La soudure au laser
Ces dernières années, grâce au développement rapide de la nouvelle industrie de l'énergie, le soudage au laser a rapidement pénétré l'ensemble de la nouvelle industrie de l'énergie en raison de ses avantages rapides et stables.Parmi eux, les équipements de soudage laser représentent la proportion la plus élevée d'applications dans l'ensemble du secteur des nouvelles énergies.
Le soudage au laser est rapidement devenu le premier choix dans tous les domaines en raison de sa vitesse rapide, de sa grande profondeur et de sa faible déformation.Des soudures par points aux soudures bout à bout, en passant par les soudures de reconstitution et de scellement, le soudage au laser offre une précision et un contrôle inégalés.Il joue un rôle important dans la production et la fabrication industrielles, notamment dans l'industrie militaire, les soins médicaux, l'aérospatiale, les pièces automobiles 3C, la tôlerie mécanique, les nouvelles énergies et d'autres industries.
Comparé à d’autres technologies de soudage, le soudage laser présente des avantages et des inconvénients uniques.
Avantage:
1. Vitesse rapide, grande profondeur et petite déformation.
2. Le soudage peut être effectué à température normale ou dans des conditions particulières, et l'équipement de soudage est simple.Par exemple, un faisceau laser ne dérive pas dans un champ électromagnétique.Les lasers peuvent souder sous vide, dans l'air ou dans certains environnements gazeux, et peuvent souder des matériaux à travers le verre ou transparents au faisceau laser.
3. Il peut souder des matériaux réfractaires tels que le titane et le quartz, et peut également souder des matériaux différents avec de bons résultats.
4. Une fois le laser focalisé, la densité de puissance est élevée.Le rapport hauteur/largeur peut atteindre 5:1 et jusqu'à 10:1 lors du soudage d'appareils à haute puissance.
5. Un micro-soudage peut être effectué.Une fois le faisceau laser focalisé, un petit point peut être obtenu et positionné avec précision.Il peut être appliqué à l’assemblage et au soudage de micro et petites pièces pour réaliser une production de masse automatisée.
6. Il peut souder des zones difficiles d'accès et effectuer un soudage longue distance sans contact, avec une grande flexibilité.Surtout ces dernières années, la technologie de traitement laser YAG a adopté la technologie de transmission par fibre optique, ce qui a permis à la technologie de soudage laser d'être plus largement promue et appliquée.
7. Le faisceau laser est facile à diviser dans le temps et dans l'espace, et plusieurs faisceaux peuvent être traités simultanément à plusieurs endroits, offrant ainsi les conditions d'un soudage plus précis.
Défaut:
1. La précision d'assemblage de la pièce doit être élevée et la position de la poutre sur la pièce ne peut pas être déviée de manière significative.En effet, la taille du point laser après la focalisation est petite et le cordon de soudure est étroit, ce qui rend difficile l'ajout de matériaux métalliques d'apport.Si la précision d'assemblage de la pièce ou la précision de positionnement de la poutre ne répond pas aux exigences, des défauts de soudage sont susceptibles de se produire.
2. Le coût des lasers et des systèmes associés est élevé et l’investissement ponctuel est important.
Défauts courants de soudage au laser dans la fabrication de batteries au lithium
1. Porosité du soudage
Les défauts courants du soudage laser sont les pores.Le bain de fusion fondu est profond et étroit.Pendant le processus de soudage au laser, l’azote envahit le bain de fusion depuis l’extérieur.Pendant le processus de refroidissement et de solidification du métal, la solubilité de l’azote diminue avec la diminution de la température.Lorsque le métal fondu de la piscine refroidit pour commencer à cristalliser, la solubilité chutera brusquement et soudainement.A ce moment, une grande quantité de gaz va précipiter pour former des bulles.Si la vitesse de flottement des bulles est inférieure à la vitesse de cristallisation du métal, des pores seront générés.
Dans les applications de l'industrie des batteries au lithium, nous constatons souvent que des pores sont particulièrement susceptibles de se former lors du soudage de l'électrode positive, mais rarement lors du soudage de l'électrode négative.En effet, l’électrode positive est en aluminium et l’électrode négative est en cuivre.Pendant le soudage, l'aluminium liquide à la surface s'est condensé avant que le gaz interne ne déborde complètement, empêchant le gaz de déborder et de former des trous grands et petits.Petits stomates.
En plus des causes des pores mentionnées ci-dessus, les pores incluent également l'air extérieur, l'humidité, l'huile de surface, etc. De plus, la direction et l'angle du soufflage d'azote affecteront également la formation des pores.
Quant à savoir comment réduire l’apparition de pores de soudure ?
Premièrement, avant le soudage, les taches d'huile et les impuretés à la surface des matériaux entrants doivent être nettoyées à temps ;dans la production de batteries au lithium, l’inspection des matériaux entrants est un processus essentiel.
Deuxièmement, le débit de gaz de protection doit être ajusté en fonction de facteurs tels que la vitesse de soudage, la puissance, la position, etc., et ne doit être ni trop grand ni trop petit.La pression de la cape de protection doit être ajustée en fonction de facteurs tels que la puissance du laser et la position de mise au point, et ne doit être ni trop élevée ni trop basse.La forme de la buse du manteau de protection doit être ajustée en fonction de la forme, de la direction et d'autres facteurs de la soudure afin que le manteau de protection puisse couvrir uniformément la zone de soudage.
Troisièmement, contrôlez la température, l’humidité et la poussière dans l’air de l’atelier.La température et l'humidité ambiantes affecteront la teneur en humidité à la surface du substrat et le gaz protecteur, ce qui à son tour affectera la génération et l'échappement de vapeur d'eau dans la piscine en fusion.Si la température et l'humidité ambiantes sont trop élevées, il y aura trop d'humidité à la surface du substrat et du gaz protecteur, générant une grande quantité de vapeur d'eau, entraînant des pores.Si la température et l'humidité ambiantes sont trop basses, il y aura trop peu d'humidité à la surface du substrat et dans le gaz de protection, réduisant ainsi la génération de vapeur d'eau, réduisant ainsi les pores ;laissez le personnel qualité détecter la valeur cible de la température, de l'humidité et de la poussière au poste de soudage.
Quatrièmement, la méthode d’oscillation du faisceau est utilisée pour réduire ou éliminer les pores lors du soudage à pénétration profonde au laser.En raison de l'ajout d'oscillation pendant le soudage, l'oscillation alternative de la poutre vers le cordon de soudure provoque une refusion répétée d'une partie du cordon de soudure, ce qui prolonge le temps de séjour du métal liquide dans le bain de soudure.Dans le même temps, la déviation du faisceau augmente également l’apport de chaleur par unité de surface.Le rapport profondeur/largeur de la soudure est réduit, ce qui favorise l'émergence de bulles, éliminant ainsi les pores.D'autre part, l'oscillation de la poutre fait osciller le petit trou en conséquence, ce qui peut également fournir une force d'agitation pour le bain de soudure, augmenter la convection et l'agitation du bain de soudure et avoir un effet bénéfique sur l'élimination des pores.
Cinquièmement, la fréquence d'impulsion, la fréquence d'impulsion fait référence au nombre d'impulsions émises par le faisceau laser par unité de temps, ce qui affectera l'apport de chaleur et l'accumulation de chaleur dans le bain en fusion, puis affectera le champ de température et le champ d'écoulement dans le bain en fusion. piscine.Si la fréquence d'impulsion est trop élevée, cela entraînera un apport de chaleur excessif dans le bain de fusion, ce qui entraînera une température trop élevée du bain de fusion, produisant de la vapeur métallique ou d'autres éléments volatils à haute température, entraînant la formation de pores.Si la fréquence d'impulsion est trop basse, cela entraînera une accumulation de chaleur insuffisante dans le bain fondu, ce qui rendra la température du bain fondu trop basse, réduisant ainsi la dissolution et l'échappement des gaz, entraînant la formation de pores.D'une manière générale, la fréquence d'impulsion doit être choisie dans une plage raisonnable en fonction de l'épaisseur du substrat et de la puissance du laser, et éviter d'être trop élevée ou trop basse.
Trous de soudure (soudure laser)
2. Projections de soudure
Les éclaboussures générées pendant le processus de soudage, le soudage au laser affecteront sérieusement la qualité de surface de la soudure et pollueront et endommageront la lentille.Les performances générales sont les suivantes : une fois le soudage laser terminé, de nombreuses particules métalliques apparaissent à la surface du matériau ou de la pièce et adhèrent à la surface du matériau ou de la pièce.La performance la plus intuitive est que lors du soudage en mode galvanomètre, après une période d'utilisation de la lentille de protection du galvanomètre, il y aura des piqûres denses sur la surface, et ces piqûres sont causées par des éclaboussures de soudage.Après une longue période, il est facile de bloquer la lumière et il y aura des problèmes avec la lumière de soudage, entraînant une série de problèmes tels qu'un soudage cassé et un soudage virtuel.
Quelles sont les causes des éclaboussures ?
Premièrement, la densité de puissance, plus la densité de puissance est élevée, plus il est facile de générer des projections, et les projections sont directement liées à la densité de puissance.C'est un problème vieux d'un siècle.Au moins jusqu'à présent, l'industrie n'a pas été en mesure de résoudre le problème des éclaboussures et peut seulement dire qu'il a été légèrement réduit.Dans l’industrie des batteries au lithium, les éclaboussures sont la principale cause de court-circuit des batteries, mais elles n’ont pas réussi à en résoudre la cause profonde.L'impact des projections sur la batterie ne peut être réduit que du point de vue de la protection.Par exemple, un cercle d'orifices de dépoussiérage et de couvercles de protection sont ajoutés autour de la pièce à souder, et des rangées de lames d'air sont ajoutées en cercles pour éviter l'impact des éclaboussures ou même des dommages à la batterie.On peut dire que la destruction de l'environnement, des produits et des composants autour du poste de soudage a épuisé les moyens.
Quant à la résolution du problème des projections, on peut seulement dire que la réduction de l'énergie de soudage contribue à réduire les projections.Réduire la vitesse de soudage peut également aider si la pénétration est insuffisante.Mais dans certains cas particuliers, cela a peu d’effet.C'est le même processus, différentes machines et différents lots de matériaux ont des effets de soudage complètement différents.Par conséquent, il existe une règle non écrite dans le nouveau secteur de l’énergie : un ensemble de paramètres de soudage pour une pièce d’équipement.
Deuxièmement, si la surface du matériau ou de la pièce traitée n'est pas nettoyée, les taches d'huile ou les polluants provoqueront également de graves éclaboussures.A cette époque, le plus simple est de nettoyer la surface du matériau traité.
3. Haute réflectivité du soudage laser
D'une manière générale, une réflexion élevée fait référence au fait que le matériau de traitement a une faible résistivité, une surface relativement lisse et un faible taux d'absorption pour les lasers proche infrarouge, ce qui conduit à une grande quantité d'émission laser, et parce que la plupart des lasers sont utilisés à la verticale En raison du matériau ou d'une petite inclinaison, la lumière laser renvoyée rentre dans la tête de sortie, et même une partie de la lumière renvoyée est couplée à la fibre transmettant l'énergie et est retransmise le long de la fibre vers l'intérieur. du laser, ce qui fait que les composants centraux à l'intérieur du laser continuent d'être à haute température.
Lorsque la réflectivité est trop élevée lors du soudage laser, les solutions suivantes peuvent être prises :
3.1 Utilisez un revêtement antireflet ou traitez la surface du matériau : recouvrir la surface du matériau de soudage avec un revêtement antireflet peut réduire efficacement la réflectivité du laser.Ce revêtement est généralement un matériau optique spécial à faible réflectivité qui absorbe l’énergie laser au lieu de la réfléchir.Dans certains procédés, tels que le soudage des collecteurs de courant, la connexion souple, etc., la surface peut également être gaufrée.
3.2 Ajustez l'angle de soudage : En ajustant l'angle de soudage, le faisceau laser peut arriver sur le matériau de soudage à un angle plus approprié et réduire l'apparition de réflexion.Normalement, placer le faisceau laser perpendiculairement à la surface du matériau à souder est un bon moyen de réduire les réflexions.
3.3 Ajout d'un absorbant auxiliaire : Pendant le processus de soudage, une certaine quantité d'absorbant auxiliaire, tel que de la poudre ou un liquide, est ajoutée à la soudure.Ces absorbeurs absorbent l'énergie laser et réduisent la réflectivité.L'absorbant approprié doit être sélectionné en fonction des matériaux de soudage spécifiques et des scénarios d'application.Dans l’industrie des batteries au lithium, cela est peu probable.
3.4 Utiliser la fibre optique pour transmettre le laser : Si possible, la fibre optique peut être utilisée pour transmettre le laser à la position de soudage afin de réduire la réflectivité.Les fibres optiques peuvent guider le faisceau laser vers la zone de soudage pour éviter l'exposition directe à la surface du matériau de soudage et réduire l'apparition de réflexions.
3.5 Ajustement des paramètres laser : En ajustant des paramètres tels que la puissance laser, la distance focale et le diamètre focal, la distribution de l'énergie laser peut être contrôlée et les réflexions peuvent être réduites.Pour certains matériaux réfléchissants, la réduction de la puissance laser peut être un moyen efficace de réduire les réflexions.
3.6 Utiliser un séparateur de faisceau : Un séparateur de faisceau peut guider une partie de l'énergie laser dans le dispositif d'absorption, réduisant ainsi l'apparition de réflexions.Les dispositifs de séparation de faisceau sont généralement constitués de composants optiques et d'absorbeurs, et en sélectionnant les composants appropriés et en ajustant la disposition du dispositif, une réflectivité plus faible peut être obtenue.
4. Contre-dépouille de soudure
Dans le processus de fabrication des batteries au lithium, quels processus sont les plus susceptibles d’entraîner une sous-cotation ?Pourquoi y a-t-il une sous-cotation ?Analysons-le.
En contre-dépouille, généralement les matières premières de soudage ne sont pas bien combinées les unes avec les autres, l'écart est trop grand ou la rainure apparaît, la profondeur et la largeur sont fondamentalement supérieures à 0,5 mm, la longueur totale est supérieure à 10 % de la longueur de la soudure, ou supérieure à la norme de processus de produit la longueur demandée.
Dans l'ensemble du processus de fabrication de la batterie au lithium, une sous-cotation est plus susceptible de se produire et elle est généralement distribuée dans le pré-soudage et le soudage d'étanchéité de la plaque de recouvrement cylindrique et dans le pré-soudage et le soudage d'étanchéité de la plaque de recouvrement de coque carrée en aluminium.La raison principale est que la plaque de recouvrement d'étanchéité doit coopérer avec la coque pour le soudage, le processus d'adaptation entre la plaque de recouvrement d'étanchéité et la coque est sujet à des espaces de soudure excessifs, des rainures, des effondrements, etc., il est donc particulièrement sujet aux contre-dépouilles. .
Alors, qu’est-ce qui cause la sous-cotation ?
Si la vitesse de soudage est trop rapide, le métal liquide derrière le petit trou pointant vers le centre de la soudure n'aura pas le temps de se redistribuer, entraînant une solidification et une contre-dépouille des deux côtés de la soudure.Compte tenu de la situation ci-dessus, nous devons optimiser les paramètres de soudage.Pour faire simple, il s'agit d'expériences répétées pour vérifier divers paramètres et continuer à faire du DOE jusqu'à ce que les paramètres appropriés soient trouvés.
2. Des espaces de soudure excessifs, des rainures, des effondrements, etc. des matériaux de soudage réduiront la quantité de métal en fusion remplissant les espaces, ce qui rendra les contre-dépouilles plus susceptibles de se produire.C'est une question d'équipement et de matières premières.Que les matières premières de soudage répondent aux exigences des matériaux entrants de notre processus, que la précision de l'équipement réponde aux exigences, etc. La pratique normale consiste à torturer et battre constamment les fournisseurs et les personnes responsables de l'équipement.
3. Si l'énergie chute trop rapidement à la fin du soudage au laser, le petit trou peut s'effondrer, entraînant une sous-dépouille locale.L'adéquation correcte de la puissance et de la vitesse peut empêcher efficacement la formation de contre-dépouilles.Comme le dit le vieil adage, répétez les expériences, vérifiez divers paramètres et continuez le DOE jusqu'à ce que vous trouviez les bons paramètres.
5. Effondrement du centre de soudure
Si la vitesse de soudage est lente, le bain de fusion sera de plus en plus large, augmentant ainsi la quantité de métal en fusion.Cela peut rendre difficile le maintien de la tension superficielle.Lorsque le métal en fusion devient trop lourd, le centre de la soudure peut s'enfoncer et former des creux et des piqûres.Dans ce cas, la densité d’énergie doit être réduite de manière appropriée pour éviter l’effondrement du bain de fusion.
Dans une autre situation, l'espace de soudage forme simplement un effondrement sans provoquer de perforation.Il s’agit sans aucun doute d’un problème d’ajustement à la presse de l’équipement.
Une bonne compréhension des défauts pouvant survenir lors du soudage laser et des causes des différents défauts permet une approche plus ciblée pour résoudre tout problème de soudage anormal.
6. Fissures de soudure
Les fissures qui apparaissent lors du soudage laser continu sont principalement des fissures thermiques, telles que des fissures cristallines et des fissures de liquéfaction.La cause principale de ces fissures réside dans les forces de retrait importantes générées par la soudure avant qu’elle ne se solidifie complètement.
Il existe également les raisons suivantes pour les fissures lors du soudage laser :
1. Conception de soudure déraisonnable : Une conception incorrecte de la géométrie et de la taille de la soudure peut provoquer une concentration des contraintes de soudage, provoquant ainsi des fissures.La solution consiste à optimiser la conception des soudures pour éviter la concentration des contraintes de soudage.Vous pouvez utiliser des soudures décalées appropriées, modifier la forme de la soudure, etc.
2. Inadéquation des paramètres de soudage : Une mauvaise sélection des paramètres de soudage, tels qu'une vitesse de soudage trop rapide, une puissance trop élevée, etc., peut entraîner des changements de température inégaux dans la zone de soudage, entraînant des contraintes de soudage et des fissures importantes.La solution consiste à ajuster les paramètres de soudage en fonction du matériau et des conditions de soudage spécifiques.
3. Mauvaise préparation de la surface de soudage : le fait de ne pas nettoyer et prétraiter correctement la surface de soudage avant le soudage, comme l'élimination des oxydes, de la graisse, etc., affectera la qualité et la résistance de la soudure et entraînera facilement des fissures.La solution consiste à nettoyer et prétraiter adéquatement la surface de soudage pour garantir que les impuretés et les contaminants présents dans la zone de soudage sont traités efficacement.
4. Contrôle inapproprié de l'apport de chaleur de soudage : un mauvais contrôle de l'apport de chaleur pendant le soudage, tel qu'une température excessive pendant le soudage, une vitesse de refroidissement inappropriée de la couche de soudage, etc., entraînera des modifications dans la structure de la zone de soudage, entraînant des fissures. .La solution consiste à contrôler la température et la vitesse de refroidissement pendant le soudage pour éviter une surchauffe et un refroidissement rapide.
5. Soulagement des contraintes insuffisant : Un traitement de soulagement des contraintes insuffisant après le soudage entraînera un soulagement des contraintes insuffisant dans la zone soudée, ce qui entraînera facilement des fissures.La solution consiste à effectuer un traitement de détente approprié après le soudage, tel qu'un traitement thermique ou un traitement vibratoire (raison principale).
Quant au processus de fabrication des batteries au lithium, quels processus sont les plus susceptibles de provoquer des fissures ?
Généralement, des fissures sont susceptibles de se produire lors du soudage de scellement, comme le soudage de scellement de coques cylindriques en acier ou en aluminium, le soudage de scellement de coques carrées en aluminium, etc. De plus, pendant le processus d'emballage du module, le soudage du collecteur de courant est également sujet aux fissures.
Bien entendu, nous pouvons également utiliser du fil d’apport, du préchauffage ou d’autres méthodes pour réduire ou éliminer ces fissures.
Heure de publication : 01 septembre 2023
