Лазерная зварка
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 галіны.
Лазерная зварка хутка стала першым выбарам ва ўсіх сферах жыцця з-за высокай хуткасці, вялікай глыбіні і малой дэфармацыі.Лазерная зварка забяспечвае неперасягненую дакладнасць і кантроль, ад кропкавых зварных швоў да стыковых зварных швоў, нарошчвання і герметызацыі.Ён гуляе важную ролю ў прамысловай вытворчасці і апрацоўчай прамысловасці, уключаючы ваенную прамысловасць, медыцынскае абслугоўванне, аэракасмічную прамысловасць, аўтазапчасткі 3C, механічнае выраб ліставога металу, новую энергетыку і іншыя галіны.
У параўнанні з іншымі тэхналогіямі зваркі лазерная зварка мае свае унікальныя перавагі і недахопы.
Перавага:
1. Хуткая хуткасць, вялікая глыбіня і малая дэфармацыя.
2. Зварка можа праводзіцца пры звычайнай тэмпературы або ў спецыяльных умовах, а зварачнае абсталяванне простае.Напрыклад, лазерны прамень не дрэйфуе ў электрамагнітным полі.Лазеры могуць зварваць у вакууме, на паветры або ў пэўным газавым асяроддзі, а таксама могуць зварваць матэрыялы праз шкло або празрыстыя для лазернага прамяня.
3. Ён можа зварваць вогнетрывалыя матэрыялы, такія як тытан і кварц, а таксама можа зварваць розныя матэрыялы з добрымі вынікамі.
4. Пасля факусоўкі лазера шчыльнасць магутнасці высокая.Суадносіны бакоў можа дасягаць 5:1, а пры зварцы магутных апаратаў - да 10:1.
5. Можна выканаць мікразварку.Пасля факусоўкі лазернага прамяня можна атрымаць невялікую пляму, якую можна дакладна размясціць.Ён можа прымяняцца для зборкі і зваркі мікра- і малых нарыхтовак 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 пераняла тэхналогію перадачы аптычных валокнаў, што дазволіла больш шырока прасоўваць і прымяняць тэхналогію лазернай зваркі.
7. Лазерны прамень лёгка падзяліць у часе і прасторы, і некалькі прамянёў могуць апрацоўвацца ў некалькіх месцах адначасова, забяспечваючы ўмовы для больш дакладнай зваркі.
Дэфект:
1. Дакладнасць зборкі нарыхтоўкі павінна быць высокай, а становішча бэлькі на нарыхтоўцы нельга істотна адхіляць.Гэта адбываецца таму, што памер лазернай плямы пасля факусоўкі невялікі, а зварны шво вузкі, што ўскладняе даданне прысадкавага металу.Калі дакладнасць зборкі нарыхтоўкі або дакладнасць пазіцыянавання бэлькі не адпавядае патрабаванням, дэфекты зваркі могуць узнікнуць.
2. Кошт лазераў і звязаных з імі сістэм высокі, а аднаразовыя інвестыцыі вялікія.
Распаўсюджаныя дэфекты лазернай зваркі пры вытворчасці літыевых батарэй
1. Зварачная сітаватасць
Частымі дэфектамі пры лазернай зварцы з'яўляюцца пары.Бассейн зварачнага расплаву глыбокі і вузкі.У працэсе лазернай зваркі азот пранікае ў расплаўлены басейн звонку.У працэсе астуджэння і застывання металу растваральнасць азоту памяншаецца з паніжэннем тэмпературы.Калі расплаўлены метал астыне і пачне крышталізавацца, растваральнасць рэзка і раптоўна ўпадзе.У гэты час вялікая колькасць газу будзе выпадаць у асадак з адукацыяй бурбалак.Калі хуткасць плавання бурбалак меншая за хуткасць крышталізацыі металу, будуць утварацца пары.
У прымяненні ў прамысловасці літыевых батарэй мы часта выяўляем, што пары асабліва верагодна ўзнікаюць падчас зваркі станоўчага электрода, але рэдка ўзнікаюць падчас зваркі адмоўнага электрода.Гэта таму, што станоўчы электрод зроблены з алюмінія, а адмоўны - з медзі.Падчас зваркі вадкі алюміній на паверхні кандэнсуецца, перш чым унутраны газ цалкам перапоўніцца, прадухіляючы перапаўненне газу і ўтварэнне вялікіх і малых адтулін.Дробныя вусцейкі.
У дадатак да прычын узнікнення пор, згаданых вышэй, пары таксама ўключаюць вонкавае паветра, вільгаць, алей на паверхні і г. д. Акрамя таго, кірунак і кут выдзімання азоту таксама будуць уплываць на адукацыю пор.
Што тычыцца таго, як паменшыць з'яўленне зварачных пор?
Па-першае, перад зваркай неабходна своечасова ачысціць алейныя плямы і забруджвання на паверхні паступаючых матэрыялаў;у вытворчасці літыевых батарэй праверка ўваходных 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 быць адрэгуляваны ў адпаведнасці з такімі фактарамі, як магутнасць лазера і становішча фокусу, і не павінен быць ні занадта высокім, ні занадта нізкім.Форма асадкі ахоўнага плашча павінна быць адрэгулявана ў адпаведнасці з формай, кірункам і іншымі фактарамі зварнога шва, каб ахоўны плашч мог раўнамерна пакрываць зону зваркі.
Па-трэцяе, кантраляваць тэмпературу, вільготнасць і запыленасць паветра ў цэху.Тэмпература і вільготнасць навакольнага асяроддзя будуць уплываць на ўтрыманне вільгаці на паверхні падкладкі і ахоўнага газу, што, у сваю чаргу, будзе ўплываць на адукацыю і выкід вадзяной пары ў расплаўленай ванне.Калі тэмпература навакольнага асяроддзя і вільготнасць занадта высокія, на паверхні падкладкі будзе занадта шмат вільгаці і ахоўнага газу, у выніку чаго ўтворыцца вялікая колькасць вадзяной пары, у выніку чаго з'явяцца пары.Калі тэмпература і вільготнасць навакольнага асяроддзя занадта нізкія, на паверхні падкладкі і ў ахоўным газе будзе занадта мала вільгаці, памяншаючы выпрацоўку вадзяной пары, тым самым памяншаючы пары;дазвольце якаснаму персаналу вызначыць мэтавае значэнне тэмпературы, вільготнасці і пылу на зварачнай станцыі.
Па-чацвёртае, метад вагання прамяня выкарыстоўваецца для памяншэння або ліквідацыі пор пры лазернай зварцы глыбокім пранікненнем.З-за дабаўлення ваганняў падчас зваркі зваротна-паступальны рух бэлькі да зварнога шва выклікае паўторнае пераплаўленне часткі зварнога шва, што падаўжае час знаходжання вадкага металу ў зварачнай ванне.У той жа час прагін бэлькі таксама павялічвае цеплаўкладанне на адзінку плошчы.Стаўленне глыбіні да шырыні зварнога шва памяншаецца, што спрыяе з'яўленню бурбалак, тым самым ліквідуючы пары.З іншага боку, ваганне прамяня выклікае адпаведнае ваганне маленькага адтуліны, што таксама можа забяспечыць сілу мяшання для зварачнай ванны, павялічыць канвекцыю і мяшанне зварачнай ванны і дабратворна паўплываць на ліквідацыю пор.
Па-пятае, частата імпульсаў, частата імпульсаў адносіцца да колькасці імпульсаў, выпраменьваных лазерным прамянём у адзінку часу, што паўплывае на паступленне цяпла і назапашванне цяпла ў расплаўленай лужыне, а затым уплывае на поле тэмпературы і поле патоку ў расплаўленым стане. басейн.Калі частата імпульсаў занадта высокая, гэта прывядзе да залішняга ўводу цяпла ў расплаўленую ванну, што прывядзе да занадта высокай тэмпературы расплаўленай ванны, утвараючы пары металу або іншыя элементы, лятучыя пры высокіх тэмпературах, у выніку чаго ўтворацца пары.Калі частата імпульсаў занадта нізкая, гэта прывядзе да недастатковага назапашвання цяпла ў басейне расплаўленага пласта, што прывядзе да занадта нізкай тэмпературы басейна расплаўленага пласта, памяншэння растварэння і выхаду газу, што прывядзе да адукацыі пор.Наогул кажучы, частату імпульсаў трэба выбіраць у межах разумнага дыяпазону ў залежнасці ад таўшчыні падкладкі і магутнасці лазера, пазбягаючы занадта высокай або занадта нізкай.
Заварка адтулін (лазерная зварка)
2. Зварныя пырскі
Пырскі, якія ўтвараюцца ў працэсе зваркі, лазернай зваркі сур'ёзна паўплываюць на якасць паверхні зварнога шва, забрудзяць і пашкодзяць лінзу.Агульная прадукцыйнасць наступная: пасля завяршэння лазернай зваркі на паверхні матэрыялу або нарыхтоўкі з'яўляецца шмат металічных часціц, якія прыліпаюць да паверхні матэрыялу або нарыхтоўкі.Самае інтуітыўна зразумелае выкананне заключаецца ў тым, што пры зварцы ў рэжыме гальванометра пасля перыяду выкарыстання ахоўнай лінзы гальванометра на паверхні з'явяцца шчыльныя ямкі, выкліканыя зварачнымі пырскамі.Пасля доўгага часу лёгка перакрыць святло, і ўзнікнуць праблемы са зварачным святлом, што прывядзе да серыі праблем, такіх як паломка зваркі і віртуальная зварка.
Якія прычыны пырскаў?
Па-першае, шчыльнасць магутнасці, чым большая шчыльнасць магутнасці, тым лягчэй ствараць пырскі, а пырскі напрамую звязаны з шчыльнасцю магутнасці.Гэта векавая праблема.Прынамсі, да гэтага часу прамысловасць не змагла вырашыць праблему пырскаў і можа толькі сказаць, што яна крыху зменшылася.У прамысловасці літыевых акумулятараў пырскі з'яўляюцца самай вялікай прычынай кароткага замыкання акумулятара, але гэта не можа вырашыць першапрычыну.Уздзеянне пырскаў на батарэю можна паменшыць толькі з пункту гледжання абароны.Напрыклад, круг адтулін для выдалення пылу і ахоўных крышак дададзены вакол зварачнай часткі, а шэрагі паветраных нажоў дададзены па кругах, каб прадухіліць уздзеянне пырскаў або нават пашкоджанне батарэі.Знішчэнне навакольнага асяроддзя, прадуктаў і кампанентаў вакол зварачнай станцыі, можна сказаць, вычарпала сродкі.
Што датычыцца вырашэння праблемы пырскаў, то можна толькі сказаць, што зніжэнне энергіі зваркі дапамагае паменшыць пырскі.Зніжэнне хуткасці зваркі таксама можа дапамагчы, калі праварка недастатковая.Але ў некаторых асаблівых патрабаваннях да працэсу гэта мала ўплывае.Гэта адзін і той жа працэс, розныя машыны і розныя партыі матэрыялаў маюць зусім розныя эфекты зваркі.Такім чынам, у новай энергетыцы існуе няпісанае правіла: адзін набор параметраў зваркі для аднаго абсталявання.
Па-другое, калі паверхня апрацоўванага матэрыялу або нарыхтоўкі не ачышчана, алейныя плямы або забруджвальныя рэчывы таксама прывядуць да сур'ёзных пырскаў.У гэты час прасцей за ўсё ачысціць паверхню апрацоўванага матэрыялу.
3. Высокая адбівальная здольнасць лазернай зваркі
Наогул кажучы, высокае адлюстраванне адносіцца да таго факту, што матэрыял для апрацоўкі мае невялікі ўдзельны супраціў, адносна гладкую паверхню і нізкую хуткасць паглынання для лазераў блізкага інфрачырвонага дыяпазону, што прыводзіць да вялікай колькасці лазернага выпраменьвання, а таксама таму, што большасць лазераў выкарыстоўваецца па вертыкалі З-за матэрыялу або невялікага нахілу святло лазера, якое вяртаецца, зноў трапляе ў выходную галоўку, і нават частка святла, якое вяртаецца, злучаецца з валакном, якое перадае энергію, і перадаецца назад уздоўж валакна ўнутр лазера, у выніку чаго асноўныя кампаненты ўнутры лазера працягваюць заставацца пры высокай тэмпературы.
Калі каэфіцыент адлюстравання занадта высокі падчас лазернай зваркі, можна прыняць наступныя рашэнні:
3.1 Выкарыстоўвайце антыблікавае пакрыццё або апрацуйце паверхню матэрыялу: пакрыццё паверхні зварачнага матэрыялу антыблікавым пакрыццём можа эфектыўна паменшыць каэфіцыент адлюстравання лазера.Звычайна гэта пакрыццё ўяўляе сабой спецыяльны аптычны матэрыял з нізкай адбівальнай здольнасцю, які паглынае лазерную энергію, а не адлюстроўвае яе назад.У некаторых працэсах, такіх як зварка токапрыёмніка, мяккае злучэнне і г.д., паверхня можа быць таксама рэльефнай.
3.2 Адрэгулюйце вугал зваркі: шляхам рэгулявання вугла зваркі лазерны прамень можа падаць на зварачны матэрыял пад больш прыдатным вуглом і паменшыць узнікненне адлюстравання.Як правіла, калі лазерны прамень падае перпендыкулярна паверхні матэрыялу, які зварваецца, з'яўляецца добрым спосабам паменшыць адлюстраванне.
3.3 Даданне дапаможнага абсорбенту: у працэсе зваркі ў шво дадаецца пэўная колькасць дапаможнага абсорбенту, напрыклад, парашка або вадкасці.Гэтыя паглынальнікі паглынаюць лазерную энергію і зніжаюць адбівальную здольнасць.Адпаведны абсорбент неабходна выбіраць у залежнасці ад канкрэтных зварачных матэрыялаў і сцэнарыяў прымянення.У прамысловасці літыевых батарэй гэта малаверагодна.
3.4 Выкарыстоўвайце аптычнае валакно для перадачы лазера: калі магчыма, аптычнае валакно можа выкарыстоўвацца для перадачы лазера ў месца зваркі, каб паменшыць адбівальную здольнасць.Аптычныя валакна могуць накіроўваць лазерны прамень да вобласці зваркі, каб пазбегнуць прамога ўздзеяння на паверхню зварачнага матэрыялу і паменшыць узнікненне адлюстраванняў.
3.5 Рэгуляванне параметраў лазера: шляхам рэгулявання такіх параметраў, як магутнасць лазера, фокусная адлегласць і фокусны дыяметр, можна кантраляваць размеркаванне лазернай энергіі і паменшыць адлюстраванне.Для некаторых святлоадбівальных матэрыялаў зніжэнне магутнасці лазера можа быць эфектыўным спосабам паменшыць адлюстраванне.
3.6 Выкарыстоўвайце раздзяляльнік прамяня: раздзяляльнік прамяня можа накіраваць частку энергіі лазера ў паглынальную прыладу, тым самым памяншаючы ўзнікненне адлюстраванняў.Прылады для падзелу прамяня звычайна складаюцца з аптычных кампанентаў і паглынальнікаў, і, выбраўшы адпаведныя кампаненты і наладзіўшы кампаноўку прылады, можна дасягнуць меншай адбівальнай здольнасці.
4. Заварка падрэзу
У працэсе вытворчасці літыевых батарэй, якія працэсы з большай верагоднасцю прывядуць да заніжэння?Чаму адбываецца падсечка?Давайце прааналізуем гэта.
Падрэз, як правіла, зварачныя матэрыялы дрэнна спалучаюцца адзін з адным, зазор занадта вялікі або з'яўляецца канаўка, глыбіня і шырыня ў асноўным больш за 0,5 мм, агульная даўжыня больш за 10% даўжыні зварнога шва або больш, чым стандарт працэсу прадукту запытанай даўжыні.
Ва ўсім працэсе вытворчасці літыевых батарэй больш верагодна, што адбудзецца падрэзка, і яна звычайна распаўсюджваецца на ўшчыльненне папярэдняй зваркі і зваркі цыліндрычнай вечка, а таксама ўшчыльненне папярэдняй зваркі і зваркі квадратнай алюмініевай вечка.Асноўная прычына заключаецца ў тым, што ўшчыльняльная накрыўная пласціна павінна ўзаемадзейнічаць з абалонкай для зваркі, працэс узгаднення паміж ушчыльняльнай накрыўнай пласцінай і абалонкай схільны да празмерных зварных зазораў, паз, згортвання і г.д., таму ён асабліва схільны да падрэзаў .
Такім чынам, што выклікае падрэз?
Калі хуткасць зваркі занадта вялікая, вадкі метал за невялікім адтулінай, накіраваным у цэнтр зварнога шва, не паспее пераразмеркавацца, што прывядзе да зацвярдзення і падрэзу з абодвух бакоў зварнога шва.У сувязі з вышэйпададзенай сітуацыяй неабходна аптымізаваць параметры зваркі.Прасцей кажучы, гэта паўторныя эксперыменты для праверкі розных параметраў і працягванне DOE, пакуль не будуць знойдзены адпаведныя параметры.
2. Празмерныя зварныя зазоры, пазы, абвалы і г.д. зварачных матэрыялаў прывядуць да памяншэння колькасці расплаўленага металу, які запаўняе зазоры, павялічваючы верагоднасць узнікнення падрэзаў.Гэта пытанне абсталявання і сыравіны.Ці адпавядае зварачная сыравіна патрабаванням да матэрыялаў, якія ўваходзяць у наш працэс, ці адпавядае патрабаванням дакладнасць абсталявання і г.д. Нармальнай практыкай з'яўляецца пастаяннае катаванне і збіццё пастаўшчыкоў і людзей, якія адказваюць за абсталяванне.
3. Калі энергія падае занадта хутка ў канцы лазернай зваркі, невялікае адтуліну можа разбурыцца, што прывядзе да мясцовага падрэзу.Правільнае адпаведнасць магутнасці і хуткасці можа эфектыўна прадухіліць адукацыю падрэзаў.Як гаворыцца ў старой прымаўцы, паўтарайце эксперыменты, правярайце розныя параметры і працягвайце DOE, пакуль не знойдзеце правільныя параметры.
5. Развал цэнтра зварнога шва
Калі хуткасць зваркі нізкая, расплаўленая ванна будзе большай і шырэйшай, павялічваючы колькасць расплаўленага металу.Гэта можа ўскладніць захаванне павярхоўнага нацяжэння.Калі расплаўлены метал становіцца занадта цяжкім, цэнтр зварнога шва можа апусціцца і ўтварыць правалы і ямкі.У гэтым выпадку шчыльнасць энергіі павінна быць адпаведным чынам зменшана, каб прадухіліць калапс басейна расплаву.
У іншай сітуацыі зварачны зазор проста ўтварае развал, не выклікаючы перфарацыі.Гэта, несумненна, праблема прэсавай пасадкі абсталявання.
Дакладнае разуменне дэфектаў, якія могуць узнікнуць падчас лазернай зваркі, і прычын розных дэфектаў дазваляе выкарыстоўваць больш мэтанакіраваны падыход для вырашэння любых ненармальных праблем са зваркай.
6. Зварныя расколіны
Расколіны, якія з'яўляюцца падчас бесперапыннай лазернай зваркі, у асноўным з'яўляюцца тэрмічнымі расколінамі, такімі як крышталічныя расколіны і расколіны развадкавання.Асноўнай прычынай гэтых расколін з'яўляюцца вялікія сілы ўсаджвання, якія ствараюцца зварным швом да яго поўнага застывання.
Таксама існуюць наступныя прычыны з'яўлення расколін пры лазернай зварцы:
1. Неабгрунтаваная канструкцыя зварнога шва: Няправільная канструкцыя геаметрыі і памеру зварнога шва можа прывесці да канцэнтрацыі зварачных напружанняў, выклікаючы тым самым расколіны.Рашэнне заключаецца ў аптымізацыі канструкцыі зварнога шва, каб пазбегнуць канцэнтрацыі зварачнага напружання.Вы можаце выкарыстоўваць адпаведныя зварныя швы са зрушэннем, змяніць форму зварнога шва і г.д.
2. Неадпаведнасць параметраў зваркі: няправільны выбар параметраў зваркі, такіх як занадта высокая хуткасць зваркі, занадта высокая магутнасць і г.д., можа прывесці да нераўнамерных змен тэмпературы ў зоне зваркі, што прывядзе да вялікіх нагрузак пры зварцы і расколін.Рашэнне заключаецца ў рэгуляванні параметраў зваркі ў адпаведнасці з канкрэтным матэрыялам і ўмовамі зваркі.
3. Дрэнная падрыхтоўка зварачнай паверхні: адсутнасць належнай ачысткі і папярэдняй апрацоўкі зварачнай паверхні перад зваркай, напрыклад, выдалення аксідаў, тлушчу і г.д., паўплывае на якасць і трываласць зварнога шва і лёгка прывядзе да расколін.Рашэнне заключаецца ў адпаведнай ачыстцы і папярэдняй апрацоўцы зварачнай паверхні для забеспячэння эфектыўнай апрацоўкі 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 змен у структуры зоны зваркі, што прывядзе да з'яўлення расколін. .Рашэнне заключаецца ў кантролі тэмпературы і хуткасці астуджэння падчас зваркі, каб пазбегнуць перагрэву і хуткага астуджэння.
5. Недастатковае зняцце напружання: недастатковая апрацоўка зняцця напружання пасля зваркі прывядзе да недастатковага зняцця напружання ў зварнай зоне, што лёгка прывядзе да расколін.Рашэнне заключаецца ў выкананні адпаведнай апрацоўкі для зняцця напружання пасля зваркі, напрыклад, тэрмічнай або вібрацыйнай апрацоўкі (асноўная прычына).
Што тычыцца працэсу вытворчасці літыевых батарэй, якія працэсы часцей выклікаюць расколіны?
Як правіла, расколіны схільныя да ўзнікнення падчас герметычнай зваркі, такой як герметызацыя зваркі цыліндрычных сталёвых або алюмініевых абалонак, герметызацыя зваркі квадратных алюмініевых абалонак і г.д. да расколін.
Вядома, мы таксама можам выкарыстоўваць прысадкавы дрот, папярэдні нагрэў або іншыя метады, каб паменшыць або ліквідаваць гэтыя расколіны.
Час публікацыі: 1 верасня 2023 г
