Azken urteotan, energia-industria berriaren garapen azkarrari esker, laser bidezko soldadurak energia-industria berri osoan sartu da azkar, bere abantaila azkar eta egonkorrei esker. Horien artean, laser bidezko soldadura-ekipoek aplikazio gehien dituzte energia-industria berri osoan.
Laser bidezko soldaduraBizitzako esparru guztietan lehen aukera bihurtu da azkar, abiadura handiari, sakonera handiari eta deformazio txikiari esker. Puntuzko soldaduretatik hasi eta muturreko soldaduretaraino, metatze eta zigilu soldadurak,laser bidezko soldaduraZehaztasun eta kontrol paregabea eskaintzen du. Industria-ekoizpenean eta fabrikazioan zeregin garrantzitsua du, besteak beste, industria militarrean, medikuntzan, aeroespazialean, 3C autoen piezen, xafla mekanikoen, energia berrien eta beste industria batzuetan.
Beste soldadura-teknologiekin alderatuta, laser bidezko soldadurak bere abantailak eta desabantailak ditu.
Abantaila:
1. Abiadura handia, sakonera handia eta deformazio txikia.
2. Soldadura tenperatura normalean edo baldintza berezietan egin daiteke, eta soldadura ekipamendua sinplea da. Adibidez, laser izpi bat ez da eremu elektromagnetiko batean higitzen. Laserrek hutsean, airean edo gas ingurune jakin batzuetan solda dezakete, eta beira zeharkatzen duten edo laser izpiarekiko gardenak diren materialak solda ditzakete.
3. Titanioa eta kuartzoa bezalako material errefraktarioak soldatu ditzake, eta emaitza onekin material desberdinak ere soldatu ditzake.
4. Laserra fokatu ondoren, potentzia-dentsitatea handia da. Alderdi-erlazioa 5:1era irits daiteke, eta potentzia handiko gailuak soldatzean 10:1era irits daiteke.
5. Mikro soldadura egin daiteke. Laser izpia fokatu ondoren, puntu txiki bat lor daiteke eta zehaztasunez kokatu. Pieza mikro eta txikien muntaketa eta soldaduran aplika daiteke, masa-ekoizpen automatizatua lortzeko.
6. Iristeko zailak diren eremuak soldatu ditzake eta kontakturik gabeko distantzia luzeko soldadura egin dezake, malgutasun handiz. Batez ere azken urteotan, YAG laser bidezko prozesatzeko teknologiak zuntz optikoaren transmisio teknologia hartu du, eta horrek laser bidezko soldadura teknologia gehiago sustatu eta aplikatu ahal izan du.
7. Laser izpia erraz zatitzen da denboran eta espazioan, eta hainbat izpi prozesatu daitezke hainbat tokitan aldi berean, soldadura zehatzagoa lortzeko baldintzak eskainiz.
Akatsa:
1. Lan-piezaren muntaketa-zehaztasuna handia izan behar da, eta izpiaren posizioa lan-piezaren gainean ezin da nabarmen desbideratu. Hau gertatzen da fokatu ondoren laser-puntuaren tamaina txikia delako eta soldadura-juntura estua delako, eta horrek zaildu egiten du betegarri-metalak gehitzea. Lan-piezaren muntaketa-zehaztasunak edo izpiaren kokapen-zehaztasunak ez baditu baldintzak betetzen, soldadura-akatsak gerta daitezke.
2. Laserren eta erlazionatutako sistemen kostua altua da, eta behin-behineko inbertsioa handia.
Laser bidezko soldadura akats ohikoenaklitiozko baterien fabrikazioan
1. Soldaduraren porositatea
Ohiko akatsaklaser bidezko soldaduraporoak dira. Soldatzeko urtutako igerilekua sakona eta estua da. Laser bidezko soldadura prozesuan, nitrogenoak kanpotik sartzen du urtutako igerilekua. Metalaren hozte eta solidotze prozesuan, nitrogenoaren disolbagarritasuna gutxitzen da tenperatura jaisten den heinean. Urtutako igerilekuko metala hozten denean kristalizatzen hasten denean, disolbagarritasuna nabarmen eta bat-batean jaitsiko da. Une horretan, gas kantitate handia prezipitatuko da burbuilak eratuz. Burbuilen flotazio-abiadura metalaren kristalizazio-abiadura baino txikiagoa bada, poroak sortuko dira.
Litio baterien industriako aplikazioetan, askotan ikusten dugu poroak bereziki gerta daitezkeela elektrodo positiboaren soldaduran zehar, baina gutxitan gertatzen direla elektrodo negatiboaren soldaduran zehar. Hau gertatzen da elektrodo positiboa aluminiozkoa delako eta elektrodo negatiboa kobrezkoa delako. Soldaduran zehar, gainazaleko aluminio likidoa kondentsatu egin da barneko gasa guztiz gainezka egin aurretik, gasak gainezka egitea eta zulo handiak eta txikiak sortzea eragotziz. Estoma txikiak.
Goian aipatutako poroen kausez gain, poroen artean kanpoko airea, hezetasuna, gainazaleko olioa eta abar ere badaude. Horrez gain, nitrogenoaren putz egiteko norabideak eta angeluak ere eragina izango dute poroen eraketan.
Eta soldadura-poroen agerpena nola murriztu?
Lehenik, aurretiksoldadura, sarrerako materialen gainazaleko olio-orbanak eta ezpurutasunak garaiz garbitu behar dira; litiozko baterien ekoizpenean, sarrerako materialen ikuskapena ezinbesteko prozesua da.
Bigarrenik, babes-gasaren fluxua soldadura-abiadura, potentzia, posizioa eta abar bezalako faktoreen arabera egokitu behar da, eta ez da ez handiegia ez txikiegia izan behar. Babes-mantaren presioa laser-potentzia eta foku-posizioa bezalako faktoreen arabera egokitu behar da, eta ez da altuegia ez baxuegia izan behar. Babes-mantaren toberaren forma soldaduraren formaren, norabidearen eta beste faktore batzuen arabera egokitu behar da, babes-mantak soldadura-eremua uniformeki estali dezan.
Hirugarrenik, kontrolatu tailerreko aireko tenperatura, hezetasuna eta hautsa. Inguruko tenperaturak eta hezetasunak eragina izango dute substratuaren gainazaleko eta babes-gaseko hezetasun-edukian, eta horrek, aldi berean, urtutako putzuan ur-lurrunaren sorreran eta ihesean eragina izango du. Inguruko tenperatura eta hezetasuna altuegiak badira, hezetasun gehiegi egongo da substratuaren gainazalean eta babes-gasean, ur-lurrun kopuru handia sortuz, poroak sortuz. Inguruko tenperatura eta hezetasuna baxuegiak badira, hezetasun gutxiegi egongo da substratuaren gainazalean eta babes-gasean, eta horrek ur-lurrunaren sorrera murriztuko du, eta horrela poroak murriztuko ditu; utzi kalitate-langileei tenperaturaren, hezetasunaren eta hautsaren helburu-balioa detektatzen soldadura-estazioan.
Laugarrenik, habearen mugimendu-metodoa erabiltzen da laser bidezko soldadura sakonean poroak murrizteko edo ezabatzeko. Soldaduran mugimendu-astinaldia gehitzen denez, habearen soldadura-junturako mugimendu errepikakorrak soldadura-junturaren zati baten birurtze errepikatua eragiten du, eta horrek metal likidoaren egoitza-denbora luzatzen du soldadura-putzuan. Aldi berean, habearen desbideratzeak areagotu egiten du unitateko bero-sarrera. Soldaduraren sakonera-zabalera erlazioa murrizten da, eta horrek burbuilak agertzea errazten du, eta horrela poroak ezabatzen ditu. Bestalde, habearen mugimenduak zulo txikia horren arabera kulunkatzea eragiten du, eta horrek soldadura-putzuarentzako irabiatze-indar bat ere eman dezake, soldadura-putzuaren konbekzioa eta irabiadura handitu, eta poroak ezabatzeko eragin onuragarria izan dezake.
Bosgarrenik, pultsu-maiztasuna, pultsu-maiztasunak laser izpiak denbora-unitateko igortzen dituen pultsu kopuruari egiten dio erreferentzia, eta horrek eragina izango du bero-sarreran eta bero-metatzean urtutako igerilekuan, eta ondoren tenperatura-eremuan eta fluxu-eremuan. Pultsu-maiztasuna altuegia bada, bero-sarrera gehiegi eragingo du urtutako igerilekuan, eta horrek urtutako igerilekuaren tenperatura altuegia eragingo du, metal-lurruna edo tenperatura altuetan lurrunkorrak diren beste elementu batzuk sortuz, poroak sortuz. Pultsu-maiztasuna baxuegia bada, bero-metatze nahikorik ez da eragingo urtutako igerilekuan, eta horrek urtutako igerilekuaren tenperatura baxuegia eragingo du, gasaren disoluzioa eta ihesa murriztuz, eta poroak sortuz. Oro har, pultsu-maiztasuna tarte arrazoizko batean aukeratu behar da substratuaren lodieraren eta laser-potentziaren arabera, eta altuegia edo baxuegia izatea saihestu.
Zuloak soldatzea (laser bidezko soldadura)
2. Soldadura-zipriztinak
Soldadura prozesuan zehar sortutako zipriztinek, laser bidezko soldadurak, larriki eragingo diote soldaduraren gainazalaren kalitateari, eta lentea kutsatuko eta kaltetuko du. Errendimendu orokorra honako hau da: laser bidezko soldadura amaitu ondoren, metal partikula asko agertzen dira materialaren edo piezaren gainazalean eta materialaren edo piezaren gainazalean itsasten dira. Errendimendurik intuitiboena da galvanometro moduan soldatzean, galvanometroaren babes-lentea denbora batez erabili ondoren, zulo trinkoak egongo direla gainazalean, eta zulo horiek soldadura-zipriztinek eragiten dituztela. Denbora luze baten ondoren, erraza da argia blokeatzea, eta arazoak egongo dira soldadura-argiarekin, eta ondorioz arazo sorta bat sortuko da, hala nola soldadura hautsia eta soldadura birtuala.
Zeintzuk dira zipriztinen arrazoiak?
Lehenik eta behin, potentzia-dentsitatea, zenbat eta potentzia-dentsitate handiagoa izan, orduan eta errazagoa da zipriztinak sortzea, eta zipriztinak zuzenean lotuta daude potentzia-dentsitatearekin. Mende bateko arazoa da hau. Orain arte behintzat, industriak ez du zipriztinen arazoa konpondu, eta esan dezake apur bat murriztu dela. Litiozko baterien industrian, zipriztinak dira bateriaren zirkuitulaburren errudun handiena, baina ez da gai izan erroko kausa konpontzeko. Zipriztinek baterian duten eragina babesaren ikuspuntutik bakarrik murriztu daiteke. Adibidez, hautsa kentzeko ataken zirkulu bat eta babes-estalkiak gehitzen dira soldadura-zatiaren inguruan, eta aire-labana ilarak gehitzen dira zirkuluetan zipriztinen eragina edo bateriari kalteak ekiditeko. Soldadura-estazioaren inguruko ingurumena, produktuak eta osagaiak suntsitzeak baliabideak agortu dituela esan daiteke.
Zipriztinen arazoa konpontzeari dagokionez, esan daiteke soldadura-energia murrizteak zipriztinak murrizten laguntzen duela. Soldadura-abiadura murrizteak ere lagun dezake sartzea nahikoa ez bada. Baina prozesu-eskakizun berezi batzuetan, eragin txikia du. Prozesu bera da, makina desberdinek eta material-lote desberdinek soldadura-efektu guztiz desberdinak dituzte. Beraz, energia-industria berrian idatzi gabeko arau bat dago, ekipamendu bakoitzerako soldadura-parametro multzo bakarra.
Bigarrenik, prozesatutako materialaren edo lan-piezen gainazala garbitzen ez bada, olio-orbanek edo kutsatzaileek zipriztin larriak ere eragingo dituzte. Une honetan, errazena prozesatutako materialaren gainazala garbitzea da.
3. Laser bidezko soldaduraren islagarritasun handia
Oro har, islapen handiak adierazten du prozesatzeko materialak erresistentzia txikia, gainazal nahiko leuna eta xurgapen-tasa baxua duela infragorri hurbileko laserrentzat, eta horrek laser emisio kopuru handia dakar, eta laser gehienak bertikalki erabiltzen direlako. Materialagatik edo inklinazio txikiagatik, itzultzen den laser argia irteerako burura berriro sartzen da, eta itzultzen den argiaren zati bat energia transmititzen duen zuntzera akoplatzen da, eta zuntzetik laserraren barrualdera transmititzen da, laser barruko osagai nagusiak tenperatura altuan jarraitzera behartuz.
Laser bidezko soldaduran islapen-maila altuegia denean, honako irtenbide hauek har daitezke:
3.1 Erabili islatzearen aurkako estaldura edo tratatu materialaren gainazala: soldadura-materialaren gainazala islatzearen aurkako estaldura batekin estaltzeak laserraren islagarritasuna eraginkortasunez murriztu dezake. Estaldura hau normalean islagarritasun txikiko material optiko berezi bat da, laser energia xurgatzen duena atzera islatu beharrean. Prozesu batzuetan, hala nola korronte-kolektorearen soldaduran, konexio leunean, etab., gainazala ere estanpatu daiteke.
3.2 Soldadura-angelua doitu: Soldadura-angelua doituz, laser izpia soldadura-materialean angelu egokiago batean eragin dezake eta islapen-gertaera murriztu. Normalean, laser izpia soldatu beharreko materialaren gainazalarekiko perpendikularki eragitea modu ona da islapenak murrizteko.
3.3 Xurgatzaile laguntzailea gehitzea: Soldadura prozesuan, xurgatzaile laguntzaile kopuru jakin bat gehitzen zaio soldadurari, hala nola hautsa edo likidoa. Xurgatzaile hauek laser energia xurgatzen dute eta isladagarritasuna murrizten dute. Xurgatzaile egokia aukeratu behar da soldadura material espezifikoen eta aplikazio eszenatokien arabera. Litio baterien industrian, hori ez da oso litekeena.
3.4 Zuntz optikoa erabili laserra transmititzeko: Ahal bada, zuntz optikoa erabil daiteke laserra soldadura-posiziora transmititzeko, islagarritasuna murrizteko. Zuntz optikoek laser izpia soldadura-eremuraino gidatu dezakete, soldadura-materialaren gainazalarekin zuzeneko eraginpean ez egoteko eta islapenen agerpena murrizteko.
3.5 Laser parametroak doitzea: Laser potentzia, foku-distantzia eta foku-diametroa bezalako parametroak doitzean, laser energiaren banaketa kontrolatu eta islapenak murriztu daitezke. Material islatzaile batzuen kasuan, laser potentzia murriztea islapenak murrizteko modu eraginkorra izan daiteke.
3.6 Izpi-banatzaile bat erabili: Izpi-banatzaile batek laser energiaren zati bat xurgapen-gailura gidatu dezake, eta horrela islapenen agerpena murriztu. Izpi-banatzaile gailuek normalean osagai optiko eta xurgatzailez osatuta daude, eta osagai egokiak hautatuz eta gailuaren diseinua doituz, islagarritasun txikiagoa lor daiteke.
4. Soldadura azpiko ebakidura
Litiozko bateriaren fabrikazio prozesuan, zein prozesuk dute azpiko mozketa eragiteko aukera gehiago? Zergatik gertatzen da azpiko mozketa? Azter dezagun.
Azpimarratuta, normalean soldadurako lehengaiak ez daude elkarren artean ondo konbinatuta, tartea handiegia da edo ildaska agertzen da, sakonera eta zabalera funtsean 0,5 mm baino handiagoak dira, luzera osoa soldadura-luzeraren % 10 baino handiagoa da, edo produktuaren prozesuaren estandarra baino handiagoa da eskatutako luzera.
Litiozko bateriaren fabrikazio-prozesu osoan, azpiko ebaketak gertatzeko aukera gehiago dago, eta, oro har, estalki zilindrikoaren aurre-soldadura eta soldaduran eta aluminiozko estalki karratuaren aurre-soldadura eta soldaduran banatzen da. Arrazoi nagusia da zigilatzeko estalki-plakak estalkiarekin elkarlanean aritu behar duela soldadura egiteko, zigilatzeko estalki-plakaren eta oskolaren arteko bat etortze-prozesuak soldadura-tarte gehiegi, ildaska, kolapso eta abar izateko joera du, beraz, bereziki azpiko ebaketak izateko joera du.
Beraz, zerk eragiten du azpikopurua?
Soldadura-abiadura azkarregia bada, soldaduraren erdialdera begira dagoen zulo txikiaren atzean dagoen metal likidoak ez du denborarik izango birbanatzeko, eta ondorioz, soldaduraren bi aldeetan solidotzea eta azpiko ebakidura gertatuko da. Goiko egoera ikusita, soldadura-parametroak optimizatu behar ditugu. Laburbilduz, hainbat parametro egiaztatzeko esperimentuak errepikatu behar dira, eta DOE egiten jarraitu parametro egokiak aurkitu arte.
2. Soldadura-materialen gehiegizko soldadura-tarteek, ildoek, kolapsoek eta abarrek tarteak betetzen dituzten metal urtuaren kopurua murriztuko dute, eta horrek azpiko ebakidurak gertatzeko aukera areagotuko du. Ekipamenduen eta lehengaien kontua da hau. Soldatzeko lehengaiek gure prozesuaren sarrerako materialen eskakizunak betetzen dituzten ala ez, ekipamenduen zehaztasunak eskakizunak betetzen dituen ala ez, etab. Ohiko praktika hornitzaileak eta ekipamenduaren arduradunak etengabe torturatzea eta jipoitzea da.
3. Laser bidezko soldaduraren amaieran energia azkarregi jaisten bada, zulo txikia erori egin daiteke, eta ondorioz, tokiko azpiko mozketak gerta daitezke. Potentziaren eta abiaduraren arteko egokitzapen egokiak azpiko mozketen eraketa eraginkortasunez saihestu dezake. Esaera zaharrak dioen bezala, errepikatu esperimentuak, egiaztatu hainbat parametro eta jarraitu DOE-rekin parametro egokiak aurkitu arte.
5. Soldadura-zentroaren kolapsoa
Soldadura-abiadura motela bada, urtutako metal-putzua handiagoa eta zabalagoa izango da, eta horrek metal urtuaren kopurua handituko du. Horrek gainazaleko tentsioa mantentzea zaildu dezake. Metal urtua gehiegi astuntzen denean, soldaduraren erdigunea hondoratu eta zuloak eta zuloak sor ditzake. Kasu honetan, energia-dentsitatea behar bezala murriztu behar da urtutako metal-putzuaren kolapsoa saihesteko.
Beste egoera batean, soldadura-tarteak zulatzerik gabe kolapsatzen da. Zalantzarik gabe, ekipamenduaren prentsa-egokitzapenaren arazoa da hau.
Laser bidezko soldaduran gerta daitezkeen akatsak eta akats desberdinen arrazoiak behar bezala ulertzeak soldadura arazo anormalak konpontzeko ikuspegi zehatzagoa ahalbidetzen du.
6. Soldadura-arrailak
Laser bidezko soldadura jarraituan agertzen diren pitzadurak batez ere pitzadura termikoak dira, hala nola kristal-pitzadurak eta likuefakzio-pitzadurak. Pitzadura horien kausa nagusia soldadurak guztiz solidotu aurretik sortzen dituen uzkurdura-indar handiak dira.
Laser bidezko soldaduran pitzadurak agertzeko arrazoi hauek ere badaude:
1. Soldadura-diseinu desegokia: Soldaduraren geometriaren eta tamainaren diseinu desegokiak soldadura-tentsioen kontzentrazioa eragin dezake, eta, ondorioz, pitzadurak sor ditzake. Irtenbidea soldadura-diseinua optimizatzea da, soldadura-tentsioen kontzentrazioa saihesteko. Desplazamendu-soldadura egokiak erabil ditzakezu, soldaduraren forma aldatu, etab.
2. Soldadura-parametroen desegokitzea: Soldadura-parametroen hautaketa desegokiak, hala nola soldadura-abiadura handiegia, potentzia handiegia, etab., tenperatura-aldaketa irregularrak sor ditzake soldadura-eremuan, eta horrek soldadura-tentsio handiak eta pitzadurak sor ditzake. Irtenbidea soldadura-parametroak material eta soldadura-baldintza espezifikoetara egokitzea da.
3. Soldadura-gainazalaren prestaketa eskasa: Soldadura-gainazala behar bezala garbitu eta aurretratatzea ez bada, hala nola oxidoak, koipea eta abar kentzea, soldaduraren kalitatean eta erresistentzian eragina izango du eta erraz pitzadurak sortuko dira. Irtenbidea soldadura-gainazala behar bezala garbitu eta aurretratatzea da, soldadura-eremuko ezpurutasunak eta kutsatzaileak eraginkortasunez tratatzen direla ziurtatzeko.
4. Soldadura-beroaren sarreraren kontrol desegokia: Soldaduran zehar beroaren sarreraren kontrol desegokia, hala nola soldaduran zehar tenperatura gehiegi izatea, soldadura-geruzaren hozte-tasa desegokia, etab., soldadura-eremuaren egituran aldaketak eragingo ditu, eta ondorioz pitzadurak sortuko dira. Irtenbidea soldaduran zehar tenperatura eta hozte-tasa kontrolatzea da, gehiegi berotzea eta hozte azkarra saihesteko.
5. Tentsio-erliebea nahikoa ez izatea: Soldaduraren ondoren tentsio-erliebearen tratamendu nahikorik ez izateak soldatutako eremuan tentsio-erliebea nahikoa ez izatea eragingo du, eta horrek erraz pitzadurak sor ditzake. Irtenbidea soldaduraren ondoren tentsio-erliebearen tratamendu egokia egitea da, hala nola tratamendu termikoa edo bibrazio-tratamendua (arrazoi nagusia).
Litiozko baterien fabrikazio prozesuari dagokionez, zein prozesuk dira pitzadurak eragiteko aukera gehiago?
Oro har, pitzadurak gertatzeko joera dute zigilatzeko soldaduran, hala nola altzairuzko oskola zilindrikoen edo aluminiozko oskolaren zigilatzeko soldaduran, aluminiozko oskola karratuen zigilatzeko soldaduran, etab. Gainera, moduluen ontziratze prozesuan, korronte-kolektorearen soldadurak ere pitzadurak izateko joera du.
Noski, betegarri-alanbrea, aurreberotzea edo beste metodo batzuk ere erabil ditzakegu pitzadura horiek murrizteko edo ezabatzeko.
Argitaratze data: 2023ko irailaren 1a
