Ngày nay, chúng tôi chia sẻ ứng dụng của công nghệ hàn laser trong pin điện xe điện, chủ yếu bao gồm hàn điện cực pin tai xe buýt, hàn vỏ pin, vv liên quan đến Al-Fe, Al-Cu,Đồng hàn bằng Cu-Fe và các vật liệu khác nhau.
01
Lịch sử ứng dụng
Trong bối cảnh sự nóng lên toàn cầu và giảm phát thải khí nhà kính, xe năng lượng mới, đặc biệt là xe điện đang tăng nhanh chóng.đòi hỏi công nghệ hàn nghiêm ngặtCác phương pháp hàn truyền thống, chẳng hạn như hàn siêu âm và hàn điểm kháng,có hạn chế trong việc xử lý kết nối các vật liệu điện cực pin (như nhôm, đồng và thép).hàn siêu âm không phù hợp với cấu trúc pin thông thường của xe điện, và hàn điểm kháng là khó hàn do độ dẫn cao của nhôm và đồng.
Công nghệ hàn laser là một sự lựa chọn lý tưởng vì không tiếp xúc, mật độ năng lượng cao, điều khiển nhiệt chính xác và tự động hóa dễ dàng.Nó có thể đáp ứng nhu cầu hàn của các vật liệu khác nhau của hệ thống pin, chẳng hạn như hàn thép nhôm, thép đồng, hàn thép đồng giữa điện cực pin và bus và hàn vỏ pin nhôm / thép,đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ tin cậy của kết nối, và cải thiện hiệu suất pin và an toàn.
02
Loại pin điện
Loại pin điện
1 Pin hình trụ nhỏ (ví dụ: mô hình 18650), kích thước tiêu chuẩn, an toàn và chi phí tương đối rẻ;
2 Pin prism lớn, hoạt động tốt về mật độ năng lượng và độ ổn định;
3 Pin polymer phủ mềm, dễ bị hình học khi sạc.
* Loại pin
Bộ pin bao gồm nhiều pin theo chuỗi hoặc theo chuỗi và song song, được kết nối thông qua các thanh bus.và độ tin cậy kết nối ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và an toàn của hệ thống pin.
* Cấu trúc bộ pin a) pin hình trụ b) pin prismatic
Các hạn chế của các kỹ thuật hàn phổ biến
hàn siêu âm
Chủ yếu sử dụng rung động tần số cao (thường là 20 kHz trở lên) để làm cho vật liệu hình thành một liên kết rắn dưới áp lực để đạt được kết nối.
1 Phương pháp này phù hợp để hàn tấm mỏng, các vật liệu khác nhau hoặc vật liệu dẫn điện cao, chủ yếu được áp dụng cho pin dải.
2 Pin xe điện thường là pin hình trụ hoặc prisma, có thể phá hủy tính toàn vẹn của cấu trúc pin dưới sự kết hợp của áp suất và rung động,do đó hàn siêu âm không phù hợp với hàn pin của xe điện.
hàn điểm kháng
Nguyên tắc làm việc chủ yếu là áp dụng áp lực lên bề mặt tiếp xúc của mảnh làm việc và sử dụng dòng điện lớn để nấu chảy các bộ phận tại chỗ.Các vật liệu phổ biến của pin xe điện là nhôm và đồng, có đặc điểm dẫn điện cao và dẫn nhiệt cao, làm cho việc hàn điểm kháng trở nên khó khăn.
03
Tai cột pin được hàn với xe buýt
Đặc điểm hàn
Sự kết hợp vật liệu: vật liệu tai cột pin thường là nhôm, đồng hoặc thép, vật liệu xe buýt chủ yếu là đồng hoặc nhôm, tạo thành nhôm-nước, nhôm-thép,đồng-thép và các kết hợp khác.
Yêu cầu hiệu suất cao: địa điểm hàn phải đảm bảo kháng thấp, dẫn điện cao và độ bền cơ học tốt,để đảm bảo hiệu quả sạc và xả pin và ổn định lâu dài.
* Pole tai và bus của gói mềm / pin hình trụ
hàn laser thép nhôm
Khó khăn hàn:
1 Các tính chất nhiệt của nhôm và thép rất khác nhau, hàn sẽ tạo thành hợp chất liên kim loại dễ vỡ (IMC), chẳng hạn như Fe2Al5, Fe4Al13, vv, ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô,hiệu suất điện và hiệu suất nhiệt của khớp, tăng kháng cự bên trong của pin, rút ngắn tuổi thọ.
2 Tạo IMC nên được kiểm soát trong quá trình hàn.
1 Kiểm soát đầu vào nhiệt: điều chỉnh công suất laser, tốc độ hàn và các thông số xung (tần số, tỷ lệ công suất), cân bằng độ sâu tan chảy và kích thước khu vực ảnh hưởng nhiệt,và giảm sản xuất IMC.
2 Tối ưu hóa hình dạng sóng xung: hình dạng sóng xung đặc biệt được sử dụng để thay đổi các đặc điểm chu kỳ nhiệt, chẳng hạn như hình dạng sóng tăng chậm và giảm chậm để giảm gradient nhiệt độ và căng thẳng nhiệt,và ức chế việc làm mát nhanh dẫn đến một số lượng lớn IMC dễ vỡ thế hệ.
1 Thành phần: chọn lọc niken, hợp kim dựa trên silicon và các vật liệu lớp trung gian khác, do phản ứng với thép nhôm.và độ dẻo dai của IMC chứa niken là tốt hơn so với thép nhôm. Si trong các hợp chất Al-Si) ảnh hưởng đến sự phát triển của các hợp chất Fe-Si tối ưu hóa các tính chất cơ học của khớp,và hàm lượng Si được điều chỉnh chi tiết theo các yêu cầu về vật liệu và quy trình.
2 Độ dày: khoảng độ dày từ μ m đến hàng chục μ m có thể điều chỉnh hiệu quả sự hình thành của IMMC, cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của khớp.
1 Hướng trường từ: Trường từ dọc ức chế sự phân tán vĩ mô của các nguyên tố trong hồ nóng chảy, thay đổi hình thái đối lưu và tinh thể hóa,và làm giảm sự hợp nhất quá mức của Fe và Al để tạo ra các IMC dễ vỡ; trường từ học song song ảnh hưởng đến sự khuếch tán vi mô của dung dịch và di cư biên giới hạt, và tinh chế hạt và tối ưu hóa sự phân bố và định hướng của IMC.
2 Hợp tác đa lĩnh vực: kết hợp với từ trường và siêu âm, hợp tác từ trường và rung động siêu âm để tinh chỉnh hạt, loại bỏ sự bao gồm của miệng,và cải thiện cấu trúc IMC. rung siêu âm là hữu ích để phá vỡ dendrites và thành phần đồng đều, từ trường hướng dẫn hướng của dòng chảy chất lỏng kim loại và tăng trưởng tinh thể,cải thiện hành vi cứng và đồng nhất mô của hồ bơi nóng chảy, giảm độ mong manh của IMC và cải thiện độ dẻo dai và tính dẫn điện của các khớp.
* Laser swing hàn nhôm-thép (swing biên độ 0.2-1.2mm)
* Micromorphology của ghép thép không gỉ / hợp kim nhôm a) Ni tấm b) không có Ni tấm
Phương pháp hàn laser đồng-aluminium
Khó khăn hàn:
Đồng và nhôm có điểm nóng chảy, dẫn nhiệt và hệ số mở rộng nhiệt khác nhau, tạo thành Cu 2 Al và Cu 4 Al 3 IMC bằng hàn,ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của hàn, và cần ức chế sự hình thành và phát triển của chúng.
1 Khớp với tốc độ hàn cao với công suất laser thấp có thể giảm thời gian và sức mạnh nhiệt đầu vào, và ức chế sự hình thành của một số lượng lớn IMC.CuAl 2 và các hợp chất khác được giảm đáng kể.
2 Tối ưu hóa tần số xung và chu kỳ làm việc, thay đổi các điều kiện phổ biến nguyên tử và động lực phản ứng của Cu và Al, làm cho IMC tăng lên một cách có trật tự và phân phối đồng đều,và cải thiện hiệu suất chung.
Ví dụ, chứa vật liệu nhựa thiếc, hàn để tạo thành các giai đoạn Cu6Sn5 và Cu3Sn, thay đổi hình dạng mô của khớp, giảm độ mong manh tổng thể, cải thiện sức mạnh và độ dẻo dai.
* Biểu đồ Cu-Al SEM (1500W, 30 mm/s)
hàn laser đồng-thép
Khó khăn hàn:
Các tính chất vật lý của đồng và thép rất khác nhau, và sự phân tách pha lỏng và nứt nhiệt có xu hướng xảy ra trong quá trình hàn bằng laser,như xâm nhập Cu vào ranh giới hạt thép, dẫn đến nứt nhiệt.
Chất lượng hàn có thể được cải thiện hiệu quả bằng cách lệch laser sang phía đồng.
Trong điều kiện dao động chùm vòng của đồng tinh khiết và thép không gỉ, khả năng chống nứt của hàn có thể được cải thiện hiệu quả.tăng ranh giới hạt làm giảm đáng kể nồng độ căng thẳng và kiểm soát hiệu quả sức mạnh và biến dạng khớp.
* Không dao động với SEM dao động
04
hàn vỏ pin
* Tesla 4680 pin
hàn laser của vỏ pin nhôm
Do độ dẫn nhiệt cao và hệ số mở rộng nhiệt lớn, hàn hợp kim nhôm dễ dàng hiển thị vết nứt và khiếm khuyết lỗ chân lông;Màn hình oxit bề mặt và tạp chất dễ phân hủy ở nhiệt độ cao, làm cho khí khó thoát ra và gây ra lỗ chân lông.
Hợp kim nhôm 1060 hàn bằng laser sử dụng dao động dọc để tối ưu hóa bề mặt hàn, giảm độ xốp 91% ở bán kính 0,45mm.
* Phân chuyển trọng tâm chùm tia laser và dao động dọc SEM
Việc tạo hình điểm ánh sáng là hàn bốn chùm, làm tăng kích thước lỗ nhỏ trong hồ nóng chảy, ổn định hơi kim loại, giảm vết rắc và lỗ chân lông và cải thiện chất lượng hàn.
* Sơ đồ sơ đồ của bốn chùm
Vỏ pin thép bằng hàn laser
Việc hàn thép không gỉ austenit dễ bị nứt nhiệt, liên quan đến thành phần hợp kim và hàm lượng tạp chất.Vấn đề nứt nhiệt có thể được giải quyết hiệu quả bằng cách điều chỉnh các thông số quy trình.
kích thích:
1 Hiện nay, bước sóng hàn laser được sử dụng phổ biến chủ yếu là 1064nm, sử dụng laser xanh / laser xanh hàn vật liệu không đồng nhất có thể có hiệu quả tốt.
Người liên hệ: Ms. Coco
Tel: +86 13377773809
