Dankzij de snelle ontwikkeling van de nieuwe energiesector heeft laserlassen de afgelopen jaren een enorme vlucht genomen in deze sector, vanwege de snelle en stabiele toepassingsmogelijkheden. Laserlasapparatuur is dan ook het meest gangbaar binnen de nieuwe energiesector.
LaserlassenHet is door zijn hoge snelheid, grote indringdiepte en geringe vervorming al snel de eerste keuze geworden in alle sectoren. Van puntlassen tot stomplassen, opbouwlassen en afdichtingslassen,laserlassenHet biedt ongeëvenaarde precisie en controle. Het speelt een belangrijke rol in de industriële productie en fabricage, waaronder de militaire industrie, de medische sector, de lucht- en ruimtevaart, 3C-auto-onderdelen, plaatbewerking, nieuwe energie en andere industrieën.
Vergeleken met andere lastechnologieën heeft laserlassen unieke voor- en nadelen.
Voordeel:
1. Hoge snelheid, grote diepte en geringe vervorming.
2. Lassen kan bij normale temperatuur of onder speciale omstandigheden worden uitgevoerd, en de lasapparatuur is eenvoudig. Een laserstraal wordt bijvoorbeeld niet beïnvloed door een elektromagnetisch veld. Lasers kunnen lassen in een vacuüm, lucht of bepaalde gasomgevingen, en kunnen materialen lassen die door glas heen of transparant zijn voor de laserstraal.
3. Het kan vuurvaste materialen zoals titanium en kwarts lassen, en kan ook ongelijksoortige materialen met goede resultaten lassen.
4. Na het focussen van de laser is de vermogensdichtheid hoog. De aspectverhouding kan 5:1 bereiken en zelfs tot 10:1 bij het lassen van apparaten met een hoog vermogen.
5. Microlassen is mogelijk. Na het focussen van de laserstraal ontstaat een kleine, nauwkeurig te positioneren punt. Dit maakt het mogelijk om micro- en kleine werkstukken te assembleren en te lassen, waardoor geautomatiseerde massaproductie mogelijk wordt.
6. Het kan moeilijk bereikbare plekken lassen en contactloos lassen over lange afstanden uitvoeren, met grote flexibiliteit. Vooral de laatste jaren heeft de YAG-laserbewerkingstechnologie gebruikgemaakt van glasvezeltransmissietechnologie, waardoor laserlassen breder is gepromoot en toegepast.
7. De laserstraal is gemakkelijk in tijd en ruimte te splitsen, en meerdere stralen kunnen gelijktijdig op meerdere locaties worden verwerkt, wat de voorwaarden schept voor nauwkeuriger lassen.
Defect:
1. De montageprecisie van het werkstuk moet hoog zijn en de positie van de laserstraal op het werkstuk mag niet significant afwijken. Dit komt doordat de laserstraal na focussering klein is en de lasnaad smal, waardoor het moeilijk is om vulmetaal toe te voegen. Als de montageprecisie van het werkstuk of de positioneringsnauwkeurigheid van de laserstraal niet aan de eisen voldoet, is de kans op lasfouten groot.
2. De kosten van lasers en bijbehorende systemen zijn hoog en de eenmalige investering is groot.
Veelvoorkomende defecten bij laserlassenin de productie van lithiumbatterijen
1. Lasporositeit
Veelvoorkomende defecten inlaserlassenHet gaat om poriën. Het smeltbad is diep en smal. Tijdens het laserlasproces dringt stikstof van buitenaf het smeltbad binnen. Tijdens het afkoelen en stollen van het metaal neemt de oplosbaarheid van stikstof af met de temperatuur. Wanneer het smeltbad afkoelt en begint te kristalliseren, daalt de oplosbaarheid abrupt. Op dat moment slaat een grote hoeveelheid gas neer en vormt bellen. Als de snelheid waarmee de bellen opstijgen lager is dan de kristallisatiesnelheid van het metaal, ontstaan er poriën.
Bij toepassingen in de lithiumbatterij-industrie zien we vaak dat poriën vooral tijdens het lassen van de positieve elektrode ontstaan, maar zelden tijdens het lassen van de negatieve elektrode. Dit komt doordat de positieve elektrode van aluminium is gemaakt en de negatieve elektrode van koper. Tijdens het lassen condenseert het vloeibare aluminium aan het oppervlak voordat het interne gas volledig ontsnapt, waardoor gasoverloop en de vorming van grote en kleine poriën worden voorkomen.
Naast de hierboven genoemde oorzaken van poriën, kunnen poriën ook ontstaan door buitenlucht, vocht, oppervlakteolie, enz. Bovendien hebben de richting en hoek van de stikstofinjectie ook invloed op de vorming van poriën.
En hoe kunnen we het ontstaan van lasporiën verminderen?
Eerst, voordatlassenOlievlekken en onzuiverheden op het oppervlak van de binnenkomende materialen moeten tijdig worden verwijderd; bij de productie van lithiumbatterijen is de inspectie van binnenkomende materialen een essentieel proces.
Ten tweede moet de stroom van het beschermgas worden aangepast aan factoren zoals lassnelheid, vermogen, positie, enz., en mag deze niet te groot of te klein zijn. De druk van de beschermmantel moet worden aangepast aan factoren zoals laservermogen en focuspositie, en mag niet te hoog of te laag zijn. De vorm van het mondstuk van de beschermmantel moet worden aangepast aan de vorm, richting en andere factoren van de las, zodat de beschermmantel het lasgebied gelijkmatig bedekt.
Ten derde is het belangrijk om de temperatuur, luchtvochtigheid en stofconcentratie in de werkplaats te controleren. De omgevingstemperatuur en -luchtvochtigheid beïnvloeden het vochtgehalte op het oppervlak van het werkstuk en in het beschermgas, wat op zijn beurt de vorming en afvoer van waterdamp in het smeltbad beïnvloedt. Bij een te hoge omgevingstemperatuur en -luchtvochtigheid is er te veel vocht op het oppervlak van het werkstuk en in het beschermgas, waardoor er veel waterdamp ontstaat en poriën worden gevormd. Bij een te lage omgevingstemperatuur en -luchtvochtigheid is er te weinig vocht op het oppervlak van het werkstuk en in het beschermgas, waardoor er minder waterdamp wordt gevormd en poriën worden voorkomen. Laat het kwaliteitspersoneel de streefwaarden voor temperatuur, luchtvochtigheid en stofconcentratie bij de laswerkplek controleren.
Ten vierde wordt de straalzwaaimethode gebruikt om poriën in laserlassen met diepe penetratie te verminderen of te elimineren. Door de zwaai tijdens het lassen zorgt de heen-en-weergaande beweging van de laserstraal ervoor dat een deel van de lasnaad herhaaldelijk opnieuw smelt, waardoor de verblijftijd van het vloeibare metaal in het smeltbad wordt verlengd. Tegelijkertijd verhoogt de afbuiging van de straal ook de warmte-inbreng per oppervlakte-eenheid. De diepte-breedteverhouding van de las wordt kleiner, wat de vorming van luchtbellen bevordert en zo poriën elimineert. Bovendien zorgt de zwaai van de straal ervoor dat de kleine gaatjes meezwaaien, wat ook een roerende kracht op het smeltbad uitoefent, de convectie en het roeren van het smeltbad verbetert en een gunstig effect heeft op het elimineren van poriën.
Ten vijfde, de pulsfrequentie. De pulsfrequentie verwijst naar het aantal pulsen dat de laserstraal per tijdseenheid uitzendt. Deze frequentie beïnvloedt de warmtetoevoer en warmteaccumulatie in het smeltbad, en daarmee het temperatuur- en stromingsveld in het smeltbad. Een te hoge pulsfrequentie leidt tot een te hoge warmtetoevoer, waardoor de temperatuur van het smeltbad te hoog wordt en metaaldamp of andere vluchtige elementen ontstaan, met poriën als gevolg. Een te lage pulsfrequentie leidt tot onvoldoende warmteaccumulatie in het smeltbad, waardoor de temperatuur te laag wordt en de oplossing en ontsnapping van gas worden belemmerd, wat eveneens poriën tot gevolg heeft. Over het algemeen moet de pulsfrequentie binnen een redelijk bereik worden gekozen, afhankelijk van de substraatdikte en het laservermogen, en moet een te hoge of te lage frequentie worden vermeden.
Lassen van gaten (laserlassen)
2. Lasspatten
De spatten die tijdens het laserlassen ontstaan, hebben een ernstige invloed op de oppervlaktekwaliteit van de las en kunnen de lens vervuilen en beschadigen. Het algemene verschijnsel is als volgt: na het laserlassen verschijnen er veel metaaldeeltjes op het oppervlak van het materiaal of werkstuk die zich daaraan hechten. Een duidelijk voorbeeld hiervan is dat bij het lassen in de galvanometermodus, na verloop van tijd de beschermlens van de galvanometer dichte putjes vertoont. Deze putjes worden veroorzaakt door lasspatten. Na verloop van tijd blokkeren deze putjes het licht, waardoor er problemen met de lasverlichting ontstaan en problemen zoals gebroken lassen en onvolledige lassen kunnen optreden.
Wat zijn de oorzaken van spatten?
Ten eerste is er de vermogensdichtheid: hoe hoger de vermogensdichtheid, hoe gemakkelijker er spatten ontstaan, en de hoeveelheid spatten is direct gerelateerd aan de vermogensdichtheid. Dit is een eeuwenoud probleem. Tot nu toe is de industrie er niet in geslaagd het probleem van spatten op te lossen, en kan men slechts stellen dat het enigszins is verminderd. In de lithiumbatterij-industrie zijn spatten de grootste boosdoener van kortsluiting in batterijen, maar de onderliggende oorzaak is nog steeds niet aangepakt. De impact van spatten op de batterij kan alleen worden verminderd door middel van beschermingsmaatregelen. Zo worden er bijvoorbeeld stofafzuigopeningen en beschermkappen rond het lasgedeelte aangebracht, en worden er rijen luchtmessen in cirkels geplaatst om de impact van spatten of zelfs schade aan de batterij te voorkomen. Het aantasten van het milieu, producten en componenten rond het lasstation kan echter worden beschouwd als een uitgeputte poging.
Wat betreft het oplossen van het spatprobleem, kan alleen gezegd worden dat het verlagen van de lasenergie helpt om spatvorming te verminderen. Het verlagen van de lassnelheid kan ook helpen als de penetratie onvoldoende is. Maar bij sommige specifieke procesvereisten heeft dit weinig effect. Het is hetzelfde proces, maar verschillende machines en verschillende materiaalbatches geven compleet verschillende lasresultaten. Daarom bestaat er in de nieuwe energie-industrie een ongeschreven regel: één set lasparameters voor één apparaat.
Ten tweede, als het oppervlak van het bewerkte materiaal of werkstuk niet gereinigd is, kunnen olievlekken of andere verontreinigingen ernstige spatten veroorzaken. In dat geval is het het eenvoudigst om het oppervlak van het bewerkte materiaal te reinigen.
3. Hoge reflectiviteit van laserlassen
Over het algemeen verwijst hoge reflectie naar het feit dat het te bewerken materiaal een lage soortelijke weerstand, een relatief glad oppervlak en een lage absorptiesnelheid heeft voor nabij-infraroodlasers. Dit leidt tot een grote hoeveelheid laseremissie. Omdat de meeste lasers verticaal worden gebruikt, of door een kleine hellingshoek, komt het terugkerende laserlicht opnieuw in de uitgangskop terecht. Een deel van dit terugkerende licht wordt zelfs gekoppeld aan de energieoverdragende vezel en via deze vezel teruggevoerd naar de binnenkant van de laser, waardoor de kerncomponenten in de laser constant op een hoge temperatuur blijven.
Als de reflectiviteit tijdens laserlassen te hoog is, kunnen de volgende oplossingen worden toegepast:
3.1 Gebruik een antireflectiecoating of behandel het oppervlak van het materiaal: het coaten van het oppervlak van het lasmateriaal met een antireflectiecoating kan de reflectie van de laser effectief verminderen. Deze coating is meestal een speciaal optisch materiaal met een lage reflectiviteit dat laserenergie absorbeert in plaats van deze terug te kaatsen. Bij sommige processen, zoals het lassen van stroomafnemers, zachte verbindingen, enz., kan het oppervlak ook worden voorzien van een reliëf.
3.2 De lashoek aanpassen: Door de lashoek aan te passen, kan de laserstraal onder een geschiktere hoek op het te lassen materiaal vallen en reflectie verminderen. Normaal gesproken is het een goede manier om reflectie te verminderen door de laserstraal loodrecht op het oppervlak van het te lassen materiaal te richten.
3.3 Toevoegen van hulpabsorberend materiaal: Tijdens het lasproces wordt een bepaalde hoeveelheid hulpabsorberend materiaal, zoals poeder of vloeistof, aan de las toegevoegd. Deze absorbeerders absorberen laserenergie en verminderen de reflectiviteit. Het juiste absorberende materiaal moet worden gekozen op basis van de specifieke lasmaterialen en toepassingsscenario's. In de lithiumbatterij-industrie is dit echter onwaarschijnlijk.
3.4 Gebruik optische vezels voor laseroverdracht: Indien mogelijk kunnen optische vezels worden gebruikt om de laser naar de laspositie te transporteren en zo reflectie te verminderen. Optische vezels kunnen de laserstraal naar het lasgebied leiden, waardoor directe blootstelling aan het oppervlak van het lasmateriaal wordt vermeden en reflecties worden gereduceerd.
3.5 Laserparameters aanpassen: Door parameters zoals laservermogen, brandpuntsafstand en brandpuntsdiameter aan te passen, kan de verdeling van de laserenergie worden geregeld en kunnen reflecties worden verminderd. Voor sommige reflecterende materialen kan het verlagen van het laservermogen een effectieve manier zijn om reflecties te verminderen.
3.6 Gebruik een straalsplitser: Een straalsplitser kan een deel van de laserenergie naar het absorptie-element leiden, waardoor reflecties worden verminderd. Straalsplitsers bestaan meestal uit optische componenten en absorptiematerialen. Door de juiste componenten te selecteren en de lay-out van het apparaat aan te passen, kan een lagere reflectiviteit worden bereikt.
4. Ondersnijding bij het lassen
Welke processen in het productieproces van lithiumbatterijen leiden het meest waarschijnlijk tot ondersnijding? Waarom treedt ondersnijding op? Laten we dat eens analyseren.
Ondersnijding treedt over het algemeen op wanneer de lasmaterialen niet goed op elkaar aansluiten, de opening te groot is of er een groef ontstaat, de diepte en breedte doorgaans groter zijn dan 0,5 mm, de totale lengte meer dan 10% van de laslengte bedraagt, of groter is dan de in de productnorm vereiste lengte.
Tijdens het gehele productieproces van lithiumbatterijen is de kans op ondersnijding groot. Dit komt vooral voor bij het voorlassen en lassen van de cilindrische afdekplaat en de vierkante aluminium behuizing. De belangrijkste reden hiervoor is dat de afdekplaat samen met de behuizing gelast moet worden. Dit aanpassingsproces is gevoelig voor te grote lasnaden, groeven, vervormingen, enzovoort, waardoor ondersnijding extra moeilijk te bereiken is.
Wat is dan de oorzaak van prijsconcurrentie?
Als de lassnelheid te hoog is, krijgt het vloeibare metaal achter het kleine gaatje in het midden van de las geen tijd om zich te herverdelen, wat resulteert in stolling en ondersnijding aan beide zijden van de las. Gezien deze situatie moeten we de lasparameters optimaliseren. Simpel gezegd, dit houdt in dat we herhaalde experimenten uitvoeren om verschillende parameters te verifiëren en experimenteel ontwerp (DOE) blijven toepassen totdat de juiste parameters zijn gevonden.
2. Overmatige lasnaden, groeven, inzakkingen, enz. van het lasmateriaal verminderen de hoeveelheid gesmolten metaal die de openingen vult, waardoor ondersnijdingen waarschijnlijker worden. Dit is een kwestie van apparatuur en grondstoffen. Of de lasgrondstoffen voldoen aan de eisen voor de inkomende materialen van ons proces, of de nauwkeurigheid van de apparatuur aan de eisen voldoet, enz. De gebruikelijke praktijk is om leveranciers en het personeel dat verantwoordelijk is voor de apparatuur voortdurend onder druk te zetten.
3. Als de energie aan het einde van het laserlassen te snel afneemt, kan het kleine gaatje instorten, wat leidt tot lokale ondersnijding. De juiste afstemming van vermogen en snelheid kan de vorming van ondersnijding effectief voorkomen. Zoals het oude gezegde luidt: herhaal experimenten, controleer verschillende parameters en ga door met DOE totdat je de juiste parameters hebt gevonden.
5. Instorting van het lascentrum
Bij een lage lassnelheid wordt het smeltbad groter en breder, waardoor de hoeveelheid gesmolten metaal toeneemt. Dit kan het handhaven van de oppervlaktespanning bemoeilijken. Wanneer het gesmolten metaal te zwaar wordt, kan het midden van de las inzakken en deuken en putjes vormen. In dat geval moet de energiedichtheid op passende wijze worden verlaagd om te voorkomen dat het smeltbad instort.
In een andere situatie treedt er een indeuking op in de lasnaad, zonder perforatie te veroorzaken. Dit is ongetwijfeld een probleem met de perspassing van de onderdelen.
Een goed begrip van de defecten die kunnen optreden tijdens laserlassen en de oorzaken van de verschillende defecten maakt een gerichtere aanpak mogelijk om eventuele lasproblemen op te lossen.
6. Lasscheuren
De scheuren die ontstaan tijdens continu laserlassen zijn voornamelijk thermische scheuren, zoals kristalscheuren en liquefactiescheuren. De voornaamste oorzaak van deze scheuren zijn de grote krimpkrachten die ontstaan door de las voordat deze volledig is gestold.
Er zijn ook de volgende redenen voor het ontstaan van scheuren bij laserlassen:
1. Onverstandig lasontwerp: Een onjuist ontwerp van de geometrie en afmetingen van de las kan leiden tot spanningsconcentraties in de las, met scheuren tot gevolg. De oplossing is het optimaliseren van het lasontwerp om spanningsconcentraties te voorkomen. Men kan bijvoorbeeld gebruikmaken van geschikte offsetlassen of de lasvorm aanpassen.
2. Onjuiste lasparameters: Een verkeerde keuze van lasparameters, zoals een te hoge lassnelheid of een te hoog vermogen, kan leiden tot ongelijkmatige temperatuurveranderingen in het lasgebied, met als gevolg grote lasspanningen en scheuren. De oplossing is om de lasparameters aan te passen aan het specifieke materiaal en de lasomstandigheden.
3. Slechte voorbereiding van het lasoppervlak: Het niet goed reinigen en voorbehandelen van het lasoppervlak vóór het lassen, bijvoorbeeld door het verwijderen van oxiden, vet, enz., zal de kwaliteit en sterkte van de las beïnvloeden en gemakkelijk tot scheuren leiden. De oplossing is om het lasoppervlak adequaat te reinigen en voor te behandelen, zodat onzuiverheden en verontreinigingen in het lasgebied effectief worden verwijderd.
4. Onjuiste beheersing van de warmte-inbreng tijdens het lassen: Een slechte beheersing van de warmte-inbreng tijdens het lassen, zoals een te hoge temperatuur, een onjuiste afkoelsnelheid van de laslaag, enz., leidt tot veranderingen in de structuur van het lasgebied en tot scheuren. De oplossing is om de temperatuur en de afkoelsnelheid tijdens het lassen te beheersen om oververhitting en snelle afkoeling te voorkomen.
5. Onvoldoende spanningsontlasting: Een onvoldoende spanningsontlastingsbehandeling na het lassen leidt tot onvoldoende spanningsontlasting in het lasgebied, waardoor gemakkelijk scheuren kunnen ontstaan. De oplossing is om na het lassen een geschikte spanningsontlastingsbehandeling uit te voeren, zoals warmtebehandeling of vibratiebehandeling (hoofdoorzaak).
Welke processen in het productieproces van lithiumbatterijen veroorzaken het vaakst scheuren?
Over het algemeen ontstaan er scheuren tijdens het lassen van verbindingen, zoals bij het lassen van cilindrische stalen of aluminium behuizingen, het lassen van vierkante aluminium behuizingen, enzovoort. Daarnaast is ook het lassen van de stroomcollector tijdens het verpakken van de module gevoelig voor scheuren.
Uiteraard kunnen we ook lasdraad, voorverwarming of andere methoden gebruiken om deze scheuren te verminderen of te elimineren.
Geplaatst op: 1 september 2023
