Facteurs affectant la qualité du soudage au laser!

Le soudage au Laser est actuellement la principale méthode recommandée pour le soudage par batterie haut de gamme. Le soudage au Laser est un processus dans lequel un faisceau Laser à haute énergie irradie la pièce à usiner, provoquant une forte augmentation de la température de travail, la pièce à usiner fondre et se reconnecter pour former une connexion permanente. La résistance au cisaillement et à la déchirure du soudage au laser sont relativement bonnes. La conductivité, la résistance, l’étanchéité à l’air, la fatigue des métaux et la résistance à la corrosion du soudage par batterie sont des critères typiques d’évaluation de la qualité du soudage.

De nombreux facteurs influent sur la qualité du soudage au laser. Certains d’entre eux sont extrêmement faciles à fluctuer et présentent une instabilité considérable. Comment régler et contrôler correctement ces paramètres afin qu’ils soient contrôlés dans une plage appropriée pendant le soudage laser continu à grande vitesse pour assurer la qualité du soudage. La fiabilité et la stabilité de la formation des soudures sont des questions importantes liées à l’application pratique et à l’industrialisation de la technologie de soudage laser. Les principaux facteurs qui influent sur la qualité du soudage au laser sont les équipements de soudage, les conditions des pièces et les paramètres du processus.

1) les exigences de qualité de l’équipement de soudage pour les lasers sont principalement le mode de faisceau, la puissance de sortie et la stabilité. Le mode faisceau est l’indicateur principal de la qualité du faisceau. Plus l’ordre du mode de faisceau est bas, meilleure est la performance de mise au point du faisceau, plus la tache est petite, plus la densité de puissance est élevée à la même puissance laser et plus la profondeur et la largeur de la soudure sont grandes. Généralement, le mode fondamental (TEM00) ou le mode de bas ordre est requis, sinon il est difficile de répondre aux exigences du soudage laser de haute qualité. A l’heure actuelle, l’utilisation de lasers domestiques pour le soudage au laser pose encore quelques difficultés en termes de qualité du faisceau et de stabilité de la puissance de sortie. A en juger par la situation à l’étranger, la qualité du faisceau et la stabilité de la puissance de sortie des lasers sont déjà assez élevées et ne deviendront pas un problème pour le soudage laser. Le plus grand facteur affectant la qualité de soudage dans le système optique est le miroir de mise au point. La distance focale utilisée est généralement comprise entre 127mm (5in) et 200mm (7.9in). Une petite distance focale est bonne pour réduire le diamètre de la taille du faisceau focalisé, mais il est facile d’être contaminé et éclaboussé pendant le soudage.

Plus la longueur d’onde est courte, plus le taux d’absorption est élevé; Généralement, les matériaux avec une bonne conductivité ont une réflectivité élevée. Pour les lasers de YAG, la réflectivité de l’argent est 96%, l’aluminium est 92%, le cuivre est 90%, et le fer est 60%. Plus la température est élevée, plus le taux d’absorption est élevé, ce qui est une relation linéaire; Généralement, le revêtement de surface avec du phosphate, du noir de carbone, du graphite, etc. peut améliorer le taux d’absorption.

2) condition de pièce

Le soudage au Laser nécessite le bord de la pièce à traiter, l’assemblage a une haute précision, le point et la soudure sont strictement alignés, et la précision de l’assemblage d’origine de la pièce et l’alignement du point ne peuvent pas changer en raison de la déformation thermique de soudage pendant le processus de soudage. Ceci est dû au fait que le point laser est petit, que la soudure est étroite et qu’en général aucun métal de remplissage n’est ajouté. Si l’assemblage n’est pas strict et que l’interstice est trop grande, la poutre peut passer à travers l’interstice, mais ne peut pas faire fondre le matériau d’origine, ni causer des soucoupes et des dépressions évidentes. Si la déviation de la tache par rapport à la couche est légèrement plus importante, elle peut entraîner une fusion incomplète ou une pénétration incomplète. Par conséquent, l’écart entre l’ensemble de la tôle générale et l’écart de la tache par rapport à la couche ne devrait pas être supérieur à 0,1 mm, et le désalignement ne devrait pas être supérieur à 0,2 mm. Dans la production réelle, il arrive que la technologie de soudage laser ne soit pas utilisée parce que ces exigences ne peuvent pas être satisfaites. Pour obtenir un bon effet de soudage, l’intervalle admissible et l’intervalle de chevauchement du joint bout doivent être contrôlés à moins de 10% de l’épaisseur de la plaque mince.

Un soudage laser réussi nécessite un contact étroit entre les matériaux de base à souder. Cela nécessite un serrage minutieux des pièces pour obtenir les meilleurs résultats. Ceci est difficile à réaliser sur les supports à languettes minces car ils sont sujets à la flexion et au désalignement, en particulier lorsque les languettes sont intégrées dans de grands modules ou composants de batterie.

3) paramètres de soudure

(1) Impact sur le mode de soudure laser et la stabilité de la formation de soudure le paramètre de soudure le plus important est la densité de puissance de la tache laser, qui affecte le mode de soudure et la stabilité de la formation de soudure comme suit: comme la densité de puissance de la tache laser augmente de petit à grand, il est soudage de conductivité thermique stable, mode de soudage instable et soudage de fusion profonde stable. La densité de puissance du point laser est principalement déterminée par la puissance du laser et la position de mise au point du faisceau lorsque le mode de faisceau et la distance focale du miroir de mise au point sont constants. La densité de puissance laser est proportionnelle à la puissance laser. L’influence de la position focale a une valeur optimale; Lorsque le foyer du faisceau se trouve à une certaine position sous la surface de la pièce (dans la plage de 1 à 2 mm, selon l’épaisseur de la tôle et les paramètres), la soudure la plus idéale peut être obtenue. En s’écartant de cette position focale optimale, le point sur la surface de la pièce devient plus grand, provoquant une diminution de la densité de puissance. Dans une certaine gamme, il entraînera des changements dans la forme du processus de soudage.

L’influence de la vitesse de soudage sur la forme du procédé de soudage et les pièces stables n’est pas aussi importante que celle de la puissance laser et de la position focale. Ce n’est que lorsque la vitesse de soudage est trop élevée que le procédé stable de soudage par fusion profonde ne peut pas être maintenu en raison d’un apport calorifique trop faible. Dans le soudage réel, le soudage stable par fusion profonde ou le soudage stable par conduction thermique doit être choisi en fonction des exigences du soudage pour la profondeur de fusion, et le mode de soudage instable doit être absolument évité.

2) l’influence des paramètres de soudage sur la profondeur de fusion dans le domaine du soudage par fusion profonde: dans le domaine du soudage par fusion profonde stable, plus la puissance du laser est élevée, plus la profondeur de fusion est grande, ce qui correspond à environ 0,7 puissance; Et plus la vitesse de soudage est élevée, plus la profondeur de fusion est faible. Dans certaines conditions de puissance laser et de vitesse de soudage, la profondeur de fusion est la plus grande lorsque la mise au point est dans la position optimale. Si elle s’écarte de cette position, la profondeur de fusion diminue, et devient même en mode de soudage instable ou de soudage stable par conduction thermique.

(3) l’influence du gaz de blindage. Les principales fonctions du gaz de blindage sont de protéger la pièce contre l’oxydation pendant le soudage; Pour protéger la lentille de mise au point contre la contamination par la vapeur de métal et la pulvérisation de gouttelettes liquides; Disperser le plasma généré par le soudage laser de haute puissance; Pour refroidir la pièce et réduire la zone affectée par la chaleur.

Le gaz de blindage utilise généralement de l’argon ou de l’hélium. L’azote peut également être utilisé si les exigences de qualité apparentes ne sont pas élevées. Leur tendance à produire du plasma est très différente: l’hélium a une charge d’ionisation élevée et une conductivité thermique rapide. Dans les mêmes conditions, il a une plus faible tendance à produire du plasma que l’argon, de sorte qu’il peut atteindre une plus grande profondeur de pénétration. Dans une certaine plage, lorsque le débit du gaz de protection augmente, la tendance à supprimer le plasma augmente, et donc la profondeur de pénétration augmente, mais il tend à se stabiliser après avoir atteint une certaine plage.

(4) analyse de la surveillabilité de chaque paramètre: parmi les quatre paramètres de soudage, la vitesse de soudage et le débit de gaz de blindage sont des paramètres faciles à surveiller et à maintenir stables, tandis que la puissance laser et la position focale sont des paramètres qui peuvent fluctuer pendant le soudage et sont difficiles à surveiller. Bien que la puissance de sortie du laser soit très stable et facile à surveiller, la puissance du laser atteignant la pièce changera en raison de la perte du guide de lumière et du système de mise au point. Cette perte est liée à la qualité de la pièce optique, au temps d’utilisation et à la contamination de surface. Il n’est donc pas facile à contrôler et devient un facteur incertain de la qualité du soudage. La position focale du faisceau est un facteur qui a un grand impact sur la qualité du soudage et est le plus difficile à contrôler et à contrôler parmi les paramètres de soudage. Actuellement, dans la production, il est nécessaire de s’appuyer sur un réglage manuel et des essais de procédé répété pour déterminer la position focale appropriée pour obtenir la profondeur de pénétration idéale. Cependant, pendant le processus de soudage, en raison de la déformation de la pièce, de l’effet de lentille thermique ou du soudage multidimensionnel des courbes spatiales, la position de mise au point changera et peut dépasser la plage admissible.

Pour les deux situations ci-dessus, d’une part, des composants optiques de haute qualité et de haute stabilité devraient être utilisés, et ils devraient être entretenus régulièrement pour prévenir la contamination et maintenir la propreté; D’autre part, il est nécessaire de développer des méthodes de surveillance et de contrôle en temps réel pour le processus de soudage laser pour optimiser les paramètres, surveiller les changements de puissance laser et la position de mise au point de la pièce à usiner, réaliser le contrôle en boucle fermé, et améliorer la fiabilité et la stabilité de la qualité de soudage laser.

Enfin, il faut noter que le soudage au laser est un procédé de fusion. Cela signifie que les deux substrats fondront pendant le processus de soudage au laser. Ce processus est très rapide, donc l’apport calorifique global est faible. Mais comme il s’agit d’un procédé de fusion, des composés intermétalliques fragiles et à haute résistance peuvent se former lors du soudage de différents matériaux. La combinaison aluminium-cuivre est particulièrement sujette à la formation de composés intermétalliques. Il a été démontré que ces composés ont un impact négatif sur les propriétés électriques à court terme et les propriétés mécaniques à long terme des joints de raccordement des dispositifs microélectroniques. L’impact de ces composés intermétalliques sur les performances à long terme des batteries au lithium est encore incertain.

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