اللحام بالليزر
في السنوات الأخيرة، وبفضل التطور السريع لصناعة الطاقة الجديدة، اخترق اللحام بالليزر صناعة الطاقة الجديدة بأكملها بسرعة بسبب مزاياه السريعة والمستقرة.ومن بينها، تمثل معدات اللحام بالليزر أعلى نسبة من التطبيقات في صناعة الطاقة الجديدة بأكملها.
أصبح اللحام بالليزر سريعًا هو الخيار الأول في جميع مناحي الحياة نظرًا لسرعته العالية وعمقه الكبير وتشوهه الصغير.من اللحامات النقطية إلى اللحامات التناكبية واللحامات المتراكمة والختمية، يوفر اللحام بالليزر دقة وتحكمًا لا مثيل لهما.إنها تلعب دورًا مهمًا في الإنتاج الصناعي والتصنيع، بما في ذلك الصناعة العسكرية والرعاية الطبية والفضاء وقطع غيار السيارات 3C والصفائح المعدنية الميكانيكية والطاقة الجديدة وغيرها من الصناعات.
بالمقارنة مع تقنيات اللحام الأخرى، فإن اللحام بالليزر له مزاياه وعيوبه الفريدة.
ميزة:
1. السرعة العالية والعمق الكبير والتشوه الصغير.
2. يمكن إجراء اللحام في درجة الحرارة العادية أو في ظل ظروف خاصة، ومعدات اللحام بسيطة.على سبيل المثال، لا ينجرف شعاع الليزر في المجال الكهرومغناطيسي.يمكن لليزر اللحام في الفراغ أو الهواء أو بيئات غازية معينة، ويمكنه لحام المواد التي تمر عبر الزجاج أو شفافة لشعاع الليزر.
3. يمكنها لحام المواد المقاومة للحرارة مثل التيتانيوم والكوارتز، ويمكنها أيضًا لحام المواد المتباينة بنتائج جيدة.
4. بعد تركيز الليزر، تكون كثافة الطاقة عالية.يمكن أن تصل نسبة العرض إلى الارتفاع إلى 5:1، ويمكن أن تصل إلى 10:1 عند لحام الأجهزة عالية الطاقة.
5. يمكن إجراء اللحام الجزئي.بعد تركيز شعاع الليزر، يمكن الحصول على بقعة صغيرة ويمكن وضعها بدقة.يمكن تطبيقه على تجميع ولحام قطع العمل الصغيرة والصغيرة لتحقيق الإنتاج الضخم الآلي.
6. يمكنها لحام المناطق التي يصعب الوصول إليها وإجراء اللحام لمسافات طويلة بدون تلامس، بمرونة كبيرة.في السنوات الأخيرة على وجه الخصوص، اعتمدت تكنولوجيا المعالجة بالليزر YAG تكنولوجيا نقل الألياف الضوئية، مما مكنت من الترويج لتكنولوجيا اللحام بالليزر وتطبيقها على نطاق أوسع.
7. من السهل تقسيم شعاع الليزر في الزمان والمكان، ويمكن معالجة الحزم المتعددة في مواقع متعددة في وقت واحد، مما يوفر الظروف اللازمة للحام أكثر دقة.
خلل:
1. يجب أن تكون دقة تجميع قطعة العمل عالية، ولا يمكن انحراف موضع الشعاع على قطعة العمل بشكل كبير.وذلك لأن حجم بقعة الليزر بعد التركيز صغير ودرزة اللحام ضيقة، مما يجعل من الصعب إضافة مواد حشو معدنية.إذا كانت دقة تجميع قطعة العمل أو دقة تحديد موضع الشعاع لا تلبي المتطلبات، فمن المحتمل أن تحدث عيوب اللحام.
2. تكلفة الليزر والأنظمة ذات الصلة مرتفعة، والاستثمار لمرة واحدة كبير.
عيوب اللحام بالليزر الشائعة في تصنيع بطاريات الليثيوم
1. مسامية اللحام
العيوب الشائعة في اللحام بالليزر هي المسام.بركة اللحام المنصهرة عميقة وضيقة.أثناء عملية اللحام بالليزر، يغزو النيتروجين البركة المنصهرة من الخارج.أثناء عملية تبريد وتصلب المعدن، تقل ذوبان النيتروجين مع انخفاض درجة الحرارة.عندما يبرد المعدن المنصهر ليبدأ في التبلور، ستنخفض قابلية الذوبان بشكل حاد ومفاجئ.في هذا الوقت، سوف تترسب كمية كبيرة من الغاز لتشكل فقاعات.إذا كانت سرعة طفو الفقاعات أقل من سرعة تبلور المعدن، فسيتم إنشاء المسام.
في تطبيقات صناعة بطاريات الليثيوم، غالبًا ما نجد أنه من المحتمل بشكل خاص أن تحدث المسام أثناء لحام القطب الموجب، ولكن نادرًا ما تحدث أثناء لحام القطب السالب.وذلك لأن القطب الموجب مصنوع من الألومنيوم والقطب السالب مصنوع من النحاس.أثناء اللحام، يتكثف الألومنيوم السائل الموجود على السطح قبل أن يفيض الغاز الداخلي بالكامل، مما يمنع الغاز من الفيضان وتشكيل ثقوب كبيرة وصغيرة.الثغور الصغيرة.
بالإضافة إلى أسباب المسام المذكورة أعلاه، تشمل المسام أيضًا الهواء الخارجي والرطوبة والزيت السطحي وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، سيؤثر اتجاه وزاوية نفخ النيتروجين أيضًا على تكوين المسام.
أما عن كيفية الحد من حدوث مسام اللحام؟
أولاً، قبل اللحام، يجب تنظيف بقع الزيت والشوائب الموجودة على سطح المواد الواردة في الوقت المناسب؛في إنتاج بطاريات الليثيوم، يعد فحص المواد الواردة عملية أساسية.
ثانيًا، يجب تعديل تدفق غاز التدريع وفقًا لعوامل مثل سرعة اللحام، والطاقة، والموضع، وما إلى ذلك، ويجب ألا يكون كبيرًا جدًا أو صغيرًا جدًا.يجب تعديل ضغط العباءة الواقية وفقًا لعوامل مثل قوة الليزر وموضع التركيز، ويجب ألا يكون مرتفعًا جدًا أو منخفضًا جدًا.يجب تعديل شكل فوهة العباءة الواقية وفقًا لشكل اللحام واتجاهه وعوامل أخرى حتى تتمكن العباءة الواقية من تغطية منطقة اللحام بالتساوي.
ثالثاً، التحكم في درجة الحرارة والرطوبة والغبار الموجود في الهواء في الورشة.سوف تؤثر درجة الحرارة والرطوبة المحيطة على محتوى الرطوبة على سطح الركيزة والغاز الواقي، مما سيؤثر بدوره على توليد وهروب بخار الماء في البركة المنصهرة.إذا كانت درجة الحرارة والرطوبة المحيطة مرتفعة جدًا، فسيكون هناك الكثير من الرطوبة على سطح الركيزة والغاز الواقي، مما يؤدي إلى توليد كمية كبيرة من بخار الماء، مما يؤدي إلى ظهور المسام.إذا كانت درجة الحرارة والرطوبة المحيطة منخفضة جدًا، فسيكون هناك القليل جدًا من الرطوبة على سطح الركيزة وفي غاز التدريع، مما يقلل من توليد بخار الماء، وبالتالي تقليل المسام؛دع موظفي الجودة يكتشفون القيمة المستهدفة لدرجة الحرارة والرطوبة والغبار في محطة اللحام.
رابعاً، يتم استخدام طريقة تأرجح الشعاع لتقليل أو إزالة المسام في لحام الاختراق العميق بالليزر.بسبب إضافة التأرجح أثناء اللحام، فإن التأرجح الترددي للحزمة إلى خط اللحام يسبب إعادة صهر متكرر لجزء من خط اللحام، مما يطيل وقت بقاء المعدن السائل في حوض اللحام.وفي الوقت نفسه، يؤدي انحراف الشعاع أيضًا إلى زيادة مدخلات الحرارة لكل وحدة مساحة.يتم تقليل نسبة العمق إلى العرض للحام، مما يساعد على ظهور الفقاعات، وبالتالي القضاء على المسام.من ناحية أخرى، فإن تأرجح الشعاع يتسبب في تأرجح الثقب الصغير وفقًا لذلك، والذي يمكن أن يوفر أيضًا قوة تحريك لحوض اللحام، ويزيد الحمل الحراري وتحريك حوض اللحام، ويكون له تأثير مفيد على إزالة المسام.
خامسًا، تردد النبضة، يشير تردد النبض إلى عدد النبضات المنبعثة من شعاع الليزر لكل وحدة زمنية، مما سيؤثر على مدخلات الحرارة وتراكم الحرارة في البركة المنصهرة، ثم يؤثر على مجال درجة الحرارة ومجال التدفق في البركة المنصهرة. حمام سباحة.إذا كان تردد النبض مرتفعًا جدًا، فسيؤدي ذلك إلى إدخال حرارة زائدة في البركة المنصهرة، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة البركة المنصهرة، مما يؤدي إلى إنتاج بخار معدني أو عناصر أخرى متطايرة عند درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى ظهور المسام.إذا كان تردد النبض منخفضًا جدًا، فسيؤدي ذلك إلى تراكم حرارة غير كافٍ في البركة المنصهرة، مما يتسبب في انخفاض درجة حرارة البركة المنصهرة، مما يقلل من انحلال الغاز وهروبه، مما يؤدي إلى ظهور المسام.بشكل عام، يجب اختيار تردد النبض ضمن نطاق معقول بناءً على سمك الركيزة وقوة الليزر، وتجنب أن يكون مرتفعًا جدًا أو منخفضًا جدًا.
فتحات اللحام (اللحام بالليزر)
2. ترشيش اللحام
الترشيش المتولد أثناء عملية اللحام، سيؤثر اللحام بالليزر بشكل خطير على جودة سطح اللحام، وسوف يلوث العدسة ويتلفها.الأداء العام هو كما يلي: بعد الانتهاء من اللحام بالليزر، تظهر العديد من الجزيئات المعدنية على سطح المادة أو قطعة العمل وتلتصق بسطح المادة أو قطعة العمل.الأداء الأكثر بديهية هو أنه عند اللحام في وضع الجلفانومتر، بعد فترة من استخدام العدسة الواقية للجلفانومتر، ستكون هناك حفر كثيفة على السطح، وهذه الحفر ناتجة عن ترشيش اللحام.بعد فترة طويلة، من السهل حجب الضوء، وستكون هناك مشاكل في ضوء اللحام، مما يؤدي إلى سلسلة من المشاكل مثل اللحام المكسور واللحام الافتراضي.
ما هي أسباب الرش؟
أولاً، كثافة الطاقة، كلما زادت كثافة الطاقة، أصبح من الأسهل توليد الترشيش، ويرتبط الترشيش مباشرة بكثافة الطاقة.هذه مشكلة عمرها قرن من الزمان.على الأقل حتى الآن، لم تتمكن الصناعة من حل مشكلة الرش، ولا يسعها إلا أن تقول إنه تم تخفيضها قليلاً.في صناعة بطاريات الليثيوم، يعد تناثر السوائل هو السبب الأكبر لقصر الدائرة الكهربائية للبطارية، لكنه لم يتمكن من حل السبب الجذري.لا يمكن تقليل تأثير التناثر على البطارية إلا من وجهة نظر الحماية.على سبيل المثال، يتم إضافة دائرة من منافذ إزالة الغبار والأغطية الواقية حول جزء اللحام، ويتم إضافة صفوف من سكاكين الهواء في الدوائر لمنع تأثير التناثر أو حتى تلف البطارية.يمكن القول أن تدمير البيئة والمنتجات والمكونات المحيطة بمحطة اللحام قد استنفد الوسائل.
أما بالنسبة لحل مشكلة التناثر فلا يمكن القول إلا أن تقليل طاقة اللحام يساعد على تقليل التناثر.يمكن أن يساعد تقليل سرعة اللحام أيضًا إذا كان الاختراق غير كافٍ.ولكن في بعض متطلبات العمليات الخاصة، يكون لها تأثير ضئيل.إنها نفس العملية، الآلات المختلفة ودفعات مختلفة من المواد لها تأثيرات لحام مختلفة تمامًا.لذلك، هناك قاعدة غير مكتوبة في صناعة الطاقة الجديدة، وهي مجموعة واحدة من معلمات اللحام لقطعة واحدة من المعدات.
ثانيًا، إذا لم يتم تنظيف سطح المادة المعالجة أو قطعة العمل، فإن بقع الزيت أو الملوثات ستتسبب أيضًا في حدوث بقع خطيرة.أسهل شيء في هذا الوقت هو تنظيف سطح المادة المعالجة.
3. الانعكاسية العالية لللحام بالليزر
بشكل عام، يشير الانعكاس العالي إلى حقيقة أن مادة المعالجة تتمتع بمقاومة صغيرة، وسطح أملس نسبيًا، ومعدل امتصاص منخفض لأشعة الليزر القريبة من الأشعة تحت الحمراء، مما يؤدي إلى كمية كبيرة من انبعاث الليزر، ولأن معظم أجهزة الليزر تستخدم في الوضع الرأسي بسبب المادة أو كمية صغيرة من الميل، يدخل ضوء الليزر العائد مرة أخرى إلى رأس الإخراج، وحتى جزء من الضوء العائد يقترن بالألياف التي تنقل الطاقة، وينتقل مرة أخرى على طول الألياف إلى الداخل الليزر، مما يجعل المكونات الأساسية داخل الليزر تظل في درجة حرارة عالية.
عندما تكون الانعكاسية عالية جداً أثناء اللحام بالليزر، يمكن اتخاذ الحلول التالية:
3.1 استخدم طلاءًا مضادًا للانعكاس أو عالج سطح المادة: يمكن أن يؤدي طلاء سطح مادة اللحام بطبقة مضادة للانعكاس إلى تقليل انعكاس الليزر بشكل فعال.عادة ما يكون هذا الطلاء عبارة عن مادة بصرية خاصة ذات انعكاس منخفض تمتص طاقة الليزر بدلاً من عكسها مرة أخرى.في بعض العمليات، مثل لحام المجمع الحالي، والاتصال الناعم، وما إلى ذلك، يمكن أيضًا أن يكون السطح منقوشًا.
3.2 ضبط زاوية اللحام: من خلال ضبط زاوية اللحام، يمكن أن يسقط شعاع الليزر على مادة اللحام بزاوية أكثر ملاءمة ويقلل حدوث الانعكاس.عادة، يعد سقوط شعاع الليزر بشكل عمودي على سطح المادة المراد لحامها طريقة جيدة لتقليل الانعكاسات.
3.3 إضافة مادة ماصة مساعدة: أثناء عملية اللحام، تتم إضافة كمية معينة من مادة ماصة مساعدة، مثل المسحوق أو السائل، إلى اللحام.تمتص هذه الماصات طاقة الليزر وتقلل من الانعكاس.يجب اختيار المادة الماصة المناسبة بناءً على مواد اللحام المحددة وسيناريوهات التطبيق.وهذا أمر غير مرجح في صناعة بطاريات الليثيوم.
3.4 استخدم الألياف الضوئية لنقل الليزر: إذا أمكن، يمكن استخدام الألياف الضوئية لنقل الليزر إلى موضع اللحام لتقليل الانعكاس.يمكن للألياف الضوئية توجيه شعاع الليزر إلى منطقة اللحام لتجنب التعرض المباشر لسطح مادة اللحام وتقليل حدوث الانعكاسات.
3.5 ضبط معلمات الليزر: من خلال ضبط المعلمات مثل قوة الليزر والطول البؤري والقطر البؤري، يمكن التحكم في توزيع طاقة الليزر ويمكن تقليل الانعكاسات.بالنسبة لبعض المواد العاكسة، قد يكون تقليل طاقة الليزر طريقة فعالة لتقليل الانعكاسات.
3.6 استخدم مقسم الشعاع: يمكن لمقسم الشعاع توجيه جزء من طاقة الليزر إلى جهاز الامتصاص، وبالتالي تقليل حدوث الانعكاسات.تتكون أجهزة تقسيم الشعاع عادة من مكونات بصرية وماصات، ومن خلال اختيار المكونات المناسبة وضبط تخطيط الجهاز، يمكن تحقيق انعكاسية أقل.
4. اللحام تقويض
في عملية تصنيع بطاريات الليثيوم، ما هي العمليات التي من المرجح أن تسبب تقويضًا؟لماذا يحدث التقويض؟دعونا نحللها.
تقويض، بشكل عام، لا يتم دمج مواد اللحام الخام بشكل جيد مع بعضها البعض، أو تكون الفجوة كبيرة جدًا أو يظهر الأخدود، أو يكون العمق والعرض أكبر من 0.5 مم، أو الطول الإجمالي أكبر من 10٪ من طول اللحام، أو أكبر من معيار عملية المنتج الطول المطلوب.
في عملية تصنيع بطارية الليثيوم بأكملها، من المرجح أن يحدث تقويض، ويتم توزيعه بشكل عام في اللحام المسبق واللحام للوحة الغطاء الأسطوانية واللحام المسبق واللحام للوحة غطاء غلاف الألومنيوم المربعة.السبب الرئيسي هو أن لوحة غطاء الختم تحتاج إلى التعاون مع الغلاف من أجل اللحام، وتكون عملية المطابقة بين لوحة غطاء الختم والقشرة عرضة لفجوات اللحام المفرطة، والأخاديد، والانهيار، وما إلى ذلك، لذلك فهي عرضة بشكل خاص للتقويض .
إذن ما الذي يسبب التقويض؟
إذا كانت سرعة اللحام سريعة جدًا، فلن يكون لدى المعدن السائل الموجود خلف الثقب الصغير الذي يشير إلى مركز اللحام الوقت الكافي لإعادة التوزيع، مما يؤدي إلى التصلب والتقويض على جانبي اللحام.في ضوء الوضع المذكور أعلاه، نحن بحاجة إلى تحسين معلمات اللحام.بكل بساطة، يتم تكرار التجارب للتحقق من المعلمات المختلفة، والاستمرار في إجراء DOE حتى يتم العثور على المعلمات المناسبة.
2. فجوات اللحام المفرطة، والأخاديد، والانهيارات، وما إلى ذلك من مواد اللحام سوف تقلل من كمية المعدن المنصهر الذي يملأ الفجوات، مما يزيد من احتمال حدوث القطع السفلية.هذه مسألة المعدات والمواد الخام.ما إذا كانت المواد الخام للحام تلبي متطلبات المواد الواردة في عمليتنا، وما إذا كانت دقة المعدات تلبي المتطلبات، وما إلى ذلك. الممارسة العادية هي تعذيب وضرب الموردين والأشخاص المسؤولين عن المعدات باستمرار.
3. إذا انخفضت الطاقة بسرعة كبيرة في نهاية اللحام بالليزر، فقد ينهار الثقب الصغير، مما يؤدي إلى تقويض محلي.إن المطابقة الصحيحة للقوة والسرعة يمكن أن تمنع بشكل فعال تكوين القطع السفلية.كما يقول المثل القديم، كرر التجارب، وتحقق من المعلمات المختلفة، واستمر في DOE حتى تجد المعلمات الصحيحة.
5. انهيار مركز اللحام
إذا كانت سرعة اللحام بطيئة، فإن حوض السباحة المنصهر سيكون أكبر وأوسع، مما يزيد من كمية المعدن المنصهر.هذا يمكن أن يجعل الحفاظ على التوتر السطحي أمرًا صعبًا.عندما يصبح المعدن المنصهر ثقيلًا جدًا، قد يغوص مركز اللحام ويشكل انخفاضات وحفرًا.في هذه الحالة، يجب تقليل كثافة الطاقة بشكل مناسب لمنع انهيار حوض الذوبان.
وفي حالة أخرى، تشكل فجوة اللحام انهيارًا دون التسبب في حدوث ثقب.هذه بلا شك مشكلة تتعلق بضغط المعدات.
إن الفهم الصحيح للعيوب التي يمكن أن تحدث أثناء اللحام بالليزر وأسباب العيوب المختلفة يسمح باتباع نهج أكثر استهدافًا لحل أي مشاكل لحام غير طبيعية.
6. شقوق اللحام
الشقوق التي تظهر أثناء اللحام بالليزر المستمر هي في الأساس شقوق حرارية، مثل الشقوق البلورية وشقوق التميع.السبب الرئيسي لهذه الشقوق هو قوى الانكماش الكبيرة الناتجة عن اللحام قبل أن يتصلب تمامًا.
هناك أيضًا الأسباب التالية للشقوق في اللحام بالليزر:
1. تصميم اللحام غير المعقول: قد يؤدي التصميم غير المناسب لهندسة وحجم اللحام إلى تركيز إجهاد اللحام، وبالتالي التسبب في حدوث تشققات.الحل هو تحسين تصميم اللحام لتجنب تركيز إجهاد اللحام.يمكنك استخدام اللحامات الأوفست المناسبة، وتغيير شكل اللحام، وما إلى ذلك.
2. عدم تطابق معلمات اللحام: قد يؤدي الاختيار غير الصحيح لمعلمات اللحام، مثل سرعة اللحام السريعة جدًا، والطاقة العالية جدًا، وما إلى ذلك، إلى تغيرات غير متساوية في درجة الحرارة في منطقة اللحام، مما يؤدي إلى إجهاد اللحام الكبير والشقوق.الحل هو ضبط معلمات اللحام لتتناسب مع المواد المحددة وظروف اللحام.
3. سوء إعداد سطح اللحام: الفشل في التنظيف والمعالجة المسبقة لسطح اللحام بشكل صحيح قبل اللحام، مثل إزالة الأكاسيد والشحوم وغيرها، سوف يؤثر على جودة وقوة اللحام ويؤدي بسهولة إلى التشققات.الحل هو تنظيف سطح اللحام ومعالجته مسبقًا بشكل مناسب لضمان معالجة الشوائب والملوثات في منطقة اللحام بشكل فعال.
4. التحكم غير السليم في مدخلات حرارة اللحام: سوء التحكم في مدخلات الحرارة أثناء اللحام، مثل درجة الحرارة الزائدة أثناء اللحام، ومعدل التبريد غير المناسب لطبقة اللحام، وما إلى ذلك، سيؤدي إلى تغييرات في هيكل منطقة اللحام، مما يؤدي إلى حدوث تشققات. .الحل هو التحكم في درجة الحرارة ومعدل التبريد أثناء اللحام لتجنب التسخين الزائد والتبريد السريع.
5. تخفيف الضغط غير الكافي: سيؤدي العلاج غير الكافي لتخفيف الضغط بعد اللحام إلى عدم تخفيف الضغط بشكل كافٍ في المنطقة الملحومة، مما سيؤدي بسهولة إلى حدوث تشققات.الحل هو إجراء العلاج المناسب لتخفيف الضغط بعد اللحام، مثل المعالجة الحرارية أو معالجة الاهتزاز (السبب الرئيسي).
أما بالنسبة لعملية تصنيع بطاريات الليثيوم، ما هي العمليات الأكثر عرضة للتسبب في حدوث تشققات؟
بشكل عام، تكون الشقوق عرضة لحدوث أثناء لحام الختم، مثل لحام الختم لقذائف الفولاذ الأسطوانية أو أغطية الألومنيوم، ولحام الختم لقذائف الألومنيوم المربعة، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، أثناء عملية تعبئة الوحدة، يكون لحام المجمع الحالي عرضة أيضًا إلى الشقوق.
بالطبع، يمكننا أيضًا استخدام سلك الحشو أو التسخين المسبق أو طرق أخرى لتقليل هذه الشقوق أو إزالتها.
وقت النشر: 01 سبتمبر 2023
