Dalam beberapa tahun terakhir, berkat perkembangan pesat industri energi baru, pengelasan laser telah dengan cepat menembus seluruh industri energi baru karena keunggulannya yang cepat dan stabil. Di antara semuanya, peralatan pengelasan laser memiliki proporsi aplikasi tertinggi di seluruh industri energi baru.
Pengelasan lasertelah dengan cepat menjadi pilihan utama di semua bidang kehidupan karena kecepatannya yang tinggi, kedalaman yang besar, dan deformasi yang kecil. Mulai dari pengelasan titik hingga pengelasan tumpul, pengelasan penambahan material dan pengelasan penyegelan,pengelasan laserMemberikan presisi dan kontrol yang tak tertandingi. Alat ini memainkan peran penting dalam produksi dan manufaktur industri, termasuk industri militer, perawatan medis, kedirgantaraan, suku cadang otomotif 3C, pengerjaan logam lembaran mekanik, energi baru, dan industri lainnya.
Dibandingkan dengan teknologi pengelasan lainnya, pengelasan laser memiliki kelebihan dan kekurangan yang unik.
Keuntungan:
1. Kecepatan tinggi, kedalaman besar, dan deformasi kecil.
2. Pengelasan dapat dilakukan pada suhu normal atau dalam kondisi khusus, dan peralatan pengelasannya sederhana. Misalnya, sinar laser tidak bergeser dalam medan elektromagnetik. Laser dapat mengelas dalam ruang hampa, udara, atau lingkungan gas tertentu, dan dapat mengelas material yang tembus kaca atau transparan terhadap sinar laser.
3. Mesin ini dapat mengelas material tahan api seperti titanium dan kuarsa, serta dapat mengelas material yang berbeda jenis dengan hasil yang baik.
4. Setelah laser difokuskan, kepadatan dayanya tinggi. Rasio aspek dapat mencapai 5:1, dan dapat mencapai hingga 10:1 saat mengelas perangkat berdaya tinggi.
5. Pengelasan mikro dapat dilakukan. Setelah sinar laser difokuskan, titik kecil dapat diperoleh dan dapat diposisikan secara akurat. Ini dapat diterapkan pada perakitan dan pengelasan benda kerja mikro dan kecil untuk mencapai produksi massal otomatis.
6. Alat ini dapat mengelas area yang sulit dijangkau dan melakukan pengelasan jarak jauh tanpa kontak, dengan fleksibilitas yang tinggi. Terutama dalam beberapa tahun terakhir, teknologi pemrosesan laser YAG telah mengadopsi teknologi transmisi serat optik, yang memungkinkan teknologi pengelasan laser untuk dipromosikan dan diterapkan secara lebih luas.
7. Sinar laser mudah dipisahkan dalam ruang dan waktu, dan beberapa sinar dapat diproses di beberapa lokasi secara bersamaan, sehingga memberikan kondisi untuk pengelasan yang lebih presisi.
Cacat:
1. Akurasi perakitan benda kerja harus tinggi, dan posisi berkas laser pada benda kerja tidak boleh menyimpang secara signifikan. Hal ini karena ukuran titik laser setelah difokuskan kecil dan sambungan las sempit, sehingga sulit untuk menambahkan bahan pengisi logam. Jika akurasi perakitan benda kerja atau akurasi pemosisian berkas laser tidak memenuhi persyaratan, cacat pengelasan cenderung terjadi.
2. Biaya laser dan sistem terkaitnya tinggi, dan investasi awal yang dibutuhkan juga besar.
Cacat umum pada pengelasan laserdalam pembuatan baterai lithium
1. Porositas pengelasan
Cacat umum padapengelasan laseradalah pori-pori. Kolam lebur las dalam dan sempit. Selama proses pengelasan laser, nitrogen masuk ke dalam kolam lebur dari luar. Selama proses pendinginan dan pembekuan logam, kelarutan nitrogen menurun seiring dengan penurunan suhu. Ketika logam kolam lebur mendingin hingga mulai mengkristal, kelarutan akan turun tajam dan tiba-tiba. Pada saat ini, sejumlah besar gas akan mengendap membentuk gelembung. Jika kecepatan mengambang gelembung lebih rendah daripada kecepatan kristalisasi logam, pori-pori akan terbentuk.
Dalam aplikasi di industri baterai lithium, kita sering menemukan bahwa pori-pori sangat mungkin terjadi selama pengelasan elektroda positif, tetapi jarang terjadi selama pengelasan elektroda negatif. Hal ini karena elektroda positif terbuat dari aluminium dan elektroda negatif terbuat dari tembaga. Selama pengelasan, aluminium cair di permukaan telah mengembun sebelum gas internal sepenuhnya meluap, mencegah gas meluap dan membentuk lubang-lubang besar dan kecil. Stomata kecil.
Selain penyebab terbentuknya pori-pori yang disebutkan di atas, pori-pori juga disebabkan oleh udara luar, kelembapan, minyak permukaan, dan lain-lain. Selain itu, arah dan sudut hembusan nitrogen juga akan memengaruhi pembentukan pori-pori.
Lalu bagaimana cara mengurangi kemunculan pori-pori pada pengelasan?
Pertama, sebelumpengelasanNoda minyak dan kotoran pada permukaan bahan baku yang masuk perlu dibersihkan tepat waktu; dalam produksi baterai lithium, inspeksi bahan baku yang masuk merupakan proses yang sangat penting.
Kedua, aliran gas pelindung harus disesuaikan dengan faktor-faktor seperti kecepatan pengelasan, daya, posisi, dll., dan tidak boleh terlalu besar atau terlalu kecil. Tekanan selubung pelindung harus disesuaikan dengan faktor-faktor seperti daya laser dan posisi fokus, dan tidak boleh terlalu tinggi atau terlalu rendah. Bentuk nosel selubung pelindung harus disesuaikan dengan bentuk, arah, dan faktor-faktor lain dari pengelasan sehingga selubung pelindung dapat menutupi area pengelasan secara merata.
Ketiga, kendalikan suhu, kelembapan, dan debu di udara di bengkel. Suhu dan kelembapan lingkungan akan memengaruhi kadar air pada permukaan substrat dan gas pelindung, yang pada gilirannya akan memengaruhi pembentukan dan pelepasan uap air di kolam lelehan. Jika suhu dan kelembapan lingkungan terlalu tinggi, akan ada terlalu banyak uap air pada permukaan substrat dan gas pelindung, menghasilkan sejumlah besar uap air, sehingga menyebabkan pori-pori. Jika suhu dan kelembapan lingkungan terlalu rendah, akan ada terlalu sedikit uap air pada permukaan substrat dan dalam gas pelindung, mengurangi pembentukan uap air, sehingga mengurangi pori-pori; biarkan petugas kualitas mendeteksi nilai target suhu, kelembapan, dan debu di stasiun pengelasan.
Keempat, metode ayunan berkas digunakan untuk mengurangi atau menghilangkan pori-pori dalam pengelasan penetrasi dalam laser. Karena penambahan ayunan selama pengelasan, ayunan bolak-balik berkas ke sambungan las menyebabkan peleburan ulang berulang kali pada sebagian sambungan las, yang memperpanjang waktu tinggal logam cair di kolam las. Pada saat yang sama, defleksi berkas juga meningkatkan masukan panas per satuan luas. Rasio kedalaman terhadap lebar las berkurang, yang kondusif untuk munculnya gelembung, sehingga menghilangkan pori-pori. Di sisi lain, ayunan berkas menyebabkan lubang kecil ikut berayun, yang juga dapat memberikan gaya pengadukan untuk kolam las, meningkatkan konveksi dan pengadukan kolam las, dan memiliki efek menguntungkan dalam menghilangkan pori-pori.
Kelima, frekuensi pulsa. Frekuensi pulsa mengacu pada jumlah pulsa yang dipancarkan oleh sinar laser per satuan waktu, yang akan memengaruhi masukan panas dan akumulasi panas di kolam lelehan, dan kemudian memengaruhi medan suhu dan medan aliran di kolam lelehan. Jika frekuensi pulsa terlalu tinggi, akan menyebabkan masukan panas yang berlebihan di kolam lelehan, menyebabkan suhu kolam lelehan terlalu tinggi, menghasilkan uap logam atau unsur lain yang mudah menguap pada suhu tinggi, sehingga mengakibatkan terbentuknya pori-pori. Jika frekuensi pulsa terlalu rendah, akan menyebabkan akumulasi panas yang tidak mencukupi di kolam lelehan, menyebabkan suhu kolam lelehan terlalu rendah, mengurangi pelarutan dan pelepasan gas, sehingga mengakibatkan terbentuknya pori-pori. Secara umum, frekuensi pulsa harus dipilih dalam kisaran yang wajar berdasarkan ketebalan substrat dan daya laser, dan hindari frekuensi yang terlalu tinggi atau terlalu rendah.
Pengelasan lubang (pengelasan laser)
2. Percikan las
Percikan yang dihasilkan selama proses pengelasan laser akan sangat memengaruhi kualitas permukaan hasil pengelasan, dan akan mencemari serta merusak lensa. Secara umum, kinerjanya adalah sebagai berikut: setelah pengelasan laser selesai, banyak partikel logam muncul di permukaan material atau benda kerja dan menempel pada permukaan material atau benda kerja tersebut. Kinerja yang paling intuitif adalah ketika melakukan pengelasan dalam mode galvanometer, setelah beberapa waktu penggunaan lensa pelindung galvanometer, akan terdapat lubang-lubang padat di permukaan, dan lubang-lubang ini disebabkan oleh percikan pengelasan. Setelah lama digunakan, mudah untuk menghalangi cahaya, dan akan terjadi masalah dengan cahaya pengelasan, yang mengakibatkan serangkaian masalah seperti pengelasan yang terputus dan pengelasan virtual.
Apa penyebab cipratan?
Pertama, kepadatan daya, semakin tinggi kepadatan daya, semakin mudah menghasilkan percikan, dan percikan tersebut berhubungan langsung dengan kepadatan daya. Ini adalah masalah yang sudah ada sejak seabad lalu. Setidaknya sampai saat ini, industri belum mampu menyelesaikan masalah percikan, dan hanya dapat dikatakan bahwa masalah tersebut telah sedikit berkurang. Dalam industri baterai lithium, percikan adalah penyebab utama korsleting baterai, tetapi akar penyebabnya belum dapat diatasi. Dampak percikan pada baterai hanya dapat dikurangi dari sudut pandang perlindungan. Misalnya, lingkaran lubang pembuangan debu dan penutup pelindung ditambahkan di sekitar bagian pengelasan, dan deretan pisau udara ditambahkan melingkar untuk mencegah dampak percikan atau bahkan kerusakan pada baterai. Hal ini dapat dikatakan sebagai upaya terakhir yang telah dilakukan.
Mengenai penyelesaian masalah percikan las, hanya dapat dikatakan bahwa mengurangi energi pengelasan membantu mengurangi percikan las. Mengurangi kecepatan pengelasan juga dapat membantu jika penetrasi tidak mencukupi. Tetapi dalam beberapa persyaratan proses khusus, hal itu memiliki sedikit efek. Prosesnya sama, tetapi mesin dan bahan yang berbeda menghasilkan efek pengelasan yang sangat berbeda. Oleh karena itu, ada aturan tidak tertulis dalam industri energi baru, yaitu satu set parameter pengelasan untuk satu peralatan.
Kedua, jika permukaan bahan atau benda kerja yang diproses tidak dibersihkan, noda minyak atau polutan juga akan menyebabkan cipratan yang serius. Pada saat ini, hal termudah adalah membersihkan permukaan bahan yang diproses.
3. Reflektivitas tinggi pada pengelasan laser
Secara umum, refleksi tinggi mengacu pada fakta bahwa material yang diproses memiliki resistivitas kecil, permukaan yang relatif halus, dan tingkat penyerapan yang rendah untuk laser inframerah dekat, yang menyebabkan emisi laser dalam jumlah besar. Karena sebagian besar laser digunakan secara vertikal, atau karena material atau sedikit kemiringan, cahaya laser yang dipantulkan kembali masuk ke kepala keluaran, dan bahkan sebagian dari cahaya yang dipantulkan tersebut disalurkan ke serat transmisi energi, dan ditransmisikan kembali sepanjang serat ke bagian dalam laser, sehingga komponen inti di dalam laser terus berada pada suhu tinggi.
Jika reflektivitas terlalu tinggi selama pengelasan laser, solusi berikut dapat diambil:
3.1 Gunakan lapisan anti-refleksi atau olah permukaan material: melapisi permukaan material pengelasan dengan lapisan anti-refleksi dapat secara efektif mengurangi reflektivitas laser. Lapisan ini biasanya berupa material optik khusus dengan reflektivitas rendah yang menyerap energi laser alih-alih memantulkannya kembali. Dalam beberapa proses, seperti pengelasan kolektor arus, sambungan lunak, dll., permukaan juga dapat diembos.
3.2 Menyesuaikan sudut pengelasan: Dengan menyesuaikan sudut pengelasan, sinar laser dapat mengenai material yang akan dilas pada sudut yang lebih tepat dan mengurangi terjadinya pantulan. Biasanya, mengarahkan sinar laser tegak lurus ke permukaan material yang akan dilas adalah cara yang baik untuk mengurangi pantulan.
3.3 Penambahan penyerap tambahan: Selama proses pengelasan, sejumlah penyerap tambahan, seperti bubuk atau cairan, ditambahkan ke lasan. Penyerap ini menyerap energi laser dan mengurangi reflektivitas. Penyerap yang tepat perlu dipilih berdasarkan bahan pengelasan spesifik dan skenario aplikasi. Dalam industri baterai lithium, hal ini tidak mungkin dilakukan.
3.4 Menggunakan serat optik untuk mengirimkan laser: Jika memungkinkan, serat optik dapat digunakan untuk mengirimkan laser ke posisi pengelasan untuk mengurangi reflektivitas. Serat optik dapat mengarahkan sinar laser ke area pengelasan untuk menghindari paparan langsung ke permukaan material pengelasan dan mengurangi terjadinya pantulan.
3.5 Menyesuaikan parameter laser: Dengan menyesuaikan parameter seperti daya laser, panjang fokus, dan diameter fokus, distribusi energi laser dapat dikontrol dan pantulan dapat dikurangi. Untuk beberapa material reflektif, mengurangi daya laser mungkin merupakan cara efektif untuk mengurangi pantulan.
3.6 Menggunakan pembagi berkas: Pembagi berkas dapat mengarahkan sebagian energi laser ke perangkat penyerap, sehingga mengurangi terjadinya pantulan. Perangkat pembagi berkas biasanya terdiri dari komponen optik dan penyerap, dan dengan memilih komponen yang sesuai serta menyesuaikan tata letak perangkat, reflektivitas yang lebih rendah dapat dicapai.
4. Pengelasan undercut
Dalam proses pembuatan baterai lithium, proses mana yang lebih mungkin menyebabkan praktik pengurangan harga (undercutting)? Mengapa praktik pengurangan harga terjadi? Mari kita analisis.
Undercut, umumnya terjadi karena bahan baku pengelasan tidak menyatu dengan baik satu sama lain, celahnya terlalu besar atau muncul alur, kedalaman dan lebarnya pada dasarnya lebih besar dari 0,5 mm, panjang totalnya lebih besar dari 10% dari panjang las, atau lebih besar dari panjang yang diminta dalam standar proses produk.
Dalam keseluruhan proses pembuatan baterai lithium, undercutting (pengikisan bagian bawah) lebih mungkin terjadi, dan umumnya tersebar pada pra-pengelasan dan pengelasan penyegelan pelat penutup silinder serta pra-pengelasan dan pengelasan penyegelan pelat penutup cangkang aluminium persegi. Alasan utamanya adalah pelat penutup penyegelan perlu bekerja sama dengan cangkang untuk pengelasan, proses pencocokan antara pelat penutup penyegelan dan cangkang rentan terhadap celah las yang berlebihan, alur, runtuh, dll., sehingga sangat rentan terhadap undercutting.
Jadi, apa penyebab praktik pemotongan harga secara tidak wajar?
Jika kecepatan pengelasan terlalu cepat, logam cair di belakang lubang kecil yang mengarah ke tengah lasan tidak akan sempat terdistribusi ulang, sehingga mengakibatkan pembekuan dan penggerogotan di kedua sisi lasan. Mengingat situasi di atas, kita perlu mengoptimalkan parameter pengelasan. Sederhananya, ini adalah percobaan berulang untuk memverifikasi berbagai parameter, dan terus melakukan DOE (Desain Eksperimen) hingga parameter yang tepat ditemukan.
2. Celah las, alur, runtuhan, dan lain-lain yang berlebihan pada material las akan mengurangi jumlah logam cair yang mengisi celah, sehingga meningkatkan kemungkinan terjadinya undercut. Ini adalah masalah peralatan dan bahan baku. Apakah bahan baku las memenuhi persyaratan bahan baku yang dibutuhkan dalam proses kami, apakah akurasi peralatan memenuhi persyaratan, dan lain-lain. Praktik normalnya adalah terus-menerus menekan dan mengkritik pemasok dan orang-orang yang bertanggung jawab atas peralatan tersebut.
3. Jika energi turun terlalu cepat di akhir pengelasan laser, lubang kecil dapat runtuh, mengakibatkan terjadinya penggerogotan lokal. Pencocokan daya dan kecepatan yang tepat dapat secara efektif mencegah pembentukan penggerogotan. Seperti pepatah lama, ulangi percobaan, verifikasi berbagai parameter, dan lanjutkan DOE hingga Anda menemukan parameter yang tepat.
5. Keruntuhan pusat pengelasan
Jika kecepatan pengelasan lambat, kolam lelehan akan lebih besar dan lebih lebar, sehingga meningkatkan jumlah logam cair. Hal ini dapat mempersulit pemeliharaan tegangan permukaan. Ketika logam cair menjadi terlalu berat, bagian tengah lasan dapat tenggelam dan membentuk cekungan dan lubang. Dalam hal ini, kepadatan energi perlu dikurangi secara tepat untuk mencegah runtuhnya kolam lelehan.
Dalam situasi lain, celah pengelasan hanya membentuk keruntuhan tanpa menyebabkan perforasi. Ini jelas merupakan masalah pemasangan tekan peralatan.
Pemahaman yang tepat tentang cacat yang dapat terjadi selama pengelasan laser dan penyebab berbagai cacat tersebut memungkinkan pendekatan yang lebih tepat sasaran untuk menyelesaikan masalah pengelasan yang tidak normal.
6. Retakan las
Retakan yang muncul selama pengelasan laser kontinu sebagian besar adalah retakan termal, seperti retakan kristal dan retakan pencairan. Penyebab utama retakan ini adalah gaya penyusutan besar yang dihasilkan oleh lasan sebelum mengeras sepenuhnya.
Terdapat juga beberapa alasan lain yang menyebabkan retakan pada pengelasan laser, yaitu:
1. Desain pengelasan yang tidak tepat: Desain geometri dan ukuran pengelasan yang tidak sesuai dapat menyebabkan konsentrasi tegangan pengelasan, sehingga menyebabkan retak. Solusinya adalah mengoptimalkan desain pengelasan untuk menghindari konsentrasi tegangan pengelasan. Anda dapat menggunakan pengelasan offset yang sesuai, mengubah bentuk pengelasan, dan lain sebagainya.
2. Ketidaksesuaian parameter pengelasan: Pemilihan parameter pengelasan yang tidak tepat, seperti kecepatan pengelasan yang terlalu cepat, daya yang terlalu tinggi, dan lain-lain, dapat menyebabkan perubahan suhu yang tidak merata di area pengelasan, sehingga mengakibatkan tegangan pengelasan yang besar dan retakan. Solusinya adalah menyesuaikan parameter pengelasan agar sesuai dengan material dan kondisi pengelasan tertentu.
3. Persiapan permukaan pengelasan yang buruk: Kegagalan membersihkan dan melakukan pra-perawatan permukaan pengelasan dengan benar sebelum pengelasan, seperti menghilangkan oksida, gemuk, dll., akan memengaruhi kualitas dan kekuatan lasan serta mudah menyebabkan retak. Solusinya adalah membersihkan dan melakukan pra-perawatan permukaan pengelasan secara memadai untuk memastikan bahwa kotoran dan kontaminan di area pengelasan ditangani secara efektif.
4. Pengendalian masukan panas pengelasan yang tidak tepat: Pengendalian masukan panas yang buruk selama pengelasan, seperti suhu yang berlebihan selama pengelasan, laju pendinginan lapisan pengelasan yang tidak tepat, dan lain-lain, akan menyebabkan perubahan struktur area pengelasan, sehingga mengakibatkan retak. Solusinya adalah mengendalikan suhu dan laju pendinginan selama pengelasan untuk menghindari panas berlebih dan pendinginan yang terlalu cepat.
5. Penghilangan tegangan yang tidak memadai: Perlakuan penghilangan tegangan yang tidak memadai setelah pengelasan akan mengakibatkan penghilangan tegangan yang tidak cukup di area pengelasan, yang akan mudah menyebabkan retak. Solusinya adalah melakukan perlakuan penghilangan tegangan yang tepat setelah pengelasan, seperti perlakuan panas atau perlakuan getaran (alasan utama).
Adapun proses pembuatan baterai lithium, proses mana yang lebih mungkin menyebabkan keretakan?
Secara umum, retakan cenderung terjadi selama pengelasan penyegelan, seperti pengelasan penyegelan cangkang baja silinder atau cangkang aluminium, pengelasan penyegelan cangkang aluminium persegi, dll. Selain itu, selama proses pengemasan modul, pengelasan kolektor arus juga rentan terhadap retakan.
Tentu saja, kita juga dapat menggunakan kawat pengisi, pemanasan awal, atau metode lain untuk mengurangi atau menghilangkan retakan ini.
Waktu posting: 01-09-2023
