La selezione dei metodi e dei processi di saldatura nel processo di produzione delle batterie di alimentazione influenzerà direttamente il costo, la qualità, la sicurezza e la consistenza della batteria.
1 Principio della saldatura laser
La saldatura laser consiste nell'utilizzare un'eccellente direttività e un'elevata densità di potenza del raggio laser per lavorare. Il raggio laser viene focalizzato in una piccola area attraverso il sistema ottico. In un tempo molto breve, nella parte saldata si forma un'area della sorgente di calore con un'elevata concentrazione di energia, in modo che l'oggetto saldato venga fuso e si formino un giunto di saldatura solido e una saldatura.
2 tipi di saldatura laser
Saldatura a conduzione termica laser, il raggio laser fonde la superficie del pezzo lungo la giunzione e il materiale fuso converge e si solidifica per formare la saldatura. Viene utilizzato principalmente per materiali relativamente sottili. La profondità massima di saldatura dei materiali è vincolata dalla sua conduttività termica e la larghezza della saldatura è sempre maggiore della profondità di saldatura.
Saldatura a penetrazione profonda, quando il laser ad alta potenza si raccoglie sulla superficie del metallo, il calore non può essere perso e la profondità di saldatura sarà notevolmente approfondita. Questa tecnologia di saldatura è la saldatura a penetrazione profonda. A causa dell'elevata velocità di elaborazione, della piccola area interessata dal calore e della distorsione minima, la tecnologia di saldatura a penetrazione profonda può essere utilizzata per la saldatura profonda o la saldatura di più strati di dati insieme.
La principale differenza tra la saldatura a conduzione termica e la saldatura a penetrazione profonda è la densità di potenza applicata alla superficie metallica nell'unità di tempo e il valore critico è diverso per i diversi metalli.
Saldatura a penetrazione e saldatura continua
Attraverso la saldatura, il pezzo di collegamento non necessita di punzonatura e la lavorazione è relativamente semplice. Per la saldatura a penetrazione è necessaria una saldatrice laser ad alta potenza. La profondità di penetrazione della saldatura a penetrazione è inferiore a quella della saldatura continua e l'affidabilità è relativamente scarsa.
Rispetto alla saldatura a penetrazione, la saldatura continua richiede solo una minore potenza del saldatore laser. La penetrazione della saldatura continua è superiore a quella della saldatura a penetrazione e l'affidabilità è relativamente buona. Ma il pezzo di collegamento deve essere perforato, quindi è relativamente difficile da lavorare.
Saldatura pulsata e saldatura continua
1) Saldatura in modalità pulsata
Quando si esegue la saldatura laser, è necessario selezionare la forma d'onda di saldatura appropriata. Le forme d'onda dell'impulso comunemente utilizzate sono l'onda quadra, l'onda di picco, l'onda bimodale e così via. La riflettività della superficie della lega di alluminio alla luce è troppo alta. Quando un raggio laser ad alta intensità colpisce la superficie del materiale, il 60% - 98% dell'energia laser sulla superficie metallica andrà persa a causa della riflessione e la riflettività cambia con la temperatura della superficie. In generale, quando si salda la lega di alluminio, la scelta migliore è l'onda acuta e l'onda bimodale. Questo tipo di forma d'onda di saldatura ha una larghezza dell'impulso più lunga nella parte inferiore, che può ridurre efficacemente la generazione di pori e crepe.
Campione di saldatura laser pulsata
A causa dell'elevata riflettività della lega di alluminio al laser, al fine di evitare che il raggio laser provochi una riflessione verticale e danneggi lo specchio di focalizzazione laser, il giunto di saldatura viene solitamente deviato di un certo angolo nel processo di saldatura. Il diametro del giunto di saldatura e la superficie effettiva del giunto aumentano con l'aumento dell'angolo di inclinazione del laser. Quando l'angolo di inclinazione del laser è di 40 gradi, è possibile ottenere il giunto di saldatura massimo e l'effettiva superficie del giunto. La penetrazione della saldatura e la penetrazione effettiva diminuiscono con l'angolo di inclinazione del laser. Quando l'angolo di inclinazione del laser è maggiore di 60 gradi, l'effettiva penetrazione della saldatura diminuisce a zero. Pertanto, la penetrazione e la larghezza della saldatura possono essere aumentate inclinando il giunto saldato di un certo angolo.
Inoltre, quando si esegue la saldatura, prendendo la saldatura come confine, il punto laser deve essere saldato dal 65% della piastra di copertura e dal 35% del guscio, il che può ridurre efficacemente l'esplosione causata dal problema di chiusura del coperchio.
2) Saldatura in modalità continua
Poiché il processo di riscaldamento della saldatura laser continua non è come il raffreddamento e il riscaldamento improvvisi della macchina a impulsi, la tendenza alla rottura non è molto evidente durante la saldatura. Al fine di migliorare la qualità della saldatura, viene adottata la saldatura laser continua. La superficie della saldatura è liscia e uniforme, senza schizzi e difetti e non si trovano crepe all'interno della saldatura. Nella saldatura di leghe di alluminio, i vantaggi del laser continuo sono evidenti. Rispetto al metodo di saldatura tradizionale, il laser continuo ha un'elevata efficienza di produzione e nessun riempimento del filo; rispetto alla saldatura laser a impulsi, può risolvere i difetti dopo la saldatura, come crepe, pori, schizzi, ecc., Per garantire che la lega di alluminio abbia buone proprietà meccaniche dopo la saldatura; non si affloscia dopo la saldatura e la quantità di lucidatura dopo la saldatura è ridotta, il che consente di risparmiare sui costi di produzione.Tuttavia, poiché il punto del laser CW è relativamente piccolo, è necessario che la precisione di assemblaggio del pezzo in lavorazione sia maggiore.
Campione di saldatura laser continua
Nella saldatura della batteria di alimentazione, i tecnici di saldatura selezioneranno il laser appropriato e i parametri di saldatura in base al materiale della batteria&del cliente, forma, spessore, requisiti di forza di trazione, inclusa velocità di saldatura, forma d'onda, valore di picco, inclinazione della testa di saldatura angolo, ecc. per impostare parametri di saldatura ragionevoli, in modo da garantire che l'effetto di saldatura finale soddisfi i requisiti dei produttori di batterie di alimentazione.
3 Vantaggi della saldatura laser
Presenta i vantaggi di energia concentrata, alta efficienza di saldatura, alta precisione di lavorazione e un ampio rapporto di larghezza di profondità della saldatura. Il raggio laser è facile da focalizzare, allineare e guidare da strumenti ottici. Può essere posizionato a una distanza appropriata dal pezzo in lavorazione e può essere guidato nuovamente tra i morsetti o gli ostacoli attorno al pezzo in lavorazione. Altre regole di saldatura non possono essere applicate a causa delle limitazioni di spazio di cui sopra.
L'energia di saldatura può essere controllata accuratamente, l'effetto di saldatura è stabile e l'aspetto della saldatura è buono;
Saldatura senza contatto, trasmissione in fibra ottica, buona accessibilità, alto grado di automazione. Quando si salda materiale sottile o filo di diametro sottile, non ci saranno problemi di rifusione come la saldatura ad arco. Poiché la cella utilizzata per la batteria di alimentazione segue il principio di" leggero" ;, di solito è fatto di" leggero" alluminio e deve essere" più sottile" ;. Generalmente, il guscio, il coperchio e il fondo devono essere inferiori a 1,0 mm. Allo stato attuale, lo spessore del materiale di base dei produttori tradizionali è di circa 0,8 mm.
Può fornire saldature ad alta resistenza per varie combinazioni di materiali, in particolare per la saldatura tra materiali in rame e materiali in alluminio. Questa è anche l'unica tecnologia in grado di saldare la nichelatura ai materiali in rame.
4 Difficoltà di saldatura laser
Al momento, il guscio della batteria in lega di alluminio rappresenta oltre il 90% dell'intera batteria. La difficoltà di saldatura è che la riflettività della lega di alluminio al laser è molto alta e la sensibilità della porosità è alta nel processo di saldatura. Alcuni problemi e difetti appariranno inevitabilmente nel processo di saldatura, i più importanti dei quali sono la porosità, la rottura a caldo e l'esplosione.
Esistono due tipi principali di porosità nella saldatura laser di leghe di alluminio: porosità da idrogeno e porosità causata dallo scoppio di bolle. Poiché la velocità di raffreddamento della saldatura laser è troppo veloce, il problema della porosità dell'idrogeno è più serio e ci sono anche tipi di fori dovuti al collasso di piccoli fori nella saldatura laser.
Problema di crepe da calore. La lega di alluminio è una tipica lega eutettica, che è soggetta a crepe a caldo durante la saldatura, comprese le crepe di cristallizzazione della saldatura e le crepe di liquefazione HAZ. A causa della segregazione della composizione nella zona di saldatura, si verificherà la segregazione eutettica e si verificherà la fusione del bordo del grano. Sotto l'azione dello stress, si formeranno crepe di liquefazione al confine del grano, che ridurranno le prestazioni del giunto saldato.
Problema di esplosione (noto anche come splash). Sono molti i fattori che causano l'esplosione, come la pulizia del materiale, la purezza del materiale stesso, le caratteristiche del materiale stesso e così via, e la stabilità del laser gioca un ruolo decisivo. La superficie del guscio è convessa, il foro per l'aria e la bolla d'aria interna. Il motivo principale è che il diametro del nucleo della fibra è troppo piccolo o l'energia del laser è impostata su un valore troppo alto. Non è il" migliore qualità del fascio, migliore effetto di saldatura" pubblicizzato da alcuni fornitori di apparecchiature laser. Una buona qualità del raggio è adatta per la saldatura a sovrapposizione con grande penetrazione. La chiave per risolvere il problema è trovare i parametri di processo corretti.
Altre difficoltà
Per la saldatura del capocorda polare a avvolgimento morbido, è altamente richiesto uno strumento di saldatura, quindi il capocorda polare deve essere premuto saldamente per garantire lo spazio di saldatura. Può realizzare la saldatura ad alta velocità di forma a S, forma a spirale e altre piste complesse, aumentare l'area del giunto di saldatura e rafforzare la forza di saldatura allo stesso tempo.
La saldatura delle celle cilindriche viene utilizzata principalmente per la saldatura degli elettrodi positivi. Poiché il guscio dell'elettrodo negativo è sottile, è molto facile saldarlo. Ad esempio, attualmente, alcuni produttori utilizzano il processo senza saldatura con elettrodo negativo e l'elettrodo positivo è la saldatura laser.
Quando la combinazione di batterie quadrate è saldata, il palo o il pezzo di collegamento è fortemente inquinato; quando il pezzo di collegamento è saldato, gli inquinanti si decompongono, il che è facile formare punti di esplosione della saldatura e causare fori; quando il palo è sottile e sotto di esso sono presenti parti strutturali in plastica o ceramica, è facile saldare. Quando il palo è piccolo, è facile deviare dalla plastica e bruciare. Non utilizzare un connettore multistrato, ci sono pori tra gli strati, non è facile da saldare.
Il processo di saldatura più importante della batteria quadrata è l'imballaggio del coperchio del guscio, che può essere suddiviso nella saldatura del coperchio superiore e del coperchio inferiore in base a diverse posizioni. A causa delle dimensioni ridotte della batteria, alcuni produttori di batterie utilizzano il"" processo per la fabbricazione del guscio della batteria, solo bisogno di saldare il coperchio superiore.
Campione di saldatura laterale di una batteria quadrata
I metodi di saldatura delle batterie quadrate sono principalmente suddivisi in saldatura laterale e saldatura superiore. Il vantaggio principale della saldatura laterale è che ha meno influenza sull'interno della cella e gli schizzi non entreranno facilmente all'interno del guscio. Poiché la saldatura può causare un rigonfiamento, che avrà un leggero impatto sul successivo processo di assemblaggio, quindi il processo di saldatura laterale ha requisiti elevati sulla stabilità del laser e sulla pulizia del materiale. Poiché il processo di saldatura superiore è saldato su un lato, i requisiti per l'integrazione delle apparecchiature di saldatura sono relativamente bassi e la produzione di massa è semplice. Tuttavia, ci sono due svantaggi: uno è che un piccolo spruzzo può entrare nella cella durante la saldatura e l'altro è che gli elevati requisiti per la sezione anteriore del guscio porteranno al problema dei costi.
5. Fattori che influenzano la qualità della saldatura
La saldatura laser è il metodo principale per la saldatura delle batterie di fascia alta. La saldatura laser è un processo di irradiazione laser a fascio ad alta energia sul pezzo in lavorazione, che fa aumentare bruscamente la temperatura di lavoro e il pezzo si fonde e si ricollega per formare una connessione permanente. La resistenza al taglio e la resistenza allo strappo della saldatura laser sono migliori. La conduttività elettrica, la resistenza, la tenuta all'aria, l'affaticamento del metallo e la resistenza alla corrosione della saldatura della batteria sono standard di valutazione della qualità della saldatura tipici.
Sono molti i fattori che influenzano la qualità della saldatura laser. Alcuni di loro sono molto volatili e hanno una notevole instabilità. Come impostare e controllare correttamente questi parametri, in modo che possano essere controllati nell'intervallo corretto nel processo di saldatura laser ad alta velocità e continuo per garantire la qualità della saldatura. L'affidabilità e la stabilità dello stampaggio della saldatura sono problemi importanti legati alla pratica e all'industrializzazione della tecnologia di saldatura laser. I principali fattori che influenzano la qualità della saldatura laser sono le apparecchiature di saldatura, le condizioni del pezzo e i parametri di processo.
1) Attrezzatura per saldatura laser
Saldatrice laser a fibra per batteria di alimentazione
L'amplificatore&RS-SWF-80/150 80W; La saldatrice laser a fibra da 150 W soddisfa la domanda di saldatura laser ad alta velocità di alta qualità per le celle delle batterie al litio.
Il requisito di qualità più importante del laser è la modalità del raggio, la potenza di uscita e la stabilità. La modalità Beam è l'indice principale della qualità del raggio. Più basso è l'ordine della modalità del raggio, migliori sono le prestazioni di focalizzazione del raggio, più piccolo è il punto, maggiore è la densità di potenza e maggiori sono la profondità e la larghezza della saldatura a parità di potenza del laser. Generalmente è richiesta la modalità fondamentale (TEM00) o la modalità di ordine basso, altrimenti è difficile soddisfare i requisiti della saldatura laser di alta qualità. Attualmente, è difficile che i laser domestici vengano utilizzati nella saldatura laser in termini di qualità del raggio e stabilità della potenza in uscita. Dalla situazione estera, la qualità del raggio laser e la stabilità della potenza di uscita sono state piuttosto elevate, il che non diventerà il problema della saldatura laser. La lente focale è il fattore più importante che influenza la qualità della saldatura nel sistema ottico. La lunghezza focale è generalmente compresa tra 127 mm (5 pollici) e 200 mm (7,9 pollici). Una piccola lunghezza focale è utile per ridurre il diametro del punto vita del fascio focalizzato, ma la lunghezza focale troppo piccola è facile da inquinare e danneggiare da schizzi nel processo di saldatura.
Minore è la lunghezza d'onda, maggiore è l'assorbività. In generale, la riflettività dei materiali con una buona conduttività è molto alta. Per il laser YAG, la riflettività dell'argento è del 96%, quella dell'alluminio è del 92%, quella del rame è del 90% e quella del ferro è del 60%. Maggiore è la temperatura, maggiore è l'assorbività, che mostra una relazione lineare; generalmente, fosfato, nerofumo e grafite possono migliorare l'assorbimento.
2) Condizioni del pezzo
La saldatura laser richiede la lavorazione del bordo del pezzo, l'assemblaggio ha un'elevata precisione e il punto è rigorosamente allineato con la saldatura. Inoltre, la precisione di assemblaggio originale e l'allineamento del punto del pezzo non possono essere modificati a causa della deformazione termica della saldatura nel processo di saldatura. Questo perché il punto laser è piccolo e il cordone di saldatura è stretto. Generalmente, non viene aggiunto alcun metallo d'apporto. Se l'assemblaggio non è rigido e lo spazio è troppo grande, la trave può passare attraverso lo spazio e non può fondere il metallo di base o causare evidenti sottosquadri e depressione. Se la deviazione del punto dalla cucitura è leggermente grande, può causare una fusione incompleta o una penetrazione incompleta. Pertanto, la distanza generale del gruppo di testa della piastra e la deviazione della cucitura a punti non devono essere maggiori di 0,1 mm, il disallineamento non deve essere maggiore di 0,2 mm. Nella produzione effettiva, a volte la tecnologia di saldatura laser non può essere utilizzata perché non può soddisfare questi requisiti. Per ottenere un buon effetto di saldatura, lo spazio di testa e di sovrapposizione ammissibile deve essere controllato entro il 10% dello spessore della lamiera.
Il successo della saldatura laser richiede uno stretto contatto tra il substrato da saldare. Ciò richiede un serraggio accurato delle parti per ottenere risultati ottimali. Questo è difficile da fare sul materiale di base sottile del capocorda, perché è soggetto a flessione e disallineamento, specialmente quando il capocorda è incorporato in un modulo o modulo batteria di grandi dimensioni.
3) Parametri di saldatura laser
(1) La densità di potenza del punto laser è il fattore più importante che influenza la modalità di saldatura laser e la stabilità della formatura della saldatura. L'influenza della densità di potenza del punto laser sulla modalità di saldatura e sulla stabilità della formatura della saldatura è la seguente: con la densità di potenza del punto laser che aumenta da piccola a grande, l'ordine è saldatura a conducibilità termica stabile, modalità di saldatura instabile e saldatura a penetrazione profonda stabile.
La densità di potenza del punto laser è determinata principalmente dalla potenza del laser e dalla posizione di messa a fuoco del raggio quando la modalità del raggio e la lunghezza focale sono fisse. La densità di potenza del laser è proporzionale alla potenza del laser. Quando il fuoco della trave si trova in una determinata posizione sotto la superficie del pezzo (1-2 mm, a seconda dello spessore e dei parametri), è possibile ottenere la saldatura ottimale. Deviando dalla posizione di messa a fuoco ottimale, il punto luminoso sulla superficie del pezzo diventerà più grande, riducendo la densità di potenza. Ad un certo intervallo, provocherà il cambiamento della forma del processo di saldatura.
Solo quando la velocità di saldatura è troppo alta, il processo di saldatura a penetrazione profonda stabile non può essere mantenuto a causa del piccolo apporto di calore. Nella saldatura effettiva, la saldatura stabile a penetrazione profonda o la saldatura a conduzione termica stabile dovrebbero essere selezionate in base ai requisiti di penetrazione della saldatura e la modalità di saldatura instabile dovrebbe essere assolutamente evitata.
(2) Nella gamma di saldatura a penetrazione profonda, l'influenza dei parametri di saldatura sulla penetrazione: nella gamma di saldatura a penetrazione profonda stabile, maggiore è la potenza del laser, maggiore è la penetrazione, che è di circa 0,7 potenza; e maggiore è la velocità di saldatura, minore è la penetrazione. Ad una certa potenza del laser e velocità di saldatura, la penetrazione è massima quando il fuoco è nella posizione migliore. Se il focus si è discostato da questa posizione, la penetrazione diminuisce e diventa addirittura instabile saldatura o stabile saldatura a conduzione termica.
(3) La funzione principale della protezione del gas è quella di proteggere il pezzo in lavorazione dall'ossidazione durante la saldatura, per proteggere la lente di messa a fuoco dall'inquinamento da vapori metallici e dallo sputtering di goccioline di liquido, per disperdere il plasma prodotto dalla saldatura laser ad alta potenza, per raffreddare il pezzo e per ridurre l'area interessata dal calore.
L'argon o l'elio viene solitamente utilizzato come gas protettivo. L'azoto può essere utilizzato per coloro con requisiti di qualità apparente bassi. La tendenza dell'elio a produrre plasma è diversa: l'elio ha un volume di ionizzazione più elevato e una conduzione del calore più rapida. Nelle stesse condizioni, il gas ha una minore tendenza a produrre plasma rispetto all'argon, quindi può ottenere una maggiore profondità di fusione. In un certo intervallo, con l'aumento della portata del gas protettivo, aumenta la tendenza a sopprimere il plasma, quindi la profondità di fusione aumenta, ma tende ad essere stabile quando aumenta fino a un certo intervallo.
(4) Analisi sul monitoraggio di ogni parametro: tra i quattro parametri di saldatura, la velocità di saldatura e il flusso del gas di protezione sono facili da monitorare e mantenere stabili, mentre la potenza del laser e la posizione del fuoco sono i parametri che possono fluttuare e sono difficili da monitorare nel processo di saldatura. Sebbene l'uscita di potenza del laser dal laser sia altamente stabile e facile da monitorare, a causa della perdita della guida della luce e del sistema di messa a fuoco, la potenza del laser che arriva al pezzo cambierà e questa perdita è correlata alla qualità del pezzo ottico, tempo di servizio e inquinamento superficiale, quindi non è facile da monitorare e diventa un fattore incerto della qualità della saldatura. La posizione del fuoco del raggio è uno dei fattori più difficili da monitorare e controllare, che ha una grande influenza sulla qualità della saldatura. Allo stato attuale, è necessario determinare la posizione di messa a fuoco appropriata mediante regolazione manuale e ripetuti test di processo al fine di ottenere la penetrazione ideale. Ma nel processo di saldatura, a causa della deformazione del pezzo in lavorazione, dell'effetto lente termica o della saldatura multidimensionale della curva spaziale, la posizione di messa a fuoco cambierà e potrebbe superare l'intervallo consentito.
Per i due casi precedenti, da un lato, devono essere utilizzati e mantenuti regolarmente elementi ottici di alta qualità e alta stabilità per prevenire l'inquinamento e mantenerli puliti; d'altra parte, il metodo di monitoraggio e controllo in tempo reale del processo di saldatura laser dovrebbe essere sviluppato per ottimizzare i parametri e monitorare il processo di saldatura.Può ottenere il cambiamento della potenza del laser e la posizione di messa a fuoco del pezzo in lavorazione, realizzare il controllo a circuito chiuso, e migliorare l'affidabilità e la stabilità della qualità della saldatura laser.
Infine, è importante notare che la saldatura laser è un processo di fusione. Ciò significa che entrambi i substrati si sciolgono durante la saldatura laser. Questo processo è molto veloce, quindi l'apporto di calore complessivo è basso. Ma poiché si tratta di un processo di fusione, è possibile formare composti intermetallici fragili ad alta resistenza durante la saldatura di materiali diversi. La combinazione di alluminio e rame è particolarmente facile per formare composti intermetallici. Questi composti hanno dimostrato di avere effetti negativi sulle proprietà elettriche e meccaniche a breve termine del giunto di apparecchiature microelettroniche. L'influenza di questi composti intermetallici sulle prestazioni a lungo termine delle batterie al litio è incerta.