Laserové svařování různorodých materiálů: svařování hliníkové fólie a mědi při výrobě baterií

Laserové svařování různorodých materiálů: svařování hliníkové fólie a mědi při výrobě baterií

Výrobci bateriových systémů vyžadují efektivní, rychlé a spolehlivé metody svařování tenkých hliníkových fólií a měděných desek. Bezkontaktní laserové svařování nabízí atraktivní možnost, ale v minulosti nebylo použitelné při tloušťkách fólie pod 200 µm. Důvodem bylo to, že stávající vláknové laserové zdroje nedokázaly dodat svůj výkon s potřebným prostorovým rozložením. Konkrétně vysokovýkonný vláknový laser způsoboval poškození horního listu fólie, zatímco vláknové lasery s nízkým výkonem nedosahovaly dostatečné penetrace svaru. V současné době tato omezení překonává vláknový laser s nastavitelným kruhovým režimem (ARM) s jednovidovým středovým paprskem. 

Proces

Běžným úkolem při výrobě bateriových modulů je propojení několika baterií do elektrické série pomocí překryvného svařování tenké hliníkové přípojnice k silnější měděné tyči. Testy byly provedeny na svařování hliníkového plechu o tloušťce 0,2 mm (nahoře) k měděné desce s tloušťkou 1,5 mm (dole). Pro test byl použit laserový zdroj Coherent HighLight FL4000CSM-ARM s procesním vláknem 25 µm/170 µm (středový paprsek/prstenec) a s optikou vzdáleného svařovacího skeneru, který vytvářel 3x zvětšení paprsku na pracovní ploše. Výkon středového paprsku byl 500-800 W a výkon prstence 1000-1200 W. Laserový výkon byl aplikován po dobu 0,18-0,32 sekundy. Výkon středového a kruhového paprsku byl řízen nezávisle.

Výsledky

Podařilo se dosáhnout kvalitního, plně penetračního svaru bez poškození tenké hliníkové fólie (viz obrázek 2). Při procesu nevznikaly žádné rozstřiky a nebylo nutné použít přídavný drát. Tento pozitivní výsledek je způsoben tím, že laser ARM stabilizuje hloubku svařování klíčovou dírkou pomocí kruhového paprsku. Jednomódový středový paprsek s vysokým výkonem (vysokou hustotou energie, ale nízkou celkovou energií) provádí vlastní svařování bez poškození materiálu vnesením příliš velkého množství tepla. A konečně, nezávisle řízený náběh výkonu prstence umožňuje řízené ochlazování materiálu, čímž se minimalizuje turbulence svarové lázně a eliminuje rozstřik.

Oblast použití

Laserové svařování je vhodné pro svařování tenkých fólií a materiálů citlivých na teplo. Velký prostor pro rozšíření této technologie nabízí v současné době zejména oblast výroby baterií a e-mobility. to zahrnuje kromě klasického svařování také laserové svařování měděných fólií ve sloupcích, svařování fólií na desky v bateriovém průmyslu a svařování hliníkových plechů na měděné desky při výrobě přípojnic.

Zdroj: Coherent.com