Beim Laserschweißen wird der Laserstrahl durch eine optische Linse auf die Oberfläche des Werkstücks fokussiert, so dass das Material schnell geschmolzen wird, um ein Schmelzbad zu bilden, und dann schnell abgekühlt wird, um eine Schweißverbindung zu bilden.Es hat die Eigenschaften eines großen Aspektverhältnisses, einer schnellen Schweißgeschwindigkeit und eines berührungslosen Kontakts mit dem Werkstück, was leicht zu erreichen ist. Automatisierte Produktion, daher ist dieses Verfahren weit verbreitet.Aufgrund der komplexen Wechselwirkung zwischen der Laserwärmequelle und dem Material während des Laserschweißprozesses sowie der besonderen physikalischen Eigenschaften von Aluminiumlegierungen und Kupferlegierungen haben hochreflektierende Materialien jedoch ein hohes Laserreflexionsvermögen während des Schweißens, einen instabilen Schweißprozess, und leicht zu produzierende Porositätsdefekte usw. Problem.Bei der Verwendung von gewöhnlichen Lasern zum Schweißen von stark reflektierenden Materialien wie Aluminium und Kupfer führt das Zusammenbrechen des Schlüssellochs zu kleinen Löchern und Spritzern.Durch die Spritzer wird das Schweißgut reduziert, was zu Vertiefungen und unebenen Oberflächen führt;darüber hinaus weisen diese Materialien ein hohes Laserreflexionsvermögen auf, die Absorptionsrate ist gering und die meiste Energie wird reflektiert, was zu einer schlechten Verschmelzung des Füllstoffs führt;Gleichzeitig wird während des Abkühlvorgangs aufgrund der zu hohen Abkühlgeschwindigkeit die Löslichkeit von Wasserstoff und anderen Gasen im Schmelzbad stark verringert und es ist zu spät zum Entweichen, was zu Poren führt.produzieren.
Gängige Schweißverfahren zur Reduzierung von Spritzern und Porosität
Spritzer zu reduzieren, Porosität zu reduzieren und eine glatte Schweißnaht zu erhalten, ist eine der Hauptschwierigkeiten beim Schweißen von hochreflektierenden Materialien.Auch viele in- und ausländische Unternehmen haben diesen Aspekt weiter erforscht und eigene Produkte auf den Markt gebracht.
(1) Verwendung des Schwingschweißkopfes Das Schwingschweißverfahren kann die Energiedichte verteilen, die Gleichmäßigkeit der Schweißtemperatur verbessern und die Entstehung von Spritzern und Poren bis zu einem gewissen Grad reduzieren.Gegenwärtig haben etablierte Laserkopfhersteller (wie Jiaqiang, Wanshunxing, Kirin usw.) ähnliche Schwenklaserschweißköpfe auf den Markt gebracht.Aber gleichzeitig gibt es einige Nachteile.Da die Energiedichte des Lasers reduziert wird, muss die Leistung erhöht oder die Schweißgeschwindigkeit verlangsamt werden.
(2) Verwenden Sie einen Verbundschweißkopf mit zwei Wellenlängen, um den Faserlaser und den Halbleiterlaser mit dem Verbundschweißkopf mit zwei Wellenlängen zu kombinieren und am Schweißpunkt zu überlappen.Der Faserlaser führt das Tiefschweißen durch.Minimieren Sie Spritzer.Derzeit haben auch Laserkopfhersteller wie Jiaqiang und Wanshunxing solche Schweißköpfe auf den Markt gebracht.Dieses Schweißverfahren erfordert jedoch den Einsatz von zwei Lasern und die Gerätekombination ist komplizierter.
(3) Laser mit Spezialfleck
Die beste kostengünstige Lösung ist auf der Laserseite, indem der Laser mit Gaußscher Verteilung auf Ring- und Mittellicht umgestellt wird, der mittlere Lichtfleck garantiert die Tiefe des Schmelzbades und der Ringlichtfleck spielt die Rolle des Vorheizens und langsamen Abkühlens wird mit dem oben erwähnten Zweiwellenlängen-Verbundschweißprinzip verglichen.ähnlich.Typische Laserhersteller haben ähnliche Laser auf den Markt gebracht, wie den AMB-Laser von IPG und den ABP-Laser von Raycus.
Was ist der FRM von GW Laser Tech
Als Reaktion auf die Schweißschwierigkeiten der oben genannten hochreflektierenden Materialien hat GW Laser den Weg der technologischen Entwicklung kontinuierlich erforscht und einen Experten für hochreflektierendes Materialschweißen auf den Markt gebracht – FRM (Flexible Ring Mode) dynamischer Punktausgangslaser, der kann den Schweißprozess von hochreflektierenden Materialien effektiv reduzieren.Spritzer- und Porositätserzeugung.
Der FRM-Laser koppelt zwei optische Module über einen kundenspezifischen Koppler in die Kernschicht und die Ringkernschicht der Faser, koppelt die beiden Laserstrahlen zu einem Strahl und fokussiert ihn dann auf die Oberfläche des Werkstücks, um einen zusammengesetzten Punkt zu bilden.Durch Einstellen des geeigneten Energieverhältnisses können eine relativ große Schweißbreite und ein niedriges Schweißnaht-Seitenverhältnis gebildet werden, was die Stabilität des Schlüssellochs effektiv verbessern und Spritzer erheblich reduzieren und die Stomata-Empfindlichkeit verringern kann.
Der FRM-Laser kann die Leistung des Faserkernlichts und des Ringkernlichts willkürlich steuern.Es kann nur das zentrale Licht oder das Ringlicht eingeschaltet werden, oder beide können gleichzeitig eingeschaltet werden, um drei Modi zu bilden: gewöhnlicher Punkt, ringförmiger Punkt und zusammengesetzter Punkt;Wenn es gleichzeitig eingeschaltet wird, kann es Der Kern und der Ringkern können die Leistung des mittleren Kerns größer als die Leistung des Ringkerns machen, oder die Leistung des mittleren Kerns kann kleiner als die Leistung des Ringkerns sein, oder die Leistung des mittleren Kerns ist gleich auf die Ringkernleistung, und es können insgesamt fünf verschiedene Spotformen geschaltet werden.
Der Durchmesser des zentralen Flecks ist klein und die Energiedichte hoch.Das Schweißen basiert auf dem Tiefschweißmodus, der ein Schlüsselloch erzeugt und ein Schmelzbad mit einem großen Seitenverhältnis bildet.Es stellt jedoch hohe Anforderungen an den passenden Spalt, und eine große Menge Hochdruckmetalldampf wird freigesetzt, wenn das Schlüsselloch durch Tiefschweißen gebildet wird, was zu Spritz- und Explosionspunkten neigt.Die Temperatur des Schmelzbades ist hoch und die interne Strömung ist heftig, und die Fluktuation des Schmelzbades ist offensichtlich.
Der Durchmesser des Ringflecks ist groß und die Energiedichte klein.Das Schweißen basiert auf dem Wärmeleitungsmodus, der ein breiteres Schmelzbad bilden kann.Da das Wärmeleitungsschweißen kein Schlüsselloch bildet, ist die Temperatur des Schmelzbades während des Schweißprozesses niedrig und es gibt keine offensichtliche Schwankung des Schmelzbades.Spritzer, die Schweißnaht ist flach und schön.Aufgrund der verteilten Energiedichte kann jedoch keine große Eindringtiefe erreicht werden.
Kombiniert man beides miteinander, indem man das entsprechende Energieverhältnis einstellt, während der zentrale Fleck die Tiefe des Schmelzbades garantiert, erhöht der ringförmige Fleck einerseits die Breite und Dauer des Schmelzbades, verbessert einerseits die Stabilität des Schlüssellochs und verringert es Spritzen Andererseits ist die Strömung des Schmelzbades stabiler, die Blasen laufen lange über und die Wahrscheinlichkeit der Porositätsbildung wird verringert.
Der FRM-Laser kann eine Gesamtausgangsleistung von bis zu 20 kW bereitstellen und die Parameter des Ausgangslichts flexibel anpassen.Der Durchmesser der zentralen Strahlausgangsfaser beträgt 50 μm/150 μm und die Ausgangsleistung beträgt bis zu 10 kW;Der Durchmesser der Ringstrahl-Ausgangsfaser beträgt 150 μm / 300 μm und die Ausgangsleistung beträgt bis zu 10 kW.Der Mittelstrahl ist ein Faserlaser mit einer Wellenlänge von 1070 nm, und der Ringstrahl kann zusätzlich zum 1070-nm-Faserlaser mit einem 976-nm-Halbleiterlaser ausgestattet werden, um die Verbindung von Strahlen mit zwei Wellenlängen und zwei Laserstrahlen zu realisieren.
FRM ausgezeichneter Schweißeffekt
Um den Schweißeffekt von FRM widerzuspiegeln, werden im Folgenden FRM-Laser und gewöhnliche Laser verwendet, um Aluminiumlegierungen zu schweißen und zu vergleichen.
Ein 1,5 kW + 1,5 kW (50 μm + 150 μm) FRM-Laser wurde verwendet, um eine 6061-Aluminiumlegierung mit einer Dicke von 3 mm zu schweißen, und mit einem gewöhnlichen 3 kW (100 μm) Laser verglichen.Es ist eindeutig festzustellen, dass die Spritzer beim FRM-Laserschweißen deutlich kleiner sind als beim gewöhnlichen Laserschweißen.
Die geschweißten Proben wurden zur metallographischen Beobachtung aufgeschnitten.Aufgrund der Wirkung des ringförmigen Punkts hat die durch den FRM-Laser erhaltene Schweißnaht eine breite obere und untere schmale Form, und die oberen und unteren Oberflächen sind im Wesentlichen flach;während die Schweißnahtbreite des gewöhnlichen Laserschweißens im Grunde oben und unten bündig ist und die obere Oberfläche kollabiert und die untere Oberfläche konvex ist.
Die Zugfestigkeit der Schweißnaht nach dem Schweißen wird getestet, und die Zugfestigkeit des FRM-Schweißens ist besser als die des gewöhnlichen Laserschweißens.
Wichtige Anwendungen von FRM
China betrachtet New Energy Vehicles als eine seiner sieben strategischen Industrien.Da das Power-Lithium-Batteriepaket eine Schlüsselkomponente von Fahrzeugen mit neuer Energie ist, wird es mit der kontinuierlichen Entwicklung von Fahrzeugen mit neuer Energie auch weit verbreitet und entsprechend weiterentwickelt.
Laut Statistiken des China Research Institute of Puhua wird die weltweite Nachfrage nach Lithiumbatterien von 2017 bis 2020 weiter steigen, und die Nachfrage nach Lithiumbatterieausrüstung wird in den nächsten 3-5 Jahren weiter wachsen.Die rasante Entwicklung der Lithiumbatterieindustrie hat große Unternehmen dazu veranlasst, den Bau neuer Fabriken und den Ausbau der Produktionskapazitäten zu verstärken.
Die Sicherheit des Akkupacks ist sehr wichtig.Sobald der relevante Fehler auftritt, wird dies zu sehr schwerwiegenden Folgen führen und das Leben von Menschen bedrohen.Entscheidend für die Sicherheit von Elektrofahrzeugen ist unter anderem das Verschweißen wichtiger Teile des Power-Batteriepacks.Das wichtigste Material in diesen Positionen ist eine Aluminiumlegierung, einschließlich explosionsgeschützter Ventile, Zelldichtungen, Laschen, Stromschienen usw.;gefolgt von Kupfermaterialien wie Polen, Laschen usw. Die Schweißqualität dieser Positionen wirkt sich direkt auf die Zuverlässigkeit der Qualität des Batteriepakets aus.
Für das Schweißen verschiedener Teile der Leistungsbatterie kann der FRM-Laser mit Guanghui-Laser das Schweißproblem effektiv lösen, beim Schweißen spritzerfrei, ohne Poren auf der Oberfläche, stabiler Durchdringung, glatter und schöner Schweißnaht, die Schweißqualität erheblich verbessern , und stellen Sie effektiv die Stabilität der Energiebatterie sicher.Sexualität und Sicherheit.
Die Transformation des globalen Automobilmarktes zur Elektrifizierung ist der allgemeine Trend, und im Rahmen dieses allgemeinen Entwicklungstrends werden zwangsläufig höhere Anforderungen an die Lithium-Ionen-Schweißtechnologie gestellt, und die Verarbeitung von Lithium-Ionen-Batterien ist zu einem wichtigen Markt für den heimischen Laser geworden Unternehmen.Guanghui Laser wird sich weiterhin im Bereich des Schweißens von Lithiumbatterien bemühen.Durch unabhängige Innovation werden iterative Laser-Upgrades durchgeführt, um Kunden bei der Verbesserung von Schweißprozessen und der Verbesserung der Produktsicherheit und Wettbewerbsfähigkeit zu unterstützen.
Autor：GW Laser Anwendungstechniker Jiaxing Gu
Postzeit: 15. Februar 2022