Pemilihan metode dan proses pengelasan dalam proses pembuatan daya baterai akan secara langsung mempengaruhi biaya, kualitas, keamanan, dan konsistensi baterai.
1 Prinsip pengelasan laser
Pengelasan laser adalah menggunakan pengarahan yang sangat baik dan kepadatan daya tinggi dari sinar laser untuk bekerja. Sinar laser difokuskan di area kecil melalui sistem optik. Dalam waktu yang sangat singkat terbentuk daerah sumber panas dengan konsentrasi energi yang tinggi pada bagian yang dilas, sehingga benda yang dilas tersebut melebur dan terbentuklah sambungan solder dan las yang kokoh.
2 Jenis pengelasan laser
Pengelasan konduksi panas laser, sinar laser melelehkan permukaan benda kerja di sepanjang jahitan, dan bahan cair menyatu dan mengeras untuk membentuk lasan. Ini terutama digunakan untuk bahan yang relatif tipis. Kedalaman pengelasan maksimum bahan dibatasi oleh konduktivitas termalnya, dan lebar pengelasan selalu lebih besar dari kedalaman pengelasan.
Pengelasan penetrasi dalam, ketika laser berdaya tinggi berkumpul di permukaan logam, panas tidak dapat hilang, dan kedalaman pengelasan akan sangat diperdalam. Teknologi pengelasan ini adalah pengelasan penetrasi dalam. Karena kecepatan pemrosesan yang tinggi, area yang terkena panas kecil, dan distorsi minimum, teknologi pengelasan penetrasi dalam dapat digunakan untuk pengelasan dalam atau pengelasan beberapa lapisan data secara bersamaan.
Perbedaan utama antara pengelasan konduksi panas dan pengelasan penetrasi dalam adalah kepadatan daya yang diterapkan pada permukaan logam dalam satuan waktu, dan nilai kritisnya berbeda untuk logam yang berbeda.
Pengelasan penetrasi dan pengelasan jahitan
Melalui pengelasan, bagian penghubung tidak perlu dilubangi, dan pemrosesannya relatif sederhana. Tukang las laser daya tinggi diperlukan untuk pengelasan penetrasi. Kedalaman penetrasi pengelasan penetrasi lebih rendah daripada pengelasan jahitan, dan keandalannya relatif buruk.
Dibandingkan dengan pengelasan penetrasi, pengelasan jahitan hanya membutuhkan lebih sedikit tenaga las laser. Penetrasi pengelasan jahitan lebih tinggi dari pada pengelasan penetrasi, dan keandalannya relatif baik. Tetapi bagian penghubung perlu dilubangi, sehingga relatif sulit untuk diproses.
Pengelasan berdenyut dan pengelasan kontinu
1) Pengelasan mode pulsa
Saat pengelasan laser, bentuk gelombang pengelasan yang sesuai harus dipilih. Bentuk gelombang pulsa yang umum digunakan adalah gelombang persegi, gelombang puncak, gelombang bimodal, dan sebagainya. Reflektifitas permukaan paduan aluminium terhadap cahaya terlalu tinggi. Ketika sinar laser intensitas tinggi mengenai permukaan material, 60% - 98% energi laser pada permukaan logam akan hilang karena pantulan, dan reflektifitas berubah seiring dengan suhu permukaan. Secara umum, saat mengelas paduan aluminium, pilihan terbaik adalah gelombang tajam dan gelombang bimodal. Bentuk gelombang pengelasan semacam ini memiliki lebar pulsa yang lebih panjang di bagian bawah, yang secara efektif dapat mengurangi pembentukan pori-pori dan retakan.
Sampel pengelasan laser berdenyut
Karena reflektifitas tinggi paduan aluminium terhadap laser, untuk mencegah sinar laser menyebabkan refleksi vertikal dan merusak cermin pemfokusan laser, sambungan las biasanya dibelokkan pada sudut tertentu dalam proses pengelasan. Diameter sambungan solder dan permukaan sambungan efektif meningkat dengan peningkatan sudut kemiringan laser. Ketika sudut kemiringan laser adalah 40 derajat, sambungan solder maksimum dan permukaan sambungan efektif dapat diperoleh. Penetrasi las dan penetrasi efektif menurun dengan sudut kemiringan laser. Jika sudut kemiringan laser lebih besar dari 60 derajat, penetrasi las yang efektif berkurang menjadi nol. Oleh karena itu, penetrasi dan lebar las dapat ditingkatkan dengan memiringkan sambungan las ke sudut tertentu.
Selain itu, saat melakukan pengelasan, dengan mengambil las sebagai batas, titik laser harus dilas dengan 65% pelat penutup dan 35% cangkang, yang secara efektif dapat mengurangi ledakan yang disebabkan oleh masalah penutupan penutup.
2) Pengelasan mode kontinu
Karena proses pemanasan pengelasan laser kontinu tidak seperti pendinginan dan pemanasan mendadak mesin pulsa, kecenderungan retak tidak terlalu jelas selama pengelasan. Untuk meningkatkan kualitas pengelasan, pengelasan laser kontinu diadopsi. Permukaan lasan halus dan seragam, tanpa percikan dan cacat, dan tidak ditemukan retakan di dalam lasan. Dalam pengelasan paduan aluminium, keuntungan laser kontinu terlihat jelas. Dibandingkan dengan metode pengelasan tradisional, laser kontinu memiliki efisiensi produksi yang tinggi dan tidak ada pengisian kawat; dibandingkan dengan pengelasan laser pulsa, pengelasan ini dapat mengatasi cacat setelah pengelasan, seperti retakan, pori-pori, percikan, dll., untuk memastikan bahwa paduan aluminium memiliki sifat mekanik yang baik setelah pengelasan; itu tidak akan melorot setelah pengelasan, dan jumlah pemolesan setelah pengelasan berkurang, yang menghemat biaya produksi.Namun, karena titik laser CW relatif kecil, keakuratan perakitan benda kerja harus lebih tinggi.
Sampel pengelasan laser berkelanjutan
Dalam pengelasan baterai daya, teknisi pengelasan akan memilih parameter laser dan pengelasan yang sesuai dengan bahan baterai&# 39 pelanggan, bentuk, ketebalan, persyaratan gaya tarik, termasuk kecepatan pengelasan, bentuk gelombang, nilai puncak, kemiringan kepala pengelasan. sudut, dll. untuk mengatur parameter pengelasan yang wajar, untuk memastikan bahwa efek pengelasan akhir memenuhi persyaratan produsen baterai daya.
3 Keuntungan pengelasan laser
Ini memiliki keunggulan energi terkonsentrasi, efisiensi pengelasan tinggi, akurasi pemesinan tinggi, dan rasio lebar kedalaman las yang besar. Sinar laser mudah untuk difokuskan, disejajarkan, dan dipandu oleh instrumen optik. Ini dapat ditempatkan pada jarak yang sesuai dari benda kerja dan dapat dipandu kembali antara klem atau penghalang di sekitar benda kerja. Aturan pengelasan lainnya tidak bisa diputar karena keterbatasan ruang di atas.
Energi pengelasan dapat dikontrol secara akurat, efek pengelasan stabil dan tampilan pengelasan bagus;
Pengelasan non-kontak, transmisi serat optik, aksesibilitas yang baik, otomatisasi tingkat tinggi. Saat mengelas bahan tipis atau kawat berdiameter halus, tidak akan ada masalah peleburan ulang seperti pengelasan busur. Karena cell yang digunakan untuk power battery mengikuti prinsip" light" ;, biasanya terbuat dari" light" aluminium dan perlu"" lebih tipis ;. Umumnya, shell, cover, dan bottom harus berukuran kurang dari 1,0 mm. Saat ini, ketebalan bahan dasar pabrikan utama adalah sekitar 0,8 mm.
Ini dapat memberikan pengelasan kekuatan tinggi untuk berbagai kombinasi material, terutama untuk pengelasan antara bahan tembaga dan bahan aluminium. Ini juga satu-satunya teknologi yang dapat mengelas pelapisan nikel ke bahan tembaga.
4 Kesulitan pengelasan laser
Saat ini, cangkang baterai paduan aluminium menyumbang lebih dari 90% dari seluruh daya baterai. Kesulitan pengelasan adalah reflektifitas paduan aluminium terhadap laser sangat tinggi, dan sensitivitas porositas tinggi dalam proses pengelasan. Beberapa masalah dan cacat pasti akan muncul dalam proses pengelasan, yang terpenting adalah porositas, retak panas, dan ledakan.
Ada dua jenis porositas utama dalam pengelasan laser paduan aluminium: porositas hidrogen dan porositas yang disebabkan oleh ledakan gelembung. Karena kecepatan pendinginan las laser terlalu cepat, masalah porositas hidrogen menjadi lebih serius, dan ada juga jenis lubang akibat runtuhnya lubang kecil pada las laser.
Panaskan masalah retak. Paduan aluminium adalah paduan eutektik khas, yang rentan terhadap retakan panas selama pengelasan, termasuk retakan kristalisasi las dan retakan likuifaksi HAZ. Karena pemisahan komposisi di zona lasan, akan terjadi pemisahan eutektik dan peleburan batas butir akan terjadi. Di bawah aksi tegangan, retakan likuifaksi akan terbentuk di batas butir, yang akan mengurangi kinerja sambungan las.
Masalah ledakan (juga dikenal sebagai percikan). Ada banyak faktor yang menjadi penyebab terjadinya ledakan, seperti kebersihan material, kemurnian material itu sendiri, karakteristik material itu sendiri, dan lain sebagainya, serta kestabilan laser memegang peranan yang menentukan. Permukaan cangkang cembung, lubang udara, dan gelembung udara internal. Alasan utamanya adalah diameter inti serat terlalu kecil atau energi laser disetel terlalu tinggi. Ini bukan" kualitas balok yang lebih baik, efek pengelasan yang lebih baik" dipublikasikan oleh beberapa pemasok peralatan laser. Kualitas sinar yang baik cocok untuk pengelasan overlay dengan penetrasi yang besar. Kunci untuk memecahkan masalah adalah menemukan parameter proses yang tepat.
Kesulitan lainnya
Untuk pengelasan polar lug soft wrap, perkakas pengelasan sangat diperlukan, sehingga polar lug harus ditekan dengan kuat untuk memastikan celah pengelasan. Ini dapat mewujudkan pengelasan kecepatan tinggi bentuk S, bentuk spiral, dan trek kompleks lainnya, meningkatkan area sambungan las dan memperkuat kekuatan pengelasan pada saat bersamaan.
Pengelasan sel silinder terutama digunakan untuk pengelasan elektroda positif. Karena selubung elektroda negatif tipis, maka sangat mudah untuk dilas. Misalnya, saat ini, beberapa produsen menggunakan proses bebas pengelasan elektroda negatif, dan elektroda positif adalah pengelasan laser.
Ketika kombinasi baterai persegi dilas, tiang atau bagian penghubung sangat tercemar; ketika bagian penghubung dilas, polutan membusuk, yang mudah membentuk titik ledakan pengelasan dan menyebabkan lubang; ketika tiang tipis dan ada bagian struktural plastik atau keramik di bawahnya, mudah untuk dilas. Jika tiangnya kecil, mudah untuk menyimpang dari plastik dan terbakar. Jangan gunakan konektor multi-layer, ada pori-pori antar lapisan, tidak mudah dilas.
Proses pengelasan yang paling penting dari baterai persegi adalah pengemasan penutup cangkang, yang dapat dibagi menjadi pengelasan penutup atas dan penutup bawah sesuai dengan posisi yang berbeda. Karena ukuran baterai yang kecil, beberapa produsen baterai menggunakan" deep drawing" Proses pembuatan cangkang baterai, hanya perlu mengelas penutup atas.
Sampel pengelasan samping baterai daya persegi
Metode pengelasan baterai persegi terutama dibagi menjadi pengelasan samping dan pengelasan atas. Keuntungan utama pengelasan samping adalah pengaruhnya yang lebih kecil di bagian dalam sel, dan percikan tidak akan mudah masuk ke dalam cangkang. Karena pengelasan dapat menimbulkan tonjolan, yang akan berdampak kecil pada proses perakitan selanjutnya, sehingga proses pengelasan samping memiliki persyaratan yang tinggi pada kestabilan laser dan kebersihan material. Karena proses pengelasan atas dilas di satu sisi, persyaratan untuk integrasi peralatan pengelasan relatif rendah, dan produksi massal sederhana. Namun, ada dua kelemahan: satu adalah percikan kecil dapat masuk ke dalam sel selama pengelasan, dan yang lainnya adalah persyaratan yang tinggi untuk bagian depan cangkang akan menyebabkan masalah biaya.
5. Faktor yang mempengaruhi kualitas pengelasan
Pengelasan laser adalah metode utama pengelasan baterai kelas atas. Pengelasan laser adalah proses penyinaran laser sinar berenergi tinggi pada benda kerja, yang menyebabkan suhu kerja meningkat tajam, dan benda kerja meleleh dan menyambung kembali untuk membentuk sambungan permanen. Kekuatan geser dan ketahanan sobek dari pengelasan laser lebih baik. Konduktivitas listrik, kekuatan, kedap udara, kelelahan logam, dan ketahanan korosi dari pengelasan baterai merupakan standar evaluasi kualitas pengelasan yang umum.
Ada banyak faktor yang mempengaruhi kualitas pengelasan laser. Beberapa dari mereka sangat mudah berubah dan memiliki ketidakstabilan yang cukup besar. Cara mengatur dan mengontrol parameter ini dengan benar, sehingga dapat dikontrol dalam kisaran yang tepat dalam proses pengelasan laser berkecepatan tinggi dan berkelanjutan untuk memastikan kualitas pengelasan. Keandalan dan stabilitas pembentukan las adalah masalah penting terkait dengan praktis dan industrialisasi teknologi pengelasan laser. Faktor utama yang mempengaruhi kualitas pengelasan laser adalah peralatan las, kondisi benda kerja, dan parameter proses.
1) Peralatan las laser
Mesin Las Laser Fiber untuk Tenaga Baterai
Amp RS-SWF-80/150 80W GG; Mesin las laser serat 150W melayani permintaan pengelasan laser berkecepatan tinggi berkualitas tinggi untuk sel baterai lithium.
Persyaratan kualitas laser yang paling penting adalah mode sinar, daya keluaran, dan stabilitas. Modus balok adalah indeks utama kualitas balok. Semakin rendah urutan mode berkas sinar, semakin baik kinerja pemfokusan berkas, semakin kecil titiknya, semakin tinggi kerapatan daya, dan semakin besar kedalaman dan lebar las di bawah daya laser yang sama. Mode fundamental (TEM00) atau mode orde rendah umumnya diperlukan, jika tidak, akan sulit untuk memenuhi persyaratan pengelasan laser berkualitas tinggi. Saat ini, laser domestik sulit digunakan dalam pengelasan laser dalam hal kualitas sinar dan stabilitas keluaran daya. Dari situasi asing, kualitas sinar laser dan stabilitas daya keluaran sudah cukup tinggi, yang tidak akan menjadi masalah pengelasan laser. Lensa fokus adalah faktor terpenting yang mempengaruhi kualitas pengelasan dalam sistem optik. Panjang fokus umumnya antara 127 mm (5 in) dan 200 mm (7,9 in). Panjang fokus yang kecil bagus untuk mengurangi diameter titik pinggang dari balok fokus, tetapi panjang fokus yang terlalu kecil mudah tercemar dan rusak karena percikan dalam proses pengelasan.
Semakin pendek panjang gelombangnya, semakin tinggi daya serapnya. Umumnya reflektifitas material dengan konduktivitas yang baik sangat tinggi. Untuk laser YAG, reflektifitas perak adalah 96%, aluminium 92%, tembaga 90%, dan besi 60%. Semakin tinggi suhunya, semakin tinggi daya serapnya, yang menunjukkan hubungan linier; umumnya, fosfat, karbon hitam, dan grafit dapat meningkatkan daya serap.
2) Kondisi benda kerja
Pengelasan laser membutuhkan pemrosesan tepi benda kerja, rakitan memiliki akurasi tinggi, dan tempat itu benar-benar sejajar dengan lasan. Selain itu, keakuratan perakitan asli dan penjajaran titik benda kerja tidak dapat diubah karena deformasi termal pengelasan dalam proses pengelasan. Ini karena titik lasernya kecil dan lapisan lasnya sempit. Umumnya, tidak ada logam pengisi yang ditambahkan. Jika perakitan tidak ketat dan celah terlalu besar, balok dapat melewati celah dan tidak dapat melelehkan logam dasar, atau menyebabkan undercut dan depresi yang jelas. Jika penyimpangan titik dari jahitan sedikit besar, ini dapat menyebabkan fusi yang tidak sempurna atau penetrasi yang tidak sempurna. Oleh karena itu, celah perakitan pantat pelat umum dan deviasi jahitan spot tidak boleh lebih besar dari 0,1 mm, misalignment tidak boleh lebih dari 0,2 mm. Dalam produksi aktual, terkadang teknologi pengelasan laser tidak dapat digunakan karena tidak dapat memenuhi persyaratan tersebut. Untuk mendapatkan efek pengelasan yang baik, celah pantat dan celah pangkuan yang diijinkan harus dikontrol dalam jarak 10% dari ketebalan lembaran.
Pengelasan laser yang berhasil membutuhkan kontak yang erat antara substrat yang akan dilas. Ini membutuhkan pengencangan bagian-bagian yang hati-hati untuk hasil yang optimal. Hal ini sulit dilakukan pada bahan dasar lug yang tipis, karena rawan bengkok dan tidak sejajar, terutama bila lug tertanam di modul atau modul baterai yang besar.
3) Parameter pengelasan laser
(1) Kepadatan daya titik laser adalah faktor terpenting yang mempengaruhi mode pengelasan laser dan stabilitas pembentukan las. Pengaruh kepadatan daya titik laser pada mode pengelasan dan stabilitas pembentukan las adalah sebagai berikut: dengan kepadatan daya titik laser meningkat dari kecil ke besar, urutan pengelasan konduktivitas termal yang stabil, mode pengelasan tidak stabil, dan pengelasan penetrasi dalam yang stabil.
Kepadatan daya titik laser terutama ditentukan oleh daya laser dan posisi fokus berkas ketika mode berkas dan panjang fokus ditetapkan. Kepadatan daya laser sebanding dengan daya laser. Ketika fokus balok berada pada posisi tertentu di bawah permukaan benda kerja (1-2mm, tergantung pada ketebalan dan parameter), pengelasan yang optimal dapat diperoleh. Menyimpang dari posisi fokus optimal, titik cahaya pada permukaan benda kerja akan menjadi lebih besar, menyebabkan kepadatan daya menjadi lebih kecil. Untuk jarak tertentu akan menyebabkan perubahan bentuk proses pengelasan.
Hanya jika kecepatan pengelasan terlalu tinggi, proses pengelasan penetrasi dalam yang stabil tidak dapat dipertahankan karena masukan panas yang kecil. Dalam pengelasan aktual, pengelasan penetrasi dalam yang stabil atau pengelasan konduksi termal yang stabil harus dipilih sesuai dengan persyaratan penetrasi pengelasan, dan mode pengelasan yang tidak stabil harus benar-benar dihindari.
(2) Dalam kisaran pengelasan penetrasi dalam, pengaruh parameter pengelasan pada penetrasi: dalam kisaran pengelasan penetrasi dalam yang stabil, semakin tinggi daya laser, semakin besar penetrasi, yaitu sekitar 0,7 daya; dan semakin tinggi kecepatan pengelasan, semakin dangkal penetrasi. Pada daya laser dan kecepatan pengelasan tertentu, penetrasi menjadi yang terbesar saat fokus berada pada posisi terbaik. Jika fokus menyimpang dari posisi ini, penetrasi berkurang dan bahkan pengelasan menjadi tidak stabil atau pengelasan konduksi termal stabil.
(3) Fungsi utama melindungi gas adalah untuk melindungi benda kerja dari oksidasi selama pengelasan, untuk melindungi lensa fokus dari polusi uap logam dan percikan tetesan cairan, untuk membubarkan plasma yang dihasilkan oleh pengelasan laser daya tinggi, untuk mendinginkan benda kerja, dan mengurangi daerah yang terkena panas.
Argon atau helium biasanya digunakan sebagai gas pelindung. Nitrogen dapat digunakan untuk mereka yang memiliki persyaratan kualitas yang tampak rendah. Kecenderungan helium untuk menghasilkan plasma berbeda: helium memiliki volume ionisasi yang lebih tinggi dan konduksi panas yang lebih cepat. Dalam kondisi yang sama, gas memiliki kecenderungan lebih kecil untuk menghasilkan plasma dibandingkan argon, sehingga dapat memperoleh kedalaman leleh yang lebih besar. Pada range tertentu, dengan peningkatan laju aliran gas pelindung, kecenderungan menekan plasma meningkat, sehingga kedalaman leleh meningkat, tetapi cenderung stabil pada kisaran tertentu.
(4) Analisis pemantauan setiap parameter: di antara empat parameter pengelasan, kecepatan pengelasan dan aliran gas pelindung mudah dipantau dan tetap stabil, sedangkan daya laser dan posisi fokus merupakan parameter yang dapat berfluktuasi dan sulit untuk dipantau dalam proses pengelasan. Meskipun keluaran daya laser dari laser sangat stabil dan mudah untuk dipantau, karena hilangnya pemandu cahaya dan sistem pemfokusan, daya laser yang tiba di benda kerja akan berubah, dan kehilangan ini terkait dengan kualitas benda kerja optik, waktu servis dan pencemaran permukaan, sehingga tidak mudah untuk memantau dan menjadi faktor ketidakpastian kualitas pengelasan. Posisi fokus balok adalah salah satu faktor yang paling sulit untuk dipantau dan dikontrol, yang memiliki pengaruh besar pada kualitas pengelasan. Saat ini, perlu untuk menentukan posisi fokus yang sesuai dengan penyesuaian manual dan tes proses berulang untuk mendapatkan penetrasi yang ideal. Tetapi dalam proses pengelasan, karena deformasi benda kerja, efek lensa termal, atau pengelasan kurva spasial multi-dimensi, posisi fokus akan berubah dan mungkin melebihi kisaran yang diizinkan.
Untuk dua kasus di atas, di satu sisi, elemen optik berkualitas tinggi dan stabilitas tinggi harus digunakan dan dipelihara secara teratur untuk mencegah polusi dan menjaga kebersihan; di sisi lain, metode pemantauan dan kontrol waktu nyata dari proses pengelasan laser harus dikembangkan untuk mengoptimalkan parameter dan memantau proses pengelasan.Hal ini dapat mencapai perubahan daya laser dan posisi fokus benda kerja, mewujudkan kontrol loop tertutup, dan meningkatkan keandalan dan stabilitas kualitas pengelasan laser.
Terakhir, penting untuk dicatat bahwa pengelasan laser adalah proses peleburan. Ini berarti kedua substrat meleleh selama pengelasan laser. Proses ini sangat cepat, sehingga masukan panas secara keseluruhan rendah. Tetapi karena ini adalah proses peleburan, dimungkinkan untuk membentuk senyawa intermetalik rapuh dengan resistansi tinggi saat mengelas bahan yang berbeda. Kombinasi aluminium dan tembaga sangat mudah membentuk senyawa intermetalik. Senyawa ini terbukti memiliki efek negatif pada listrik jangka pendek dan sifat mekanik jangka panjang sambungan peralatan mikroelektronika. Pengaruh senyawa intermetalik ini pada kinerja jangka panjang baterai litium tidak pasti.