У апошнія гады, дзякуючы хуткаму развіццю новай энергетычнай галіны, лазерная зварка хутка пранікла ва ўсю новую энергетычную галіну дзякуючы сваім хуткім і стабільным перавагам. Сярод іх, абсталяванне для лазернай зваркі займае найбольшую долю прымянення ва ўсёй новай энергетычнай галіне.
Лазерная зваркахутка стаў першым выбарам ва ўсіх сферах жыцця дзякуючы высокай хуткасці, вялікай глыбіні і малой дэфармацыі. Ад кропкавых зварных швоў да стыковых зварных швоў, напластоўвання і герметызацыі зварных швоў,лазерная зварказабяспечвае беспрэцэдэнтную дакладнасць і кантроль. Ён адыгрывае важную ролю ў прамысловай вытворчасці, у тым ліку ў ваеннай прамысловасці, медыцыне, аэракасмічнай прамысловасці, вытворчасці аўтамабільных дэталяў 3C, ліставога металу, новай энергетыцы і іншых галінах прамысловасці.
У параўнанні з іншымі тэхналогіямі зваркі, лазерная зварка мае свае унікальныя перавагі і недахопы.
Перавага:
1. Высокая хуткасць, вялікая глыбіня і малая дэфармацыя.
2. Зварку можна выконваць пры нармальнай тэмпературы або ў спецыяльных умовах, а зварачнае абсталяванне простае. Напрыклад, лазерны прамень не дрэйфуе ў электрамагнітным полі. Лазеры могуць зварваць у вакууме, паветры або пэўных газавых асяроддзях, а таксама матэрыялы, якія праходзяць праз шкло або празрыстыя для лазернага прамяня.
3. Ён можа зварваць вогнетрывалыя матэрыялы, такія як тытан і кварц, а таксама з добрымі вынікамі зварваць разнастайныя матэрыялы.
4. Пасля факусоўкі лазера шчыльнасць магутнасці высокая. Суадносіны бакоў можа дасягаць 5:1 і да 10:1 пры зварцы магутнага абсталявання.
5. Можна выконваць мікразварку. Пасля факусоўкі лазернага прамяня можна атрымаць невялікую пляму і дакладна пазіцыянаваць яе. Гэта можна выкарыстоўваць для зборкі і зваркі мікра- і малых дэталяў для дасягнення аўтаматызаванай масавай вытворчасці.
6. Ён можа зварваць цяжкадаступныя месцы і выконваць бескантактавую зварку на вялікія адлегласці, з вялікай гнуткасцю. Асабліва ў апошнія гады тэхналогія лазернай апрацоўкі YAG перайшла на тэхналогію перадачы аптычных валокнаў, што дазволіла больш шырока прасоўваць і ўжываць тэхналогію лазернай зваркі.
7. Лазерны прамень лёгка падзяліць у часе і прасторы, і некалькі прамянёў могуць апрацоўвацца ў некалькіх месцах адначасова, што забяспечвае ўмовы для больш дакладнай зваркі.
Дэфект:
1. Патрабуецца высокая дакладнасць зборкі дэталі, і становішча прамяня на дэталі не можа істотна адхіляцца. Гэта звязана з тым, што памер лазернай плямы пасля факусоўкі малы, а зварны шов вузкі, што ўскладняе даданне прысадачных металічных матэрыялаў. Калі дакладнасць зборкі дэталі або дакладнасць пазіцыянавання прамяня не адпавядаюць патрабаванням, схільныя да ўзнікнення дэфектаў зваркі.
2. Кошт лазераў і звязаных з імі сістэм высокі, а аднаразовыя інвестыцыі вялікія.
Распаўсюджаныя дэфекты лазернай зваркіу вытворчасці літыевых батарэй
1. Парознасць зваркі
Распаўсюджаныя дэфекты ўлазерная зваркаёсць поры. Зварачная расплаўленая ванна глыбокая і вузкая. Падчас лазернай зваркі азот пранікае ў расплаўленую ванну звонку. Падчас працэсу астуджэння і зацвярдзення металу растваральнасць азоту памяншаецца са зніжэннем тэмпературы. Калі расплаўлены метал ванны астывае і пачынае крышталізавацца, растваральнасць рэзка і раптоўна зніжаецца. У гэты час вялікая колькасць газу выпадае ў асадак з утварэннем бурбалак. Калі хуткасць плавання бурбалак меншая за хуткасць крышталізацыі металу, утвараюцца поры.
У вытворчасці літыевых акумулятараў мы часта выяўляем, што пары асабліва схільныя да ўтварэння падчас зваркі дадатнага электрода, але рэдка — падчас зваркі адмоўнага электрода. Гэта адбываецца таму, што дадатны электрод выраблены з алюмінія, а адмоўны — з медзі. Падчас зваркі вадкі алюміній на паверхні кандэнсуецца да таго, як унутраны газ цалкам пераліваецца, што перашкаджае газу пералівацца і ўтварацца вялікія і малыя адтуліны. Дробныя вусцейкі.
Акрамя вышэйзгаданых прычын утварэння пор, да іх таксама адносяцца вонкавае паветра, вільгаць, паверхневы алей і г.д. Акрамя таго, на ўтварэнне пор уплываюць кірунак і вугал падачы азоту.
А як жа паменшыць узнікненне пор пры зварцы?
Па-першае, перад тым,зварка, алейныя плямы і прымешкі на паверхні ўваходных матэрыялаў неабходна своечасова ачышчаць; пры вытворчасці літыевых батарэй кантроль уваходных матэрыялаў з'яўляецца важным працэсам.
Па-другое, паток ахоўнага газу павінен рэгулявацца ў залежнасці ад такіх фактараў, як хуткасць зваркі, магутнасць, становішча і г.д., і не павінен быць ні занадта вялікім, ні занадта малым. Ціск ахоўнага плашча павінен рэгулявацца ў залежнасці ад такіх фактараў, як магутнасць лазера і становішча факусоўкі, і не павінен быць ні занадта высокім, ні занадта нізкім. Форма сопла ахоўнага плашча павінна рэгулявацца ў залежнасці ад формы, кірунку і іншых фактараў зваркі, каб ахоўны плашч мог раўнамерна пакрываць зону зваркі.
Па-трэцяе, кантралюйце тэмпературу, вільготнасць і пыл у паветры ў майстэрні. Тэмпература і вільготнасць навакольнага асяроддзя ўплываюць на ўтрыманне вільгаці на паверхні падкладкі і ахоўным газе, што, у сваю чаргу, уплывае на ўтварэнне і выхад вадзяной пары ў расплаўленай ванне. Калі тэмпература і вільготнасць навакольнага асяроддзя занадта высокія, на паверхні падкладкі і ў ахоўным газе будзе занадта шмат вільгаці, што прывядзе да ўтварэння вялікай колькасці вадзяной пары і з'яўлення пор. Калі тэмпература і вільготнасць навакольнага асяроддзя занадта нізкія, на паверхні падкладкі і ў ахоўным газе будзе занадта мала вільгаці, што знізіць утварэнне вадзяной пары і тым самым паменшыць пары; хай персанал па якасці вызначыць мэтавае значэнне тэмпературы, вільготнасці і пылу на зварачнай станцыі.
Па-чацвёртае, метад вагання прамяня выкарыстоўваецца для памяншэння або ліквідацыі пор пры лазернай зварцы з глыбокім пранікненнем. З-за дадання вагання падчас зваркі, зваротна-паступальны ваганне прамяня адносна зварнога шва выклікае паўторнае пераплаўленне часткі зварнога шва, што падаўжае час знаходжання вадкага металу ў зварачнай ванне. Адначасова адхіленне прамяня таксама павялічвае падвод цяпла на адзінку плошчы. Суадносіны глыбіні да шырыні зварнога шва памяншаецца, што спрыяе з'яўленню бурбалак, тым самым ліквідуючы поры. З іншага боку, ваганне прамяня прымушае адпаведна вагацца невялікую адтуліну, што таксама можа забяспечыць сілу перамешвання зварачнай ванны, павялічыць канвекцыю і перамешванне зварачнай ванны, а таксама станоўча ўплываць на ліквідацыю пор.
Па-пятае, частата імпульсаў — гэта колькасць імпульсаў, якія выпраменьвае лазерны прамень у адзінку часу. Гэта ўплывае на падачу цяпла і яго назапашванне ў расплаўленай ванне, а таксама на тэмпературнае поле і поле патоку ў расплаўленай ванне. Занадта высокая частата імпульсаў прывядзе да празмернай падачы цяпла ў расплаўленую ванну, што прывядзе да занадта высокай тэмпературы ў расплаўленай ванне, утварэння пароў металу або іншых элементаў, якія з'яўляюцца лятучымі пры высокіх тэмпературах, што прывядзе да ўтварэння пор. Занадта нізкая частата імпульсаў прывядзе да недастатковай назапашвання цяпла ў расплаўленай ванне, што прывядзе да занадта нізкай тэмпературы ў расплаўленай ванне, што прывядзе да зніжэння растварэння і выхаду газу, што прывядзе да ўтварэння пор. У цэлым, частату імпульсаў варта выбіраць у разумным дыяпазоне ў залежнасці ад таўшчыні падкладкі і магутнасці лазера, пазбягаючы занадта высокай або занадта нізкай частаты.
Зварка адтулін (лазерная зварка)
2. Зварачныя пырскі
Пырскі, якія ўтвараюцца падчас зваркі, лазернай зваркі, сур'ёзна ўплываюць на якасць паверхні шва, забруджваюць і пашкоджваюць лінзу. Агульная характарыстыка наступная: пасля завяршэння лазернай зваркі на паверхні матэрыялу або дэталі з'яўляецца мноства металічных часціц, якія прыліпаюць да паверхні матэрыялу або дэталі. Найбольш інтуітыўна зразумела, што пры зварцы ў рэжыме гальванометра, пасля пэўнага часу выкарыстання ахоўнай лінзы гальванометра, на паверхні з'яўляюцца шчыльныя ямкі, выкліканыя пырскамі зваркі. Праз доўгі час святло лёгка блакаваць, і ўзнікаюць праблемы са зварачным святлом, што прыводзіць да шэрагу праблем, такіх як абрывы зваркі і віртуальная зварка.
Якія прычыны пырскаў?
Па-першае, шчыльнасць магутнасці: чым большая шчыльнасць магутнасці, тым лягчэй утвараюцца пырскі, і пырскі непасрэдна звязаны са шчыльнасцю магутнасці. Гэта стагадовая праблема. Прынамсі, да гэтага часу прамысловасць не змагла вырашыць праблему пырскаў, і можна толькі сказаць, што яна крыху знізілася. У літыевай батарэйнай прамысловасці пырскі з'яўляюцца найбольшай прычынай кароткага замыкання акумулятараў, але не ўдалося вырашыць першапрычыну. Уплыў пырскаў на акумулятар можна паменшыць толькі з пункту гледжання абароны. Напрыклад, вакол зварачнай часткі дадаюцца кругавыя адтуліны для выдалення пылу і ахоўныя крышкі, а таксама шэрагі паветраных нажоў, якія дадаюцца па крузе, каб прадухіліць уздзеянне пырскаў або нават пашкоджанне акумулятара. Можна сказаць, што знішчэнне навакольнага асяроддзя, прадуктаў і кампанентаў вакол зварачнай станцыі вычарпала сродкі.
Што тычыцца вырашэння праблемы распырсквання, можна сказаць толькі, што зніжэнне энергіі зваркі дапамагае паменшыць распырскванне. Зніжэнне хуткасці зваркі таксама можа дапамагчы, калі пранікненне недастатковае. Але пры некаторых спецыяльных патрабаваннях працэсу гэта мае невялікі эфект. Гэта адзін і той жа працэс, розныя машыны і розныя партыі матэрыялаў маюць зусім розныя эфекты зваркі. Таму ў новай энергетычнай галіне існуе няпісанае правіла: адзін набор параметраў зваркі для аднаго абсталявання.
Па-другое, калі паверхня апрацаванага матэрыялу або дэталі не ачысціць, алейныя плямы або забруджвальнікі таксама могуць выклікаць сур'ёзныя пырскі. У гэты час прасцей за ўсё ачысціць паверхню апрацаванага матэрыялу.
3. Высокая адбівальная здольнасць лазернай зваркі
Звычайна высокая ступень адлюстравання азначае, што апрацоўваемы матэрыял мае малое супраціўленне, адносна гладкую паверхню і нізкі каэфіцыент паглынання для лазераў блізкага інфрачырвонага дыяпазону, што прыводзіць да вялікай колькасці лазернага выпраменьвання. Паколькі большасць лазераў выкарыстоўваюцца ў вертыкальным становішчы, з-за матэрыялу або невялікага нахілу адбівальны лазерны прамень зноў трапляе ў выходную галоўку, і нават частка адбівальнай святла злучаецца з валакном, якое перадае энергію, і перадаецца назад па валакне ўнутр лазера, у выніку чаго асноўныя кампаненты ўнутры лазера працягваюць заставацца пры высокай тэмпературы.
Калі адбівальная здольнасць падчас лазернай зваркі занадта высокая, можна прыняць наступныя рашэнні:
3.1 Выкарыстоўвайце антыблікавае пакрыццё або апрацоўвайце паверхню матэрыялу: пакрыццё паверхні зварачнага матэрыялу антыблікавым пакрыццём можа эфектыўна знізіць адбівальную здольнасць лазера. Гэта пакрыццё звычайна ўяўляе сабой спецыяльны аптычны матэрыял з нізкай адбівальнай здольнасцю, які паглынае лазерную энергію, а не адлюстроўвае яе назад. У некаторых працэсах, такіх як зварка токазборнікам, мяккае злучэнне і г.д., паверхня таксама можа быць рэльефнай.
3.2 Рэгуляванне вугла зваркі: Рэгуляванне вугла зваркі дазваляе наладзіць паданне лазернага прамяня на зварачны матэрыял пад больш прыдатным вуглом, што памяншае адлюстраванні. Звычайна для памяншэння адлюстраванняў добра падыходзіць падача лазернага прамяня перпендыкулярна паверхні зварачнага матэрыялу.
3.3 Даданне дапаможнага абсарбента: Падчас зваркі ў шво дадаецца пэўная колькасць дапаможнага абсарбента, напрыклад, парашка або вадкасці. Гэтыя абсарбенты паглынаюць лазерную энергію і зніжаюць адбівальную здольнасць. Адпаведны абсарбент неабходна выбіраць у залежнасці ад канкрэтных зварачных матэрыялаў і сцэнарыяў прымянення. У вытворчасці літыевых акумулятараў гэта малаверагодна.
3.4 Выкарыстанне аптычнага валакна для перадачы лазера: калі магчыма, аптычнае валакно можна выкарыстоўваць для перадачы лазера ў месца зваркі, каб паменшыць адбівальную здольнасць. Аптычныя валокны могуць накіроўваць лазерны прамень у зону зваркі, каб пазбегнуць непасрэднага ўздзеяння на паверхню зварачнага матэрыялу і паменшыць з'яўленне адлюстраванняў.
3.5 Рэгуляванне параметраў лазера: Рэгулюючы такія параметры, як магутнасць лазера, фокусная адлегласць і дыяметр фокуснай адлегласці, можна кантраляваць размеркаванне лазернай энергіі і памяншаць адлюстраванні. Для некаторых адбівальных матэрыялаў зніжэнне магутнасці лазера можа быць эфектыўным спосабам памяншэння адлюстраванняў.
3.6 Выкарыстоўвайце дзельнік прамяня: дзельнік прамяня можа накіроўваць частку лазернай энергіі ў паглынальную прыладу, тым самым памяншаючы ўзнікненне адлюстраванняў. Прылады падзелу прамяня звычайна складаюцца з аптычных кампанентаў і паглынальнікаў, і шляхам выбару адпаведных кампанентаў і карэкціроўкі кампаноўкі прылады можна дасягнуць больш нізкай адбівальнай здольнасці.
4. Зварка падрэзаў
У працэсе вытворчасці літыевых акумулятараў, якія працэсы часцей за ўсё прыводзяць да зніжэння цаны? Чаму адбываецца зніжэнне цаны? Давайце прааналізуем гэта.
Падрэз, як правіла, зварачныя матэрыялы дрэнна спалучаюцца адзін з адным, зазор занадта вялікі або з'яўляецца паз, глыбіня і шырыня ў асноўным большыя за 0,5 мм, агульная даўжыня большая за 10% ад даўжыні зваркі або большая за запытаную даўжыню, устаноўленую стандартам працэсу вырабу.
У працэсе вытворчасці літыевых акумулятараў падрэзы часцей за ўсё ўзнікаюць, і звычайна яны распаўсюджаны на этапах папярэдняй зваркі і герметызацыі цыліндрычнай вечкавай пласціны, а таксама на этапах папярэдняй зваркі і герметызацыі квадратнай алюмініевай вечкавай пласціны. Асноўная прычына заключаецца ў тым, што герметызацыйная вечка павінна ўзаемадзейнічаць з абалонкай падчас зваркі, таму працэс сумяшчэння паміж герметызацыйнай вечкам і абалонкай схільны да празмерных зазораў зваркі, канавок, разбурэння і г.д., таму яны асабліва схільныя да падрэзаў.
Дык што ж выклікае падрэзку?
Калі хуткасць зваркі занадта высокая, вадкі метал за невялікай адтулінай, накіраванай да цэнтра шва, не паспее размеркавацца, што прывядзе да зацвярдзення і падрэзу з абодвух бакоў шва. Улічваючы вышэйзгаданую сітуацыю, нам неабходна аптымізаваць параметры зваркі. Проста кажучы, трэба паўтараць эксперыменты для праверкі розных параметраў і працягваць праводзіць DOE, пакуль не будуць знойдзены патрэбныя параметры.
2. Залішняя колькасць зварных зазораў, канавок, абвалаў і г.д. зварачных матэрыялаў зніжае колькасць расплаўленага металу, які запаўняе зазоры, што павялічвае верагоднасць узнікнення падрэзаў. Гэта пытанне абсталявання і сыравіны. Ці адпавядаюць зварачныя матэрыялы патрабаванням да ўваходных матэрыялаў нашага працэсу, ці адпавядае дакладнасць абсталявання патрабаванням і г.д. Звычайнай практыкай з'яўляецца пастаяннае катаванне і збіццё пастаўшчыкоў і людзей, адказных за абсталяванне.
3. Калі энергія падае занадта хутка ў канцы лазернай зваркі, невялікая адтуліна можа разбурыцца, што прывядзе да лакальнага падсячэння. Правільнае супастаўленне магутнасці і хуткасці можа эфектыўна прадухіліць утварэнне падсячэнняў. Як кажа старая прымаўка, паўтарайце эксперыменты, правярайце розныя параметры і працягвайце DOE, пакуль не знойдзеце патрэбныя параметры.
5. Разбурэнне цэнтра зваркі
Калі хуткасць зваркі нізкая, расплаўленая ванна будзе большай і шырэйшай, што павялічыць колькасць расплаўленага металу. Гэта можа ўскладніць падтрыманне павярхоўнага нацяжэння. Калі расплаўлены метал становіцца занадта цяжкім, цэнтр зварнога шва можа апусціцца і ўтварыць западзіны і ямкі. У гэтым выпадку шчыльнасць энергіі неабходна адпаведна знізіць, каб прадухіліць разбурэнне расплаўленай ванны.
У іншай сітуацыі зварачны зазор проста ўтварае калапс, не выклікаючы перфарацыі. Гэта, несумненна, праблема прэсавай пасадкі абсталявання.
Правільнае разуменне дэфектаў, якія могуць узнікнуць падчас лазернай зваркі, і прычын розных дэфектаў дазваляе больш мэтанакіравана падыходзіць да вырашэння любых анамальных праблем са зваркай.
6. Расколіны зварных швоў
Расколіны, якія ўзнікаюць падчас бесперапыннай лазернай зваркі, — гэта ў асноўным тэрмічныя расколіны, такія як крышталічныя расколіны і расколіны разрэджвання. Асноўнай прычынай гэтых расколін з'яўляюцца вялікія сілы ўсаджвання, якія ўзнікаюць пры зварцы да яе поўнага зацвярдзення.
Існуюць таксама наступныя прычыны ўзнікнення расколін пры лазернай зварцы:
1. Неабгрунтаваная канструкцыя зварнога шва: няправільная канструкцыя геаметрыі і памеру зварнога шва можа прывесці да канцэнтрацыі напружанняў зваркі, што прывядзе да расколін. Рашэннем з'яўляецца аптымізацыя канструкцыі зварнога шва, каб пазбегнуць канцэнтрацыі напружанняў зваркі. Можна выкарыстоўваць адпаведныя зрушаныя зварныя швы, змяняць форму зварнога шва і г.д.
2. Неадпаведнасць параметраў зваркі: няправільны выбар параметраў зваркі, напрыклад, занадта высокая хуткасць зваркі, занадта высокая магутнасць і г.д., можа прывесці да нераўнамерных змен тэмпературы ў зоне зваркі, што прывядзе да вялікіх напружанняў зваркі і расколін. Рашэннем з'яўляецца карэкціроўка параметраў зваркі ў адпаведнасці з канкрэтным матэрыялам і ўмовамі зваркі.
3. Дрэнная падрыхтоўка паверхні зваркі: няправільная ачыстка і папярэдняя апрацоўка паверхні зваркі перад зваркай, напрыклад, выдаленне аксідаў, тлушчу і г.д., паўплывае на якасць і трываласць зваркі і лёгка прывядзе да расколін. Рашэннем з'яўляецца належная ачыстка і папярэдняя апрацоўка паверхні зваркі, каб забяспечыць эфектыўную апрацоўку ад прымешак і забруджванняў у зоне зваркі.
4. Няправільны кантроль падводу цяпла пры зварцы: дрэнны кантроль падводу цяпла падчас зваркі, напрыклад, празмерная тэмпература падчас зваркі, няправільная хуткасць астуджэння зварачнага пласта і г.д., прывядзе да зменаў у структуры зоны зваркі, што прывядзе да расколін. Рашэннем з'яўляецца кантроль тэмпературы і хуткасці астуджэння падчас зваркі, каб пазбегнуць перагрэву і хуткага астуджэння.
5. Недастатковае зняцце напружання: Недастатковая апрацоўка для зняцця напружання пасля зваркі прывядзе да недастатковага зняцця напружання ў зваранай зоне, што лёгка прывядзе да расколін. Рашэннем з'яўляецца выкананне адпаведнай апрацоўкі для зняцця напружання пасля зваркі, напрыклад, тэрмічнай апрацоўкі або вібрацыйнай апрацоўкі (асноўная прычына).
Што тычыцца працэсу вытворчасці літыевых батарэй, якія працэсы часцей за ўсё выклікаюць расколіны?
Звычайна падчас герметычнай зваркі, напрыклад, пры герметычнай зварцы цыліндрычных сталёвых або алюмініевых абалонак, герметычнай зварцы квадратных алюмініевых абалонак і г.д., схільныя да расколін пры зварцы токапрыёмніка.
Вядома, мы таксама можам выкарыстоўваць прысадачны дрот, папярэдні нагрэў або іншыя метады, каб паменшыць або ліквідаваць гэтыя расколіны.
Час публікацыі: 1 верасня 2023 г.
