V zadnjih letih je lasersko varjenje zaradi hitrega razvoja nove energetske industrije hitro prodrlo v celotno industrijo nove energetike zaradi svojih hitrih in stabilnih prednosti. Med njimi ima laserska varilna oprema največji delež uporabe v celotni industriji nove energetike.
Lasersko varjenjeje zaradi svoje hitre hitrosti, velike globine in majhne deformacije hitro postal prva izbira v vseh življenjskih slojih. Od točkovnih varov do sočelnih varov, navarjev in tesnilnih varov,lasersko varjenjeZagotavlja neprimerljivo natančnost in nadzor. Igra pomembno vlogo v industrijski proizvodnji in predelovalnih dejavnostih, vključno z vojaško industrijo, medicinsko oskrbo, vesoljsko industrijo, avtomobilskimi deli 3C, strojno pločevino, novo energijo in drugimi industrijami.
V primerjavi z drugimi tehnologijami varjenja ima lasersko varjenje svoje edinstvene prednosti in slabosti.
Prednost:
1. Hitra hitrost, velika globina in majhna deformacija.
2. Varjenje se lahko izvaja pri normalni temperaturi ali pod posebnimi pogoji, varilna oprema pa je preprosta. Na primer, laserski žarek se v elektromagnetnem polju ne premika. Laserji lahko varijo v vakuumu, zraku ali določenih plinskih okoljih in lahko varijo materiale, ki prehajajo skozi steklo ali so prosojni za laserski žarek.
3. Lahko vari ognjevzdržne materiale, kot sta titan in kremen, in z dobrimi rezultati lahko vari tudi različne materiale.
4. Ko je laser fokusiran, je gostota moči visoka. Razmerje stranic lahko doseže 5:1 in pri varjenju naprav z visoko močjo do 10:1.
5. Izvaja se lahko mikro varjenje. Ko je laserski žarek fokusiran, se lahko doseže majhna točka in se natančno pozicionira. Uporablja se lahko za sestavljanje in varjenje mikro in majhnih obdelovancev za doseganje avtomatizirane masovne proizvodnje.
6. Z veliko prilagodljivostjo lahko vari težko dostopna mesta in izvaja brezkontaktno varjenje na dolge razdalje. Še posebej v zadnjih letih je tehnologija laserske obdelave YAG sprejela tehnologijo prenosa optičnih vlaken, kar je omogočilo širšo promocijo in uporabo tehnologije laserskega varjenja.
7. Laserski žarek je enostavno razdeliti v času in prostoru, več žarkov pa je mogoče hkrati obdelovati na več lokacijah, kar zagotavlja pogoje za natančnejše varjenje.
Napaka:
1. Zahtevana je visoka natančnost montaže obdelovanca, položaj žarka na obdelovancu pa se ne sme bistveno spreminjati. To je zato, ker je velikost laserske pike po fokusiranju majhna in je varilni šiv ozek, zaradi česar je težko dodajati polnilne kovine. Če natančnost montaže obdelovanca ali natančnost pozicioniranja žarka ne ustreza zahtevam, se lahko pojavijo varilne napake.
2. Stroški laserjev in sorodnih sistemov so visoki, enkratna naložba pa velika.
Pogoste napake pri laserskem varjenjupri proizvodnji litijevih baterij
1. Poroznost varjenja
Pogoste napake vlasersko varjenjeso pore. Staljena talilna lokva je globoka in ozka. Med postopkom laserskega varjenja dušik vdira v talino od zunaj. Med procesom ohlajanja in strjevanja kovine se topnost dušika zmanjšuje z zniževanjem temperature. Ko se kovina staljene lokve ohladi in začne kristalizirati, se topnost močno in nenadoma zmanjša. V tem času se izloči velika količina plina, ki tvori mehurčke. Če je hitrost plavanja mehurčkov manjša od hitrosti kristalizacije kovine, se ustvarijo pore.
Pri uporabi v industriji litijevih baterij pogosto ugotovimo, da se pore še posebej verjetno pojavijo med varjenjem pozitivne elektrode, redko pa med varjenjem negativne elektrode. To je zato, ker je pozitivna elektroda izdelana iz aluminija, negativna elektroda pa iz bakra. Med varjenjem se tekoči aluminij na površini kondenzira, preden notranji plin popolnoma preplavi, kar preprečuje prelivanje plina in nastanek velikih in majhnih lukenj. Majhne listne reže.
Poleg zgoraj omenjenih vzrokov za nastanek por so med pore tudi zunanji zrak, vlaga, površinsko olje itd. Poleg tega na nastanek por vplivata tudi smer in kot vpiha dušika.
Kako pa zmanjšati pojav por pri varjenju?
Najprej, predenvarjenje, oljne madeže in nečistoče na površini vhodnih materialov je treba pravočasno očistiti; pri proizvodnji litijevih baterij je pregled vhodnih materialov bistven postopek.
Drugič, pretok zaščitnega plina je treba prilagoditi glede na dejavnike, kot so hitrost varjenja, moč, položaj itd., in ne sme biti ne prevelik ne premajhen. Tlak zaščitnega plašča je treba prilagoditi glede na dejavnike, kot sta moč laserja in položaj ostrenja, in ne sme biti ne prevelik ne prenizek. Oblika šobe zaščitnega plašča je treba prilagoditi glede na obliko, smer in druge dejavnike varjenja, tako da zaščitni plašč enakomerno prekrije varilno območje.
Tretjič, nadzorujte temperaturo, vlažnost in prah v zraku v delavnici. Temperatura in vlažnost okolja vplivata na vsebnost vlage na površini substrata in zaščitnega plina, kar posledično vpliva na nastajanje in uhajanje vodne pare v staljeni talini. Če sta temperatura in vlažnost okolja previsoki, bo na površini substrata in v zaščitnem plinu preveč vlage, kar bo povzročilo veliko količino vodne pare in posledično pore. Če sta temperatura in vlažnost okolja prenizki, bo na površini substrata in v zaščitnem plinu premalo vlage, kar bo zmanjšalo nastajanje vodne pare in s tem zmanjšalo pore; osebje za kakovost mora na varilni postaji določiti ciljne vrednosti temperature, vlažnosti in prahu.
Četrtič, metoda nihanja žarka se uporablja za zmanjšanje ali odpravo por pri laserskem varjenju z globoko penetracijo. Zaradi dodajanja nihanja med varjenjem povratno nihanje žarka na varilnem šivu povzroči ponavljajoče se taljenje dela varilnega šiva, kar podaljša čas zadrževanja tekoče kovine v varilni topi. Hkrati odklon žarka poveča tudi dovod toplote na enoto površine. Razmerje med globino in širino varjenja se zmanjša, kar prispeva k nastanku mehurčkov, s čimer se odpravijo pore. Po drugi strani pa nihanje žarka povzroči, da se majhna luknja ustrezno niha, kar lahko zagotovi tudi mešalno silo za varilno topino, poveča konvekcijo in mešanje varilne topine ter ugodno vpliva na odpravo por.
Petič, frekvenca impulzov se nanaša na število impulzov, ki jih laserski žarek oddaja na časovno enoto, kar vpliva na dovod toplote in akumulacijo toplote v staljeni talini ter nato na temperaturno polje in polje pretoka v staljeni talini. Če je frekvenca impulzov previsoka, bo to povzročilo prekomerno dovajanje toplote v staljeno talino, zaradi česar bo temperatura staljene taline previsoka, kar bo povzročilo nastanek kovinskih hlapov ali drugih elementov, ki so pri visokih temperaturah hlapni, kar bo povzročilo nastanek por. Če je frekvenca impulzov prenizka, bo to povzročilo nezadostno akumulacijo toplote v staljeni talini, zaradi česar bo temperatura staljene taline prenizka, kar bo zmanjšalo raztapljanje in uhajanje plinov, kar bo povzročilo nastanek por. Na splošno je treba frekvenco impulzov izbrati v razumnem območju glede na debelino substrata in lasersko moč ter se izogibati previsoki ali prenizki frekvenci.
Varjenje lukenj (lasersko varjenje)
2. Brizganje varjenja
Brizgi, ki nastanejo med varjenjem, laserskim varjenjem, bodo resno vplivali na kakovost površine zvara ter onesnažili in poškodovali lečo. Splošno delovanje je naslednje: po končanem laserskem varjenju se na površini materiala ali obdelovanca pojavijo številni kovinski delci, ki se oprimejo površine materiala ali obdelovanca. Najbolj intuitivno delovanje je, da se pri varjenju v načinu galvanometra po določenem času uporabe zaščitne leče galvanometra na površini pojavijo goste jamice, ki jih povzročajo varilne brizgalke. Po daljšem času je svetloba zlahka blokirana in pride do težav z varilno svetlobo, kar povzroči vrsto težav, kot so prekinjeno varjenje in virtualno varjenje.
Kateri so vzroki za brizganje?
Prvič, gostota moči, večja kot je gostota moči, lažje je nastanek brizganja, brizganje pa je neposredno povezano z gostoto moči. To je stoletni problem. Vsaj do sedaj industrija ni uspela rešiti problema brizganja in lahko rečemo le, da se je nekoliko zmanjšal. V industriji litijevih baterij je brizganje največji krivec za kratek stik v baterijah, vendar ni uspela rešiti osnovnega vzroka. Vpliv brizganja na baterijo je mogoče zmanjšati le z vidika zaščite. Na primer, okoli varilnega dela se doda krog odprtin za odstranjevanje prahu in zaščitnih pokrovov, v krogih pa se dodajo vrste zračnih nožev, da se prepreči vpliv brizganja ali celo poškodba baterije. Uničenje okolja, izdelkov in komponent okoli varilne postaje lahko rečemo, da je izčrpalo sredstva.
Kar zadeva rešitev problema brizganja, lahko rečemo le, da zmanjšanje varilne energije pomaga zmanjšati brizganje. Zmanjšanje hitrosti varjenja lahko pomaga tudi, če penetracija ni zadostna. Vendar pa ima pri nekaterih posebnih procesnih zahtevah majhen učinek. Gre za isti postopek, različni stroji in različne serije materialov imajo popolnoma različne varilne učinke. Zato v novi energetski industriji obstaja nepisano pravilo, en niz varilnih parametrov za en kos opreme.
Drugič, če površina obdelanega materiala ali obdelovanca ni očiščena, bodo madeži od olja ali onesnaževalcev povzročili tudi resne pljuske. V tem primeru je najlažje očistiti površino obdelanega materiala.
3. Visoka odbojnost laserskega varjenja
Na splošno se visoka odbojnost nanaša na dejstvo, da ima obdelovalni material majhno upornost, relativno gladko površino in nizko stopnjo absorpcije za laserje v bližnjem infrardečem območju, kar vodi do velike količine laserskega sevanja. Ker se večina laserjev uporablja v navpičnem položaju, se zaradi materiala ali majhnega naklona vračana laserska svetloba ponovno vrne v izhodno glavo, del vračanja pa se poveže z vlaknom, ki oddaja energijo, in se po vlaknu prenese nazaj v notranjost laserja, zaradi česar so osrednje komponente znotraj laserja še naprej pri visoki temperaturi.
Kadar je odbojnost med laserskim varjenjem previsoka, so na voljo naslednje rešitve:
3.1 Uporabite antirefleksni premaz ali obdelajte površino materiala: premaz površine varilnega materiala z antirefleksnim premazom lahko učinkovito zmanjša odbojnost laserja. Ta premaz je običajno poseben optični material z nizko odbojnostjo, ki absorbira lasersko energijo, namesto da bi jo odbijal nazaj. Pri nekaterih postopkih, kot so varjenje s tokovnim kolektorjem, mehko spajanje itd., je lahko površina tudi reliefna.
3.2 Prilagoditev kota varjenja: Z nastavitvijo kota varjenja lahko laserski žarek pade na varjeni material pod ustreznejšim kotom in zmanjša pojav odbojev. Običajno je dober način za zmanjšanje odbojev laserski žarek, ki pade pravokotno na površino varjenega materiala.
3.3 Dodajanje pomožnega absorbenta: Med varjenjem se varu doda določena količina pomožnega absorbenta, kot je prah ali tekočina. Ti absorberji absorbirajo lasersko energijo in zmanjšajo odbojnost. Ustrezen absorbent je treba izbrati glede na specifične varilne materiale in scenarije uporabe. V industriji litijevih baterij je to malo verjetno.
3.4 Uporaba optičnih vlaken za prenos laserja: Če je mogoče, se lahko za prenos laserja na varilno mesto uporabi optična vlakna, da se zmanjša odbojnost. Optična vlakna lahko vodijo laserski žarek na varilno območje, da se izognejo neposredni izpostavljenosti površini varilnega materiala in zmanjšajo pojav odbojev.
3.5 Prilagajanje parametrov laserja: Z nastavljanjem parametrov, kot so moč laserja, goriščna razdalja in goriščni premer, je mogoče nadzorovati porazdelitev laserske energije in zmanjšati odboje. Pri nekaterih odsevnih materialih je lahko zmanjšanje moči laserja učinkovit način za zmanjšanje odbojev.
3.6 Uporabite delilnik žarka: Delilnik žarka lahko del laserske energije usmeri v absorpcijsko napravo in s tem zmanjša pojav odbojev. Naprave za delitev žarka so običajno sestavljene iz optičnih komponent in absorberjev, z izbiro ustreznih komponent in prilagoditvijo postavitve naprave pa je mogoče doseči nižjo odbojnost.
4. Varjenje spodrezanega roba
V procesu izdelave litijevih baterij, kateri procesi pogosteje povzročajo nelojalno nižanje cen? Zakaj pride do nelojalnega nižanja cen? Analizirajmo to.
Podrezano, varilni materiali običajno niso dobro kombinirani med seboj, reža je prevelika ali se pojavi utor, globina in širina sta v osnovi večji od 0,5 mm, skupna dolžina pa je večja od 10 % dolžine varjenja ali večja od zahtevane dolžine, ki jo določa standardni postopek izdelka.
V celotnem procesu izdelave litijevih baterij je večja verjetnost, da se pojavi podrezovanje, ki se običajno pojavlja med tesnjenjem predvarjenja in varjenjem valjaste pokrovne plošče ter tesnjenjem predvarjenja in varjenjem kvadratne aluminijaste pokrovne plošče. Glavni razlog je, da mora tesnilna pokrovna plošča sodelovati z ohišjem pri varjenju, postopek ujemanja med tesnilno pokrovno ploščo in ohišjem pa je nagnjen k prekomernim režam pri varjenju, utorom, zrušitvam itd., zato je še posebej nagnjen k podrezovanju.
Kaj torej povzroča nelojalno nižanje cen?
Če je hitrost varjenja previsoka, tekoča kovina za majhno luknjo, ki kaže proti sredini varjenega spoja, ne bo imela časa za prerazporeditev, kar bo povzročilo strjevanje in podrezovanje na obeh straneh varjenega spoja. Glede na zgoraj navedeno moramo optimizirati varilne parametre. Preprosto povedano, ponavljamo poskuse za preverjanje različnih parametrov in nadaljujemo z DOE, dokler ne najdemo ustreznih parametrov.
2. Prekomerne varilne reže, utori, udrtine itd. varilnih materialov bodo zmanjšale količino staljene kovine, ki zapolni reže, zaradi česar bo večja verjetnost za nastanek spodrezanih delov. To je vprašanje opreme in surovin. Ali varilni surovini izpolnjujejo zahteve glede vhodnih materialov našega procesa, ali natančnost opreme ustreza zahtevam itd. Običajna praksa je nenehno mučenje in pretepanje dobaviteljev in ljudi, odgovornih za opremo.
3. Če energija na koncu laserskega varjenja prehitro pade, se lahko majhna luknja zruši, kar povzroči lokalno spodrezovanje. Pravilno ujemanje moči in hitrosti lahko učinkovito prepreči nastanek spodrezov. Kot pravi stari rek, ponavljajte poskuse, preverjajte različne parametre in nadaljujte z DOE, dokler ne najdete pravih parametrov.
5. Zrušitev varilnega središča
Če je hitrost varjenja počasna, bo talina večja in širša, kar bo povečalo količino staljene kovine. To lahko oteži vzdrževanje površinske napetosti. Ko staljena kovina postane pretežka, se lahko središče zvara pogrezne in tvori vdolbine in jamice. V tem primeru je treba gostoto energije ustrezno zmanjšati, da se prepreči porušitev taline.
V drugi situaciji se varilna reža preprosto zruši, ne da bi povzročila perforacijo. To je nedvomno problem stiskanja opreme.
Pravilno razumevanje napak, ki se lahko pojavijo med laserskim varjenjem, in vzrokov za različne napake omogoča bolj ciljno usmerjen pristop k reševanju morebitnih nenavadnih težav pri varjenju.
6. Razpoke v varjenju
Razpoke, ki nastanejo med neprekinjenim laserskim varjenjem, so predvsem termične razpoke, kot so kristalne razpoke in razpoke zaradi utekočinjenja. Glavni vzrok za te razpoke so velike sile krčenja, ki jih ustvari zvar, preden se popolnoma strdi.
Obstajajo tudi naslednji razlogi za razpoke pri laserskem varjenju:
1. Nerazumna zasnova varjenja: Nepravilna zasnova geometrije in velikosti varjenja lahko povzroči koncentracijo varilnih napetosti in s tem razpoke. Rešitev je optimizacija zasnove varjenja, da se prepreči koncentracija varilnih napetosti. Uporabite lahko ustrezne odmaknjene varje, spremenite obliko varjenja itd.
2. Neusklajenost varilnih parametrov: Nepravilna izbira varilnih parametrov, kot sta prevelika hitrost varjenja, prevelika moč itd., lahko povzroči neenakomerne temperaturne spremembe na varilnem območju, kar povzroči velike napetosti pri varjenju in razpoke. Rešitev je prilagoditev varilnih parametrov glede na specifični material in varilne pogoje.
3. Slaba priprava varilne površine: Če varilne površine pred varjenjem ne očistite in ne predhodno obdelate, na primer z odstranjevanjem oksidov, masti itd., bo to vplivalo na kakovost in trdnost zvara ter zlahka povzročilo razpoke. Rešitev je ustrezno čiščenje in predhodna obdelava varilne površine, da se zagotovi učinkovito odstranjevanje nečistoč in onesnaževalcev na varilnem območju.
4. Nepravilen nadzor dovoda toplote pri varjenju: Slab nadzor dovoda toplote med varjenjem, kot je previsoka temperatura med varjenjem, nepravilna hitrost hlajenja varilne plasti itd., bo povzročil spremembe v strukturi varjenega območja, kar bo povzročilo razpoke. Rešitev je nadzor temperature in hitrosti hlajenja med varjenjem, da se prepreči pregrevanje in hitro hlajenje.
5. Nezadostno lajšanje napetosti: Nezadostna obdelava za lajšanje napetosti po varjenju bo povzročila nezadostno lajšanje napetosti na varjenem območju, kar bo zlahka povzročilo razpoke. Rešitev je izvedba ustrezne obdelave za lajšanje napetosti po varjenju, kot je toplotna obdelava ali vibracijska obdelava (glavni razlog).
Kar zadeva proizvodni proces litijevih baterij, kateri procesi bolj verjetno povzročajo razpoke?
Na splošno se razpoke pojavljajo med tesnilnim varjenjem, kot je na primer tesnilno varjenje valjastih jeklenih lupin ali aluminijastih lupin, tesnilno varjenje kvadratnih aluminijastih lupin itd. Poleg tega je med postopkom pakiranja modulov tudi varjenje tokovnega kolektorja nagnjeno k razpokam.
Seveda lahko za zmanjšanje ali odpravo teh razpok uporabimo tudi polnilno žico, predgrevanje ali druge metode.
Čas objave: 1. september 2023
