Изборът на методи и процеси на заваряване в производствения процес на захранващи батерии директно ще повлияе на цената, качеството, безопасността и последователността на батерията.
1 Принцип на лазерно заваряване
Лазерното заваряване е да се използва отлична насоченост и висока плътност на мощността на лазерния лъч за работа. Лазерният лъч се фокусира в малка област през оптичната система. За много кратко време на заварената част се образува зона на топлинен източник с висока енергийна концентрация, така че заварения обект се разтопява и се образуват твърда спойка и заварка.
2 Видове лазерно заваряване
Лазерно топлопроводимо заваряване, лазерният лъч топи повърхността на детайла по шева, а разтопеният материал се сближава и втвърдява, за да образува заваръчния шев. Използва се главно за относително тънки материали. Максималната дълбочина на заваряване на материалите се ограничава от тяхната топлопроводимост, а ширината на заваряването винаги е по-голяма от дълбочината на заваряване.
Заваряване с дълбоко проникване, когато лазерът с висока мощност се събира на повърхността на метала, топлината не може да бъде загубена и дълбочината на заваряване значително ще се задълбочи. Тази технология на заваряване е заваряване с дълбоко проникване. Поради високата скорост на обработка, малката зона, засегната от топлината, и минималното изкривяване, технологията за дълбоко проникване може да се използва за дълбоко заваряване или заваряване на няколко слоя данни заедно.
Основната разлика между заваряването с топлопроводимост и заваряването с дълбоко проникване е плътността на мощността, приложена върху металната повърхност за единица време, а критичната стойност е различна за различните метали.
Проникващо заваряване и заваряване на шевове
Чрез заваряване свързващият детайл не се нуждае от щанцоване и обработката е относително проста. За заваряване с проникване е необходим мощен лазерен заварчик. Дълбочината на проникване при заваряване с проникване е по-ниска от тази при заваряване на шевове и надеждността е относително лоша.
В сравнение с проникване заваряване, заваряване на шевовете се нуждае само от по-малко мощност лазер заварчик. Проникването на заваръчни шевове е по-високо от това при заваряване с проникване и надеждността е относително добра. Но свързващата част трябва да бъде пробита, така че е относително трудно да се обработи.
Импулсно заваряване и непрекъснато заваряване
1) Импулсен режим на заваряване
При лазерно заваряване трябва да бъде избрана подходящата форма на вълната на заваряване. Често използваните импулсни форми на вълната са квадратна вълна, пикова вълна, бимодална вълна и т.н. Отражателната способност на повърхността на алуминиевата сплав към светлина е твърде висока. Когато лазерен лъч с висока интензивност удари повърхността на материала, 60% - 98% от лазерната енергия върху металната повърхност ще се загуби поради отражение и отражателната способност се променя в зависимост от температурата на повърхността. Като цяло, когато заварявате алуминиева сплав, най-добрият избор е остра вълна и бимодална вълна. Този вид заваръчна форма на вълната има по-голяма широчина на импулса в долната част, което може ефективно да намали образуването на пори и пукнатини.
Импулсна проба за лазерно заваряване
Поради високата отражателна способност на алуминиевата сплав към лазера, за да се предотврати лазерният лъч да причини вертикално отражение и да повреди лазерното фокусиращо огледало, заваръчното съединение обикновено се отклонява под определен ъгъл в процеса на заваряване. Диаметърът на спойката и ефективната повърхност на съединението се увеличава с увеличаването на ъгъла на наклона на лазера. Когато ъгълът на наклона на лазера е 40 градуса, може да се получи максималната спойка и ефективната повърхност на съединението. Проникването на заварка и ефективното проникване намаляват с ъгъла на наклона на лазера. Когато ъгълът на наклона на лазера е по-голям от 60 градуса, ефективното проникване на заварка намалява до нула. Следователно, проникването и ширината на заваръчния шев могат да бъдат увеличени чрез накланяне на заварената връзка под определен ъгъл.
Освен това, когато правите заваряване, като заварката се приема като граница, лазерното петно трябва да бъде заварено с 65% от покривната плоча и 35% от обвивката, което може ефективно да намали експлозията, причинена от проблема със затварянето на капака.
2) Непрекъснат режим на заваряване
Тъй като процесът на нагряване при непрекъснато лазерно заваряване не е като внезапното охлаждане и нагряване на импулсната машина, тенденцията на пукнатини не е много очевидна по време на заваряване. За да се подобри качеството на заварката, се приема непрекъснато лазерно заваряване. Повърхността на заваръчния шев е гладка и еднородна, без пръски и дефекти и вътре в заваръчния шев не се открива пукнатина. При заваряването на алуминиева сплав предимствата на непрекъснатия лазер са очевидни. В сравнение с традиционния метод на заваряване, непрекъснатият лазер има висока производствена ефективност и няма пълнене на тел; в сравнение с импулсно лазерно заваряване, той може да разреши дефектите след заваряване, като пукнатини, пори, пръски и т.н., за да се гарантира, че алуминиевата сплав има добри механични свойства след заваряване; той няма да увисне след заваряване и количеството на полиране след заваряване е намалено, което спестява производствените разходи. Тъй като обаче мястото на CW лазера е относително малко, точността на сглобяване на детайла се изисква да бъде по-висока.
Непрекъснато проба за лазерно заваряване
При заваряването на акумулаторна батерия заваръчните техници ще изберат подходящите параметри на лазера и заваряването според клиента' материал на батерията, форма, дебелина, изисквания за опън, включително скорост на заваряване, форма на вълната, пикова стойност, наклон на заваръчната глава ъгъл и др., за да се зададат разумни параметри на заваряване, така че да се гарантира, че крайният ефект на заваряване отговаря на изискванията на производителите на батерии.
3 Предимства на лазерното заваряване
Той има предимствата на концентрирана енергия, висока ефективност на заваряване, висока точност на обработка и голямо съотношение ширина на дълбочината на заваръчния шев. Лазерният лъч е лесен за фокусиране, подравняване и насочване от оптични инструменти. Той може да бъде поставен на подходящо разстояние от детайла и може да бъде пренасочен между скобите или препятствията около детайла. Други правила за заваряване не могат да играят поради горните ограничения на пространството.
Енергията на заваряване може да се контролира точно, заваръчният ефект е стабилен и външният вид на заваряването е добър;
Безконтактно заваряване, предаване на оптични влакна, добра достъпност, висока степен на автоматизация. Когато заварявате тънък материал или тел с фин диаметър, няма да има проблеми с претопяването като дъгова заварка. Тъй като клетката, използвана за захранваща батерия, следва принципа на GG; лек&;, той обикновено е направен от" лек" алуминий и трябва да бъде" по-тънък" ;. Обикновено черупката, капакът и дъното трябва да бъдат по-малки от 1,0 mm. Понастоящем основната дебелина на материала на основните производители е около 0,8 мм.
Той може да осигури високоякостно заваряване за различни комбинации от материали, особено за заваряване между медни материали и алуминиеви материали. Това е и единствената технология, която може да завари никелиране към медни материали.
4 Трудности при лазерно заваряване
Понастоящем корпусът на батерията от алуминиева сплав представлява повече от 90% от цялата батерия. Трудността на заваряването е, че отражателната способност на алуминиевата сплав към лазера е много висока, а чувствителността на порьозността е висока в процеса на заваряване. В процеса на заваряване неизбежно ще се появят някои проблеми и дефекти, най-важните от които са порьозност, гореща пукнатина и експлозия.
Има два основни типа порьозност при лазерно заваряване на алуминиева сплав: водородна порьозност и порьозност, причинени от спукване на балончета. Тъй като скоростта на охлаждане на лазерното заваряване е твърде бърза, проблемът с водородната порьозност е по-сериозен и има също така дупки поради срутването на малки дупки при лазерно заваряване.
Проблеми с топлинни пукнатини. Алуминиевата сплав е типична евтектична сплав, която е склонна към горещи пукнатини по време на заваряване, включително пукнатини от кристализация на заварки и пукнатини за втечняване на HAZ. Поради сегрегацията на състава в зоната на заваръчните шевове, ще настъпи евтектична сегрегация и ще настъпи топене на границите на зърното. Под действието на напрежение на границата на зърната ще се образуват пукнатини за втечняване, което ще намали производителността на заварената фуга.
Проблем с експлозия (известен също като изпръскване). Има много фактори, които причиняват експлозията, като чистотата на материала, чистотата на самия материал, характеристиките на самия материал и т.н., а стабилността на лазера играе решаваща роля. Повърхността на черупката е изпъкнала, въздушната дупка и вътрешният въздушен мехур. Основната причина е, че диаметърът на сърцевината на влакното е твърде малък или енергията на лазера е твърде висока. Това не е" по-добро качество на гредата, по-добър ефект на заваряване" публикувано от някои доставчици на лазерно оборудване. Доброто качество на гредата е подходящо за заваряване с наслагване с голямо проникване. Ключът към решаването на проблема е да се намерят правилните параметри на процеса.
Други трудности
За заваряването на меки обвиващи полярни уши е необходим заваръчен инструмент, така че полярният ушен трябва да бъде здраво притиснат, за да се осигури заваръчната междина. Той може да реализира високоскоростното заваряване на S-образна форма, спирална форма и други сложни коловози, да увеличи едновременно зоната на заваръчното съединение и да укрепи якостта на заваряване.
Заваряването на цилиндричните клетки се използва главно за заваряване на положителните електроди. Тъй като обвивката на отрицателния електрод е тънка, много лесно се заварява. Например, в момента някои производители използват процес без заваряване с отрицателни електроди, а положителният електрод е лазерно заваряване.
Когато квадратната комбинация от батерии е заварена, стълбът или свързващият елемент са силно замърсени; когато свързващият детайл е заварен, замърсителите се разлагат, което лесно образува точки на заваръчен взрив и причинява дупки; когато стълбът е тънък и под него има пластмасови или керамични структурни части, лесно се заварява. Когато полюсът е малък, лесно е да се отклоните от пластмасата и да изгорите. Не използвайте многослоен съединител, има пори между слоевете, не е лесно да се заваряват.
Най-важният процес на заваряване на квадратна батерия е опаковането на капака на корпуса, който може да бъде разделен на заваряване на горния капак и долния капак според различните позиции. Поради малкия размер на батерията, някои производители на батерии използват" дълбоко изтегляне" процес за производство на корпуса на батерията, трябва само да заварявате горния капак.
Проба за странично заваряване на квадратна батерия
Методите на заваряване на квадратни батерии се разделят главно на странично заваряване и заваряване отгоре. Основното предимство на страничното заваряване е, че има по-малко влияние върху вътрешността на клетката и пръскането няма да влезе лесно във вътрешността на обвивката. Тъй като заваряването може да причини издуване, което ще има леко въздействие върху последващия процес на сглобяване, така че процесът на странично заваряване има високи изисквания за стабилността на лазера и чистотата на материала. Тъй като горният процес на заваряване е заварен от едната страна, изискванията за интегриране на заваръчното оборудване са сравнително ниски и масовото производство е просто. Има обаче два недостатъка: единият е, че малко пръски може да влезе в клетката по време на заваряване, а другият е, че високите изисквания за предната част на черупката ще доведат до проблема с разходите.
5. Фактори, влияещи върху качеството на заваряване
Лазерното заваряване е основният метод за заваряване от висок клас батерии. Лазерното заваряване е процес на лазерно облъчване с високоенергиен лъч върху детайла, което води до рязко покачване на работната температура, а детайлът се топи и свързва отново, за да образува постоянна връзка. Якостта на срязване и устойчивостта на разкъсване при лазерно заваряване са по-добри. Електрическата проводимост, якостта, херметичността, металната умора и устойчивостта на корозия на заваряването на акумулатора са типични стандарти за оценка на качеството на заваряване.
Има много фактори, които влияят върху качеството на лазерното заваряване. Някои от тях са много летливи и имат значителна нестабилност. Как да настроите и контролирате правилно тези параметри, така че те да могат да бъдат контролирани в правилния диапазон при високоскоростен и непрекъснат процес на лазерно заваряване, за да се гарантира качеството на заваряване. Надеждността и стабилността на заваряването са важни проблеми, свързани с практиката и индустриализацията на технологията за лазерно заваряване. Основните фактори, влияещи върху качеството на лазерното заваряване, са заваръчното оборудване, състоянието на детайла и технологичните параметри.
1) Оборудване за лазерно заваряване
Машина за лазерно заваряване с влакна за захранваща батерия
RS-SWF-80/150 80W&усилвател; Машината за лазерно заваряване с мощност 150 W задоволява търсенето на висококачествено високоскоростно лазерно заваряване за клетки от литиеви батерии.
Най-важното изискване за качество на лазера е режимът на лъча, изходната мощност и стабилността. Режимът на лъча е основният показател за качеството на лъча. Колкото по-нисък е редът на лъчевия режим, толкова по-добро е фокусирането на лъча, толкова по-малко е мястото, толкова по-голяма е плътността на мощността и толкова по-голяма е дълбочината и ширината на заваряване при една и съща мощност на лазера. Обикновено се изисква основен режим (TEM00) или режим с нисък ред, в противен случай е трудно да се отговори на изискванията за висококачествено лазерно заваряване. Понастоящем е трудно домашните лазери да се използват при лазерно заваряване по отношение на качеството на лъча и стабилността на изходната мощност. От чуждестранната ситуация качеството на лазерния лъч и стабилността на изходната мощност са доста високи, което няма да се превърне в проблем на лазерното заваряване. Фокусната леща е най-важният фактор, влияещ върху качеството на заваряване в оптичната система. Фокусното разстояние обикновено е между 127 mm (5 in) и 200 mm (7.9 in). Малкото фокусно разстояние е добро за намаляване на диаметъра на кръста на фокусирания лъч, но твърде малкото фокусно разстояние е лесно да бъде замърсено и повредено от разпръскване в процеса на заваряване.
Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-висока е абсорбцията. Като цяло, отражателната способност на материали с добра проводимост е много висока. За YAG лазера отражателната способност на среброто е 96%, тази на алуминия е 92%, тази на медта е 90%, а тази на желязото е 60%. Колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е абсорбцията, показваща линейна зависимост; като цяло фосфатите, саждите и графитът могат да подобрят абсорбцията.
2) Състояние на детайла
Лазерното заваряване изисква обработката на ръба на детайла, сглобката има висока точност и точката е строго подравнена със заваръчния шев. Освен това оригиналната точност на сглобяване и точковото подравняване на детайла не могат да бъдат променени поради термичната деформация на заваряването в процеса на заваряване. Това е така, защото лазерното петно е малко, а заваръчният шев е тесен. Обикновено не се добавя запълващ метал. Ако монтажът не е строг и пролуката е твърде голяма, лъчът може да премине през процепа и не може да разтопи основния метал или да причини очевидно подрязване и депресия. Ако отклонението на петното от шева е малко голямо, това може да доведе до непълно сливане или непълно проникване. Следователно, общата разлика на монтажа на челната повърхност и отклонението на точков шев не трябва да са по-големи от 0,1 mm, несъответствието не трябва да е по-голямо от 0,2 mm. В действителното производство понякога технологията за лазерно заваряване не може да се използва, тъй като не може да отговори на тези изисквания. За да се получи добър заваръчен ефект, допустимата междина и междина на пролука трябва да се контролират в рамките на 10% от дебелината на листа.
Успешното лазерно заваряване изисква близък контакт между основата, която трябва да бъде заварена. Това изисква внимателно затягане на частите за оптимални резултати. Това е трудно да се направи на тънкия основен материал на ухото, тъй като е склонна към огъване и неправилно подравняване, особено когато ухото е вградено в голям акумулаторен модул или модул.
3) Параметри на лазерно заваряване
(1) Плътността на мощността на лазерното петно е най-важният фактор, влияещ върху режима на лазерно заваряване и стабилността на заваряване. Влиянието на плътността на мощността на лазерното петно върху режима на заваряване и стабилността на заваряване е както следва: с увеличаване на плътността на мощността на лазерното петно от малка до голяма, поръчката е стабилно заваряване с топлопроводимост, режим на нестабилно заваряване и стабилно заваряване с дълбоко проникване.
Плътността на мощността на лазерното петно се определя главно от мощността на лазера и позицията на фокуса на лъча, когато режимът на лъча и фокусното разстояние са фиксирани. Плътността на мощността на лазера е пропорционална на мощността на лазера. Когато фокусът на гредата е в определено положение под повърхността на детайла (1-2 мм, в зависимост от дебелината и параметрите), може да се получи оптималната заварка. Отклонява се от оптималната позиция на фокусиране, светлинното петно на повърхността на детайла ще стане по-голямо, което ще доведе до намаляване на плътността на мощността. До определен диапазон това ще доведе до промяна на формата на процеса на заваряване.
Само когато скоростта на заваряване е твърде висока, стабилният процес на заваряване с дълбоко проникване не може да се поддържа поради малкото влагане на топлина. При действителното заваряване трябва да се избира стабилно заваряване с дълбоко проникване или стабилно заваряване с топлопроводимост в съответствие с изискванията за проникване на заваряване, а нестабилният режим на заваряване трябва да се избягва абсолютно.
(2) В обхвата на заваряване с дълбоко проникване, влиянието на параметрите на заваряване върху проникването: в обхвата на стабилното заваряване с дълбоко проникване, колкото по-висока е мощността на лазера, толкова по-голямо е проникването, което е около 0,7 мощност; и колкото по-висока е скоростта на заваряване, толкова по-плитко е проникването. При определена мощност на лазера и скорост на заваряване проникването е най-голямо, когато фокусът е в най-добрата позиция. Ако фокусът се е отклонил от това положение, проникването намалява и дори става нестабилно заваряване или стабилно топлопроводимо заваряване.
(3) Основната функция за защита на газа е да предпази обработвания детайл от окисляване по време на заваряване, да предпази фокусната леща от замърсяване с метални пари и разпръскване на течни капки, да разпръсне плазмата, произведена чрез лазерно заваряване с висока мощност, да охлади детайла и да намали зоната, засегната от топлината.
Аргон или хелий обикновено се използват като защитен газ. Азотът може да се използва за тези с ниски очевидни изисквания за качество. Тенденцията на хелия да произвежда плазма е различна: хелийът има по-висок обем на йонизация и по-бързо топлопроводимост. При същите условия газът има по-малка тенденция да произвежда плазма от аргона, така че може да получи по-голяма дълбочина на топене. В определен диапазон, с увеличаване на скоростта на потока на защитния газ, тенденцията за потискане на плазмата се увеличава, така че дълбочината на топене се увеличава, но има тенденция да бъде стабилна, когато се увеличава до определен диапазон.
(4) Анализ на мониторинга на всеки параметър: измежду четирите параметъра на заваряване скоростта на заваряване и дебитът на защитния газ са лесни за наблюдение и поддържане на стабилност, докато мощността на лазера и позицията на фокусиране са параметрите, които могат да варират и са трудни за наблюдение в процеса на заваряване. Въпреки че изходната мощност на лазера от лазера е много стабилна и лесна за наблюдение, поради загубата на светлинен водач и система за фокусиране, мощността на лазера, която пристига в детайла, ще се промени и тази загуба е свързана с качеството на оптичния детайл, време за експлоатация и замърсяване на повърхността, така че не е лесно да се наблюдава и се превръща в несигурен фактор за качеството на заваряването. Позицията на фокуса на лъча е един от най-трудните фактори за наблюдение и контрол, който оказва голямо влияние върху качеството на заваряването. Понастоящем е необходимо да се определи подходящата позиция на фокусиране чрез ръчно регулиране и многократни тестове на процеса, за да се получи идеалното проникване. Но в процеса на заваряване, поради деформация на детайла, ефект на термична леща или многоизмерно заваряване на пространствената крива, положението на фокуса ще се промени и може да надхвърли допустимия диапазон.
За горните два случая, от една страна, трябва да се използват и поддържат редовно оптични елементи с високо качество и висока стабилност, за да се предотврати замърсяването и да се поддържат чисти; от друга страна, методът за наблюдение и контрол в реално време на процеса на лазерно заваряване трябва да бъде разработен, за да оптимизира параметрите и да наблюдава процеса на заваряване. и подобряване на надеждността и стабилността на качеството на лазерното заваряване.
И накрая, важно е да се отбележи, че лазерното заваряване е процес на топене. Това означава, че и двете основи се топят по време на лазерно заваряване. Този процес е много бърз, така че общата топлинна мощност е ниска. Но тъй като това е процес на топене, е възможно при заваряване на различни материали да се образуват чупливи високоустойчиви интерметални съединения. Комбинацията от алуминий и мед е особено лесна за образуване на интерметални съединения. Доказано е, че тези съединения имат отрицателно въздействие върху краткосрочните електрически и дългосрочни механични свойства на съединението на микроелектронното оборудване. Влиянието на тези интерметални съединения върху дългосрочната работа на литиевите батерии е несигурно.