Lasersko varjenje: visoke procesne ovire, nove baterijske tehnologije, kot so veliki cilindri, ki vlečejo volumen varjenja na glavo
Laserska tehnologija se zaradi visoke učinkovitosti, prilagodljivosti, zanesljivosti in stabilnosti, nizke izgube varilnega materiala, visoke avtomatizacije in varnosti uporablja pri rezitvi, čiščenju, varjenju in kodiranje litijevih baterij. Zaradi močne podpore nacionalnih politik ter pospešenega spodbujanja in uporabe novih energetskih vozil je povpraševanje po avtomobilskih električnih baterijah na Kitajskem znatno naraslo. V treh jedrnih komponentah baterije novih energetskih vozil, motorja, električnega krmilja, osnovne komponente moči litijevega akumulatorja v stroških vozila predstavlja velik delež, vendar tudi neposredno določi razpon vozila. Proizvodnjo litijevih baterij sestavlja vrsta procesov, ki so razdeljeni na tri glavne dele: proizvodnjo elektrod, proizvodnjo celic in sestavljanje baterij. Kakovost litijevega akumulatorja neposredno določa učinkovitost novega energetskega vozila in zato zahteva najvišjo natančnost v svojem proizvodnem procesu. Laserska tehnologija, kot napredno »lahko« proizvodno orodje, se zaradi visoke učinkovitosti in natančnosti, prilagodljivosti, zanesljivosti in stabilnosti, nizke izgube varilnega materiala, avtomatizacije in varnosti uporablja pri postopkih rezanja, čiščenja, varjenja in kodiranja litijevih baterij.
2. Lasersko varjenje: visoke procesne ovire, nove baterijske tehnologije, kot so velike jeklenke, ki vlečejo volumne varjenja na glavo
2.1 Načelo: Da bi zagotovili varnost baterije, je kakovost varjenja odvisna od laserskega nadzora energije in parametrov procesa.
Lasersko varjenje ima številne prednosti, kot so globoko taljenje, velika hitrost in majhno izkrivljanje, kar lahko bistveno izboljša varnost napajalnih baterij. Kot sodobna tehnologija varjenja ima lasersko varjenje prednosti globokega taljenja, visoke hitrosti, nizke deformacije, nizkih zahtev za varjenje okolja, visoke gostote moči, ki ni prizadeta z magnetnimi polji, ni omejena na prevodne materiale, ne zahteva vakumskih delovnih pogojev in ne proizvaja rentgenskih žarkov med postopkom varjenja itd. Pogosto se uporablja na področju visokokakovostne proizvodnje, zlasti v novi energetski industriji in industriji električne baterije. Deli za varjenje električne baterije so številni, težki in zahtevajo visoko natančnost. Proizvajalci električne baterije imajo tudi visoke zahteve za avtomatizacijo, varnost, natančnost in učinkovitost obdelave opreme za proizvodnjo baterij. Edinstvene prednosti tehnologije laserskega varjenja lahko bistveno izboljšajo varnost, zanesljivost in doslednost baterij, zmanjšajo stroške in podaljšajo življenjsko dobo, zaradi česar je optimalna izbira za proizvajalce napajalnih baterij.
Glavni jedrni elementi, ki določajo kakovost laserskega varjenja, sta laserski nadzor energije in tehnologija postopka varjenja. Laserski nadzor energije: (1)Ker ima material, ki ga je treba variti, različne stopnje absorpcije za različne valovne dolžine laserske svetlobe (ki se lahko razlikujejo od 5% do 50%), lahko izbira laserskega vira naredi vso razliko. Za dostavo enotnega in stabilnega laserskega žarka varjenja na varjeni del je treba lasersko izhodno moč dosledno ali natančno nadzorovati. Preniska moč bo privedla do nezadostne talitve varjenja in vplivala na kakovost varjenja, preveč moči ali nihanja navzgor in dol bodo vodila do raztresenosti, poroznosti in drugih neželenih učinkov. Zato nadzor laserskega vira postane ena najbolj kritičnih tehnologij za lasersko varjenje.
(2)Učinek laserskega varjenja je zapleten, povezan z več deset dejavniki, kot so laserska valovna dolžina, gostota moči, čas varjenja, kot varjenja glave, žariščna razdalja, hitrost laserske absorpcije in čistoča varjenja, debelina in toplotna prevodnost varjenja, vrsta in pretok ščitnega plina. Zato je tehnologija laserskega varjenja tudi eden od ključnih dejavnikov, ki vplivajo na kakovost varjenja, kar zahteva, da tehniki postopka laserskega varjenja nenehno raziskujejo povzetek, le dolgo obdobje eksperimentalnega kopičenja lahko dobi dobre rezultate varjenja.
V skladu z delovnim načelom varjenje se lahko razdeli na pet vrst, odvisno od zahtev uporabe so izbrane različne metode varjenja za doseganje najboljših rezultatov. Glede na načelo delovanja lahko lasersko varjenje razdelimo v pet kategorij: toplotno prevodno varjenje, globoko fuzijsko varjenje, sestavljeno varjenje, lasersko braziranje in lasersko prevodno varjenje. Glede na stranko in aplikacijo za obdelavo je izbrana ustrezna metoda varjenja za doseganje najboljših možnih rezultatov varjenja.
2.2 Stanje aplikacije: izdelava jedra, pakiranje v vrednosti približno 10-30 milijonov/GWh
Lasersko varjenje se uporablja pri proizvodnji napajalnih celic v procesu proizvodnje celic in v postopku baterije PACK. Pri proizvodnji električnih celic glavni segmenti, ki uporabljajo lasersko varjenje, vključujejo: (1)Srednji postopek: varjenje lug (vključno s predvaritvi), spot varjenje trakov s trakovi, Pre-zavarivanje jezga u ljuskicu, zavarivanje vrha pokrova zunanje ljuske, zavarivanje priključka za ubrizgavanje tecnosti i sl. (2)Post-proces: ukljucujuci zavaravanje priključne plocice u modulu baterije PACK i zavaravanje ventila od eksplozije na poklopcu iza modula, itd. Prostornina vrednosti pred varjenjem je približno 10-30 milijonov Yuan/GWh. Laserska varilna oprema v proizvajalce električnega akumulatorja za vlaganje v približno 5-15%, glede na moč baterije enojno GWh opremo naložbo v približno 200 milijonov juanov, sedanje električne baterije lasersko varjenje opreme eno GWh naložbo v 10 milijonov juan na 30 milijonov juan.
2.3 Povpraševanje: Polprevodničke tovarne širijo kapitalske izdatke ob globalnem "osnovnem pomanjkanjem", se boom opreme nadaljuje navzgor
4680 Veliki cilindri imajo višje zahteve za laserske procese, volumen varjenja pa naj bi se povečal v primerjavi s kvadratnimi celicami in majhnimi jeklenkami. Celica 4680 zahteva zahtevnejše laserske procese in nenadzorovana oblika lug je težak proces. Baterija 4680 uporablja celoten postopek lug, ki z enim pozitivnim in enim negativnim lugom, ki je podvržen kratkim stikom, in se izdeluje z dvema zaprta odseka, kar je glavna ovira za prodor elektrolitov, večkratne luge pa je težko pravilno zložiti in zahtevajo višji laserski proces. 4680 Lasersko varjenje velikih cilindričnih celic se je povečalo v smislu postopka varjenja in potrebne opreme za varjenje v primerjavi s kvadratnimi celicami oziroma majhnimi valjastimi celicami. V primerjavi s kvadratnimi celicami se laserski postopek varjenja za polno lug velikega jeklenke poveča s 5 na 7 prepustov. V smislu majhnih cilindričnih celic ima ena linija GWh 5 dodatnih varilnih strojev v primerjavi s celično linijo 18650 in 21700. V kombinaciji z navedenim menimo, da se pričakuje rast povpraševanja po laserskem varjenju 4680 velikih jeklenk v primerjavi s kvadratnimi celicami in majhnimi jeklenkami.
Druga tehnologija varjenja link: za rešitev problema disimilarnega kovinskega varjenja, kot je baterija PACK v busbar varjenje se pričakuje, da se nadomesti z laserskim varjenjem, sodimo, da, ker se lasersko varjenje še naprej premika navzgor, lasersko varjenje penetracija naj bi se premaknila navzgor. Primer je al/cu heterogeno kovinsko spajkanje busbarov v kvadratnih celicah back-end modulov/PACK. (1)Nizka svetlobna absorpcija Al in Cu ter težnja po izdelavi zelo krhkih kovinskih spojin sta Al/Cu težave: lasersko varjenje Al/Cu različnih kovin ima več zahtevnih omejitev zaradi zelo različnih materialnih fizikalnih lastnosti Al in Cu. Eden od glavnih izzivov je nizka absorpcija Al na laserski valovni dolžini 1um in še nižja absorpcija Cu; druga je metalurški lastnosti zliine Al-Cu, to je zelo krhka kovinska spojin lahko povzroči nastanek razpoke. Lahko se oblikujejo medmetalne faze z vsebnostjo Cu 50-80%.
Busbar varjenje še vedno ni rešitev za problem krhkih spojin, vendar lasersko varjenje je verjetno smer. Zaradi enostavnega oblikovanja krhkih spojin med bakrom in aluminijem po laserskem varjevanju, ki ne morejo izpolnjevati zahtev uporabe, običajno z ultrazvočnim varjenjem zunaj, se baker in baker, aluminij in aluminij na splošno uporabljajo za lasersko varjenje. Hkrati pa visoka hitrost prenosa toplote tako bakra kot aluminija, visoka odbojnost laserja in razmeroma velika debelina združitvenega kosa zahtevata laser z visoko močjo, da doseže zvar. Z devetimi različnimi parametri in metodami prilagoditvenih poskusov, od katerih ima sedem različnih dobičkov, verjamemo, da se s stalnim napredkom laserskega procesa v prihodnosti pričakuje rešitev težav Al/Cu laserskega varjenja avtobusnih prestav, lasersko varjenje pa najvrednejša smer.
