در سالهای اخیر، به لطف توسعه سریع صنعت انرژیهای نو، جوشکاری لیزری به دلیل مزایای سریع و پایدار خود، به سرعت در کل صنعت انرژیهای نو نفوذ کرده است. در میان آنها، تجهیزات جوشکاری لیزری بیشترین سهم کاربرد را در کل صنعت انرژیهای نو به خود اختصاص دادهاند.
جوشکاری لیزریبه دلیل سرعت بالا، عمق زیاد و تغییر شکل کم، به سرعت به اولین انتخاب در تمام زمینههای زندگی تبدیل شده است. از جوشهای نقطهای گرفته تا جوشهای لب به لب، جوشهای تجمعی و آببندی،جوشکاری لیزریدقت و کنترل بینظیری را فراهم میکند. این فناوری نقش مهمی در تولید و ساخت صنعتی، از جمله صنایع نظامی، مراقبتهای پزشکی، هوافضا، قطعات خودرو 3C، ورقهای فلزی مکانیکی، انرژیهای نو و سایر صنایع ایفا میکند.
در مقایسه با سایر فناوریهای جوشکاری، جوشکاری لیزر مزایا و معایب منحصر به فرد خود را دارد.
مزیت:
۱. سرعت بالا، عمق زیاد و تغییر شکل کم.
۲. جوشکاری میتواند در دمای معمولی یا تحت شرایط خاص انجام شود و تجهیزات جوشکاری ساده هستند. به عنوان مثال، پرتو لیزر در میدان الکترومغناطیسی رانش نمیکند. لیزرها میتوانند در خلاء، هوا یا محیطهای گازی خاص جوشکاری کنند و میتوانند موادی را که از شیشه عبور میکنند یا در برابر پرتو لیزر شفاف هستند، جوش دهند.
۳. میتواند مواد نسوز مانند تیتانیوم و کوارتز را جوش دهد و همچنین میتواند مواد غیرمشابه را با نتایج خوب جوش دهد.
۴. پس از متمرکز شدن لیزر، چگالی توان بالا است. نسبت ابعاد میتواند به ۵:۱ برسد و هنگام جوشکاری دستگاههای پرقدرت میتواند تا ۱۰:۱ نیز برسد.
۵. جوشکاری میکرو قابل انجام است. پس از متمرکز شدن پرتو لیزر، میتوان یک نقطه کوچک را به دست آورد و آن را به طور دقیق در موقعیت مناسب قرار داد. میتوان از آن برای مونتاژ و جوشکاری قطعات کار میکرو و کوچک برای دستیابی به تولید انبوه خودکار استفاده کرد.
۶. میتواند نواحی صعبالعبور را جوشکاری کند و جوشکاری بدون تماس در فواصل طولانی را با انعطافپذیری بالا انجام دهد. به خصوص در سالهای اخیر، فناوری پردازش لیزر YAG از فناوری انتقال فیبر نوری استفاده کرده است که باعث شده فناوری جوشکاری لیزر به طور گستردهتری ترویج و به کار گرفته شود.
۷. پرتو لیزر به راحتی در زمان و مکان تقسیم میشود و چندین پرتو را میتوان به طور همزمان در چندین مکان پردازش کرد و شرایطی را برای جوشکاری دقیقتر فراهم کرد.
نقص:
۱. دقت مونتاژ قطعه کار باید بالا باشد و موقعیت پرتو روی قطعه کار نباید به طور قابل توجهی منحرف شود. این به این دلیل است که اندازه نقطه لیزر پس از فوکوس کوچک است و درز جوش باریک است و افزودن مواد فلزی پرکننده را دشوار میکند. اگر دقت مونتاژ قطعه کار یا دقت موقعیت یابی پرتو الزامات را برآورده نکند، احتمال بروز نقص در جوشکاری وجود دارد.
۲. هزینه لیزرها و سیستمهای مرتبط با آنها بالاست و سرمایهگذاری یکباره زیادی لازم است.
عیوب رایج جوشکاری لیزریدر تولید باتری لیتیومی
۱. تخلخل جوشکاری
نقصهای رایج درجوشکاری لیزریمنافذی وجود دارند. حوضچه مذاب جوشکاری عمیق و باریک است. در طول فرآیند جوشکاری لیزر، نیتروژن از بیرون به حوضچه مذاب نفوذ میکند. در طول فرآیند خنکسازی و انجماد فلز، با کاهش دما، حلالیت نیتروژن کاهش مییابد. هنگامی که فلز حوضچه مذاب سرد میشود تا شروع به تبلور کند، حلالیت به شدت و ناگهانی کاهش مییابد. در این زمان، مقدار زیادی گاز رسوب میکند و حباب تشکیل میدهد. اگر سرعت شناوری حبابها کمتر از سرعت تبلور فلز باشد، منافذ ایجاد میشوند.
در کاربردهای صنعت باتری لیتیومی، اغلب متوجه میشویم که منافذ به ویژه در حین جوشکاری الکترود مثبت احتمال ایجاد دارند، اما به ندرت در حین جوشکاری الکترود منفی ایجاد میشوند. دلیل این امر این است که الکترود مثبت از آلومینیوم و الکترود منفی از مس ساخته شده است. در حین جوشکاری، آلومینیوم مایع روی سطح قبل از سرریز شدن کامل گاز داخلی، متراکم شده و از سرریز شدن گاز و تشکیل سوراخهای بزرگ و کوچک جلوگیری میکند. روزنههای کوچک.
علاوه بر علل ایجاد منافذ که در بالا ذکر شد، منافذ شامل هوای بیرون، رطوبت، روغن سطحی و غیره نیز میشوند. علاوه بر این، جهت و زاویه دمیدن نیتروژن نیز بر تشکیل منافذ تأثیر میگذارد.
چگونه میتوان بروز منافذ جوش را کاهش داد؟
اول، قبل ازجوشکاریلکههای روغن و ناخالصیهای روی سطح مواد ورودی باید به موقع تمیز شوند؛ در تولید باتریهای لیتیومی، بازرسی مواد ورودی یک فرآیند ضروری است.
دوم، جریان گاز محافظ باید با توجه به عواملی مانند سرعت جوشکاری، توان، موقعیت و غیره تنظیم شود و نه خیلی زیاد و نه خیلی کم باشد. فشار پوشش محافظ باید با توجه به عواملی مانند توان لیزر و موقعیت کانونی تنظیم شود و نه خیلی زیاد و نه خیلی کم باشد. شکل نازل پوشش محافظ باید با توجه به شکل، جهت و سایر عوامل جوش تنظیم شود تا پوشش محافظ بتواند به طور یکنواخت ناحیه جوشکاری را بپوشاند.
سوم، دما، رطوبت و گرد و غبار موجود در هوای کارگاه را کنترل کنید. دما و رطوبت محیط بر میزان رطوبت سطح زیرلایه و گاز محافظ تأثیر میگذارد که به نوبه خود بر تولید و خروج بخار آب در حوضچه مذاب تأثیر میگذارد. اگر دما و رطوبت محیط خیلی بالا باشد، رطوبت زیادی روی سطح زیرلایه و گاز محافظ وجود خواهد داشت و مقدار زیادی بخار آب تولید میکند که منجر به ایجاد منافذ میشود. اگر دما و رطوبت محیط خیلی پایین باشد، رطوبت خیلی کمی روی سطح زیرلایه و در گاز محافظ وجود خواهد داشت که تولید بخار آب را کاهش میدهد و در نتیجه منافذ را کاهش میدهد. اجازه دهید پرسنل کنترل کیفیت مقدار هدف دما، رطوبت و گرد و غبار را در ایستگاه جوشکاری تشخیص دهند.
چهارم، روش نوسان پرتو برای کاهش یا حذف منافذ در جوشکاری نفوذ عمیق لیزری استفاده میشود. به دلیل اضافه شدن نوسان در حین جوشکاری، نوسان رفت و برگشتی پرتو به درز جوش باعث ذوب مجدد مکرر بخشی از درز جوش میشود که زمان اقامت فلز مایع در حوضچه جوش را طولانیتر میکند. در عین حال، انحراف پرتو نیز باعث افزایش گرمای ورودی در واحد سطح میشود. نسبت عمق به عرض جوش کاهش مییابد که منجر به ظهور حبابها و در نتیجه حذف منافذ میشود. از سوی دیگر، نوسان پرتو باعث میشود سوراخ کوچک نیز به همین ترتیب نوسان کند که میتواند نیروی همزن برای حوضچه جوش را فراهم کند، همرفت و همزن حوضچه جوش را افزایش دهد و تأثیر مفیدی در از بین بردن منافذ داشته باشد.
پنجم، فرکانس پالس، فرکانس پالس به تعداد پالسهای ساطع شده توسط پرتو لیزر در واحد زمان اشاره دارد که بر ورودی گرما و تجمع گرما در حوضچه مذاب تأثیر میگذارد و سپس بر میدان دما و میدان جریان در حوضچه مذاب تأثیر میگذارد. اگر فرکانس پالس خیلی زیاد باشد، منجر به ورودی گرمای بیش از حد در حوضچه مذاب میشود و باعث میشود دمای حوضچه مذاب خیلی بالا باشد و بخار فلز یا سایر عناصری که در دماهای بالا فرار هستند تولید شود و در نتیجه منافذ ایجاد شود. اگر فرکانس پالس خیلی کم باشد، منجر به تجمع گرمای ناکافی در حوضچه مذاب میشود و باعث میشود دمای حوضچه مذاب خیلی پایین باشد و انحلال و فرار گاز را کاهش دهد و در نتیجه منافذ ایجاد شود. به طور کلی، فرکانس پالس باید بر اساس ضخامت زیرلایه و توان لیزر در یک محدوده معقول انتخاب شود و از خیلی زیاد یا خیلی کم بودن آن خودداری شود.
سوراخهای جوشکاری (جوشکاری لیزری)
۲. پاشش جوش
پاشش ایجاد شده در طول فرآیند جوشکاری، جوشکاری لیزری به طور جدی بر کیفیت سطح جوش تأثیر میگذارد و باعث آلودگی و آسیب به لنز میشود. عملکرد کلی به شرح زیر است: پس از اتمام جوشکاری لیزر، بسیاری از ذرات فلزی روی سطح ماده یا قطعه کار ظاهر میشوند و به سطح ماده یا قطعه کار میچسبند. شهودیترین عملکرد این است که هنگام جوشکاری در حالت گالوانومتر، پس از یک دوره استفاده از لنز محافظ گالوانومتر، چالههای متراکمی روی سطح وجود خواهد داشت و این چالهها در اثر پاشش جوش ایجاد میشوند. پس از مدت زمان طولانی، به راحتی میتوان نور را مسدود کرد و مشکلاتی در نور جوشکاری ایجاد میشود که منجر به مجموعهای از مشکلات مانند جوشکاری شکسته و جوشکاری مجازی میشود.
دلایل پاشش چیست؟
اول، چگالی توان، هرچه چگالی توان بیشتر باشد، تولید پاشش آسانتر است و پاشش مستقیماً با چگالی توان مرتبط است. این یک مشکل صد ساله است. حداقل تاکنون، صنعت نتوانسته مشکل پاشش را حل کند و فقط میتوان گفت که کمی کاهش یافته است. در صنعت باتری لیتیومی، پاشش بزرگترین عامل اتصال کوتاه باتری است، اما نتوانسته علت اصلی را حل کند. تأثیر پاشش بر باتری را فقط میتوان از نظر حفاظت کاهش داد. به عنوان مثال، دایرهای از درگاههای حذف گرد و غبار و پوششهای محافظ در اطراف قسمت جوشکاری اضافه میشود و ردیفهایی از چاقوهای هوا به صورت دایرهای اضافه میشوند تا از تأثیر پاشش یا حتی آسیب به باتری جلوگیری شود. میتوان گفت که تخریب محیط زیست، محصولات و اجزای اطراف ایستگاه جوشکاری، ابزارها را فرسوده کرده است.
در مورد حل مشکل پاشش، فقط میتوان گفت که کاهش انرژی جوشکاری به کاهش پاشش کمک میکند. کاهش سرعت جوشکاری نیز میتواند در صورت ناکافی بودن نفوذ مفید باشد. اما در برخی از الزامات فرآیند خاص، تأثیر کمی دارد. این فرآیند یکسان است، ماشینهای مختلف و دستههای مختلف مواد، اثرات جوشکاری کاملاً متفاوتی دارند. بنابراین، یک قانون نانوشته در صنعت انرژیهای نو وجود دارد، یک مجموعه از پارامترهای جوشکاری برای یک قطعه تجهیزات.
دوم، اگر سطح ماده فرآوری شده یا قطعه کار تمیز نشود، لکههای روغن یا آلایندهها نیز باعث پاششهای جدی میشوند. در این زمان، سادهترین کار تمیز کردن سطح ماده فرآوری شده است.
۳. بازتاب بالای جوشکاری لیزر
به طور کلی، بازتاب بالا به این واقعیت اشاره دارد که مادهی پردازشکننده دارای مقاومت ویژهی کمی، سطح نسبتاً صاف و میزان جذب پایینی برای لیزرهای نزدیک به مادون قرمز است که منجر به انتشار مقدار زیادی لیزر میشود و از آنجا که اکثر لیزرها به صورت عمودی استفاده میشوند، به دلیل جنس ماده یا مقدار کمی شیب، نور لیزر برگشتی دوباره وارد هد خروجی میشود و حتی بخشی از نور برگشتی به فیبر انتقالدهندهی انرژی متصل شده و در امتداد فیبر به داخل لیزر منتقل میشود و باعث میشود اجزای اصلی داخل لیزر همچنان در دمای بالا باشند.
وقتی میزان بازتاب در جوشکاری لیزر خیلی زیاد باشد، میتوان از راهکارهای زیر استفاده کرد:
۳.۱ از پوشش ضد انعکاس استفاده کنید یا سطح ماده را اصلاح کنید: پوشش سطح ماده جوشکاری با یک پوشش ضد انعکاس میتواند به طور موثری بازتاب لیزر را کاهش دهد. این پوشش معمولاً یک ماده نوری خاص با بازتاب کم است که به جای بازتاب انرژی لیزر، آن را جذب میکند. در برخی فرآیندها، مانند جوشکاری جمعکننده جریان، اتصال نرم و غیره، میتوان سطح را برجسته نیز کرد.
۳.۲ تنظیم زاویه جوشکاری: با تنظیم زاویه جوشکاری، پرتو لیزر میتواند با زاویه مناسبتری به ماده جوشکاری تابیده شود و میزان انعکاس را کاهش دهد. معمولاً تاباندن پرتو لیزر به صورت عمود بر سطح ماده مورد جوشکاری، روش خوبی برای کاهش انعکاس است.
۳.۳ افزودن جاذب کمکی: در طول فرآیند جوشکاری، مقدار مشخصی از جاذب کمکی، مانند پودر یا مایع، به جوش اضافه میشود. این جاذبها انرژی لیزر را جذب کرده و بازتاب را کاهش میدهند. جاذب مناسب باید بر اساس مواد جوشکاری خاص و سناریوهای کاربردی انتخاب شود. در صنعت باتری لیتیومی، این امر بعید است.
۳.۴ استفاده از فیبر نوری برای انتقال لیزر: در صورت امکان، میتوان از فیبر نوری برای انتقال لیزر به محل جوشکاری استفاده کرد تا بازتابپذیری کاهش یابد. فیبرهای نوری میتوانند پرتو لیزر را به محل جوشکاری هدایت کنند تا از تابش مستقیم به سطح ماده جوشکاری جلوگیری شود و وقوع بازتابها کاهش یابد.
۳.۵ تنظیم پارامترهای لیزر: با تنظیم پارامترهایی مانند توان لیزر، فاصله کانونی و قطر کانونی، میتوان توزیع انرژی لیزر را کنترل کرد و بازتابها را کاهش داد. برای برخی از مواد بازتابنده، کاهش توان لیزر ممکن است روشی مؤثر برای کاهش بازتابها باشد.
۳.۶ از یک تقسیمکننده پرتو استفاده کنید: یک تقسیمکننده پرتو میتواند بخشی از انرژی لیزر را به داخل دستگاه جذب هدایت کند و در نتیجه وقوع بازتابها را کاهش دهد. دستگاههای تقسیمکننده پرتو معمولاً از اجزای نوری و جاذبها تشکیل شدهاند و با انتخاب اجزای مناسب و تنظیم چیدمان دستگاه، میتوان به بازتاب کمتری دست یافت.
۴. بریدگی زیر جوش
در فرآیند تولید باتری لیتیومی، کدام فرآیندها بیشتر احتمال دارد باعث بریدگی زیر سطح شوند؟ چرا بریدگی زیر سطح رخ میدهد؟ بیایید آن را تجزیه و تحلیل کنیم.
بریدگی زیرین، معمولاً مواد اولیه جوشکاری به خوبی با یکدیگر ترکیب نشدهاند، شکاف خیلی بزرگ است یا شیار ظاهر میشود، عمق و عرض اساساً بیشتر از 0.5 میلیمتر است، طول کل بیشتر از 10٪ طول جوش یا بیشتر از استاندارد فرآیند محصول از طول درخواستی است.
در کل فرآیند تولید باتری لیتیوم، احتمال بریدگی زیر صفحه بیشتر است و عموماً در جوشکاری اولیه و جوشکاری صفحه پوشش استوانهای و جوشکاری اولیه و جوشکاری صفحه پوشش پوسته آلومینیومی مربعی توزیع میشود. دلیل اصلی این است که صفحه پوشش آببندی برای جوشکاری نیاز به همکاری با پوسته دارد، فرآیند تطبیق بین صفحه پوشش آببندی و پوسته مستعد ایجاد شکافهای جوش بیش از حد، شیارها، فرورفتگی و غیره است، بنابراین به ویژه مستعد بریدگی زیر صفحه است.
بنابراین چه چیزی باعث کم کاری می شود؟
اگر سرعت جوشکاری خیلی زیاد باشد، فلز مایع پشت سوراخ کوچک که به سمت مرکز جوش است، زمان کافی برای توزیع مجدد نخواهد داشت و در نتیجه باعث انجماد و بریدگی زیر جوش در هر دو طرف جوش میشود. با توجه به شرایط فوق، باید پارامترهای جوشکاری را بهینه کنیم. به عبارت ساده، آزمایشهای مکرر برای تأیید پارامترهای مختلف و انجام DOE تا زمان یافتن پارامترهای مناسب انجام میشود.
۲. وجود درزهای جوش، شیارها، فرورفتگیها و غیره در مواد جوشکاری، میزان فلز مذاب پر شده در درزها را کاهش میدهد و احتمال ایجاد بریدگیهای زیرین را بیشتر میکند. این موضوع به تجهیزات و مواد اولیه مربوط میشود. اینکه آیا مواد اولیه جوشکاری الزامات مواد ورودی فرآیند ما را برآورده میکنند، آیا دقت تجهیزات مطابق با الزامات است و غیره. رویه معمول این است که دائماً تأمینکنندگان و مسئولان تجهیزات را شکنجه و کتک بزنیم.
۳. اگر انرژی در پایان جوشکاری لیزر خیلی سریع افت کند، ممکن است سوراخ کوچک فرو بریزد و منجر به بریدگی زیرین موضعی شود. تطبیق صحیح قدرت و سرعت میتواند به طور مؤثر از تشکیل بریدگیهای زیرین جلوگیری کند. همانطور که گفته میشود، آزمایشها را تکرار کنید، پارامترهای مختلف را تأیید کنید و DOE را تا زمانی که پارامترهای مناسب را پیدا کنید، ادامه دهید.
۵. فروریختگی مرکز جوش
اگر سرعت جوشکاری پایین باشد، حوضچه مذاب بزرگتر و پهنتر خواهد بود و مقدار فلز مذاب را افزایش میدهد. این امر میتواند حفظ کشش سطحی را دشوار کند. وقتی فلز مذاب خیلی سنگین میشود، مرکز جوش ممکن است فرو رفته و فرورفتگیها و چالههایی ایجاد کند. در این حالت، چگالی انرژی باید به طور مناسب کاهش یابد تا از فروپاشی حوضچه مذاب جلوگیری شود.
در شرایط دیگر، شکاف جوشکاری بدون ایجاد سوراخ، فقط باعث فروریختگی میشود. این بدون شک مشکل مربوط به پرس فیت تجهیزات است.
درک صحیح از عیوبی که میتوانند در حین جوشکاری لیزر رخ دهند و علل عیوب مختلف، امکان رویکردی هدفمندتر برای حل هرگونه مشکل غیرعادی جوشکاری را فراهم میکند.
۶. ترکهای جوش
ترکهایی که در حین جوشکاری لیزری پیوسته ظاهر میشوند، عمدتاً ترکهای حرارتی مانند ترکهای کریستالی و ترکهای روانگرایی هستند. علت اصلی این ترکها، نیروهای انقباضی بزرگی است که توسط جوش قبل از انجماد کامل ایجاد میشوند.
همچنین دلایل زیر برای ترک خوردگی در جوشکاری لیزری وجود دارد:
۱. طراحی غیرمنطقی جوش: طراحی نامناسب هندسه و اندازه جوش ممکن است باعث تمرکز تنش جوشکاری و در نتیجه ایجاد ترک شود. راه حل، بهینه سازی طراحی جوش برای جلوگیری از تمرکز تنش جوشکاری است. میتوانید از جوشهای افست مناسب استفاده کنید، شکل جوش را تغییر دهید و غیره.
۲. عدم تطابق پارامترهای جوشکاری: انتخاب نامناسب پارامترهای جوشکاری، مانند سرعت جوشکاری خیلی بالا، توان خیلی بالا و غیره، ممکن است منجر به تغییرات دمایی ناهموار در ناحیه جوشکاری شود و در نتیجه تنش جوشکاری و ترکهای بزرگ ایجاد شود. راه حل، تنظیم پارامترهای جوشکاری برای مطابقت با ماده خاص و شرایط جوشکاری است.
۳. آمادهسازی ضعیف سطح جوشکاری: عدم تمیز کردن و آمادهسازی اولیه مناسب سطح جوشکاری قبل از جوشکاری، مانند حذف اکسیدها، گریس و غیره، بر کیفیت و استحکام جوش تأثیر میگذارد و به راحتی منجر به ترک میشود. راه حل این است که سطح جوشکاری به اندازه کافی تمیز و آمادهسازی اولیه شود تا اطمینان حاصل شود که ناخالصیها و آلودگیهای موجود در ناحیه جوشکاری به طور موثر تصفیه میشوند.
۴. کنترل نامناسب ورودی حرارت جوشکاری: کنترل ضعیف ورودی حرارت در حین جوشکاری، مانند دمای بیش از حد در حین جوشکاری، سرعت خنک شدن نامناسب لایه جوش و غیره، منجر به تغییر در ساختار ناحیه جوش و در نتیجه ایجاد ترک میشود. راه حل، کنترل دما و سرعت خنک شدن در حین جوشکاری است تا از گرم شدن بیش از حد و خنک شدن سریع جلوگیری شود.
۵. تنشزدایی ناکافی: عملیات تنشزدایی ناکافی پس از جوشکاری منجر به تنشزدایی ناکافی در ناحیه جوش داده شده میشود که به راحتی منجر به ترک خوردن میشود. راه حل، انجام عملیات تنشزدایی مناسب پس از جوشکاری، مانند عملیات حرارتی یا عملیات ارتعاشی (دلیل اصلی) است.
در مورد فرآیند تولید باتریهای لیتیومی، کدام فرآیندها احتمال بیشتری برای ایجاد ترک دارند؟
به طور کلی، ترکها در حین جوشکاری آببندی، مانند جوشکاری آببندی پوستههای فولادی استوانهای یا پوستههای آلومینیومی، جوشکاری آببندی پوستههای آلومینیومی مربعی و غیره، مستعد ایجاد هستند. علاوه بر این، در طول فرآیند بستهبندی ماژول، جوشکاری کلکتور جریان نیز مستعد ترک خوردن است.
البته میتوانیم از سیم پرکننده، پیشگرم کردن یا روشهای دیگر نیز برای کاهش یا از بین بردن این ترکها استفاده کنیم.
زمان ارسال: سپتامبر-01-2023
