鋰電池密封釘焊接機雷射器的介紹

鋰電知識 發佈 2024-01-12T18:58:02.560621+00:00

密封釘雷射焊接—是方型鋁殼鋰離子電池在組裝的最後一道工序,目前在整個鋰電行業中,裝配段各大供應商,在選擇密封釘焊接機的雷射器時,從兩個方向進行了多年的驗證,一個是優率,一個是效率。

密封釘雷射焊接—是方型鋁殼鋰離子電池在組裝的最後一道工序,目前在整個鋰電行業中,裝配段各大供應商,在選擇密封釘焊接機的雷射器時,從兩個方向進行了多年的驗證,一個是優率,一個是效率。

但是作為裝配最後的一道工序,兼顧效率的同時,優率則為各家重點需要考慮的地方,目前在各大供應商種,密封釘的一次優率基本能滿足99.5%,甚至更高。

而密封釘的優率,除去因為注液口清潔不乾淨帶來的影響,本身雷射器的穩定性也是影響優率的因素之一。

而目前市場上存在的一些雷射器類型:包括連續型雷射器、IPG公司QCW雷射器、以及主流的YAG雷射器、符合雷射器、環形光斑雷射器。但是在密封釘焊接中,YAG雷射器是目前大眾首選。

雷射產生原理

受激輻射:在頻率為v=(E2-E1)/h的光源激勵下,處於高能級E2的原子向低能級E1躍遷,同時輻射出一個光子hv,這個光子和激勵光源的頻率、傳播方向、偏振方向相同。這個過程就是粒子的受激輻射。

疊片雷射器圖片


全光纖雷射器結構示意圖



YAG雷射器示意圖

固體雷射器由工作物質、泵浦源、全反射鏡、部分反射鏡、冷卻水組成。泵浦源以一定脈衝方式發出光束,激勵雷射物質,使其受激輻射產生相同的光子。工作介質的兩頭是兩塊平行的反射鏡,沿軸向傳播的光束可以在兩塊反射鏡來回反射,被放大形成雷射束,雷射從部分反射鏡輸出。兩塊反射鏡和工作物質一起構成了諧振腔,冷卻水在諧振腔和冷水機之間循環冷卻。固體雷射器以摻釹釔石榴石(Nd3+:YAG)雷射器為代表。

國內主流密封釘焊接機雷射器供應商例如聯贏雷射、大族雷射、鐳鍈雷射,都以YAG雷射器為主選,密封釘脈衝雷射焊接優率可以達到99.5%以上。


雷射器參數以及雷射器樣式


焊機參數選取:雷射器選用YAG 600W,峰值功率可以達到9kW以上。單脈衝能量大於50J,頻率為100Hz可調,雷射波動率小於±3%。

焊接參數設置:雷射縫焊主要參數包括波形圖、功率密度、保護氣體、離焦量。

A、波形圖

由於鋁合金的光返比較高,固態時,80%的能量被反射。所以,需要在開始時雷射功率急劇上升到峰值,使金屬熔化。熔化後的金屬液體,對雷射吸收率較高,可以達到90%以上。如下是雷射波形峰值緩降模式。在開始時,立即上升到峰值,而後只需要較小的功率平台。

參數波形圖示意

B、保護氣

保護氣體為惰性氣體,如氦氣,氬氣,氮氣,考慮到成本和效果,密封釘焊接選擇氮氣作為保護氣體,採用同軸吹氣方式。

保護氣體有以下四方面的作用:

1)可以驅除表面等離子云,利於雷射的吸收;

2)隔絕氧氣,防止表面熔融物被氧化,影響焊接質量和外觀;

3)在同軸吹氣的同時,使焊接飛濺物不會飛濺到保護鏡片上;

4)熔池的常見缺陷是氣孔,氣孔的產生一部分是空氣中的水分和工件氧化膜的水分在雷射焊接時分解成氣體。

保護氣設置要適中,不可太大,也不可太小。太大了,使熔池由層流狀變為湍流狀,使焊接表面凹凸不平;太小了,起不到保護的作用。

C、 重疊率

在雷射脈衝頻率一定的情況下,通過改變焊接速度來確定重疊率。如下是密封釘縫焊示意圖,當兩個焊點重疊率大於50%時,才能保證熔池的機械強度和氣密性。

重疊率=(焊縫寬度-點距)/焊縫寬度


重疊率如果小於50%,那麼在重疊區的熔寬就小於焊點最大的寬度,即不滿足工藝的熔寬要求。

重疊示意

D、離焦量:焦點在工件上為0離焦,焦點在工件上方為正離焦,反之為負離焦。一般焊接時都不會在0離焦,0離焦飛濺比較大,光斑太小。

密封釘工藝要求:

A、有效熔深範圍熔深標準 0.6-1.0mm,熔寬標準0.8-1.5mm,才能保證焊接的強度和氣密性。

B、金相測試

切割:將頂蓋固定好,用砂輪機對頂蓋樣品進行切割,沿著密封釘一半處切割,得到熔池的橫截面。

打磨:將切割下來的剖切面放在打磨機打磨,用手握住,儘量保持樣品與砂紙垂直,這樣打磨出來的樣品剖切面平面度好,便於顯微鏡觀察。打磨至剖切面的熔池大致肉眼可見即可。

腐蝕:

使用氫氟酸,用棉簽沾少許,塗於切面處。腐蝕10s後,剖切面的熔池肉眼就清晰可見。

檢測:放在金相顯微鏡進行檢測,調好焦距,光線,直至清洗可見。

關鍵字: