje kvadratnih aluminijskih ljuski itd. Pored toga, tokom procesa pakovanja modula, zavarivanje strujnog kolektora je takođe sklono pukotinama.
Naravno, možemo koristiti i žicu za punjenje, predgrijavanje ili druge metode za smanjenje ili uklanjanje ovih pukotina.
Vrijeme objave: 01.09.2023.
