A hegesztési módszerek és folyamatok kiválasztása az akkumulátorok gyártási folyamatában közvetlenül befolyásolja az akkumulátor költségét, minőségét, biztonságát és konzisztenciáját.
1 A lézeres hegesztés elve
A lézerhegesztés a lézersugár kiváló irányíthatóságát és nagy teljesítménysűrűségét használja. A lézersugár kis területen van fókuszálva az optikai rendszeren keresztül. Nagyon rövid idő alatt nagy energiakoncentrációjú hőforrás területe képződik a hegesztett résznél, így a hegesztett tárgy megolvad, és szilárd forrasztási kötés és hegesztés képződik.
2 A lézeres hegesztés típusai
Lézeres hővezető hegesztés, a lézersugár megolvasztja a munkadarab felületét a varrás mentén, és az olvadt anyag összefog és megszilárdul a hegesztés kialakulásához. Főleg viszonylag vékony anyagokhoz használják. Az anyagok maximális hegesztési mélységét hővezető képessége korlátozza, és a hegesztési szélesség mindig nagyobb, mint a hegesztési mélység.
Mély behatolású hegesztés, amikor a nagy teljesítményű lézer összegyűlik a fém felületén, a hő nem veszhet el, és a hegesztési mélység nagymértékben elmélyül. Ez a hegesztési technológia mély behatolású hegesztés. A nagy feldolgozási sebesség, a kis hőhatás által érintett terület és a minimális torzítás miatt a mély behatolású hegesztési technológia alkalmazható mélyhegesztéshez vagy több adatréteg hegesztéséhez.
A hővezetéses hegesztés és a mély behatolású hegesztés közötti fő különbség a fémfelületre egységnyi idő alatt alkalmazott teljesítménysűrűség, és a kritikus érték különböző a különböző fémeknél.
Penetrációs hegesztés és varrathegesztés
A hegesztés révén az összekötő darabnak nincs szüksége lyukasztásra, és a feldolgozás viszonylag egyszerű. Nagy teljesítményű lézerhegesztőre van szükség a behatolási hegesztéshez. A behatolási hegesztés behatolási mélysége alacsonyabb, mint a varrathegesztésé, és a megbízhatóság viszonylag gyenge.
A penetrációs hegesztéshez képest a varrathegesztéshez csak kevesebb teljesítményű lézerhegesztőre van szükség. A varrat hegesztési képessége nagyobb, mint a behatolási hegesztésé, és a megbízhatóság viszonylag jó. De az összekötő darabot lyukasztani kell, ezért viszonylag nehéz feldolgozni.
Impulzusos hegesztés és folyamatos hegesztés
1) impulzus üzemmódú hegesztés
Lézeres hegesztéskor a megfelelő hegesztési hullámformát kell kiválasztani. Az általánosan alkalmazott impulzus hullámformák a négyzet, a csúcs, a bimodális hullám stb. Az alumíniumötvözet felületének fényvisszaverő képessége túl nagy. Amikor egy nagy intenzitású lézersugár eléri az anyag felületét, a fémfelületen lévő lézerenergia 60–98% -a elvész a visszaverődés miatt, és a fényvisszaverő képesség a felületi hőmérséklet függvényében változik. Általában az alumíniumötvözet hegesztésekor a legjobb választás az éles és a bimodális hullám. Ennek a hegesztési hullámformának az alsó részén hosszabb az impulzusszélesség, ami hatékonyan csökkentheti a pórusok és repedések képződését.
Impulzusos lézeres hegesztési minta
Az alumíniumötvözet lézerre való nagy visszaverő képessége miatt annak érdekében, hogy a lézersugár ne okozzon függőleges visszaverődést és ne károsítsa a lézer fókuszáló tükröt, a hegesztési kötést általában egy bizonyos szögben térítik el a hegesztési folyamat során. A forrasztási hézag átmérője és a hatékony hézagfelület a lézer dőlésszögének növekedésével nő. Ha a lézer hajlásszöge 40 fok, akkor a maximális forrasztási hézag és a hatékony hézagfelület elérhető. A hegesztési penetráció és a hatékony behatolás a lézer dőlésszögével csökken. Amikor a lézer dőlésszöge nagyobb, mint 60 fok, a hegesztés tényleges behatolása nulla értékre csökken. Ezért a varrat áthatolása és szélessége növelhető a hegesztett kötés bizonyos szögbe döntésével.
Ezenkívül a hegesztés során, a hegesztést határértékként figyelembe véve, a lézerfoltot a fedőlap 65% -ával és a héj 35% -ával kell hegeszteni, ami hatékonyan képes csökkenteni a fedélzárási probléma okozta robbanást.
2) Folyamatos üzemmódú hegesztés
Mivel a folyamatos lézerhegesztés fűtési folyamata nem olyan, mint a pulzusgép hirtelen lehűlése és felmelegedése, a hegesztés során a repedési tendencia nem túl nyilvánvaló. A hegesztés minőségének javítása érdekében folyamatos lézeres hegesztést alkalmaznak. A hegesztési felület sima és egyenletes, fröccsenés és hiba nélkül, és a varrat belsejében nem található repedés. Az alumíniumötvözet hegesztésénél a folyamatos lézer előnyei nyilvánvalóak. A hagyományos hegesztési módszerhez képest a folyamatos lézernek magas a gyártási hatékonysága és nincs huzaltöltés; az impulzusos lézeres hegesztéssel összehasonlítva meg tudja oldani a hegesztés utáni hibákat, például repedéseket, pórusokat, fröccsenést stb., hogy az alumíniumötvözet jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkezzen hegesztés után; hegesztés után nem fog megereszkedni, és a hegesztés utáni polírozás mennyisége csökken, ami megtakarítja az előállítási költségeket. Mivel azonban a CW lézer foltja viszonylag kicsi, a munkadarab összeszerelési pontosságának nagyobbnak kell lennie.
Folyamatos lézeres hegesztési minta
Az akkumulátor hegesztésekor a hegesztéstechnikusok kiválasztják a megfelelő lézer- és hegesztési paramétereket az ügyfél' elemének anyagának, alakjának, vastagságának, húzóerő-követelményeinek, beleértve a hegesztési sebességet, hullámformát, csúcsértéket, a hegesztőfej dőlését. szög stb. az ésszerű hegesztési paraméterek beállításához annak biztosítása érdekében, hogy a végső hegesztési hatás megfeleljen az akkumulátorgyártók követelményeinek.
3 A lézeres hegesztés előnyei
Ennek előnyei a koncentrált energia, a nagy hegesztési hatékonyság, a nagy megmunkálási pontosság és a varrat nagy mélység-szélesség aránya. A lézersugarat könnyű fókuszálni, igazítani és irányítani optikai eszközökkel. Megfelelő távolságban helyezhető el a munkadarabtól, és újra vezethető a munkadarab körüli bilincsek vagy akadályok között. Más hegesztési szabályok nem játszhatók le a fenti helykorlátozások miatt.
A hegesztési energia pontosan szabályozható, a hegesztési hatás stabil és a hegesztési megjelenés jó;
Érintés nélküli hegesztés, optikai szál átvitele, jó hozzáférhetőség, nagyfokú automatizálás. Vékony anyag vagy finom átmérőjű huzal hegesztésekor nem okoz gondot az átolvasztás, mint az ívhegesztés. Mivel az akkumulátorhoz használt cella a&"könnyű GG" elvét követi, ezért általában&"könnyű GG"; alumínium és GG-nek kell lennie; vékonyabb GG-nak kell lennie. Általában a héjnak, a burkolatnak és az alsó résznek 1,0 mm-nél kisebbnek kell lennie. Jelenleg a mainstream gyártók alapanyagvastagsága körülbelül 0,8 mm.
Nagy szilárdságú hegesztést tud biztosítani különféle anyagkombinációkhoz, különösen a rézanyagok és az alumíniumanyagok hegesztéséhez. Ez is az egyetlen technológia, amely hegeszteni tudja a nikkel bevonatát réz anyagokra.
4 A lézerhegesztés nehézségei
Jelenleg az alumíniumötvözetből készült akkumulátor héja a teljes akkumulátor 90% -át teszi ki. A hegesztés nehézsége, hogy az alumíniumötvözet fényvisszaverő képessége a lézerre nagyon magas, és a porozitás érzékenysége nagy a hegesztési folyamat során. Bizonyos problémák és hibák elkerülhetetlenül megjelennek a hegesztési folyamatban, amelyek közül a legfontosabbak a porozitás, a forró repedések és a robbanás.
Az alumíniumötvözet lézeres hegesztésénél két fő porozitástípus létezik: a hidrogénporozitás és a buborékrepedés okozta porozitás. Mivel a lézerhegesztés hűtési sebessége túl gyors, a hidrogénporozitás problémája súlyosabb, és vannak olyan lyukak is, amelyek a lézeres hegesztés kis lyukainak összeomlásából erednek.
Hő repedésprobléma. Az alumíniumötvözet tipikus eutektikus ötvözet, amely hajlamos a forró repedésekre a hegesztés során, ideértve a hegesztési kristályosodás és a HAZ cseppfolyósítási repedéseit is. A hegesztési zónában az összetétel szegregációja következtében eutektikus szegregáció és szemcsehatárolvadás következik be. A stressz hatására a szemcsehatáron cseppfolyósító repedések keletkeznek, amelyek csökkentik a hegesztett kötés teljesítményét.
Robbanási (más néven splash) probléma. Számos olyan tényező okozza a robbanást, mint például az anyag tisztasága, maga az anyag tisztasága, maga az anyag jellemzői és így tovább, és a lézer stabilitása meghatározó szerepet játszik. A héj felülete domború, a léglyuk és a belső légbuborék. A fő ok az, hogy a szálmag átmérője túl kicsi, vagy a lézerenergia túl magasra van állítva. Ez nem a" jobb sugárminőség, jobb hegesztési hatás" néhány lézerberendezés-beszállító nyilvánosságra hozta. A jó sugárminőség alkalmas nagy behatolású overlay hegesztésre. A probléma megoldásának kulcsa a megfelelő folyamatparaméterek megtalálása.
Egyéb nehézségek
A lágy burkolatú poláros fül hegesztéséhez nagy szükség van a hegesztési szerszámokra, ezért a sarki fület erősen meg kell nyomni a hegesztési rés biztosítása érdekében. Meg tudja valósítani az S alakú, spirál alakú és egyéb összetett sávok nagysebességű hegesztését, növeli a hegesztési kötés területét és megerősíti a hegesztési szilárdságot.
A hengeres cellák hegesztését elsősorban a pozitív elektródák hegesztésére használják. Mivel a negatív elektróda héja vékony, nagyon könnyen át lehet hegeszteni. Például jelenleg egyes gyártók a negatív elektród hegesztés nélküli eljárást alkalmazzák, a pozitív elektróda pedig lézeres hegesztés.
A négyzet alakú elemkombináció hegesztésekor az oszlop vagy az összekötő darab erősen szennyezett; az összekötő darab hegesztésekor a szennyező anyagok lebomlanak, ami könnyen kialakíthatja a hegesztési robbanáspontokat és lyukakat okozhat; amikor a rúd vékony és műanyag vagy kerámia szerkezeti részek vannak alatta, könnyen át lehet hegeszteni. Ha a pólus kicsi, könnyen eltérhet a műanyagtól és kiéghet. Ne használjon többrétegű csatlakozót, a rétegek között pórusok vannak, nem könnyű hegeszteni.
A négyzet alakú elem legfontosabb hegesztési folyamata a héjfedél csomagolása, amely felosztható a felső és az alsó burkolat hegesztésére különböző pozíciók szerint. Az akkumulátor kis mérete miatt egyes akkumulátorgyártók a" mélyrehúzott" Az akkumulátor burkolatának előállításához csak a felső fedelet kell hegeszteni.
A négyzet alakú akkumulátor oldalsó hegesztési mintája
A négyzet alakú elemek hegesztési módszerei főleg oldalhegesztésre és felső hegesztésre oszthatók. Az oldalsó hegesztés legfőbb előnye, hogy kevésbé befolyásolja a cella belsejét, és a fröccs nem fog könnyen bejutni a héj belsejébe. Mivel a hegesztés dudort okozhat, ami kismértékben befolyásolja a későbbi összeszerelési folyamatot, így az oldalsó hegesztési folyamatnak magas követelményei vannak a lézer stabilitására és az anyag tisztaságára nézve. Mivel a felső hegesztési folyamat az egyik oldalon van hegesztve, a hegesztőberendezések integrálásának követelményei viszonylag alacsonyak, és a tömeggyártás egyszerű. Két hátránya azonban van: az egyik az, hogy a hegesztés során egy kis fröccs kerülhet a cellába, a másik pedig az, hogy a héj elülső részével szemben támasztott magas követelmények költségproblémához vezetnek.
5. A hegesztés minőségét befolyásoló tényezők
A lézeres hegesztés a csúcskategóriás akkumulátor-hegesztés fő módszere. A lézerhegesztés egy nagy energiájú sugárnyaláb-besugárzás folyamata a munkadarabon, amelynek következtében a munkahőmérséklet hirtelen megemelkedik, a munkadarab megolvad és újra csatlakozik, hogy állandó kapcsolatot képezzen. A lézeres hegesztés nyírószilárdsága és szakítószilárdsága jobb. Az akkumulátor-hegesztés elektromos vezetőképessége, szilárdsága, légzárása, fémfáradtsága és korrózióállósága jellemző hegesztési minőségértékelési szabvány.
Számos tényező befolyásolja a lézeres hegesztés minőségét. Néhány közülük nagyon ingatag és jelentős instabilitással rendelkezik. Hogyan lehet ezeket a paramétereket helyesen beállítani és szabályozni, hogy a nagy sebességű és folyamatos lézeres hegesztési folyamatban a megfelelő tartományban szabályozhatók legyenek a hegesztési minőség biztosítása érdekében. A hegesztés megbízhatósága és stabilitása fontos probléma a lézeres hegesztési technológia gyakorlati alkalmazásával és iparosításával kapcsolatban. A lézerhegesztés minőségét befolyásoló fő tényezők a hegesztőberendezések, a munkadarab állapota és a folyamat paraméterei.
1) Lézeres hegesztő berendezések
Szálas lézeres hegesztőgép az akkumulátorhoz
RS-SWF-80/150 80W&erősítő; A 150 W-os szálas lézeres hegesztőgép kielégíti a lítium elemcellák kiváló minőségű, nagy sebességű lézeres hegesztését.
A lézer legfontosabb minőségi követelménye a sugár üzemmód, a kimenő teljesítmény és a stabilitás. A fénysugár mód a sugárminőség fő mutatója. Minél alacsonyabb a sugár üzemmód sorrendje, annál jobb a fénysugár fókuszálási teljesítménye, annál kisebb a folt, annál nagyobb a teljesítménysűrűség, és annál nagyobb a hegesztési mélység és szélesség ugyanazon lézererő mellett. Alapvető módra (TEM00) vagy alacsony rendelési módra van szükség, különben nehéz megfelelni a kiváló minőségű lézeres hegesztés követelményeinek. Jelenleg a háztartási lézerek nehezen alkalmazhatók a lézerhegesztésben a nyaláb minősége és a teljesítmény-stabilitás szempontjából. A külföldi helyzetből kiindulva a lézersugár minősége és a kimenő teljesítmény stabilitása meglehetősen magas volt, ami nem válik a lézeres hegesztés problémájává. A fókuszlencse a legfontosabb tényező, amely befolyásolja az optikai rendszer hegesztési minőségét. A gyújtótávolság általában 127 mm (5 hüvelyk) és 200 mm (7,9 hüvelyk) között van. A kis gyújtótávolság jó a fókuszált gerenda derékfoltátmérőjének csökkentésére, de a túl kicsi gyújtótávolságot könnyen szennyezhetik és károsíthatják a hegesztési folyamat fröccsenése.
Minél rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb az abszorpciós képesség. Általában a jó vezetőképességű anyagok visszaverő képessége nagyon magas. A YAG lézer esetében az ezüst visszaverő képessége 96%, az alumíniumé 92%, a rézé 90%, a vasé pedig 60%. Minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb az abszorpciós képesség, lineáris összefüggést mutatva; általában a foszfát, a korom és a grafit javíthatja az abszorpcióképességet.
2) A munkadarab állapota
A lézeres hegesztés megköveteli a munkadarab peremének feldolgozását, a szerelvény nagy pontossággal rendelkezik, és a folt szigorúan igazodik a varrathoz. Ezenkívül a munkadarab eredeti összeszerelési pontossága és pontszerű igazítása nem változtatható meg a hegesztési folyamat hegesztési deformációja miatt. Ennek oka, hogy a lézerfolt kicsi, a hegesztési varrat pedig keskeny. Általában töltőanyagot nem adnak hozzá. Ha az összeszerelés nem szigorú, és a rés túl nagy, a gerenda áthaladhat a résen, és nem képes megolvasztani az alapfémet, vagy nyilvánvaló lehúzást és nyomást okozhat. Ha a folt eltérése a varrástól kissé nagy, akkor ez hiányos összeolvadást vagy hiányos behatolást okozhat. Ezért az általános lemezfenék-szerelési rés és a foltvarrás eltérése nem lehet nagyobb 0,1 mm-nél, az eltérés nem lehet nagyobb 0,2 mm-nél. A tényleges gyártás során néha a lézeres hegesztési technológia nem alkalmazható, mivel nem felel meg ezeknek a követelményeknek. A jó hegesztési hatás elérése érdekében a megengedett fenékrést és a laprést a lapvastagság 10% -án belül kell szabályozni.
A sikeres lézeres hegesztés szoros kapcsolatot igényel a hegesztendő aljzat között. Ehhez az alkatrészek gondos meghúzása szükséges az optimális eredmény érdekében. Ezt nehéz megtenni a fül vékony alapanyagán, mert hajlamos a hajlításra és az eltolódásra, különösen akkor, ha a fül be van ágyazva egy nagy akkumulátor modulba vagy modulba.
3) Lézeres hegesztési paraméterek
(1) A lézerfolt teljesítménysűrűsége a legfontosabb tényező, amely befolyásolja a lézeres hegesztési módot és a varratformázási stabilitást. A lézeres pontteljesítmény-sűrűség hatása a hegesztési módra és a hegesztési forma stabilitására a következő: a lézerfolt-teljesítmény-sűrűség kicsiről nagyra növekedésével a sorrend stabil hővezető hegesztés, üzemmódban instabil hegesztés és stabil mély behatolású hegesztés.
A lézerfolt teljesítménysűrűségét elsősorban a lézer teljesítménye és a nyaláb fókuszpozíciója határozza meg, amikor a sugár mód és a gyújtótávolság fix. A lézer teljesítménysűrűsége arányos a lézer teljesítményével. Amikor a gerenda fókusza egy bizonyos helyzetben van a munkadarab felülete alatt (1-2 mm, a vastagságtól és a paraméterektől függően), akkor az optimális hegesztés érhető el. Térjen el az optimális fókuszpozíciótól, a munkadarab felületén a fényfolt nagyobb lesz, aminek következtében a teljesítménysűrűség kisebb lesz. Egy bizonyos tartományig a hegesztési folyamat formájának megváltozását fogja okozni.
Csak akkor, ha a hegesztési sebesség túl nagy, a kis hőleadás miatt a mély behatolású hegesztési folyamat nem tartható fenn. A tényleges hegesztésnél a stabil mély behatolású hegesztést vagy a stabil hővezetési hegesztést kell kiválasztani a hegesztés behatolásának követelményei szerint, és az instabil hegesztési módot mindenképpen kerülni kell.
(2) A mély behatolású hegesztés tartományában a hegesztési paraméterek hatása a behatolásra: a stabil mély behatolású hegesztés tartományában, minél nagyobb a lézer teljesítménye, annál nagyobb a behatolása, ami körülbelül 0,7 teljesítmény; és minél nagyobb a hegesztési sebesség, annál kisebb a behatolás. Bizonyos lézeres teljesítmény és hegesztési sebesség esetén a behatolás akkor a legnagyobb, ha a fókusz a legjobb helyzetben van. Ha a fókusz eltért erről a helyzetről, a behatolás csökken, sőt instabil hegesztéssé vagy stabil hővezetési hegesztéssé válik.
(3) A gázvédelem fő feladata a munkadarab védelme a hegesztés során bekövetkező oxidációtól, a fókuszlencse védelme a fémgőz-szennyezéstől és a folyadékcseppek porlasztásától, a nagy teljesítményű lézerhegesztés által előállított plazma szétszórása, a munkadarab hűtése és csökkentése a hő által érintett terület.
Védőgázként általában argont vagy héliumot használnak. A nitrogén azok számára használható, akiknek látszólagos minőségi követelményei alacsonyak. A hélium plazma termelésére való hajlam más: a hélium nagyobb ionizációs térfogattal és gyorsabb hővezetéssel rendelkezik. Ugyanezen körülmények között a gáz kevésbé hajlamos plazmát termelni, mint az argon, így nagyobb olvadási mélységet nyerhet. Bizonyos tartományban, a védőgáz áramlási sebességének növekedésével nő a plazma elnyomásának tendenciája, így az olvadásmélység növekszik, de általában stabil, ha egy bizonyos tartományba növekszik.
(4) Az egyes paraméterek monitorozásának elemzése: a négy hegesztési paraméter közül a hegesztési sebesség és a védőgáz-áramlás könnyen figyelhető és stabilan tartható, míg a lézeres teljesítmény és a fókuszpozíció azok a paraméterek, amelyek ingadozhatnak és nehezen ellenőrizhetők a hegesztési folyamatban. Noha a lézer kimeneti teljesítménye nagyon stabil és könnyen ellenőrizhető, a fényvezető és a fókuszáló rendszer elvesztése miatt a munkadarabhoz érkező lézer teljesítmény megváltozik, és ez a veszteség összefügg az optikai munkadarab minőségével, az üzemidő és a felületi szennyezés, ezért nem könnyű ellenőrizni, és a hegesztés minőségének bizonytalan tényezőjévé válik. A fénysugár fókuszpozíciója az egyik legnehezebben figyelhető és szabályozható tényező, amely nagy hatással van a hegesztés minőségére. Jelenleg manuális beállítással és ismételt folyamatvizsgálatokkal kell meghatározni a megfelelő fókuszpozíciót az ideális behatolás érdekében. De a hegesztési folyamatban a munkadarab deformációja, a hőszigetelő hatás vagy a térgörbe többdimenziós hegesztése miatt a fókuszpozíció megváltozik, és meghaladhatja a megengedett tartományt.
A fenti két esetben egyrészt kiváló minőségű és nagy stabilitású optikai elemeket kell használni és rendszeresen karbantartani a szennyezés megelőzése és a tisztaság érdekében; másrészt a paraméterek optimalizálása és a hegesztési folyamat figyelemmel kísérése érdekében ki kell dolgozni a lézeres hegesztési folyamat valós idejű felügyeleti és vezérlési módját. El tudja érni a munkadarab lézeres teljesítményének és fókuszpozíciójának változását, megvalósíthatja a zárt hurkú vezérlést, és javítja a lézeres hegesztés minőségének megbízhatóságát és stabilitását.
Végül fontos megjegyezni, hogy a lézeres hegesztés olvadási folyamat. Ez azt jelenti, hogy mindkét aljzat megolvad a lézeres hegesztés során. Ez a folyamat nagyon gyors, ezért az összes hőbevitel alacsony. Mivel azonban olvadási folyamatról van szó, különböző anyagok hegesztésekor törékeny, nagy ellenállású fémközi vegyületek képződhetnek. Az alumínium és a réz kombinációja különösen könnyen képez intermetál vegyületeket. Ezeknek a vegyületeknek negatív hatásuk van a mikroelektronikai berendezések ízületének rövid távú elektromos és hosszú távú mechanikai tulajdonságaira. Ezen intermetallikus vegyületek hatása a lítium elemek hosszú távú teljesítményére bizonytalan.