Valget af svejsemetoder og processer i fremstillingsprocessen for strømbatterier påvirker direkte batteriets omkostning, kvalitet, sikkerhed og konsistens.
1 Princippet om lasersvejsning
Lasersvejsning er at bruge fremragende direktivitet og høj effekttæthed af laserstråle til at arbejde. Laserstrålen er fokuseret i et lille område gennem det optiske system. På meget kort tid dannes et varmekildeområde med en høj energikoncentration ved den svejsede del, så det svejsede objekt smeltes, og der dannes en solid loddeforbindelse og svejsning.
2 Typer af lasersvejsning
Laservarmeledningssvejsning, laserstrålen smelter overfladen af emnet langs sømmen, og det smeltede materiale konvergerer og størkner for at danne svejsningen. Det bruges hovedsageligt til relativt tynde materialer. Den maksimale svejsedybde på materialer er begrænset af dens varmeledningsevne, og svejsebredden er altid større end svejsedybden.
Dyb penetrationssvejsning, når laseren med høj effekt samles på metaloverfladen, kan varmen ikke gå tabt, og svejsedybden vil blive stærkt uddybet. Denne svejseteknologi er dyb penetrationssvejsning. På grund af den høje behandlingshastighed, det lille varmepåvirkede område og den minimale forvrængning kan dyb penetrationssvejsningsteknologi bruges til dyb svejsning eller svejsning af flere lag af data sammen.
Hovedforskellen mellem varmeledningssvejsning og dyb penetrationssvejsning er den effekttæthed, der påføres metaloverfladen i tidsenheden, og den kritiske værdi er forskellig for forskellige metaller.
Gennemtrængningssvejsning og sømsvejsning
Gennem svejsning behøver forbindelsesstykket ikke stansning, og behandlingen er relativt enkel. En svejser med høj effekt er nødvendig til penetrationssvejsning. Gennemtrængningssvejsens penetrationsdybde er lavere end sømsvejsning, og pålideligheden er relativt dårlig.
Sammenlignet med penetrationssvejsning har sømsvejsning kun brug for mindre lasersvejser. Gennemtrængningen af sømsvejsning er højere end gennemtrængningssvejsning, og pålideligheden er relativt god. Men forbindelsesstykket skal stanses, så det er relativt vanskeligt at behandle.
Pulseret svejsning og kontinuerlig svejsning
1) Pulssvejsning
Ved lasersvejsning skal den passende svejsebølgeform vælges. De almindeligt anvendte pulsbølgeformer er firkantbølge, spidsbølge, bimodal bølge osv. Reflektionsevnen på aluminiumslegeringens overflade over for lys er for høj. Når en laser med høj intensitet rammer materialets overflade, går 60% - 98% af laserens energi på metaloverfladen tabt på grund af refleksion, og reflektionsevnen ændres med overfladetemperaturen. Generelt er det bedste valg ved svejsning af aluminiumslegering skarp bølge og bimodal bølge. Denne form for svejsebølgeform har en længere pulsbredde i den nederste del, hvilket effektivt kan reducere dannelsen af porer og revner.
Pulseret lasersvejseprøve
På grund af aluminiumlegeringens høje reflektionsevne over for laser afbøjes svejsesamlingen normalt i en bestemt vinkel i svejseprocessen for at forhindre laserstrålen i at forårsage lodret refleksion og beskadige laserfokuseringsspejlet. Diameteren på loddeforbindelsen og den effektive fugeflade øges med stigningen i laserhældningsvinklen. Når laserhældningsvinklen er 40 grader, kan den maksimale loddeforbindelse og den effektive fugeflade opnås. Svejsepenetrationen og den effektive penetration falder med laserhældningsvinklen. Når laserhældningsvinklen er større end 60 grader, falder den effektive svejseindtrængning til nul. Derfor kan svejseindtrængningen og bredden øges ved at vippe det svejsede led til en bestemt vinkel.
Derudover, når der svejses med svejsningen som grænsen, skal laserpletten svejses af 65% af dækpladen og 35% af skallen, hvilket effektivt kan reducere eksplosionen forårsaget af dækslets lukningsproblem.
2) Kontinuerlig svejsning
Fordi opvarmningsprocessen ved kontinuerlig lasersvejsning ikke er som den pludselige afkøling og opvarmning af pulsmaskine, er revnedendensen ikke særlig tydelig under svejsning. For at forbedre svejsens kvalitet vedtages kontinuerlig lasersvejsning. Svejseoverfladen er glat og ensartet uden stænk og defekter, og der findes ingen revner inde i svejsningen. Ved svejsning af aluminiumslegering er fordelene ved kontinuerlig laser indlysende. Sammenlignet med den traditionelle svejsemetode har den kontinuerlige laser høj produktionseffektivitet og ingen trådfyldning; sammenlignet med pulslaser-svejsning kan det løse fejl efter svejsning, såsom revner, porer, sprøjt osv. for at sikre, at aluminiumslegering har gode mekaniske egenskaber efter svejsning; det vil ikke synke efter svejsning, og mængden af polering efter svejsning reduceres, hvilket sparer produktionsomkostningerne. Men fordi stedet for CW-laser er relativt lille, kræves det, at arbejdsemnets monteringsnøjagtighed er højere.
Kontinuerlig lasersvejseprøve
Ved svejsning af strømbatteri vælger svejseteknikerne de relevante laser- og svejseparametre i henhold til kundens' s batterimateriale, form, tykkelse, trækstyrke krav, herunder svejsehastighed, bølgeform, topværdi, svejsehovedhældning vinkel osv. for at indstille rimelige svejseparametre for at sikre, at den endelige svejseeffekt opfylder kravene fra producenterne af strømbatterier.
3 Fordele ved lasersvejsning
Det har fordelene ved koncentreret energi, høj svejseeffektivitet, høj bearbejdningsnøjagtighed og et stort dybdebreddeforhold for svejsningen. Laserstrålen er let at fokusere, justere og styres af optiske instrumenter. Det kan placeres i passende afstand fra emnet og kan føres igen mellem klemmerne eller forhindringerne omkring emnet. Andre svejsningsregler kan ikke spille på grund af ovenstående pladsbegrænsninger.
Svejseenergien kan styres nøjagtigt, svejseeffekten er stabil og svejseudseendet er godt;
Berøringsfri svejsning, transmission af optiske fibre, god tilgængelighed, høj grad af automatisering. Ved svejsning af tyndt materiale eller tråd med fin diameter er der ingen problemer med at smelte igen som lysbuesvejsning. Fordi cellen, der anvendes til strømbatteri, følger princippet om" letvægts", er den normalt lavet af" lys" aluminium og skal være" tyndere" ;. Generelt kræves skal, dæksel og bund at være mindre end 1,0 mm. På nuværende tidspunkt er den grundlæggende materialetykkelse hos mainstream-producenter ca. 0,8 mm.
Det kan give svejsning med høj styrke til forskellige materialekombinationer, især til svejsning mellem kobbermaterialer og aluminiumsmaterialer. Dette er også den eneste teknologi, der kan svejse nikkelbelægning til kobbermaterialer.
4 Vanskeligheder ved lasersvejsning
På nuværende tidspunkt tegner aluminiumslegering batteriskal mere end 90% af hele strømbatteriet. Sværhedsgraden ved svejsning er, at aluminiumlegeringens reflektionsevne over for laseren er meget høj, og følsomheden ved porøsitet er høj i svejseprocessen. Nogle problemer og defekter vil uundgåeligt opstå i svejseprocessen, hvoraf de vigtigste er porøsitet, varm revne og eksplosion.
Der er to hovedtyper af porøsitet ved lasersvejsning af aluminiumslegering: hydrogenporøsitet og porøsitet forårsaget af boblesprængning. Da kølehastigheden ved lasersvejsning er for hurtig, er problemet med hydrogenporøsitet mere alvorligt, og der er også slags huller på grund af sammenbrud af små huller i lasersvejsning.
Varme revner problem. Aluminiumlegering er en typisk eutektisk legering, som er tilbøjelig til varme revner under svejsning, herunder svejsningskrystallisationsrevner og HAZ-kondensationsrevner. På grund af sammensætningssegregeringen i svejsezonen vil der forekomme eutektisk segregering, og korngrænsesmeltning vil forekomme. Under påvirkning af stress vil der dannes væskesprækker ved korngrænsen, hvilket reducerer ydeevnen for det svejsede led.
Eksplosionsproblem (også kendt som stænk). Der er mange faktorer, der forårsager eksplosionen, såsom materialets renhed, selve materialets renhed, materialets egenskaber osv., Og laserens stabilitet spiller en afgørende rolle. Skalens overflade er konveks, lufthullet og den indre luftboble. Hovedårsagen er, at fiberkernediameteren er for lille, eller at laserenergien er indstillet for høj. Det er ikke" bedre strålekvalitet, bedre svejseeffekt" offentliggjort af nogle leverandører af laserudstyr. God strålekvalitet er velegnet til svejsning med stor gennemtrængning. Nøglen til løsning af problemet er at finde de rigtige procesparametre.
Andre vanskeligheder
Til svejsning af blødt omslagspolær er svejseværktøj stærkt påkrævet, så det polære øre skal trykkes fast for at sikre svejsningsspalten. Det kan realisere højhastigheds svejsning af S-form, spiralform og andre komplekse spor, øge svejseforbindelsesområdet og styrke svejsestyrken på samme tid.
Svejsningen af de cylindriske celler bruges hovedsageligt til svejsning af de positive elektroder. Fordi skallen på den negative elektrode er tynd, er den meget let at svejse igennem. For eksempel bruger nogle producenter på nuværende tidspunkt den negative proces med svejsning af negativ elektrode, og den positive elektrode er lasersvejsning.
Når den firkantede batterikombination er svejset, er stangen eller forbindelsesstykket stærkt forurenet. når forbindelsesstykket er svejset, nedbrydes forureningerne, hvilket er let at danne eksplosionspunkter for svejsning og forårsage huller; når stangen er tynd, og der er plastik eller keramiske konstruktionsdele under den, er den let at svejse igennem. Når stangen er lille, er det let at afvige fra plasten og udbrænde. Brug ikke et flerlagsstik, der er porer mellem lagene, det er ikke let at svejse.
Den vigtigste svejseproces med firkantet batteri er emballering af skalafdækning, som kan opdeles i svejsning af topdæksel og bunddæksel efter forskellige positioner. På grund af batteriets lille størrelse bruger nogle batteriproducenter" dybtegning" proces til fremstilling af batteriskallen, behøver kun at svejse topdækslet.
Sidesvejseprøve af firkantet strømbatteri
Svejsemetoderne til firkantede batterier er hovedsageligt opdelt i sidesvejsning og topsvejsning. Den største fordel ved sidesvejsning er, at den har mindre indflydelse på indersiden af cellen, og sprøjten kommer ikke let ind i indersiden af skallen. Fordi svejsningen kan forårsage en bule, som vil have en lille indvirkning på den efterfølgende monteringsproces, har sidesvejseprocessen høje krav til laserens stabilitet og materialets renhed. Fordi den øverste svejseproces er svejset på den ene side, er kravene til integration af svejseudstyr relativt lave, og masseproduktionen er enkel. Der er dog to ulemper: den ene er, at en smule sprøjt kan komme ind i cellen under svejsning, og den anden er, at de høje krav til den forreste del af skallen vil føre til omkostningsproblemet.
5. Faktorer, der påvirker svejsekvaliteten
Lasersvejsning er den vigtigste metode til avanceret batterisvejsning. Lasersvejsning er en proces med laserstråling med høj energi på arbejdsemnet, hvilket får arbejdstemperaturen til at stige kraftigt, og emnet smelter og forbindes igen for at danne en permanent forbindelse. Forskydningsstyrke og rivemodstand ved lasersvejsning er bedre. Elektrisk ledningsevne, styrke, lufttæthed, metaludmattelse og korrosionsbestandighed ved batterisvejsning er typiske svejsekvalitetsvurderingsstandarder.
Der er mange faktorer, der påvirker kvaliteten af lasersvejsning. Nogle af dem er meget ustabile og har betydelig ustabilitet. Sådan indstilles og kontrolleres disse parametre korrekt, så de kan styres i det rette område i den hurtige og kontinuerlige lasersvejsningsproces for at sikre svejsningskvaliteten. Svejseformningens pålidelighed og stabilitet er vigtige problemer i forbindelse med den praktiske og industrialisering af lasersvejsningsteknologi. De vigtigste faktorer, der påvirker kvaliteten af lasersvejsning, er svejseudstyr, arbejdsemnets tilstand og procesparametre.
1) Lasersvejseudstyr
Fiberlasersvejsemaskine til strømbatteri
RS-SWF-80/150 80W&forstærker; 150W fiberlasersvejsemaskine imødekommer behovet for højkvalitets lasersvejsning til lithiumbatterieceller.
Det vigtigste kvalitetskrav til laser er stråleform, udgangseffekt og stabilitet. Strålemodus er det vigtigste indeks for strålekvalitet. Jo lavere rækkefølgen af strålefunktion er, jo bedre strålefokuseringsydelse, jo mindre plet, jo højere effekttæthed, og jo større er svejsedybden og bredden under den samme lasereffekt. Grundtilstanden (TEM00) eller tilstanden med lav ordre er generelt påkrævet, ellers er det vanskeligt at opfylde kravene til lasersvejsning af høj kvalitet. På nuværende tidspunkt er det vanskeligt for indenlandske lasere at blive brugt til lasersvejsning med hensyn til strålekvalitet og effektudgangsstabilitet. Fra den fremmede situation har laserstrålens kvalitet og udgangseffektstabiliteten været ret høj, hvilket ikke bliver problemet med lasersvejsning. Fokusobjektivet er den vigtigste faktor, der påvirker svejsningskvaliteten i det optiske system. Brændvidden er generelt mellem 127 mm (5 tommer) og 200 mm (7,9 tommer). En lille brændvidde er god til at reducere taljen på diameteren af den fokuserede stråle, men den for lille brændvidde er let at blive forurenet og beskadiget af sprøjt i svejseprocessen.
Jo kortere bølgelængden er, jo højere er absorptionsevnen. Generelt er reflektionsevnen for materialer med god ledningsevne meget høj. For YAG-laser er reflektiviteten for sølv 96%, aluminiums 92%, kobber 90% og jern 60%. Jo højere temperaturen er, jo højere er absorptionsevnen og viser et lineært forhold; generelt kan phosphat, carbon black og grafit forbedre absorptiviteten.
2) Arbejdsemnets tilstand
Lasersvejsning kræver behandling af emnets kant, samlingen har høj nøjagtighed, og stedet er strengt justeret med svejsningen. Desuden kan arbejdsstykkets originale nøjagtighed og spotjustering ikke ændres på grund af svejsningens termiske deformation i svejseprocessen. Dette skyldes, at laserpletten er lille, og svejsesømmen er smal. Generelt tilsættes der ikke fyldstof. Hvis samlingen ikke er streng, og spalten er for stor, kan bjælken passere gennem spalten og kan ikke smelte uædle metaller eller forårsage åbenbar underskæring og depression. Hvis punktets afvigelse fra sømmen er lidt stor, kan det forårsage ufuldstændig fusion eller ufuldstændig indtrængning. Derfor skal det generelle pladestøttesamlingsklods og pladesømafvigelse ikke være større end 0,1 mm, forkert justering bør ikke være større end 0,2 mm. I den faktiske produktion kan laser svejsningsteknologi undertiden ikke bruges, fordi den ikke kan opfylde disse krav. For at opnå en god svejseeffekt skal det tilladte stødgab og skødgab kontrolleres inden for 10% af pladetykkelsen.
Vellykket lasersvejsning kræver tæt kontakt mellem underlaget, der skal svejses. Dette kræver omhyggelig stramning af delene for at opnå de bedste resultater. Dette er vanskeligt at gøre på det tynde bundmateriale af lugen, fordi det er tilbøjeligt til at bøjes og forskydes, især når lugen er indlejret i et stort batterimodul eller modul.
3) Lasersvejsningsparametre
(1) Effektdensiteten af laserplet er den vigtigste faktor, der påvirker lasersvejsetilstand og svejseformningsstabilitet. Indflydelsen af laserpunkttæthed på svejsetilstand og svejseformningsstabilitet er som følger: Når laserpunktseffektdensiteten øges fra lille til stor, er rækkefølgen stabil termisk ledningsevnedesvejsning, tilstand ustabil svejsning og stabil dyb penetrationssvejsning.
Effektdensiteten af laserpletten bestemmes hovedsageligt af laserkraften og strålens fokusposition, når strålemodus og brændvidde er fast. Laserens effekttæthed er proportional med lasereffekten. Når bjælkens fokus er i en bestemt position under arbejdsemnets overflade (1-2 mm, afhængigt af tykkelse og parametre), kan den optimale svejsning opnås. Afviger fra den optimale fokusposition, vil lyspunktet på emnet overflade blive større, hvilket får effekttætheden til at blive mindre. Til et bestemt område vil det medføre, at svejseprocessen ændres.
Først når svejsehastigheden er for høj, kan den stabile svejseproces med dyb penetration ikke opretholdes på grund af den lille varmeindgang. Ved faktisk svejsning skal stabil dyb penetrationssvejsning eller stabil termisk lednings svejsning vælges i henhold til kravene til penetration af svejsning, og ustabil svejsningstilstand bør absolut undgås.
(2) I området for dyb penetrationssvejsning er indflydelsen af svejseparametre på penetrationen: inden for området med stabil dyb penetrationssvejsning, jo højere lasereffekt, jo større er penetrationen, hvilket er ca. 0,7 effekt; og jo højere svejsehastighed, desto lavere penetration. Ved en bestemt lasereffekt og svejsehastighed er indtrængningen størst, når fokus er i den bedste position. Hvis fokus har afviget fra denne position, falder indtrængningen og bliver endda ustabil svejsning eller stabil termisk ledningssvejsning.
(3) Hovedfunktionen ved at beskytte gas er at beskytte emnet mod oxidation under svejsning, at beskytte fokusobjektivet mod metaldampforurening og væskedråbestøvning, at sprede plasma produceret ved lasersvejsning med høj effekt, at afkøle emnet og reducere det varmepåvirkede område.
Argon eller helium bruges normalt som beskyttelsesgas. Kvælstof kan bruges til dem med lav tilsyneladende kvalitetskrav. Heliums tendens til at producere plasma er forskellig: helium har et højere ioniseringsvolumen og hurtigere varmeledning. Under de samme betingelser har gassen en mindre tendens til at producere plasma end argon, så den kan opnå en større smeltedybde. I et bestemt område med stigningen i beskyttelsesgasens strømningshastighed øges tendensen til at undertrykke plasma, så smeltedybden øges, men den har tendens til at være stabil, når den stiger til et bestemt område.
(4) Analyse af overvågningen af hver parameter: Blandt de fire svejsningsparametre er svejsehastigheden og beskyttelsesgasstrømmen nemme at overvåge og holde sig stabile, mens lasereffekten og fokuspositionen er de parametre, der kan svinge og er vanskelige at overvåge i svejseprocessen. Selvom lasereffekten fra laseren er meget stabil og let at overvåge på grund af tabet af lysstyring og fokuseringssystem, vil lasereffekten, der ankommer til emnet, ændre sig, og dette tab er relateret til kvaliteten af det optiske emne, servicetid og overfladeforurening, så det er ikke let at overvåge og bliver en usikker faktor for svejsningskvalitet. Strålens fokusposition er en af de sværeste faktorer at overvåge og kontrollere, hvilket har stor indflydelse på svejsekvaliteten. På nuværende tidspunkt er det nødvendigt at bestemme den passende fokusposition ved manuel justering og gentagne procestest for at opnå den ideelle penetration. Men i svejseprocessen, på grund af deformation af emnet, den termiske linseeffekt eller flerdimensional svejsning af den rumlige kurve, ændres fokuspositionen og kan overstige det tilladte interval.
I de to ovennævnte tilfælde skal på den ene side optiske elementer af høj kvalitet og høj stabilitet anvendes og vedligeholdes regelmæssigt for at forhindre forurening og holde sig rene; på den anden side bør realtidsovervågnings- og kontrolmetoden til lasersvejseprocessen udvikles for at optimere parametre og overvåge svejseprocessen.Det kan opnå ændringen af lasereffekt og fokusposition for emnet, realisere lukket kredsløbskontrol, og forbedre pålideligheden og stabiliteten af lasersvejsningskvaliteten.
Endelig er det vigtigt at bemærke, at lasersvejsning er en smelteproces. Dette betyder, at begge substrater smelter under lasersvejsning. Denne proces er meget hurtig, så den samlede varmeindgang er lav. Men fordi det er en smeltningsproces, er det muligt at danne sprøde intermetalliske forbindelser med høj modstand, når der svejses forskellige materialer. Kombinationen af aluminium og kobber er særlig let at danne intermetalliske forbindelser. Disse forbindelser har vist sig at have negative virkninger på de kortsigtede elektriske og langsigtede mekaniske egenskaber ved samlingen af mikroelektronisk udstyr. Indflydelsen af disse intermetalliske forbindelser på lithiumbatteriets langsigtede ydeevne er usikker.