Hitsausmenetelmien ja -prosessien valinta akkujen valmistusprosessissa vaikuttaa suoraan akun hintaan, laatuun, turvallisuuteen ja sakeuteen.
1 Laserhitsauksen periaate
Laserhitsauksessa on käytettävä lasersäteen erinomaista suuntaavuutta ja suurta tehotiheyttä. Lasersäde kohdistetaan pienelle alueelle optisen järjestelmän kautta. Hyvin lyhyessä ajassa hitsatulle osalle muodostuu suuri energiakonsentraation omaava lämmönlähde-alue, niin että hitsattu esine sulaa ja muodostuu kiinteä juotospala ja hitsaus.
2 laserhitsaustyypit
Laserlämmönjohtohitsaus, lasersäde sulattaa työkappaleen pinnan saumaa pitkin, ja sula materiaali sulautuu ja kiinteytyy muodostaen hitsin. Sitä käytetään pääasiassa suhteellisen ohuisiin materiaaleihin. Materiaalien suurinta hitsaussyvyyttä rajoittaa sen lämmönjohtavuus, ja hitsin leveys on aina suurempi kuin hitsisyvyys.
Syvä tunkeumahitsaus, kun suuritehoinen laser kerääntyy metallin pinnalle, lämpöä ei voi menettää, ja hitsaussyvyys syvenee huomattavasti. Tämä hitsaustekniikka on syvälle tunkeutuva hitsaus. Suuren prosessointinopeuden, pienen lämpöalueen ja vähäisten vääristymien takia syvätunkeutumistekniikkaa voidaan käyttää syvähitsaukseen tai useiden tietokerrosten hitsaamiseen.
Tärkein ero lämmönjohtohitsauksen ja syvälle tunkeutuvan hitsauksen välillä on metallin pintaan kohdistuva tehotiheys aikayksikössä, ja kriittinen arvo on erilainen eri metalleille.
Läpäisyhitsaus ja saumahitsaus
Hitsaamalla liitoskappale ei tarvitse lävistystä, ja käsittely on suhteellisen yksinkertaista. Tunkeutumishitsaukseen tarvitaan suuritehoista laserhitsaajaa. Tunkeutumishitsauksen tunkeutumissyvyys on pienempi kuin saumahitsauksen, ja luotettavuus on suhteellisen heikko.
Saumahitsaukseen tarvitaan vain vähemmän hitsausta kuin tunkeumahitsauksessa. Saumahitsauksen tunkeuma on korkeampi kuin tunkeutumisen, ja luotettavuus on suhteellisen hyvä. Mutta liitoskappale on rei'itettävä, joten sitä on suhteellisen vaikea käsitellä.
Pulssihitsaus ja jatkuva hitsaus
1) Pulssimoodihitsaus
Laserhitsauksessa tulisi valita sopiva hitsauksen aaltomuoto. Yleisimmin käytetyt pulssin aaltomuodot ovat neliöaalto, huippuaalto, bimodaalinen aalto ja niin edelleen. Alumiiniseoksen pinnan heijastavuus valoon on liian korkea. Kun korkean intensiteetin lasersäde osuu materiaalin pintaan, 60% - 98% metallipinnan laserenergiasta menetetään heijastuksen vuoksi ja heijastavuus muuttuu pinnan lämpötilan mukaan. Yleensä alumiiniseosta hitsattaessa paras valinta on terävä aalto ja bimodaalinen aalto. Tällaisella hitsausaaltomuodolla on pidempi pulssin leveys alaosassa, mikä voi vähentää huokosten ja halkeamien syntymistä.
Pulssilaserhitsausnäyte
Alumiiniseoksen korkean heijastavuuden vuoksi laseriin, jotta estetään lasersäteen aiheuttamat pystysuuntaiset heijastukset ja vahingoittamasta lasertarkennuspeiliä, hitsaussauma taipuu yleensä tietyssä kulmassa hitsausprosessissa. Juotosliitoksen ja tehokkaan liitospinnan halkaisija kasvaa laserin kallistuskulman kasvaessa. Kun laserin kaltevuuskulma on 40 astetta, voidaan saavuttaa suurin juotosliitos ja tehokas liitospinta. Hitsauksen tunkeutuminen ja tehokas tunkeutuminen vähenevät laserin kallistuskulman myötä. Kun laserin kaltevuuskulma on yli 60 astetta, hitsin tehollinen tunkeutuminen laskee nollaan. Siksi hitsin tunkeutumista ja leveyttä voidaan lisätä kallistamalla hitsattua liitosta tiettyyn kulmaan.
Lisäksi hitsattaessa, kun hitsiksi tulee raja, lasersäteen tulisi hitsata 65% peitelevystä ja 35% kuoresta, mikä voi tehokkaasti vähentää kannen sulkeutumisongelman aiheuttamaa räjähdystä.
2) Jatkuva hitsaus
Koska jatkuvan laserhitsauksen kuumennusprosessi ei ole kuin pulssikoneen äkillinen jäähdytys ja lämmitys, halkeilutaipumus ei ole kovin ilmeinen hitsauksen aikana. Hitsauksen laadun parantamiseksi käytetään jatkuvaa laserhitsausta. Hitsauspinta on sileä ja tasainen, ilman roiskeita ja vikoja, eikä hitsin sisällä ole halkeamia. Alumiiniseoksen hitsauksessa jatkuvan laserin edut ovat ilmeisiä. Perinteiseen hitsausmenetelmään verrattuna jatkuvalla laserilla on korkea tuotannon hyötysuhde eikä lanka täytetä; pulssilaserhitsaukseen verrattuna se voi ratkaista hitsauksen jälkeiset viat, kuten halkeamat, huokoset, roiskeet jne., varmistaakseen, että alumiiniseoksella on hyvät mekaaniset ominaisuudet hitsauksen jälkeen; se ei putoa hitsauksen jälkeen, ja kiillotuksen määrä hitsauksen jälkeen vähenee, mikä säästää tuotantokustannuksia. Koska CW-laserin piste on kuitenkin suhteellisen pieni, työkappaleen kokoonpanotarkkuuden on oltava suurempi.
Jatkuva laserhitsausnäyte
Virtapariston hitsauksessa hitsausasiantuntijat valitsevat sopivat laser- ja hitsausparametrit asiakkaan akun materiaalin, muodon, paksuuden, vetovoiman vaatimusten mukaan, mukaan lukien hitsausnopeus, aaltomuoto, huippuarvo, hitsauspäiden kallistus kulma jne. kohtuullisten hitsausparametrien asettamiseksi sen varmistamiseksi, että lopullinen hitsausvaikutus täyttää virtaparistojen valmistajien vaatimukset.
3 Laserhitsauksen edut
Sen etuna on keskittynyt energia, korkea hitsaustehokkuus, korkea työstötarkkuus ja suuri hitsin syvyys- ja leveyssuhde. Lasersäde on helppo kohdistaa, kohdistaa ja ohjata optisilla instrumenteilla. Se voidaan sijoittaa sopivalle etäisyydelle työkappaleesta ja ohjata uudelleen työkappaleen ympärillä olevien kiinnikkeiden tai esteiden väliin. Muita hitsaussääntöjä ei voida käyttää yllä olevien tilarajoitusten vuoksi.
Hitsausenergiaa voidaan hallita tarkasti, hitsausvaikutus on vakaa ja hitsauksen ulkonäkö on hyvä;
Kosketukseton hitsaus, optisen kuidun siirto, hyvä saavutettavuus, korkea automaatioaste. Hitsaamalla ohutta materiaalia tai halkaisijaltaan hienohkoista lankaa ei ole ongelmia sulattaa uudelleen kuten kaarihitsaus. Koska virtalähteenä käytettävä kenno noudattaa GG: n "kevyt GG" -periaatetta, se on yleensä valmistettu GG: stä; alumiinia ja sen on oltava&"ohuempi GG". Yleensä kuoren, kannen ja pohjan on oltava alle 1,0 mm. Tällä hetkellä päävalmistajien perusmateriaalipaksuus on noin 0,8 mm.
Se voi tarjota erittäin lujaa hitsausta erilaisille materiaaliyhdistelmille, erityisesti hitsattaessa kuparimateriaalien ja alumiinimateriaalien välillä. Tämä on myös ainoa tekniikka, jolla voidaan hitsata nikkelipinnoitus kuparimateriaaleihin.
4 laserhitsauksen vaikeudet
Tällä hetkellä alumiiniseoskotelon akun kuori muodostaa yli 90% koko akusta. Hitsauksen vaikeus on, että alumiiniseoksen heijastavuus laseriin on erittäin korkea ja huokoisuuden herkkyys hitsausprosessissa korkea. Joitakin ongelmia ja vikoja tulee väistämättä esiin hitsausprosessissa, joista tärkeimpiä ovat huokoisuus, kuuma halkeilu ja räjähdys.
Alumiiniseoksen laserhitsauksessa on kahta päätyyppistä huokoisuutta: vetyhuokoisuus ja kuplan puhkeamisen aiheuttama huokoisuus. Koska laserhitsauksen jäähdytysnopeus on liian nopea, vetyhuokoisuusongelma on vakavampi, ja laserhitsauksessa on myös sellaisia reikiä, jotka johtuvat pienten reikien romahtamisesta.
Lämmön halkeamien ongelma. Alumiiniseos on tyypillinen eutektinen seos, joka on altis kuumille halkeamille hitsauksen aikana, mukaan lukien hitsauskiteytymishalkeamat ja HAZ-nesteytyshalkeamat. Hitsausvyöhykkeellä tapahtuvan koostumuksen erottelun vuoksi tapahtuu eutektista erottelua ja viljan raja sulaa. Stressin vaikutuksesta viljan rajaan muodostuu nesteytyshalkeamia, jotka heikentävät hitsatun liitoksen suorituskykyä.
Räjähdys (tunnetaan myös nimellä roiskeina) ongelma. On monia tekijöitä, jotka aiheuttavat räjähdyksen, kuten materiaalin puhtaus, itse materiaalin puhtaus, itse materiaalin ominaisuudet ja niin edelleen, ja laserin stabiilisuudella on ratkaiseva rooli. Kuoren pinta on kupera, ilmareikä ja sisäinen ilmakupla. Tärkein syy on, että kuidun ytimen halkaisija on liian pieni tai laserenergia on asetettu liian suureksi. Se ei ole" parempi palkin laatu, parempi hitsausvaikutus" joidenkin laserlaitetoimittajien julkaisemat. Hyvä säteen laatu soveltuu päällystehitsaukseen, jossa on suuri tunkeuma. Avain ongelman ratkaisemiseen on löytää oikeat prosessiparametrit.
Muut vaikeudet
Pehmeän käärimisen napakappaleen hitsaamiseksi hitsaustyökaluja tarvitaan erittäin paljon, joten napakenkää on painettava lujasti hitsausvälin varmistamiseksi. Se pystyy toteuttamaan S-muodon, spiraalin muodon ja muiden monimutkaisten kappaleiden nopean hitsauksen, lisäämään hitsisauman pinta-alaa ja vahvistamaan hitsauslujuutta samanaikaisesti.
Sylinterimäisten kennojen hitsausta käytetään pääasiassa positiivisten elektrodien hitsaukseen. Koska negatiivisen elektrodin kuori on ohut, se on erittäin helppo hitsata läpi. Esimerkiksi tällä hetkellä jotkut valmistajat käyttävät negatiivisen elektrodin hitsausprosessia, ja positiivinen elektrodi on laserhitsaus.
Kun neliömäinen paristoyhdistelmä hitsataan, napa tai liitoskappale on erittäin saastunut; kun liitoskappale hitsataan, epäpuhtaudet hajoavat, mikä on helppo muodostaa hitsausräjähdyskohtia ja aiheuttaa reikiä; kun napa on ohut ja sen alla on muovisia tai keraamisia rakenneosia, se on helppo hitsata läpi. Kun napa on pieni, on helppo poiketa muovista ja palaa. Älä käytä monikerroksista liitintä, kerrosten välillä on huokosia, sitä ei ole helppo hitsata.
Neliöpariston tärkein hitsausprosessi on kuoren kannen pakkaus, joka voidaan jakaa ylä- ja alakannen hitsaukseen eri asentojen mukaan. Akun pienen koon vuoksi jotkut paristovalmistajat käyttävät GG-lainausta; akkukotelon valmistusprosessi, vain hitsattava yläkansi.
Neliönmuotoisen pariston sivuhitsausnäyte
Neliöparistojen hitsausmenetelmät on jaettu pääasiassa sivuhitsaukseen ja ylähitsaukseen. Sivuhitsauksen tärkein etu on, että sillä on vähemmän vaikutusta kennon sisäpuolelle, eikä roiskeet pääse helposti kuoren sisälle. Koska hitsaus voi aiheuttaa pullistuman, jolla on pieni vaikutus myöhempään kokoonpanoprosessiin, joten sivuhitsausprosessilla on korkeat vaatimukset laserin vakaudelle ja materiaalin puhtaudelle. Koska ylempi hitsausprosessi hitsataan toiselta puolelta, hitsauslaitteiden integrointivaatimukset ovat suhteellisen alhaiset ja massatuotanto on yksinkertaista. Haittoja on kuitenkin kaksi: yksi on se, että pieni roiske voi päästä soluun hitsauksen aikana, ja toinen on, että kuoren etuosaa koskevat korkeat vaatimukset johtavat kustannusongelmaan.
5. Hitsauksen laatuun vaikuttavat tekijät
Laserhitsaus on tärkein menetelmä huippuluokan akkuhitsauksessa. Laserhitsaus on prosessi, jossa työkappaleeseen kohdistuu suurenergistä säteilylasersäteilyä, joka saa käyttölämpötilan nousemaan jyrkästi, ja työkappale sulaa ja muodostaa uudelleen muodostaen pysyvän yhteyden. Laserhitsauksen leikkauslujuus ja repäisylujuus ovat paremmat. Akkuhitsauksen sähkönjohtavuus, lujuus, ilmatiiviys, metallin väsyminen ja korroosionkestävyys ovat tyypillisiä hitsauksen laadunarviointistandardeja.
Laserhitsauksen laatuun vaikuttaa monia tekijöitä. Jotkut niistä ovat erittäin epävakaita ja niillä on huomattava epävakaus. Kuinka nämä parametrit asetetaan ja hallitaan oikein, jotta niitä voidaan hallita oikealla alueella nopealla ja jatkuvalla laserhitsauksella hitsauksen laadun varmistamiseksi. Hitsausmuodostuksen luotettavuus ja vakaus ovat tärkeitä ongelmia, jotka liittyvät laserhitsaustekniikan käytäntöön ja teollistamiseen. Tärkeimmät laserhitsauksen laatuun vaikuttavat tekijät ovat hitsauslaitteet, työkappaleen kunto ja prosessin parametrit.
1) Laserhitsauslaitteet
Kuitulaserhitsauskone virtalähteelle
RS-SWF-80/150 80W&-vahvistin; 150 W: n kuitulaserhitsauskone palvelee korkealaatuisen, nopean laserhitsauksen kysyntää litiumparistokennoille.
Laserin tärkein laatuvaatimus on sädetila, lähtöteho ja vakaus. Valokeila on säteen laadun pääindeksi. Mitä matalampi säteilymoodin järjestys on, sitä parempi valonsäteen fokusointitulos on, sitä pienempi kohta, sitä suurempi tehotiheys ja sitä suurempi hitsisyvyys ja leveys samalla laserteholla. Perustila (TEM00) tai matalan tilaustila vaaditaan yleensä, muuten on vaikea täyttää korkealaatuisen laserhitsauksen vaatimukset. Tällä hetkellä kotimaisten lasereiden on vaikea käyttää laserhitsauksessa säteen laadun ja tehon vakauden kannalta. Vieras tilanteesta lasersäteen laatu ja lähtötehon vakaus ovat olleet melko korkeat, mistä ei tule laserhitsauksen ongelma. Tarkennuslinssi on tärkein tekijä, joka vaikuttaa optisen järjestelmän hitsauksen laatuun. Polttoväli on yleensä 127 mm (5 tuumaa) - 200 mm (7,9 tuumaa). Pieni polttoväli on hyvä vähentämään kohdennetun säteen vyötäröpisteen halkaisijaa, mutta liian pieni polttoväli on helppo saastuttaa ja vahingoittaa roiskeilla hitsausprosessissa.
Mitä lyhyempi aallonpituus on, sitä suurempi absorptiokyky on. Hyvän johtavuuden omaavien materiaalien heijastavuus on yleensä erittäin korkea. YAG-laserilla hopean heijastavuus on 96%, alumiinin 92%, kuparin 90% ja raudan 60%. Mitä korkeampi lämpötila on, sitä suurempi absorptiokyky on, mikä osoittaa lineaarisen suhteen; yleensä fosfaatti, hiilimusta ja grafiitti voivat parantaa imukykyä.
2) Työkappaleen kunto
Laserhitsaus vaatii työkappaleen reunan käsittelyä, kokoonpanolla on suuri tarkkuus ja piste on tiukasti linjassa hitsin kanssa. Lisäksi työkappaleen alkuperäistä kokoonpanotarkkuutta ja pistekohdistusta ei voida muuttaa hitsausprosessin hitsauksen termisen muodonmuutoksen vuoksi. Tämä johtuu siitä, että lasersäde on pieni ja hitsisauma kapea. Yleensä täyteainetta ei lisätä. Jos kokoonpano ei ole tiukka ja rako on liian suuri, palkki voi kulkea raon läpi eikä voi sulattaa perusmetallia tai aiheuttaa ilmeistä alittamista ja masennusta. Jos pisteen poikkeama saumasta on hieman suuri, se voi aiheuttaa epätäydellisen fuusion tai epätäydellisen tunkeutumisen. Siksi levyn takapuolen yleiskokoonpanovälin ja pistesauman poikkeaman ei tulisi olla suurempi kuin 0,1 mm, vääristymän ei tulisi olla suurempi kuin 0,2 mm. Todellisessa tuotannossa toisinaan laserhitsaustekniikkaa ei voida käyttää, koska se ei voi täyttää näitä vaatimuksia. Hyvän hitsausvaikutuksen saavuttamiseksi sallittua puskuriväliä ja kierrosväliä tulisi hallita 10 prosentin sisällä levyn paksuudesta.
Onnistunut laserhitsaus vaatii tiivistä kosketusta hitsattavan alustan välillä. Tämä edellyttää osien huolellista kiristämistä optimaalisten tulosten saavuttamiseksi. Tätä on vaikea tehdä korvan ohuella pohjamateriaalilla, koska se on taipuvainen taipumaan ja väärään suuntaan, varsinkin kun uloke on upotettu suureen akkumoduuliin tai moduuliin.
3) Laserhitsausparametrit
(1) Lasersäteen tehotiheys on tärkein tekijä, joka vaikuttaa laserhitsaustilaan ja hitsinmuodostuksen vakauteen. Lasersäteen tehotiheyden vaikutus hitsaustilaan ja hitsinmuodostuksen vakauteen on seuraava: Kun laserin pistetehotiheys kasvaa pienestä suureksi, järjestys on vakaa lämmönjohtavuushitsaus, tilan epävakaa hitsaus ja vakaa syvävetohitsaus.
Lasersäteen tehotiheys määräytyy pääasiassa lasertehon ja säteen tarkennusasennon mukaan, kun säteen tila ja polttoväli ovat kiinteät. Lasertehotiheys on verrannollinen lasertehoon. Kun palkin tarkennus on tietyssä asennossa työkappaleen pinnan alapuolella (1-2 mm paksuudesta ja parametreista riippuen), voidaan saavuttaa optimaalinen hitsisauma. Poiketen optimaalisesta tarkennusasennosta, valopiste työkappaleen pinnalla kasvaa, jolloin tehotiheys pienenee. Tietyllä alueella se aiheuttaa hitsausprosessin muodon muutoksen.
Vasta kun hitsausnopeus on liian suuri, vakaa syvä tunkeutumisprosessia ei voida ylläpitää pienen lämmöntuoton vuoksi. Todellisessa hitsauksessa vakaa syvä tunkeumahitsaus tai vakaa lämpöjohtohitsaus tulisi valita hitsauksen tunkeutumisvaatimusten mukaisesti, ja epävakaata hitsaustilaa tulisi ehdottomasti välttää.
(2) Syvän tunkeutumisen hitsausalueella hitsausparametrien vaikutus tunkeutumiseen: vakaan syvän tunkeuman hitsausalueella, mitä suurempi laserteho, sitä suurempi tunkeutuminen on, noin 0,7 tehoa; ja mitä suurempi hitsausnopeus, sitä matalampi tunkeutuminen. Tietyllä laserteholla ja hitsausnopeudella läpäisy on suurin, kun tarkennus on parhaassa asennossa. Jos tarkennus on poikennut tästä asennosta, tunkeutuminen vähenee ja siitä tulee jopa epävakaa hitsaus tai vakaa lämpöjohtohitsaus.
(3) Kaasun suojaamisen päätehtävänä on suojata työkappaletta hitsauksen aikana tapahtuvalta hapettumiselta, suojata tarkennuslinssiä metallihöyrysaasteilta ja nestepisaroiden roiskeilta, hajottaa suuritehoisella laserhitsauksella tuotettua plasmaa, jäähdyttää työkappaletta ja vähentää lämpöalueella.
Argonia tai heliumia käytetään yleensä suojakaasuna. Typpiä voidaan käyttää niille, joilla on matalat näennäiset laatuvaatimukset. Heliumin taipumus tuottaa plasmaa on erilainen: heliumilla on suurempi ionisaatiotilavuus ja nopeampi lämmönjohtavuus. Samoissa olosuhteissa kaasulla on pienempi taipumus tuottaa plasmaa kuin argonilla, joten se voi saada suuremman sulamissyvyyden. Tietyllä alueella suojakaasun virtausnopeuden kasvaessa taipumus plasman tukahduttamiseen kasvaa, joten sulamissyvyys kasvaa, mutta se pyrkii olemaan vakaa, kun se nousee tietylle alueelle.
(4) Kunkin parametrin seurannan analyysi: neljän hitsausparametrin joukossa hitsausnopeutta ja suojakaasuvirtausta on helppo seurata ja pitää vakaina, kun taas laservoima ja tarkennusasento ovat parametreja, jotka voivat vaihdella ja joita on vaikea valvoa hitsausprosessissa. Vaikka laserin laserteho on erittäin vakaa ja sitä on helppo seurata, valonohjaimen ja tarkennusjärjestelmän häviämisen takia työkappaleeseen saapuva laserteho muuttuu, ja tämä menetys liittyy optisen työkappaleen laatuun, käyttöaika ja pintasaaste, joten sitä ei ole helppo seurata ja siitä tulee epävarma hitsauksen laadun tekijä. Säteen kohdistusasento on yksi vaikeimmista seurattavista ja hallittavista tekijöistä, jolla on suuri vaikutus hitsauksen laatuun. Tällä hetkellä on tarpeen määrittää sopiva tarkennusasento manuaalisella säätämällä ja toistuvilla prosessitesteillä ihanteellisen tunkeutumisen saavuttamiseksi. Mutta hitsausprosessissa työkappaleen muodonmuutoksen, termisen linssivaikutuksen tai avaruuskäyrän moniulotteisen hitsauksen vuoksi tarkennusasento muuttuu ja voi ylittää sallitun alueen.
Edellä mainituissa kahdessa tapauksessa toisaalta korkealaatuisia ja erittäin stabiileja optisia elementtejä tulisi käyttää ja ylläpitää säännöllisesti pilaantumisen estämiseksi ja puhtauden säilyttämiseksi. toisaalta laserhitsausprosessin reaaliaikainen seuranta- ja ohjausmenetelmä tulisi kehittää parametrien optimoimiseksi ja hitsausprosessin seuraamiseksi. Se voi saavuttaa työkappaleen lasertehon ja tarkennusasennon muutoksen, toteuttaa suljetun piirin ohjauksen, ja parantaa laserhitsauksen laadun luotettavuutta ja vakautta.
Lopuksi on tärkeää huomata, että laserhitsaus on sulamisprosessi. Tämä tarkoittaa, että molemmat substraatit sulavat laserhitsauksen aikana. Tämä prosessi on erittäin nopea, joten kokonaislämmöntuonti on vähäistä. Mutta koska kyseessä on sulamisprosessi, on mahdollista muodostaa hauraita korkean vastuksen metallien välisiä yhdisteitä hitsattaessa eri materiaaleja. Alumiinin ja kuparin yhdistelmä on erityisen helppo muodostaa metallien välisiä yhdisteitä. Näillä yhdisteillä on osoittautunut olevan kielteisiä vaikutuksia mikroelektronisten laitteiden liitoksen lyhytaikaisiin sähköisiin ja pitkäaikaisiin mekaanisiin ominaisuuksiin. Näiden metallien välisten yhdisteiden vaikutus litiumparistojen pitkän aikavälin suorituskykyyn on epävarma.