ข้อบกพร่องและวิธีแก้ปัญหาทั่วไปในการเชื่อมด้วยเลเซอร์

การเชื่อมด้วยเลเซอร์

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ต้องขอบคุณการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ การเชื่อมด้วยเลเซอร์ได้แทรกซึมเข้าไปในอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ทั้งหมดอย่างรวดเร็ว เนื่องจากมีข้อได้เปรียบที่รวดเร็วและมีเสถียรภาพ อุปกรณ์เชื่อมด้วยเลเซอร์มีสัดส่วนการใช้งานสูงสุดในอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ทั้งหมด

การเชื่อมด้วยเลเซอร์ได้กลายเป็นตัวเลือกแรกอย่างรวดเร็วในทุกกลุ่มอาชีพเนื่องจากความเร็วที่รวดเร็ว ความลึกที่มาก และการเสียรูปเล็กน้อย ตั้งแต่การเชื่อมแบบจุดไปจนถึงการเชื่อมแบบชน การเชื่อมแบบสะสมและการเชื่อมแบบซีลการเชื่อมด้วยเลเซอร์ให้ความแม่นยำและการควบคุมที่เหนือชั้น โดยมีบทบาทสำคัญในการผลิตและการผลิตทางอุตสาหกรรม รวมถึงอุตสาหกรรมการทหาร การรักษาพยาบาล การบินและอวกาศ ชิ้นส่วนรถยนต์ 3C แผ่นโลหะเชิงกล พลังงานใหม่ และอุตสาหกรรมอื่นๆ

เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการเชื่อมอื่นๆ การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีข้อดีและข้อเสียเฉพาะตัว

ข้อได้เปรียบ:

1. ความเร็วที่รวดเร็ว ความลึกขนาดใหญ่ และการเสียรูปเล็กน้อย

2. การเชื่อมสามารถทำได้ที่อุณหภูมิปกติหรือภายใต้สภาวะพิเศษและอุปกรณ์การเชื่อมก็ทำได้ง่าย ตัวอย่างเช่น ลำแสงเลเซอร์ไม่ลอยไปในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เลเซอร์สามารถเชื่อมในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ อากาศ หรือก๊าซ และสามารถเชื่อมวัสดุที่ผ่านกระจกหรือโปร่งใสเข้ากับลำแสงเลเซอร์ได้

3. สามารถเชื่อมวัสดุทนไฟเช่นไททาเนียมและควอตซ์และยังสามารถเชื่อมวัสดุที่แตกต่างกันซึ่งให้ผลลัพธ์ที่ดี

4. หลังจากโฟกัสเลเซอร์แล้ว ความหนาแน่นของพลังงานจะสูง อัตราส่วนภาพสามารถเข้าถึง 5:1 และสามารถเข้าถึงได้สูงสุด 10:1 เมื่อเชื่อมอุปกรณ์กำลังสูง

5. สามารถเชื่อมแบบไมโครได้ หลังจากที่ลำแสงเลเซอร์ถูกโฟกัสแล้ว ก็จะได้จุดเล็กๆ และจัดตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ สามารถนำไปใช้กับการประกอบและการเชื่อมชิ้นงานขนาดเล็กและขนาดเล็กเพื่อให้ได้การผลิตจำนวนมากแบบอัตโนมัติ

6. สามารถเชื่อมบริเวณที่เข้าถึงยาก และทำการเชื่อมทางไกลแบบไม่สัมผัส โดยมีความยืดหยุ่นสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ YAG ได้นำเทคโนโลยีการส่งผ่านใยแก้วนำแสงมาใช้ ซึ่งทำให้เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ได้รับการส่งเสริมและนำไปใช้อย่างกว้างขวางมากขึ้น

7. ลำแสงเลเซอร์แบ่งเวลาและพื้นที่ได้ง่าย และสามารถประมวลผลลำแสงหลายอันได้หลายตำแหน่งพร้อมกัน ทำให้เกิดเงื่อนไขในการเชื่อมที่แม่นยำยิ่งขึ้น

ข้อบกพร่อง:

1. ความแม่นยำในการประกอบชิ้นงานจะต้องสูงและตำแหน่งของลำแสงบนชิ้นงานจะต้องไม่เบี่ยงเบนอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากขนาดจุดเลเซอร์หลังจากการโฟกัสมีขนาดเล็กและรอยเชื่อมแคบ ทำให้การเติมวัสดุโลหะเติมทำได้ยาก หากความแม่นยำในการประกอบชิ้นงานหรือความแม่นยำในการวางตำแหน่งของลำแสงไม่เป็นไปตามข้อกำหนด ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่องในการเชื่อมได้

2. ต้นทุนของเลเซอร์และระบบที่เกี่ยวข้องสูงและการลงทุนครั้งเดียวมีขนาดใหญ่

ข้อบกพร่องในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ทั่วไปในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม

1. ความพรุนในการเชื่อม

ข้อบกพร่องทั่วไปในการเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นรูขุมขน สระหลอมเหลวเชื่อมมีความลึกและแคบ ในระหว่างกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ไนโตรเจนจะบุกรุกบ่อหลอมเหลวจากภายนอก ในระหว่างกระบวนการทำความเย็นและแข็งตัวของโลหะ ความสามารถในการละลายของไนโตรเจนจะลดลงตามอุณหภูมิที่ลดลง เมื่อโลหะในสระหลอมเหลวเย็นลงจนเริ่มตกผลึก ความสามารถในการละลายจะลดลงอย่างรวดเร็วและฉับพลัน ในเวลานี้ก๊าซจำนวนมากจะตกตะกอนจนเกิดฟองอากาศ หากความเร็วลอยตัวของฟองอากาศน้อยกว่าความเร็วการตกผลึกของโลหะ จะเกิดรูพรุนขึ้น

ในการใช้งานในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียม เรามักจะพบว่ารูขุมขนมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นเป็นพิเศษระหว่างการเชื่อมอิเล็กโทรดขั้วบวก แต่ไม่ค่อยเกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมอิเล็กโทรดขั้วลบ เนื่องจากขั้วบวกทำจากอลูมิเนียมและขั้วลบทำจากทองแดง ในระหว่างการเชื่อม อลูมิเนียมเหลวบนพื้นผิวจะควบแน่นก่อนที่ก๊าซภายในจะล้นจนหมด ป้องกันไม่ให้ก๊าซล้นและก่อตัวเป็นรูขนาดใหญ่และเล็ก ปากใบเล็ก

นอกจากสาเหตุของรูขุมขนที่กล่าวข้างต้นแล้ว รูขุมขนยังรวมถึงอากาศภายนอก ความชื้น น้ำมันที่พื้นผิว ฯลฯ นอกจากนี้ทิศทางและมุมของการเป่าไนโตรเจนก็จะส่งผลต่อการก่อตัวของรูขุมขนด้วย

ส่วนจะลดการเกิดรูขุมขนเชื่อมได้อย่างไร?

ก่อนอื่นก่อนการเชื่อมคราบน้ำมันและสิ่งสกปรกบนพื้นผิวของวัสดุที่เข้ามาต้องได้รับการทำความสะอาดทันเวลา ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม การตรวจสอบวัสดุที่เข้ามาถือเป็นกระบวนการที่สำคัญ

ประการที่สอง ควรปรับการไหลของก๊าซป้องกันตามปัจจัยต่างๆ เช่น ความเร็วในการเชื่อม กำลัง ตำแหน่ง ฯลฯ และไม่ควรใหญ่หรือเล็กเกินไป ควรปรับแรงดันเสื้อคลุมป้องกันตามปัจจัยต่างๆ เช่น กำลังเลเซอร์และตำแหน่งโฟกัส และไม่ควรสูงหรือต่ำเกินไป ควรปรับรูปทรงของหัวฉีดเสื้อคลุมป้องกันตามรูปร่าง ทิศทาง และปัจจัยอื่นๆ ของการเชื่อม เพื่อให้เสื้อคลุมป้องกันครอบคลุมพื้นที่การเชื่อมได้อย่างสม่ำเสมอ

ประการที่สาม ควบคุมอุณหภูมิ ความชื้น และฝุ่นในอากาศในโรงงาน อุณหภูมิและความชื้นโดยรอบจะส่งผลต่อปริมาณความชื้นบนพื้นผิวของพื้นผิวและก๊าซป้องกัน ซึ่งจะส่งผลต่อการสร้างและการระเหยของไอน้ำในบ่อหลอมเหลว หากอุณหภูมิและความชื้นโดยรอบสูงเกินไป ความชื้นบนพื้นผิวของสารตั้งต้นและก๊าซป้องกันจะมีมากเกินไป ทำให้เกิดไอน้ำจำนวนมาก ส่งผลให้เกิดรูขุมขน หากอุณหภูมิและความชื้นโดยรอบต่ำเกินไป ความชื้นบนพื้นผิวของสารตั้งต้นและในก๊าซป้องกันจะมีน้อยเกินไป ซึ่งจะช่วยลดการสร้างไอน้ำ จึงช่วยลดรูขุมขน ให้บุคลากรคุณภาพตรวจจับค่าเป้าหมายอุณหภูมิ ความชื้น และฝุ่นที่สถานีเชื่อม

ประการที่สี่ วิธีการแกว่งลำแสงใช้เพื่อลดหรือขจัดรูขุมขนในการเชื่อมด้วยเลเซอร์แบบเจาะลึก เนื่องจากมีการแกว่งเพิ่มขึ้นระหว่างการเชื่อม การแกว่งของลำแสงไปยังตะเข็บเชื่อมทำให้เกิดการหลอมซ้ำของตะเข็บเชื่อมบางส่วน ซึ่งจะทำให้ระยะเวลาการคงตัวของโลหะเหลวในสระเชื่อมนานขึ้น ในเวลาเดียวกัน การโก่งตัวของลำแสงยังเพิ่มการป้อนความร้อนต่อหน่วยพื้นที่อีกด้วย อัตราส่วนความลึกต่อความกว้างของรอยเชื่อมจะลดลง ซึ่งเอื้อต่อการเกิดฟองอากาศ จึงช่วยขจัดรูขุมขน ในทางกลับกัน การแกว่งของลำแสงทำให้รูเล็กๆ แกว่งตาม ซึ่งยังสามารถให้แรงกวนสำหรับสระเชื่อม เพิ่มการพาความร้อนและการกวนของสระเชื่อม และมีผลดีต่อการขจัดรูขุมขน

ประการที่ห้า ความถี่พัลส์ ความถี่พัลส์หมายถึงจำนวนพัลส์ที่ปล่อยออกมาจากลำแสงเลเซอร์ต่อหน่วยเวลา ซึ่งจะส่งผลต่อการป้อนความร้อนและการสะสมความร้อนในสระหลอมเหลว จากนั้นส่งผลต่อสนามอุณหภูมิและสนามการไหลในการหลอมเหลว สระน้ำ. หากความถี่พัลส์สูงเกินไปจะนำไปสู่การป้อนความร้อนมากเกินไปในสระหลอมเหลว ส่งผลให้อุณหภูมิของสระหลอมเหลวสูงเกินไป ทำให้เกิดไอโลหะหรือองค์ประกอบอื่น ๆ ที่ระเหยได้ที่อุณหภูมิสูงส่งผลให้เกิดรูขุมขน หากความถี่พัลส์ต่ำเกินไปจะทำให้เกิดการสะสมความร้อนไม่เพียงพอในสระหลอมเหลว ส่งผลให้อุณหภูมิของสระหลอมเหลวต่ำเกินไป ลดการละลายและการหลบหนีของก๊าซ ส่งผลให้รูขุมขน โดยทั่วไป ควรเลือกความถี่พัลส์ภายในช่วงที่เหมาะสมโดยพิจารณาจากความหนาของวัสดุพิมพ์และกำลังเลเซอร์ และหลีกเลี่ยงการสูงหรือต่ำเกินไป