Valget av sveisemetoder og prosesser i produksjonsprosessen av strømbatterier vil direkte påvirke kostnadene, kvaliteten, sikkerheten og konsistensen av batteriet.
1 Prinsipp for lasersveising
Lasersveising er å bruke utmerket retningsevne og høy effekttetthet av laserstråle for å fungere. Laserstrålen er fokusert i et lite område gjennom det optiske systemet. På veldig kort tid dannes et varmekildeområde med høy energikonsentrasjon ved den sveisede delen, slik at den sveisede gjenstanden smeltes og en solid loddeforbindelse og sveising dannes.
2 Typer lasersveising
Laser varmeledning sveising, laserstrålen smelter overflaten av arbeidsstykket langs sømmen, og det smeltede materialet konvergerer og stivner for å danne sveisen. Den brukes hovedsakelig til relativt tynne materialer. Den maksimale sveisedybden på materialer er begrenset av dens varmeledningsevne, og sveisebredden er alltid større enn sveisedybden.
Dyp penetrasjonssveising, når laser med høy effekt samles på overflaten av metallet, kan varmen ikke gå tapt, og sveisedybden vil bli sterkt utdypet. Denne sveiseteknologien er dyp penetrasjonssveising. På grunn av høy prosesseringshastighet, lite varmepåvirket område og minimal forvrengning, kan dyp penetrasjon sveiseteknologi brukes til dyp sveising eller sveising av flere lag med data sammen.
Hovedforskjellen mellom varmeledningssveising og dyp penetrasjonssveising er effekttettheten som påføres metalloverflaten i tidsenhet, og den kritiske verdien er forskjellig for forskjellige metaller.
Gjennomtrengningssveising og sømsveising
Gjennom sveising trenger ikke koblingsstykket stansing, og behandlingen er relativt enkel. En lasersveiser med høy effekt er nødvendig for penetrasjonssveising. Gjennomtrengningsdybden til penetrasjonssveising er lavere enn sømsveising, og påliteligheten er relativt dårlig.
Sammenlignet med penetrasjonssveising trenger sømsveising bare mindre lasersveiser. Gjennomtrengningen av sømsveising er høyere enn penetrasjonssveising, og påliteligheten er relativt god. Men koblingsstykket må stanses, så det er relativt vanskelig å behandle.
Pulssveising og kontinuerlig sveising
1) Pulsmodus sveising
Ved lasersveising bør riktig sveisebølgeform velges. De vanligste pulsbølgeformene er firkantbølge, toppbølge, bimodal bølge og så videre. Reflektiviteten til overflaten av aluminiumslegering mot lys er for høy. Når en høyintensiv laserstråle treffer materialoverflaten, vil 60% - 98% av laserenergien på metalloverflaten gå tapt på grunn av refleksjon, og reflektiviteten endres med overflatetemperaturen. Generelt, når det sveises aluminiumslegering, er det beste valget skarp bølge og bimodal bølge. Denne typen sveisebølgeform har en lengre pulsbredde i nedre del, noe som effektivt kan redusere dannelsen av porer og sprekker.
Pulsert lasersveiseprøve
På grunn av den høye reflektiviteten til aluminiumslegering til laser, for å forhindre at laserstrålen forårsaker vertikal refleksjon og skade laserfokuseringsspeilet, blir sveiseskjøten vanligvis avbøyd i en viss vinkel i sveiseprosessen. Diameteren på loddeskjøten og den effektive fugeflaten øker med økningen av laserhelningsvinkelen. Når laservinklingsvinkelen er 40 grader, kan maksimal loddeskjøt og effektiv skjøteflate oppnås. Sveisepenetrasjonen og effektiv penetrasjon avtar med laserhelningsvinkelen. Når laserhelningsvinkelen er større enn 60 grader, reduseres den effektive sveisepenetrasjonen til null. Derfor kan sveiseinntrengningen og bredden økes ved å vippe sveiseskjøten til en viss vinkel.
I tillegg, når sveisingen tar sveisen som grense, bør laserpunktet sveises av 65% av dekkplaten og 35% av skallet, noe som effektivt kan redusere eksplosjonen forårsaket av dekkproblemet.
2) Kontinuerlig modus sveising
Fordi oppvarmingsprosessen med kontinuerlig lasersveising ikke er som den plutselige kjøling og oppvarming av pulsmaskinen, er sprekk tendens ikke veldig tydelig under sveising. For å forbedre kvaliteten på sveisen, blir kontinuerlig lasersveising vedtatt. Sveiseflaten er glatt og jevn, uten sprut og mangler, og det finnes ingen sprekker inne i sveisen. Ved sveising av aluminiumslegering er fordelene med kontinuerlig laser åpenbare. Sammenlignet med den tradisjonelle sveisemetoden har kontinuerlig laser høy produksjonseffektivitet og ingen trådfylling; sammenlignet med pulslasersveising, kan den løse feilene etter sveising, for eksempel sprekker, porer, sprut, etc., for å sikre at aluminiumslegering har gode mekaniske egenskaper etter sveising; det vil ikke synke etter sveising, og mengden polering etter sveising er redusert, noe som sparer produksjonskostnadene. Men fordi flekken på CW-laseren er relativt liten, må arbeidsstykkets monteringsnøyaktighet være høyere.
Kontinuerlig lasersveiseprøve
Ved sveising av strømbatteri vil sveiseteknikerne velge de riktige laser- og sveiseparametrene i henhold til kundens' s batterimateriale, form, tykkelse, krav til strekkraft, inkludert sveisehastighet, bølgeform, toppverdi, sveisehodehelling vinkel osv. for å stille rimelige sveiseparametere, slik at den endelige sveiseeffekten oppfyller kravene fra produsenter av strømbatterier.
3 Fordeler med lasersveising
Det har fordelene med konsentrert energi, høy sveiseeffektivitet, høy maskineringsnøyaktighet og et stort dybdebreddeforhold for sveisen. Laserstrålen er lett å fokusere, justere og lede av optiske instrumenter. Den kan plasseres i passende avstand fra arbeidsstykket og kan føres på nytt mellom klemmene eller hindringene rundt arbeidsstykket. Andre sveiseregler kan ikke spille på grunn av de ovennevnte plassbegrensningene.
Sveiseenergien kan kontrolleres nøyaktig, sveiseeffekten er stabil og sveiseutseendet er bra;
Berøringsfri sveising, overføring av optisk fiber, god tilgjengelighet, høy grad av automatisering. Når du sveiser tynt materiale eller tråd med fin diameter, vil det ikke være noen problemer med å smelte på nytt som lysbuesveising. Fordi cellen som brukes til strømbatteri følger prinsippet om" lett" ;, er den vanligvis laget av" lett" aluminium og må være" tynnere" ;. Generelt kreves det at skall, deksel og bunn er mindre enn 1,0 mm. For tiden er den grunnleggende materialtykkelsen til vanlige produsenter ca. 0,8 mm.
Det kan gi sveising med høy styrke for forskjellige materialkombinasjoner, spesielt for sveising mellom kobbermaterialer og aluminiumsmaterialer. Dette er også den eneste teknologien som kan sveise nikkelbelegg til kobbermaterialer.
4 Vanskeligheter med lasersveising
For tiden utgjør aluminiumslegeringsbatteriets skall mer enn 90% av hele strømbatteriet. Vanskeligheten med sveising er at reflektiviteten til aluminiumslegering til laseren er veldig høy, og følsomheten til porøsitet er høy i sveiseprosessen. Noen problemer og mangler vil uunngåelig dukke opp i sveiseprosessen, hvorav de viktigste er porøsitet, varm sprekk og eksplosjon.
Det er to hovedtyper av porøsitet ved lasersveising av aluminiumslegering: hydrogenporøsitet og porøsitet forårsaket av boblesprengning. Fordi kjølehastigheten til lasersveising er for rask, er problemet med hydrogenporøsitet mer alvorlig, og det er også slags hull på grunn av kollaps av små hull i lasersveising.
Varme sprekker problem. Aluminiumslegering er en typisk eutektisk legering, som er utsatt for varme sprekker under sveising, inkludert sveisekrystalliseringssprekker og HAZ-kondenseringssprekker. På grunn av komposisjonssegregeringen i sveisesonen vil eutektisk segregering forekomme og korngrensesmelting vil forekomme. Under påvirkning av stress vil det dannes væskesprekker ved korngrensen, noe som vil redusere ytelsen til den sveisede skjøten.
Eksplosjonsproblem (også kjent som sprut). Det er mange faktorer som forårsaker eksplosjonen, for eksempel materialets renhet, materialets renhet, egenskapene til selve materialet og så videre, og stabiliteten til laseren spiller en avgjørende rolle. Overflaten på skallet er konveks, lufthullet og den indre luftboblen. Hovedårsaken er at fiberkjernediameteren er for liten eller at laserenergien er satt for høyt. Det er ikke" bedre strålekvalitet, bedre sveiseeffekt" offentliggjort av noen leverandører av laserutstyr. God bjelkekvalitet er egnet for overleggssveising med stor gjennomtrengning. Nøkkelen til å løse problemet er å finne de riktige prosessparametrene.
Andre vanskeligheter
For sveising av myk omslagspolare er sveiseverktøy sterkt påkrevd, så polarknappen må presses godt ned for å sikre sveiseavstanden. Det kan realisere høyhastighets sveising av S-form, spiralform og andre komplekse spor, øke sveiseskjøtearealet og styrke sveisestyrken samtidig.
Sveisingen av de sylindriske cellene brukes hovedsakelig til sveising av de positive elektrodene. Fordi skallet på den negative elektroden er tynt, er det veldig lett å sveise gjennom. For eksempel bruker for tiden noen produsenter den negative prosessen med sveising av elektroder, og den positive elektroden er lasersveising.
Når den firkantede batterikombinasjonen er sveiset, er stangen eller forbindelsesstykket sterkt forurenset. når koblingsstykket er sveiset, spaltes forurensningene, noe som er lett å danne eksplosjonspunkter for sveising og forårsake hull; når stangen er tynn og det er plast- eller keramikkdeler under den, er den lett å sveise gjennom. Når stangen er liten, er det lett å avvike fra plasten og brenne ut. Ikke bruk en flerlagskontakt, det er porer mellom lagene, det er ikke lett å sveise.
Den viktigste sveiseprosessen med firkantet batteri er emballasje av skalldeksel, som kan deles inn i sveising av toppdeksel og bunndeksel i henhold til forskjellige posisjoner. På grunn av den lille størrelsen på batteriet bruker noen batteriprodusenter" dyptegning" prosessen for å produsere batteriskallet, trenger bare å sveise toppdekselet.
Sidesveiseprøve av firkantet strømbatteri
Sveisemetodene til firkantede batterier er hovedsakelig delt inn i sidesveising og toppsveising. Hovedfordelen med sidesveising er at den har mindre innflytelse på innsiden av cellen, og spruten vil ikke lett komme inn i skallet. Fordi sveisen kan forårsake en bule, noe som vil ha en liten innvirkning på den påfølgende monteringsprosessen, slik at sidesveiseprosessen har høye krav til stabiliteten til laseren og materialets renhet. Fordi den øverste sveiseprosessen er sveiset på den ene siden, er kravene til integrasjon av sveiseutstyr relativt lave, og masseproduksjonen er enkel. Imidlertid er det to ulemper: den ene er at litt sprut kan komme inn i cellen under sveising, og den andre er at de høye kravene til frontdelen av skallet vil føre til kostnadsproblemet.
5. Faktorer som påvirker sveisekvaliteten
Lasersveising er den viktigste metoden for high-end batterisveising. Lasersveising er en prosess med høyenergistråle laserstråling på arbeidsstykket, som får arbeidstemperaturen til å stige kraftig, og arbeidsstykket smelter og kobles til igjen for å danne en permanent forbindelse. Skjærstyrken og rivemotstanden til lasersveising er bedre. Elektrisk ledningsevne, styrke, lufttetthet, metallutmattelse og korrosjonsmotstand ved batterisveising er typiske standarder for evaluering av sveisekvalitet.
Det er mange faktorer som påvirker kvaliteten på lasersveising. Noen av dem er veldig ustabile og har betydelig ustabilitet. Hvordan sette og kontrollere disse parametrene riktig, slik at de kan kontrolleres i riktig område i høyhastighets og kontinuerlig lasersveiseprosess for å sikre sveisekvaliteten. Påliteligheten og stabiliteten til sveiseforming er viktige problemer knyttet til praktisk og industrialisering av lasersveiseteknologi. De viktigste faktorene som påvirker kvaliteten på lasersveising er sveiseutstyr, arbeidsemnets tilstand og prosessparametere.
1) Lasersveiseutstyr
Fiberlasersveisemaskin for strømbatteri
RS-SWF-80/150 80W&forsterker; 150W fiberlasersveisemaskin imøtekommer behovet for høyhastighets lasersveising av litiumbatterieceller.
Det viktigste kvalitetskravet til laser er strålemodus, utgangseffekt og stabilitet. Strålemodus er hovedindeksen for strålekvalitet. Jo lavere rekkefølgen strålemodus er, desto bedre strålefokuseringsytelse, jo mindre flekk, jo høyere effekttetthet, og jo større er sveisedybden og bredden under samme laserkraft. Grunnleggende modus (TEM00) eller lavordermodus er vanligvis nødvendig, ellers er det vanskelig å oppfylle kravene til lasersveising av høy kvalitet. For tiden er det vanskelig for innenlandske lasere å bli brukt i lasersveising når det gjelder strålekvalitet og kraftutgangsstabilitet. Fra den utenlandske situasjonen har laserstrålekvaliteten og utgangseffektstabiliteten vært ganske høy, noe som ikke vil bli problemet med lasersveising. Fokuslinse er den viktigste faktoren som påvirker sveisekvaliteten i det optiske systemet. Brennvidden er vanligvis mellom 127 mm (5 tommer) og 200 mm (7,9 tommer). En liten brennvidde er bra for å redusere midjepunktdiameteren på den fokuserte strålen, men den for lille brennvidden er lett å bli forurenset og ødelagt av sprut i sveiseprosessen.
Jo kortere bølgelengden er, jo høyere er absorpsjonsevnen. Generelt er reflektiviteten til materialer med god ledningsevne veldig høy. For YAG-laser er reflektiviteten til sølv 96%, aluminiums 92%, kobber 90% og jern 60%. Jo høyere temperaturen er, jo høyere er absorpsjonsevnen, og viser et lineært forhold; generelt kan fosfat, karbon svart og grafitt forbedre absorpsjonsevnen.
2) Arbeidsemnets tilstand
Lasersveising krever behandling av kanten på arbeidsstykket, monteringen har høy nøyaktighet, og flekken er strengt justert med sveisen. Videre kan den opprinnelige monteringsnøyaktigheten og punktjusteringen av arbeidsstykket ikke endres på grunn av sveisetermisk deformasjon i sveiseprosessen. Dette er fordi laserflekken er liten og sveisesømmen er smal. Generelt tilsettes ikke noe fyllstoff. Hvis monteringen ikke er streng og gapet er for stort, kan bjelken passere gjennom gapet og kan ikke smelte basismetallet, eller forårsake åpenbar underskjæring og depresjon. Hvis flekkets avvik fra sømmen er litt stort, kan det føre til ufullstendig fusjon eller ufullstendig inntrengning. Derfor bør det generelle avstanden på platestøtten og flekkavviket ikke være større enn 0,1 mm, feiljustering bør ikke være større enn 0,2 mm. I faktisk produksjon kan noen ganger ikke laser sveiseteknologi brukes fordi den ikke kan oppfylle disse kravene. For å oppnå en god sveiseeffekt, bør det tillatte stussgapet og fanggapet kontrolleres innen 10% av arktykkelsen.
Vellykket lasersveising krever nær kontakt mellom underlaget som skal sveises. Dette krever nøye stramming av delene for optimale resultater. Dette er vanskelig å gjøre på det tynne basismaterialet på tappen, fordi det er utsatt for bøying og feiljustering, spesielt når tappen er innebygd i en stor batterimodul eller -modul.
3) Lasersveiseparametere
(1) Effekttettheten til laserflekk er den viktigste faktoren som påvirker lasersveisemodus og sveiseformingsstabilitet. Påvirkningen av lasertoneeffektdensitet på sveisemodus og sveisedannelsesstabilitet er som følger: med lasertoneeffekttettheten som øker fra liten til stor, er rekkefølgen stabil varmeledningsevnesveising, modus ustabil sveising og stabil dyp penetrasjonssveising.
Strømtettheten til laserpunktet bestemmes hovedsakelig av laserkraften og strålens fokusposisjon når strålemodus og brennvidde er fast. Laserstrømtettheten er proporsjonal med laserkraften. Når fokus på bjelken er i en viss posisjon under overflaten til arbeidsstykket (1-2 mm, avhengig av tykkelse og parametere), kan den optimale sveisen oppnås. Avvik fra den optimale fokusposisjonen, vil lyspunktet på overflaten til arbeidsstykket bli større, og føre til at effekttettheten blir mindre. Til et bestemt område vil det føre til endring av sveiseprosessformen.
Bare når sveisehastigheten er for høy, kan den stabile sveiseprosessen for dyp penetrasjon ikke opprettholdes på grunn av den lille varmeinngangen. Ved faktisk sveising skal stabil dyp penetrasjonssveising eller stabil termisk ledningsveising velges i henhold til kravene til penetrasjon av sveisingen, og ustabil sveisemodus bør absolutt unngås.
(2) I området med dyp penetrasjonssveising, påvirkning av sveiseparametere på penetrasjonen: i området stabil dyp penetrasjonssveising, jo høyere lasereffekt, jo større er penetrasjonen, som er omtrent 0,7 effekt; og jo høyere sveisehastighet, desto lavere penetrasjon. Ved en viss laserkraft og sveisehastighet er penetrasjonen størst når fokuset er i den beste posisjonen. Hvis fokuset har avviket fra denne posisjonen, reduseres gjennomtrengningen og blir til og med ustabil sveising eller stabil termisk ledningssveising.
(3) Hovedfunksjonen med å beskytte gass er å beskytte arbeidsstykket mot oksidasjon under sveising, for å beskytte fokuslinsen mot metalldampforurensning og væskedråpesprutring, for å spre plasma produsert av lasersveising med høy effekt, for å avkjøle arbeidsstykket og redusere det varmepåvirkede området.
Argon eller helium brukes vanligvis som beskyttelsesgass. Nitrogen kan brukes til de med lav tilsynelatende kvalitetskrav. Heliums tendens til å produsere plasma er forskjellig: helium har et høyere ioniseringsvolum og raskere varmeledning. Under de samme forholdene har gassen en mindre tendens til å produsere plasma enn argon, slik at den kan oppnå en større smeltedybde. I et bestemt område, med økningen i beskyttelsesgassens strømningshastighet, øker tendensen til å undertrykke plasma, slik at smeltedybden øker, men den har en tendens til å være stabil når den øker til et bestemt område.
(4) Analyse av overvåking av hver parameter: blant de fire sveiseparametrene er sveisehastigheten og beskyttelsesgassstrømmen enkle å overvåke og holde seg stabile, mens lasereffekten og fokusposisjonen er parametrene som kan svinge og er vanskelige å overvåke i sveiseprosessen. Selv om lasereffekten fra laseren er svært stabil og lett å overvåke, på grunn av tap av lysstyring og fokuseringssystem, vil laserkraften som kommer til arbeidsstykket endres, og dette tapet er relatert til kvaliteten på det optiske arbeidsstykket, brukstid og overflateforurensning, så det er ikke lett å overvåke og blir en usikker faktor for sveisekvalitet. Strålens fokusposisjon er en av de vanskeligste faktorene å overvåke og kontrollere, noe som har stor innflytelse på sveisekvaliteten. For øyeblikket er det nødvendig å bestemme riktig fokusposisjon ved manuell justering og gjentatte prosesstester for å oppnå den ideelle penetrasjonen. Men i sveiseprosessen, på grunn av deformasjon av arbeidsstykket, termisk linseeffekt eller flerdimensjonal sveising av den romlige kurven, vil fokusposisjonen endres og kan overskride det tillatte området.
For de to ovennevnte tilfellene, på den ene siden, bør optiske elementer av høy kvalitet og høy stabilitet brukes og vedlikeholdes regelmessig for å forhindre forurensning og holde rene; på den annen side bør sanntidsovervåkings- og kontrollmetoden for lasersveiseprosessen utvikles for å optimalisere parametere og overvåke sveiseprosessen. Det kan oppnå endring av laserkraft og fokusposisjon på arbeidsstykket, realisere lukket sløyfekontroll, og forbedre påliteligheten og stabiliteten til lasersveisekvaliteten.
Til slutt er det viktig å merke seg at lasersveising er en smelteprosess. Dette betyr at begge underlag smelter under lasersveising. Denne prosessen er veldig rask, så den totale varmetilførselen er lav. Men fordi det er en smelteprosess, er det mulig å danne sprø intermetalliske forbindelser med høy motstand når man sveiser forskjellige materialer. Kombinasjonen av aluminium og kobber er spesielt lett å danne intermetalliske forbindelser. Disse forbindelsene har vist seg å ha negative effekter på de kortsiktige elektriske og langsiktige mekaniske egenskapene til skjøten til mikroelektronisk utstyr. Innflytelsen av disse intermetalliske forbindelsene på den langsiktige ytelsen til litiumbatterier er usikker.