Ievads metināšanas metodēs un procesos litija jonu akumulatoriem

Saprātīga metināšanas metožu un procesu izvēle jaudas litija akumulatoru ražošanas procesā tieši ietekmēs akumulatora izmaksas, kvalitāti, drošību un konsistenci. Tālāk organizēsim saturu par jaudas litija akumulatoru metināšanu.

1. Lāzermetināšanas principi

Lāzermetināšana izmanto izcilu lāzera staru virzienu un lielu jaudas blīvumu. Izmantojot optisko sistēmu, lāzera stars tiek fokusēts uz ļoti mazu laukumu, ļoti īsā laikā veidojot ļoti koncentrētu siltuma avota laukumu pie metinātā savienojuma, tādējādi izkausējot metināto priekšmetu un veidojot cietu lodēšanas savienojumu un metinājuma šuvi.

2. Lāzermetināšanas veids

Siltuma vadīšanas metināšana un dziļi iespiešanās metināšana

Lāzera siltuma vadīšanas metināšana tiek veidota ar lāzera jaudas blīvumu 105-106w/cm2, un lāzera dziļi iespiešanās metināšana tiek veidota ar lāzera jaudas blīvumu 105-106w/cm2

Penetrācijas metināšana un šuvju metināšana

Iespiešanās metināšanai, savienojuma elementiem nav nepieciešama caurumošana, un apstrāde ir salīdzinoši vienkārša. Lai veiktu iespiešanās metināšanu, ir nepieciešama lieljaudas lāzermetināšanas iekārta. Iespiešanās metināšanas iespiešanās dziļums ir mazāks nekā šuvju metināšanai, un tā uzticamība ir salīdzinoši slikta.

Salīdzinot ar iespiešanās metināšanu, šuvju metināšanai ir nepieciešama tikai mazākas jaudas lāzermetināšanas iekārta. Šuves metināšanas iespiešanās dziļums ir lielāks nekā iespiešanās metināšanas dziļums, un tā uzticamība ir salīdzinoši laba. Bet savienojošais gabals ir jāperforē, padarot apstrādi salīdzinoši sarežģītu.

Impulsu lāzera metināšanas paraugi

Nepārtraukta paraugu metināšana ar lāzeru

Jaudas litija bateriju metināšanā metināšanas procesa tehniķi izvēlēsies atbilstošus lāzera un metināšanas procesa parametrus, pamatojoties uz klienta akumulatora materiālu, formu, biezumu, stiepes prasībām utt., tostarp metināšanas ātrumu, viļņu formu, maksimālo vērtību un slīpuma leņķi. metināšanas galviņa, lai iestatītu saprātīgus metināšanas procesa parametrus, lai nodrošinātu, ka galīgais metināšanas efekts atbilst jaudas litija akumulatora ražotāja prasībām.

Koncentrēta enerģija, augsta metināšanas efektivitāte, augsta apstrādes precizitāte un liela metināšanas dziļuma un platuma attiecība. Lāzera staru ir viegli fokusēt, izlīdzināt un vadīt ar optiskiem instrumentiem. To var novietot atbilstošā attālumā no sagataves, un to var vadīt starp stiprinājumiem vai šķēršļiem ap sagatavi. Citas metināšanas metodes nevar pilnībā izmantot iepriekšminēto telpisko ierobežojumu dēļ.

Maza siltuma padeve, neliela siltuma ietekmētā zona un mazs atlikušais spriegums un sagataves deformācija; Metināšanas enerģiju var precīzi kontrolēt, metināšanas efekts ir stabils un metināšanas izskats ir labs;

Bezkontakta metināšana, optiskās šķiedras pārraide, laba pieejamība un augsta automatizācijas pakāpe. Metinot plānu vai smalku stiepli, nav tādu problēmu kā loka metināšana. Akumulatoru elementi, ko izmanto litija akumulatoru barošanai, to vieglā svara dēļ parasti ir izgatavoti no vieglāka alumīnija materiāla un plānāki. Parasti apvalkam, vākam un apakšai ir jābūt mazākam par 10 mm, un plaši izplatīto ražotāju pamatmateriāla biezums pašlaik ir aptuveni 0,8 mm.

Grūtības lāzermetināšanas procesā

Pašlaik alumīnija sakausējuma akumulatoru apvalki veido vairāk nekā 90% no visas litija akumulatora jaudas. Metināšanas sarežģītība ir saistīta ar ārkārtīgi augstu alumīnija sakausējuma atstarošanas spēju pret lāzeru, augstu gāzes poru jutību metināšanas procesā un neizbēgamu dažu problēmu un defektu rašanos metināšanas laikā, starp kuriem vissvarīgākās ir gāzes poras, karstās plaisas, un sprādziens.

Alumīnija sakausējuma lāzermetināšanas procesā ir divi svarīgi poru veidi, kuriem ir tendence rasties: ūdeņraža poras un poras, ko izraisa burbuļu plīšana. Lāzermetināšanas ātrā dzesēšanas ātruma dēļ ūdeņraža poru problēma ir daudz nopietnāka, un ir arī papildu caurumu veids, ko izraisa nelielu caurumu sabrukšana lāzermetināšanā.

Karstās plaisas problēma. Alumīnija sakausējums ir tipisks eitektiskā tipa sakausējums, kas metināšanas laikā ir pakļauts karstai plaisāšanai, ieskaitot metināšanas kristalizācijas plaisas un HAZ sašķidrināšanas plaisas. Komponentu segregācijas dēļ metināšanas zonā notiek eitektiskā segregācija un graudu robežas kušana. Sprieguma apstākļos graudu robežās veidojas sašķidrināšanas plaisas, kas samazina metinātā savienojuma veiktspēju.

Sprādziena (pazīstama arī kā izšļakstīšanās) problēma. Ir daudzi faktori, kas var izraisīt sprādzienus, piemēram, materiāla tīrība, paša materiāla tīrība un paša materiāla īpašības. Izšķirošais lietojums ir lāzera stabilitāte. Virsmas izvirzījumi, poras un iekšējie burbuļi uz korpusa. Galvenais iemesls ir tas, ka šķiedras serdes diametrs ir pārāk mazs vai lāzera enerģija ir iestatīta pārāk augsta. Nav tā, ka daži lāzeriekārtu piegādātāji apgalvo, ka jo labāka stara kvalitāte, jo labāks metināšanas efekts. Laba sijas kvalitāte ir piemērota pārklājuma metināšanai ar lielāku iespiešanās dziļumu. Problēmu risināšanas atslēga ir piemērotu procesa parametru atrašana.

Citas grūtības

Mīkstā iepakojuma stieņa auss metināšanai ir nepieciešamas augstas prasības metināšanas armatūrai, un staba auss ir stingri jāpiespiež, lai nodrošinātu metināšanas attālumu. Ar to var panākt sarežģītu trajektoriju, piemēram, S formas un spirāles formas, ātrgaitas metināšanu, palielinot metinājuma savienojuma laukumu un nostiprinot metināšanas izturību.

Cilindrisko akumulatora elementu metināšana ir svarīga pozitīvā elektroda metināšanai. Pateicoties negatīvā elektroda plānajam apvalkam, to ir ļoti viegli metināt cauri. Pašlaik daži ražotāji izmanto negatīvo elektrodu bezmetināšanas procesu, savukārt pozitīvais elektrods izmanto lāzermetināšanu.

Metinot kvadrātveida akumulatoru kombinācijas, pols vai savienojuma daļa ir piesārņota un bieza. Metinot savienojuma detaļu, piesārņotāji sadalās, kas var viegli veidot metināšanas sprādziena punktus un radīt caurumus; Akumulatori ar plāniem stabiem un plastmasas vai keramikas konstrukcijas elementiem zem tiem ir pakļauti metināšanai. Ja stabs ir mazs, metināšana var viegli novirzīties un izraisīt plastmasas bojājumus, veidojot sprādzienbīstamus punktus. Neizmantojiet daudzslāņu savienotājus, jo starp slāņiem ir poras, kas apgrūtina stingru lodēšanu.

Svarīgākais process kvadrātveida akumulatoru metināšanas procesā ir apvalka vāka iepakošana, kas ir sadalīta augšējā vāka un apakšējā vāka metināšanā atbilstoši dažādām pozīcijām. Daži akumulatoru ražotāji bateriju korpusu izgatavošanai izmanto dziļās vilkšanas tehnoloģiju, jo to ražoto akumulatoru apjoms ir mazs, tāpēc ir nepieciešams tikai metināt augšējo vāku.

Kvadrātveida jaudas litija akumulatora sānu metināšanas paraugs

Kvadrātveida akumulatoru metināšanas metodes galvenokārt iedala sānu metināšanā un augšējā metināšanā. Svarīga sānu metināšanas priekšrocība ir tā, ka tai ir mazāka ietekme uz akumulatora elementa iekšpusi, un šļakatas viegli neiekļūs korpusa vāka iekšējā pusē. Tā kā pēc metināšanas var rasties izvirzījumi, kas var nedaudz ietekmēt turpmāko montāžas procesu, sānu metināšanas procesā ir nepieciešama ārkārtīgi augsta lāzera stabilitāte un materiāla tīrība. Augšējā metināšanas procesam, pateicoties metināšanai uz vienas virsmas, ir salīdzinoši zemas prasības metināšanas iekārtu integrācijai un vienkāršai masveida ražošanai. Tomēr ir arī divi trūkumi. Pirmkārt, metināšanas laikā akumulatora elementā var iekļūt neliels daudzums šļakatu, un, otrkārt, augstas apstrādes prasības korpusa priekšējai daļai var radīt izmaksu problēmas.

5. Metināšanas kvalitāti ietekmējošie faktori

Lāzermetināšana pašlaik ir svarīga metode, kas ļoti ieteicama augstas klases akumulatoru metināšanai. Lāzermetināšana ir augstas enerģijas lāzera apstarošanas process uz sagataves, izraisot strauju darba temperatūras paaugstināšanos, izkausējot un atkārtoti savienojot sagatavi, veidojot pastāvīgu savienojumu. Lāzermetināšanai ir laba bīdes izturība un izturība pret plīsumiem. Akumulatora metināšanas kvalitātes novērtēšanas kritēriji ietver vadītspēju, izturību, hermētiskumu, metāla nogurumu un izturību pret koroziju.

Lāzermetināšanas kvalitāti ietekmē daudzi faktori. Dažas no tām ir ļoti nepastāvīgas un tām ir ievērojama nestabilitāte. Kā pareizi iestatīt un kontrolēt šos parametrus, lai ātrgaitas un nepārtrauktas lāzermetināšanas procesā tos varētu kontrolēt atbilstošā diapazonā, lai nodrošinātu metināšanas kvalitāti. Metināšanas šuvju veidošanās uzticamība un stabilitāte ir svarīgi jautājumi, kas saistīti ar lāzermetināšanas tehnoloģijas praktiskumu un industrializāciju. Svarīgi faktori, kas ietekmē lāzermetināšanas kvalitāti, ir metināšanas iekārtas, sagataves stāvoklis un procesa parametri.

1) Metināšanas iekārtas

Svarīgākās kvalitātes prasības lāzeriem ir stara režīms, izejas jauda un stabilitāte. Staru režīms ir svarīgs staru kūļa kvalitātes rādītājs. Jo zemāka ir staru kūļa režīma secība, jo labāka ir staru kūļa fokusēšanas veiktspēja, jo mazāks ir punkts, jo lielāks jaudas blīvums ar tādu pašu lāzera jaudu un jo lielāks ir metināšanas šuves dziļums un platums. Parasti ir nepieciešams bāzes režīms (TEM00) vai zemākas kārtas režīms, pretējā gadījumā ir grūti izpildīt augstas kvalitātes lāzermetināšanas prasības. Pašlaik vietējie lāzeri joprojām saskaras ar zināmām grūtībām attiecībā uz stara kvalitāti un jaudas stabilitāti lāzermetināšanai. No ārzemju situāciju viedokļa lāzeru staru kvalitāte un izejas jaudas stabilitāte jau ir diezgan augsta un nekļūs par problēmu lāzermetināšanā. Nozīmīgākais faktors, kas ietekmē metināšanas kvalitāti optiskajās sistēmās, ir fokusēšanas lēca, kas parasti izmanto fokusa attālumu no 127 mm (5 collas) līdz 200 mm (7,9 collas). Neliels fokusa attālums ir izdevīgs, lai samazinātu fokusētā stara vidukļa punkta diametru, taču pārāk mazs fokusa attālums var viegli izraisīt piesārņojumu un izšļakstīšanās bojājumus metināšanas procesa laikā.

Jo īsāks viļņa garums, jo augstāks ir absorbcijas ātrums; Parasti materiāliem ar labu vadītspēju ir augsta atstarošanas spēja. YAG lāzeriem sudraba atstarošanās spēja ir 96%, alumīnija ir 92%, vara ir 90%, bet dzelzs ir 60%. Jo augstāka temperatūra, jo augstāks ir absorbcijas ātrums, kas parāda lineāru sakarību; Parasti virsmas pārklājums ar fosfātu, oglekli, grafītu utt. var uzlabot absorbcijas ātrumu.

2) sagataves stāvoklis

Lāzermetināšanai nepieciešama sagataves malu apstrāde ar augstu montāžas precizitāti, stingru punktu un metinājuma šuves izlīdzināšanu, un sākotnējā montāžas precizitāte un apstrādājamā priekšmeta punktu izlīdzināšana nevar mainīties metināšanas termiskās deformācijas dēļ metināšanas procesā. Tas ir tāpēc, ka lāzera vieta ir maza un metināšanas šuve ir šaura. Parasti pildviela netiek pievienota. Ja mezgls nav stingrs un sprauga ir pārāk liela, sija var izkļūt cauri spraugai un nevar izkausēt pamatmateriālu vai izraisīt acīmredzamu zemgriezumu vai iespiedumu. Ja novirze starp plankumu un šuvi ir nedaudz liela, tas var izraisīt nepilnīgu saplūšanu vai nepilnīgu metināšanu. Tāpēc atstarpe starp dokstaciju un vispārējās plates montāžu un punktveida izlīdzinājuma novirzi nedrīkst pārsniegt {{0}},1 mm, un novirze nedrīkst pārsniegt 0,2 mm. Faktiskajā ražošanā dažkārt nevar izmantot lāzera metināšanas tehnoloģiju, jo nevar izpildīt šīs prasības. Lai sasniegtu labus metināšanas rezultātus, pieļaujamā atstarpe dokstacijām un pārklāšanās ir jākontrolē 10% robežās no plānās plāksnes biezuma.

Veiksmīgai lāzermetināšanai nepieciešams ciešs kontakts starp metināto pamatni. Tas prasa rūpīgu detaļu pievilkšanu, lai sasniegtu optimālus rezultātus. Un to ir grūti izdarīt uz plānām polārās auss pamatnēm, jo ​​tās ir pakļautas novirzēm, it īpaši, ja polārā auss ir iestrādāta lielos akumulatora moduļos vai komponentos.

3) Metināšanas parametri

1) Vissvarīgākais faktors, kas ietekmē lāzera metināšanas režīma metināšanas parametrus un stabilu metinājuma veidošanos, ir lāzera vietas jaudas blīvums. Tā ietekme uz metināšanas režīmu un šuvju veidošanās stabilitāti ir šāda: palielinoties lāzera punkta jaudas blīvumam, tas kļūst par stabilu siltumvadītspējas metināšanu, par nestabilu režīmu un stabilu dziļi iespiešanās metināšanu.

Lāzera vietas jaudas blīvumu nosaka lāzera jauda un stara fokusa pozīcija, ņemot vērā noteiktu stara režīmu un fokusēšanas spoguļa fokusa attālumu. Lāzera jaudas blīvums ir tieši proporcionāls lāzera jaudai. Fokālās pozīcijas ietekmei ir optimāla vērtība; Kad sijas fokuss atrodas noteiktā pozīcijā zem sagataves virsmas (1-2 mm diapazonā, atkarībā no plāksnes biezuma un parametriem), var iegūt ideālāko metinājuma šuvi. Atkāpjoties no šīs optimālās fokusa pozīcijas, palielināsies apstrādājamā priekšmeta virsmas plankums, izraisot jaudas blīvuma samazināšanos. Noteiktā diapazonā tas izraisīs izmaiņas metināšanas procesa formā.

Metināšanas ātruma ietekme uz metināšanas procesa formu un stabilitāti nav tik nozīmīga kā lāzera jaudas un fokusa pozīcijas ietekme. Tikai tad, ja metināšanas ātrums ir pārāk liels, zemas siltuma padeves dēļ rodas nespēja uzturēt stabilu dziļi iespiešanās metināšanas procesu. Faktiskās metināšanas laikā ir jāizvēlas stabila dziļa iespiešanās metināšana vai stabila siltumvadītspējas metināšana, pamatojoties uz metināšanas šuves prasībām attiecībā uz iespiešanās dziļumu, un ir pilnībā jānovērš nestabilā režīma metināšana.

(2) Dziļās iespiešanās metināšanas diapazonā metināšanas parametru ietekme uz iespiešanās dziļumu: stabilā dziļās iespiešanās metināšanas diapazonā, jo lielāka lāzera jauda, ​​jo lielāks iespiešanās dziļums, ar attiecību aptuveni 0 .7 jauda; Jo lielāks metināšanas ātrums, jo mazāks ir iespiešanās dziļums. Kad fokuss ir optimālā pozīcijā noteiktos lāzera jaudas un metināšanas ātruma apstākļos, tiek sasniegts maksimālais iespiešanās dziļums. Ja tas novirzās no šīs pozīcijas, iespiešanās dziļums samazinās un pat kļūst nestabila vai stabila siltuma vadītspējas metināšana.

(3) aizsarggāzes ietekme, kuras svarīgais lietojums ir aizsargāt apstrādājamo priekšmetu no oksidēšanās metināšanas procesā; Aizsargājiet fokusēšanas lēcu no metāla tvaiku piesārņojuma un šķidruma pilienu šļakatām; Izkliedēt plazmu, ko rada lieljaudas lāzermetināšana; Atdzesējiet apstrādājamo priekšmetu un samaziniet siltuma ietekmēto zonu.

Aizsarggāze parasti ir argons vai hēlijs, un slāpekli var izmantot arī tiem, kam ir zemas prasības šķietamajai kvalitātei. To tendence ražot plazmu ir būtiski atšķirīga: hēlija gāzei, pateicoties tās augstajam jonizācijas lādiņam un ātrai siltumvadītspējai, ir mazāka tendence ražot plazmu nekā argona gāzei tādos pašos apstākļos, tādējādi iegūstot lielāku kušanas dziļumu. Noteiktā diapazonā, palielinoties aizsarggāzes plūsmas ātrumam, palielinās tendence nomākt plazmu, kā rezultātā palielinās kušanas dziļums. Tomēr, sasniedzot noteiktu diapazonu, tam ir tendence stabilizēties.

(4) Katra parametra uzraudzības analīze: no četriem metināšanas parametriem metināšanas ātrumu un aizsarggāzes plūsmas ātrumu ir viegli uzraudzīt un uzturēt stabilitāti, savukārt lāzera jauda un fokusa pozīcija ir parametri, kas var svārstīties metināšanas procesa laikā un kurus ir grūti uzraudzīt. . Lai gan lāzera izvadītajai lāzera jaudai ir augsta stabilitāte un to ir viegli uzraudzīt, lāzera jauda, ​​kas sasniedz apstrādājamo priekšmetu, mainīsies, jo tiek zaudētas vadības un fokusēšanas sistēmas. Šis zudums ir saistīts ar optiskās sagataves kvalitāti, kalpošanas laiku un virsmas piesārņojumu, kas apgrūtina uzraudzību un kļūst par nenoteiktu metināšanas kvalitātes faktoru. Sijas fokusa pozīcija ir viens no metināšanas parametriem, kam ir būtiska ietekme uz metināšanas kvalitāti un kuru ir visgrūtāk uzraudzīt un kontrolēt. Šobrīd ražošanā ir nepieciešams paļauties uz manuālu regulēšanu un atkārtotiem procesa eksperimentiem, lai noteiktu atbilstošo fokusa punktu, lai sasniegtu vēlamo iespiešanās dziļumu. Tomēr metināšanas procesā sagataves deformācijas, termiskās lēcas efekta vai telpisko līkņu daudzdimensiju metināšanas dēļ fokusa pozīcija var mainīties un pārsniegt pieļaujamo diapazonu.

Attiecībā uz iepriekšminētajām divām situācijām, no vienas puses, ir jāizmanto augstas kvalitātes un stabili optiskie komponenti, kas regulāri jākopj, lai novērstu piesārņojumu un uzturētu tīrību; No otras puses, ir nepieciešams izstrādāt lāzermetināšanas procesu reāllaika monitoringa un kontroles metodes, lai optimizētu parametrus, uzraudzītu lāzera jaudas un fokusa pozīcijas izmaiņas, sasniedzot sagatavi, panāktu slēgta cikla vadību un uzlabotu uzticamību. un lāzermetināšanas kvalitātes stabilitāte.

Visbeidzot, jāatzīmē, ka lāzermetināšana ir kausēšanas process. Tas nozīmē, ka lāzermetināšanas procesā abi substrāti izkusīs. Šis process ir ātrs, tāpēc kopējā siltuma padeve ir zema. Bet, tā kā šis ir kausēšanas process, metinot dažādus materiālus, var veidoties trausli augstas pretestības intermetāliski savienojumi. Alumīnija vara kombinācija ir īpaši pakļauta intermetālisku savienojumu veidošanai. Ir pierādīts, ka šiem savienojumiem ir negatīva ietekme uz mikroelektronisko ierīču savienojumu īstermiņa elektriskām un ilgtermiņa mehāniskajām īpašībām. Šo intermetālisko savienojumu ietekme uz litija jonu akumulatoru ilgtermiņa darbību joprojām nav skaidra.