ข้อบกพร่องทั่วไปและวิธีแก้ไขในการเชื่อมด้วยเลเซอร์

การเชื่อมด้วยเลเซอร์

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ การเชื่อมด้วยเลเซอร์ได้แทรกซึมเข้าสู่อุตสาหกรรมพลังงานใหม่ทั้งหมดอย่างรวดเร็ว เนื่องจากมีข้อดีที่รวดเร็วและเสถียร โดยอุปกรณ์เชื่อมด้วยเลเซอร์มีสัดส่วนการใช้งานสูงสุดในอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ทั้งหมด

การเชื่อมด้วยเลเซอร์การเชื่อมแบบใช้ลวดเชื่อมได้กลายเป็นตัวเลือกอันดับแรกอย่างรวดเร็วในทุกสาขาอาชีพ เนื่องจากความเร็วในการเชื่อมสูง ความลึกในการเชื่อมมาก และการเสียรูปน้อย ตั้งแต่การเชื่อมจุด การเชื่อมชน การเชื่อมเสริม และการเชื่อมปิดผนึกการเชื่อมด้วยเลเซอร์ให้ความแม่นยำและการควบคุมที่เหนือกว่า มีบทบาทสำคัญในการผลิตและอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงอุตสาหกรรมทางทหาร การดูแลทางการแพทย์ การบินและอวกาศ ชิ้นส่วนรถยนต์ 3C โลหะแผ่นเชิงกล พลังงานใหม่ และอุตสาหกรรมอื่นๆ

เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการเชื่อมแบบอื่นๆ การเชื่อมด้วยเลเซอร์มีข้อดีและข้อเสียที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัว

ข้อได้เปรียบ:

1. ความเร็วสูง ความลึกมาก และการเสียรูปน้อย

2. การเชื่อมสามารถทำได้ที่อุณหภูมิปกติหรือภายใต้สภาวะพิเศษ และอุปกรณ์การเชื่อมก็ไม่ซับซ้อน ตัวอย่างเช่น ลำแสงเลเซอร์ไม่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เลเซอร์สามารถเชื่อมได้ในสุญญากาศ อากาศ หรือสภาพแวดล้อมที่มีก๊าซบางชนิด และสามารถเชื่อมวัสดุที่ทะลุผ่านกระจกหรือโปร่งใสต่อลำแสงเลเซอร์ได้

3. สามารถเชื่อมวัสดุทนความร้อนสูง เช่น ไทเทเนียมและควอตซ์ได้ และยังสามารถเชื่อมวัสดุต่างชนิดกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ

4. หลังจากปรับโฟกัสเลเซอร์แล้ว ความหนาแน่นของพลังงานจะสูง อัตราส่วนภาพสามารถสูงถึง 5:1 และสามารถสูงถึง 10:1 เมื่อทำการเชื่อมอุปกรณ์กำลังสูง

5. สามารถทำการเชื่อมขนาดเล็กได้ หลังจากโฟกัสลำแสงเลเซอร์แล้ว จะได้จุดเล็กๆ ที่สามารถกำหนดตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ สามารถนำไปใช้ในการประกอบและเชื่อมชิ้นงานขนาดเล็กและขนาดจิ๋ว เพื่อให้ได้การผลิตจำนวนมากแบบอัตโนมัติ

6. สามารถเชื่อมในพื้นที่ที่เข้าถึงยากและทำการเชื่อมระยะไกลแบบไม่สัมผัสได้อย่างยืดหยุ่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงไม่กี่ปีมานี้ เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์ YAG ได้นำเทคโนโลยีการส่งผ่านใยแก้วนำแสงมาใช้ ซึ่งทำให้เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ได้รับการส่งเสริมและนำไปใช้อย่างกว้างขวางมากขึ้น

7. ลำแสงเลเซอร์สามารถแยกออกได้ง่ายทั้งในแง่ของเวลาและพื้นที่ และสามารถประมวลผลลำแสงหลายลำในหลายตำแหน่งพร้อมกันได้ ซึ่งช่วยให้การเชื่อมมีความแม่นยำยิ่งขึ้น

ข้อบกพร่อง:

1. ความแม่นยำในการประกอบชิ้นงานต้องสูง และตำแหน่งของลำแสงบนชิ้นงานต้องไม่เบี่ยงเบนไปจากเป้าหมายมากนัก เนื่องจากขนาดจุดเลเซอร์หลังการโฟกัสมีขนาดเล็ก และรอยเชื่อมแคบ ทำให้ยากต่อการเติมวัสดุประสาน หากความแม่นยำในการประกอบชิ้นงานหรือความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของลำแสงไม่เป็นไปตามข้อกำหนด อาจเกิดข้อบกพร่องในการเชื่อมได้

2. ราคาของเลเซอร์และระบบที่เกี่ยวข้องสูง และการลงทุนครั้งแรกก็มีมูลค่าสูง

ข้อบกพร่องทั่วไปของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม

1. รูพรุนจากการเชื่อม

ข้อบกพร่องทั่วไปในการเชื่อมด้วยเลเซอร์รูพรุนเกิดขึ้นในบริเวณที่โลหะหลอมเหลวจากการเชื่อม บริเวณนั้นมีลักษณะลึกและแคบ ในระหว่างกระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ ไนโตรเจนจะแทรกซึมเข้าไปในบริเวณที่โลหะหลอมเหลวจากภายนอก ในระหว่างกระบวนการเย็นตัวและแข็งตัวของโลหะ ความสามารถในการละลายของไนโตรเจนจะลดลงตามอุณหภูมิที่ลดลง เมื่อโลหะหลอมเหลวเย็นตัวลงจนเริ่มตกผลึก ความสามารถในการละลายจะลดลงอย่างรวดเร็วและฉับพลัน ในขณะนี้ ก๊าซจำนวนมากจะตกตะกอนกลายเป็นฟองอากาศ หากความเร็วในการลอยตัวของฟองอากาศน้อยกว่าความเร็วในการตกผลึกของโลหะ รูพรุนก็จะเกิดขึ้น

ในการใช้งานในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียม เรามักพบว่ารูพรุนมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นได้ง่ายเป็นพิเศษในระหว่างการเชื่อมขั้วบวก แต่แทบจะไม่เกิดขึ้นเลยในระหว่างการเชื่อมขั้วลบ นี่เป็นเพราะขั้วบวกทำจากอะลูมิเนียมและขั้วลบทำจากทองแดง ในระหว่างการเชื่อม อะลูมิเนียมเหลวบนพื้นผิวจะควบแน่นก่อนที่ก๊าซภายในจะไหลออกมาจนหมด ทำให้ก๊าซไม่สามารถไหลออกมาจนหมดและเกิดเป็นรูพรุนขนาดใหญ่และเล็กได้

นอกจากสาเหตุของการเกิดรูพรุนที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว รูพรุนยังอาจเกิดจากอากาศภายนอก ความชื้น น้ำมันบนพื้นผิว ฯลฯ นอกจากนี้ ทิศทางและมุมของการเป่าไนโตรเจนก็มีผลต่อการเกิดรูพรุนด้วยเช่นกัน

ส่วนวิธีการลดการเกิดรูพรุนจากการเชื่อมนั้น?

ก่อนอื่นเลย ก่อนการเชื่อมคราบน้ำมันและสิ่งสกปรกบนพื้นผิวของวัสดุที่เข้ามาจำเป็นต้องได้รับการทำความสะอาดให้ทันท่วงที ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม การตรวจสอบวัสดุที่เข้ามาถือเป็นกระบวนการที่สำคัญอย่างยิ่ง

ประการที่สอง ปริมาณการไหลของก๊าสปกคลุมควรปรับตามปัจจัยต่างๆ เช่น ความเร็วในการเชื่อม กำลังไฟฟ้า ตำแหน่ง ฯลฯ และไม่ควรมากเกินไปหรือน้อยเกินไป แรงดันของผ้าคลุมป้องกันควรปรับตามปัจจัยต่างๆ เช่น กำลังเลเซอร์และตำแหน่งโฟกัส และไม่ควรสูงหรือต่ำเกินไป รูปทรงของหัวฉีดผ้าคลุมป้องกันควรปรับตามรูปทรง ทิศทาง และปัจจัยอื่นๆ ของรอยเชื่อม เพื่อให้ผ้าคลุมป้องกันสามารถปกคลุมพื้นที่เชื่อมได้อย่างสม่ำเสมอ

ประการที่สาม ควบคุมอุณหภูมิ ความชื้น และฝุ่นละอองในอากาศภายในโรงงาน อุณหภูมิและความชื้นในอากาศจะส่งผลต่อปริมาณความชื้นบนพื้นผิวของวัสดุและก๊าซป้องกัน ซึ่งจะส่งผลต่อการเกิดและการระเหยของไอน้ำในบ่อหลอม หากอุณหภูมิและความชื้นในอากาศสูงเกินไป จะมีปริมาณความชื้นบนพื้นผิวของวัสดุและก๊าซป้องกันมากเกินไป ทำให้เกิดไอน้ำจำนวนมาก ส่งผลให้เกิดรูพรุน หากอุณหภูมิและความชื้นในอากาศต่ำเกินไป จะมีปริมาณความชื้นบนพื้นผิวของวัสดุและในก๊าซป้องกันน้อยเกินไป ลดการเกิดไอน้ำ จึงลดรูพรุนลง ให้เจ้าหน้าที่ควบคุมคุณภาพตรวจสอบค่าเป้าหมายของอุณหภูมิ ความชื้น และฝุ่นละอองที่สถานีเชื่อม

ประการที่สี่ วิธีการแกว่งลำแสงถูกนำมาใช้เพื่อลดหรือกำจัดรูพรุนในการเชื่อมเลเซอร์แบบเจาะลึก เนื่องจากการเพิ่มการแกว่งในระหว่างการเชื่อม การแกว่งไปมาของลำแสงไปยังรอยเชื่อมทำให้เกิดการหลอมเหลวซ้ำๆ ของส่วนหนึ่งของรอยเชื่อม ซึ่งช่วยยืดระยะเวลาการคงอยู่ของโลหะเหลวในบ่อหลอม ในขณะเดียวกัน การเบี่ยงเบนของลำแสงยังเพิ่มปริมาณความร้อนต่อหน่วยพื้นที่ อัตราส่วนความลึกต่อความกว้างของรอยเชื่อมลดลง ซึ่งเอื้อต่อการเกิดฟองอากาศ จึงช่วยกำจัดรูพรุนได้ ในทางกลับกัน การแกว่งของลำแสงทำให้รูเล็กๆ แกว่งไปตามด้วย ซึ่งยังสามารถให้แรงกวนแก่บ่อหลอม เพิ่มการพาความร้อนและการกวนของบ่อหลอม และมีผลดีต่อการกำจัดรูพรุน

ประการที่ห้า ความถี่พัลส์ ความถี่พัลส์หมายถึงจำนวนพัลส์ที่ปล่อยออกมาจากลำแสงเลเซอร์ต่อหน่วยเวลา ซึ่งจะส่งผลต่อการป้อนความร้อนและการสะสมความร้อนในบ่อหลอม และส่งผลต่อสนามอุณหภูมิและสนามการไหลในบ่อหลอม หากความถี่พัลส์สูงเกินไป จะทำให้เกิดการป้อนความร้อนมากเกินไปในบ่อหลอม ทำให้อุณหภูมิของบ่อหลอมสูงเกินไป เกิดไอโลหะหรือธาตุอื่นๆ ที่ระเหยได้ที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้เกิดรูพรุน หากความถี่พัลส์ต่ำเกินไป จะทำให้การสะสมความร้อนในบ่อหลอมไม่เพียงพอ ทำให้อุณหภูมิของบ่อหลอมต่ำเกินไป ลดการละลายและการระเหยของก๊าซ ส่งผลให้เกิดรูพรุน โดยทั่วไปแล้ว ควรเลือกความถี่พัลส์ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมตามความหนาของวัสดุและกำลังเลเซอร์ และควรหลีกเลี่ยงความถี่ที่สูงหรือต่ำเกินไป