Son yıllarda, yeni enerji sektörünün hızlı gelişimi sayesinde, lazer kaynak yöntemi hızlı ve istikrarlı avantajları nedeniyle yeni enerji sektörünün tamamına hızla nüfuz etmiştir. Bunlar arasında, lazer kaynak ekipmanları yeni enerji sektörünün tamamında en yüksek uygulama oranına sahiptir.
Lazer kaynağıHızlı kaynak hızı, geniş derinliği ve düşük deformasyonu sayesinde, her alanda hızla ilk tercih haline geldi. Nokta kaynaklarından alın kaynaklarına, dolgu ve sızdırmazlık kaynaklarına kadar,lazer kaynağıBenzersiz bir hassasiyet ve kontrol sağlar. Askeri sanayi, sağlık hizmetleri, havacılık ve uzay sanayi, 3C otomotiv parçaları, mekanik sac metal, yeni enerji ve diğer sektörler de dahil olmak üzere endüstriyel üretim ve imalatta önemli bir rol oynar.
Diğer kaynak teknolojileriyle karşılaştırıldığında, lazer kaynağının kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır.
Avantaj:
1. Yüksek hız, büyük derinlik ve düşük deformasyon.
2. Kaynak işlemi normal sıcaklıkta veya özel koşullar altında gerçekleştirilebilir ve kaynak ekipmanı basittir. Örneğin, lazer ışını elektromanyetik alanda sapma göstermez. Lazerler vakumda, havada veya belirli gaz ortamlarında kaynak yapabilir ve camdan geçirgen veya lazer ışınına karşı şeffaf olan malzemeleri kaynaklayabilir.
3. Titanyum ve kuvars gibi refrakter malzemeleri kaynaklayabilir ve ayrıca farklı malzemeleri de iyi sonuçlarla kaynaklayabilir.
4. Lazer odaklandıktan sonra güç yoğunluğu yüksektir. En boy oranı 5:1'e ulaşabilir ve yüksek güçlü cihazların kaynaklanmasında 10:1'e kadar çıkabilir.
5. Mikro kaynak yapılabilir. Lazer ışını odaklandıktan sonra küçük bir nokta elde edilebilir ve hassas bir şekilde konumlandırılabilir. Mikro ve küçük iş parçalarının montajı ve kaynaklanmasında uygulanarak otomatik seri üretim sağlanabilir.
6. Ulaşılması zor alanlarda kaynak yapabilir ve temassız uzun mesafeli kaynak işlemlerini gerçekleştirebilir, bu da büyük bir esneklik sağlar. Özellikle son yıllarda, YAG lazer işleme teknolojisi optik fiber iletim teknolojisini benimsemiş olup, bu da lazer kaynak teknolojisinin daha geniş çapta yaygınlaşmasını ve uygulanmasını sağlamıştır.
7. Lazer ışını zaman ve mekânda kolayca bölünebilir ve birden fazla ışın aynı anda birden fazla konumda işlenebilir, bu da daha hassas kaynaklama için koşullar sağlar.
Hata:
1. İş parçasının montaj hassasiyetinin yüksek olması ve ışın demetinin iş parçası üzerindeki konumunun önemli ölçüde sapmaması gerekmektedir. Bunun nedeni, odaklamadan sonra lazer ışın noktasının boyutunun küçük olması ve kaynak dikişinin dar olması, bu da dolgu metal malzemelerinin eklenmesini zorlaştırmasıdır. İş parçasının montaj hassasiyeti veya ışın demetinin konumlandırma hassasiyeti gereksinimleri karşılamazsa, kaynak hataları oluşma olasılığı yüksektir.
2. Lazerlerin ve ilgili sistemlerin maliyeti yüksektir ve tek seferlik yatırım miktarı büyüktür.
Lazer kaynaklamada sık karşılaşılan arızalarlityum pil üretiminde
1. Kaynak gözenekliliği
Sık görülen kusurlarlazer kaynağıKaynak havuzu derin ve dardır. Lazer kaynak işlemi sırasında, azot dışarıdan erimiş havuza girer. Metalin soğuma ve katılaşma sürecinde, azotun çözünürlüğü sıcaklığın düşmesiyle azalır. Erimiş havuz metali soğuyup kristalleşmeye başladığında, çözünürlük aniden ve keskin bir şekilde düşer. Bu sırada, büyük miktarda gaz çökelerek kabarcıklar oluşturur. Kabarcıkların hareket hızı metalin kristalleşme hızından düşükse, gözenekler oluşur.
Lityum pil endüstrisindeki uygulamalarda, gözeneklerin özellikle pozitif elektrotun kaynaklanması sırasında oluşma olasılığının yüksek olduğunu, ancak negatif elektrotun kaynaklanması sırasında nadiren oluştuğunu sıklıkla görüyoruz. Bunun nedeni, pozitif elektrotun alüminyumdan, negatif elektrotun ise bakırdan yapılmış olmasıdır. Kaynaklama sırasında, iç gaz tamamen taşmadan önce yüzeydeki sıvı alüminyum yoğunlaşır ve gazın taşmasını ve büyük ve küçük deliklerin oluşmasını engeller.
Yukarıda belirtilen gözenek oluşum nedenlerine ek olarak, dış hava, nem, yüzey yağı vb. de gözenek oluşumunu etkiler. Ayrıca, azot üfleme yönü ve açısı da gözenek oluşumunu etkileyecektir.
Kaynak gözeneklerinin oluşumunu nasıl azaltabiliriz peki?
Öncelikle, öncekaynakGelen malzemelerin yüzeyindeki yağ lekeleri ve kirliliklerin zamanında temizlenmesi gerekmektedir; lityum pil üretiminde, gelen malzeme denetimi olmazsa olmaz bir süreçtir.
İkinci olarak, koruyucu gaz akışı, kaynak hızı, güç, konum vb. faktörlere göre ayarlanmalı ve ne çok büyük ne de çok küçük olmalıdır. Koruyucu örtü basıncı, lazer gücü ve odak konumu gibi faktörlere göre ayarlanmalı ve ne çok yüksek ne de çok düşük olmalıdır. Koruyucu örtü memesinin şekli, kaynağın şekli, yönü ve diğer faktörlerine göre ayarlanmalı, böylece koruyucu örtü kaynak alanını eşit şekilde kaplayabilmelidir.
Üçüncüsü, atölyedeki sıcaklığı, nemi ve toz miktarını kontrol edin. Ortam sıcaklığı ve nemi, alt tabakanın yüzeyindeki ve koruyucu gazdaki nem içeriğini etkileyecek, bu da erimiş havuzda su buharının oluşumunu ve kaçışını etkileyecektir. Ortam sıcaklığı ve nemi çok yüksekse, alt tabakanın yüzeyinde ve koruyucu gazda çok fazla nem olacak, büyük miktarda su buharı oluşacak ve gözenek oluşumuna neden olacaktır. Ortam sıcaklığı ve nemi çok düşükse, alt tabakanın yüzeyinde ve koruyucu gazda çok az nem olacak, su buharı oluşumu azalacak ve böylece gözenekler azalacaktır; kalite kontrol personeli, kaynak istasyonundaki sıcaklık, nem ve toz için hedef değerleri tespit etmelidir.
Dördüncü olarak, lazer derin penetrasyon kaynağında gözenekleri azaltmak veya ortadan kaldırmak için ışın salınımı yöntemi kullanılır. Kaynak sırasında salınım eklenmesi nedeniyle, ışının kaynak dikişine doğru ileri geri salınımı, kaynak dikişinin bir kısmının tekrar tekrar erimesine neden olur ve bu da sıvı metalin kaynak havuzunda kalma süresini uzatır. Aynı zamanda, ışının sapması birim alan başına ısı girdisini de artırır. Kaynağın derinlik-genişlik oranı azalır, bu da kabarcıkların oluşmasına ve dolayısıyla gözeneklerin ortadan kaldırılmasına yardımcı olur. Öte yandan, ışının salınımı küçük deliğin de buna göre sallanmasına neden olur, bu da kaynak havuzu için bir karıştırma kuvveti sağlayabilir, kaynak havuzunun konveksiyonunu ve karıştırılmasını artırabilir ve gözeneklerin ortadan kaldırılması üzerinde faydalı bir etkiye sahip olabilir.
Beşinci olarak, darbe frekansı; darbe frekansı, lazer ışınının birim zamanda yaydığı darbe sayısını ifade eder ve bu da erimiş havuzdaki ısı girişini ve ısı birikimini etkiler, dolayısıyla erimiş havuzdaki sıcaklık alanını ve akış alanını etkiler. Darbe frekansı çok yüksekse, erimiş havuzda aşırı ısı girişine yol açarak erimiş havuzun sıcaklığının çok yüksek olmasına, yüksek sıcaklıklarda uçucu olan metal buharı veya diğer elementlerin oluşmasına ve gözeneklerin oluşmasına neden olur. Darbe frekansı çok düşükse, erimiş havuzda yetersiz ısı birikimine yol açarak erimiş havuzun sıcaklığının çok düşük olmasına, çözünmenin ve gazın kaçışının azalmasına ve gözeneklerin oluşmasına neden olur. Genel olarak, darbe frekansı, alt tabaka kalınlığına ve lazer gücüne bağlı olarak makul bir aralıkta seçilmeli ve çok yüksek veya çok düşük olmaktan kaçınılmalıdır.
Kaynak delikleri (lazer kaynağı)
2. Kaynak sıçraması
Lazer kaynak işlemi sırasında oluşan sıçramalar, kaynak yüzeyinin kalitesini ciddi şekilde etkiler ve merceği kirleterek hasara yol açar. Genel performans şu şekildedir: Lazer kaynak işlemi tamamlandıktan sonra, malzeme veya iş parçasının yüzeyinde birçok metal parçacığı belirir ve yüzeye yapışır. En belirgin performans ise, galvanometre modunda kaynak yaparken, galvanometrenin koruyucu merceğinin bir süre kullanımından sonra yüzeyde yoğun çukurlar oluşmasıdır ve bu çukurlar kaynak sıçramalarından kaynaklanır. Uzun süre sonra, ışığı engellemesi kolaylaşır ve kaynak ışığıyla ilgili sorunlar ortaya çıkarak, kaynakta kırılma ve sanal kaynak gibi bir dizi probleme yol açar.
Sıçramaların nedenleri nelerdir?
Öncelikle, güç yoğunluğu; güç yoğunluğu ne kadar yüksekse, sıçrama oluşumu o kadar kolay olur ve sıçrama doğrudan güç yoğunluğuyla ilişkilidir. Bu, yüzyıllık bir sorundur. En azından şimdiye kadar, endüstri sıçrama sorununu çözemedi ve sadece biraz azaltıldığını söyleyebiliriz. Lityum pil endüstrisinde, sıçrama pil kısa devresinin en büyük suçlusudur, ancak kök nedenini çözemedi. Sıçramanın pil üzerindeki etkisi ancak koruma açısından azaltılabilir. Örneğin, kaynak bölgesinin etrafına toz alma portları ve koruyucu kapaklar eklenir ve sıçramanın pil üzerindeki etkisini veya hatta pilin hasar görmesini önlemek için dairesel olarak hava bıçakları eklenir. Kaynak istasyonunun etrafındaki çevreye, ürünlere ve bileşenlere zarar vermesini önlemek için mevcut tüm önlemler alınmıştır.
Sıçrama sorununu çözmeye gelince, kaynak enerjisini azaltmanın sıçramayı azaltmaya yardımcı olduğu söylenebilir. Yeterli penetrasyon yoksa kaynak hızını azaltmak da yardımcı olabilir. Ancak bazı özel proses gereksinimlerinde etkisi azdır. Aynı proses olsa da, farklı makineler ve farklı malzeme partileri tamamen farklı kaynak etkilerine sahiptir. Bu nedenle, yeni enerji sektöründe yazılı olmayan bir kural vardır: her ekipman için bir dizi kaynak parametresi kullanılır.
İkinci olarak, işlenen malzemenin veya iş parçasının yüzeyi temizlenmezse, yağ lekeleri veya kirleticiler de ciddi sıçramalara neden olur. Bu durumda en kolay çözüm, işlenen malzemenin yüzeyini temizlemektir.
3. Lazer kaynağının yüksek yansıtıcılığı
Genel olarak, yüksek yansıma, işleme malzemesinin düşük özdirençliliğe, nispeten pürüzsüz bir yüzeye ve yakın kızılötesi lazerler için düşük emilim oranına sahip olması anlamına gelir; bu da büyük miktarda lazer emisyonuna yol açar ve çoğu lazer dikey olarak kullanıldığından, malzeme veya küçük bir eğim nedeniyle, geri dönen lazer ışığı çıkış başlığına tekrar girer ve hatta geri dönen ışığın bir kısmı enerji iletim fiberine bağlanır ve fiber boyunca lazerin içine geri iletilir, bu da lazerin içindeki çekirdek bileşenlerinin yüksek sıcaklıkta kalmasına neden olur.
Lazer kaynak işlemi sırasında yansıma oranı çok yüksek olduğunda aşağıdaki çözümler uygulanabilir:
3.1 Yansıma önleyici kaplama kullanın veya malzemenin yüzeyini işleyin: Kaynak malzemesinin yüzeyini yansıma önleyici bir kaplama ile kaplamak, lazerin yansıtıcılığını etkili bir şekilde azaltabilir. Bu kaplama genellikle, lazer enerjisini geri yansıtmak yerine emen, düşük yansıtıcılığa sahip özel bir optik malzemedir. Akım toplayıcı kaynağı, yumuşak bağlantı vb. bazı işlemlerde, yüzeye kabartma da uygulanabilir.
3.2 Kaynak açısını ayarlama: Kaynak açısını ayarlayarak, lazer ışını kaynak yapılacak malzemeye daha uygun bir açıyla düşebilir ve yansıma oluşumu azaltılabilir. Normalde, lazer ışınının kaynak yapılacak malzemenin yüzeyine dik olarak düşmesi, yansımaları azaltmanın iyi bir yoludur.
3.3 Yardımcı emici madde eklenmesi: Kaynak işlemi sırasında, kaynağa toz veya sıvı gibi belirli miktarda yardımcı emici madde eklenir. Bu emiciler lazer enerjisini emer ve yansıtıcılığı azaltır. Uygun emici madde, belirli kaynak malzemelerine ve uygulama senaryolarına göre seçilmelidir. Lityum pil endüstrisinde bu durum pek olası değildir.
3.4 Lazer iletiminde optik fiber kullanımı: Mümkünse, yansımayı azaltmak için lazeri kaynak pozisyonuna iletmek üzere optik fiber kullanılabilir. Optik fiberler, lazer ışınını kaynak alanına yönlendirerek kaynak malzemesinin yüzeyine doğrudan maruz kalmayı önler ve yansımaların oluşumunu azaltır.
3.5 Lazer parametrelerinin ayarlanması: Lazer gücü, odak uzaklığı ve odak çapı gibi parametreler ayarlanarak lazer enerjisinin dağılımı kontrol edilebilir ve yansımalar azaltılabilir. Bazı yansıtıcı malzemeler için, lazer gücünü azaltmak yansımaları azaltmanın etkili bir yolu olabilir.
3.6 Işın ayırıcı kullanın: Bir ışın ayırıcı, lazer enerjisinin bir kısmını soğurma cihazına yönlendirerek yansımaların oluşumunu azaltabilir. Işın ayırıcı cihazlar genellikle optik bileşenlerden ve soğuruculardan oluşur ve uygun bileşenler seçilerek ve cihazın yerleşimi ayarlanarak daha düşük yansıtıcılık elde edilebilir.
4. Kaynak altı kesimi
Lityum pil üretim sürecinde hangi işlemlerin alt kesime yol açma olasılığı daha yüksektir? Alt kesim neden oluşur? Bunu analiz edelim.
Alt kesim, genellikle kaynak hammaddelerinin birbirine iyi kaynaşmaması, boşluğun çok büyük olması veya oluk oluşması, derinliğin ve genişliğin temel olarak 0,5 mm'den fazla olması, toplam uzunluğun kaynak uzunluğunun %10'undan fazla olması veya ürün proses standardında belirtilen istenen uzunluktan daha fazla olmasıdır.
Lityum pil üretim sürecinin tamamında, alt kesme olayı daha sık görülür ve genellikle silindirik kapak plakasının sızdırmazlık ön kaynağı ve kaynağı ile kare alüminyum gövde kapak plakasının sızdırmazlık ön kaynağı ve kaynağı aşamalarında yoğunlaşır. Bunun temel nedeni, sızdırmazlık kapak plakasının gövde ile kaynaklanması gerektiği ve sızdırmazlık kapak plakası ile gövde arasındaki eşleştirme işleminin aşırı kaynak boşluklarına, oluklara, çökmelere vb. yol açma eğiliminde olmasıdır; bu nedenle özellikle alt kesme olayına yatkındır.
Peki, fiyat kırma girişimine ne sebep olur?
Kaynak hızı çok yüksek olursa, kaynak merkezine doğru yönelen küçük deliğin arkasındaki sıvı metal yeniden dağılmaya vakit bulamayacak ve bu da kaynağın her iki tarafında katılaşmaya ve alt oyuklanmaya neden olacaktır. Yukarıdaki durum göz önüne alındığında, kaynak parametrelerini optimize etmemiz gerekiyor. Basitçe söylemek gerekirse, çeşitli parametreleri doğrulamak için tekrarlanan deneyler yapılır ve uygun parametreler bulunana kadar Deney Tasarımı (DOE) uygulamasına devam edilir.
2. Kaynak malzemelerinde aşırı kaynak boşlukları, oluklar, çökmeler vb. durumlar, boşlukları dolduran erimiş metal miktarını azaltarak, alt kesimlerin oluşma olasılığını artırır. Bu, ekipman ve hammaddelerle ilgili bir sorundur. Kaynak hammaddelerinin prosesimizin giriş malzemesi gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığı, ekipmanın doğruluğunun gereksinimleri karşılayıp karşılamadığı vb. konular, tedarikçileri ve ekipmandan sorumlu kişileri sürekli olarak zor durumda bırakmayı ve baskı altına almayı gerektiren normal bir uygulamadır.
3. Lazer kaynağının sonunda enerji çok hızlı düşerse, küçük delik çökebilir ve yerel oyuklanmaya neden olabilir. Güç ve hızın doğru eşleştirilmesi, oyuk oluşumunu etkili bir şekilde önleyebilir. Eski bir atasözünde dendiği gibi, deneyleri tekrarlayın, çeşitli parametreleri doğrulayın ve doğru parametreleri bulana kadar Deney Tasarımına (DOE) devam edin.
5. Kaynak merkezi çökmesi
Kaynak hızı düşükse, erimiş havuz daha büyük ve geniş olur, bu da erimiş metal miktarını artırır. Bu durum, yüzey gerilimini korumayı zorlaştırabilir. Erimiş metal çok ağırlaştığında, kaynağın merkezi çökebilir ve çukurlar ve girintiler oluşabilir. Bu durumda, erimiş havuzun çökmesini önlemek için enerji yoğunluğunun uygun şekilde azaltılması gerekir.
Başka bir durumda ise kaynak boşluğu delinmeye neden olmadan sadece çökmeye yol açar. Bu şüphesiz ekipmanın pres geçme yöntemiyle yapılmasıyla ilgili bir sorundur.
Lazer kaynağı sırasında oluşabilecek kusurların ve farklı kusurların nedenlerinin doğru anlaşılması, anormal kaynak sorunlarının çözümü için daha hedef odaklı bir yaklaşım sağlar.
6. Kaynak çatlakları
Sürekli lazer kaynağı sırasında oluşan çatlaklar çoğunlukla kristal çatlakları ve sıvılaşma çatlakları gibi termal çatlaklardır. Bu çatlakların ana nedeni, kaynak tamamen katılaşmadan önce oluşan büyük büzülme kuvvetleridir.
Lazer kaynak işleminde çatlaklara yol açan diğer nedenler şunlardır:
1. Mantıksız kaynak tasarımı: Kaynağın geometrisi ve boyutunun yanlış tasarımı, kaynak gerilimi yoğunlaşmasına ve dolayısıyla çatlaklara neden olabilir. Çözüm, kaynak gerilimi yoğunlaşmasını önlemek için kaynak tasarımını optimize etmektir. Uygun ofset kaynaklar kullanabilir, kaynak şeklini değiştirebilirsiniz vb.
2. Kaynak parametrelerinin uyumsuzluğu: Çok yüksek kaynak hızı, çok yüksek güç vb. gibi kaynak parametrelerinin yanlış seçimi, kaynak bölgesinde düzensiz sıcaklık değişimlerine yol açarak büyük kaynak gerilimine ve çatlaklara neden olabilir. Çözüm, kaynak parametrelerini belirli malzeme ve kaynak koşullarına uyacak şekilde ayarlamaktır.
3. Kaynak yüzeyinin yetersiz hazırlanması: Kaynak öncesinde kaynak yüzeyinin oksit, yağ vb. maddelerin giderilmesi gibi uygun şekilde temizlenmemesi ve ön işlemden geçirilmemesi, kaynağın kalitesini ve mukavemetini etkiler ve kolayca çatlaklara yol açar. Çözüm, kaynak bölgesindeki kirliliklerin ve yabancı maddelerin etkili bir şekilde giderilmesini sağlamak için kaynak yüzeyinin yeterince temizlenmesi ve ön işlemden geçirilmesidir.
4. Kaynak ısı girişinin yanlış kontrolü: Kaynak sırasında aşırı sıcaklık, kaynak tabakasının uygunsuz soğuma hızı vb. gibi ısı girişinin yanlış kontrolü, kaynak bölgesinin yapısında değişikliklere ve çatlaklara yol açacaktır. Çözüm, aşırı ısınmayı ve hızlı soğumayı önlemek için kaynak sırasında sıcaklığı ve soğuma hızını kontrol etmektir.
5. Yetersiz gerilim giderme: Kaynak sonrası yetersiz gerilim giderme işlemi, kaynak bölgesinde yetersiz gerilim gidermeye yol açarak kolayca çatlaklara neden olur. Çözüm, kaynak sonrası uygun gerilim giderme işlemlerinin (örneğin ısıl işlem veya titreşim işlemi) uygulanmasıdır (ana neden).
Lityum pillerin üretim sürecinde hangi aşamalarda çatlak oluşma olasılığı daha yüksektir?
Genellikle, silindirik çelik veya alüminyum gövdelerin, kare alüminyum gövdelerin vb. sızdırmazlık kaynakları sırasında çatlaklar oluşma eğilimindedir. Ayrıca, modül paketleme işlemi sırasında akım toplayıcının kaynaklanması da çatlaklara eğilimlidir.
Elbette, bu çatlakları azaltmak veya ortadan kaldırmak için dolgu teli, ön ısıtma veya diğer yöntemleri de kullanabiliriz.
Yayın tarihi: 01.09.2023
