استخدام آلة اللحام بالليزر عالية الدقة في أنابيب تكييف الهواء للسيارات

تطبيق اللحام بالليزر في مجال بطاريات الليثيوم

تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع في العديد من الأجهزة الإلكترونية (مثل الهواتف المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي، والكاميرات الرقمية، وكاميرات الفيديو الرقمية، وما إلى ذلك) ووسائل النقل (سيارات الدورية، والدراجات الكهربائية، والمركبات الكهربائية، وما إلى ذلك) نظرًا لطاقتها النوعية العالية، وعمرها التشغيلي الطويل، وانخفاض معدل التفريغ الذاتي، وخلوها من تأثير الذاكرة، وعدم تسببها في أي تلوث. وقد أصبحت هذه البطاريات صناعة عالية التقنية مدعومة من قطاع الطاقة في بلدي.

تشير بطاريات الطاقة إلى البطاريات المستخدمة في المركبات الكهربائية. وهي تختلف عن البطاريات ذات السعة الصغيرة (مثل بطاريات الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة). فهي تتميز بسعة كبيرة وقوة خرج عالية، ويمكن استخدامها كبطاريات ثانوية في مجالات تزويد المركبات الكهربائية بالطاقة وتطبيقات الطاقة المتنقلة الكبيرة. هناك العديد من عمليات إنتاج بطاريات أيونات الليثيوم أو حزم البطاريات، ويعتمد الكثير منها، مثل اللحام بالصمام المقاوم للانفجار، ولحام أذني القطب، ولحام الوصلات اللينة، ولحام النقاط بالخوذة، ولحام إحكام غلاف البطارية، ولحام الوحدات وحزم البطاريات، على اللحام بالليزر باعتباره أفضل عملية. المواد المستخدمة في لحام بطاريات الطاقة هي بشكل أساسي النحاس النقي، والألومنيوم وسبائك الألومنيوم، والفولاذ المقاوم للصدأ، وما إلى ذلك.

1. لحام الصمامات المقاومة للانفجار في البطاريات

صمام البطارية المقاوم للانفجار هو جسم صمام ذو جدران رقيقة مركب على لوحة إحكام إغلاق البطارية. وعندما يتجاوز الضغط الداخلي للبطارية القيمة المحددة، ينفجر جسم الصمام المقاوم للانفجار لمنع انفجار البطارية. يتميز صمام الأمان بهيكل مبتكر، وتفرض هذه العملية متطلبات صارمة للغاية على عملية اللحام بالليزر. قبل استخدام اللحام بالليزر المستمر، كان لحام الصمامات المقاومة للانفجار في البطاريات يتم بالكامل عن طريق اللحام بالليزر النبضي، وكان اللحام المستمر للختم يتم عن طريق تداخل نقاط اللحام وتغطيتها، لكن كفاءة اللحام كانت منخفضة وكان الختم ضعيفًا نسبيًا. يمكن أن يحقق استخدام اللحام بالليزر المستمر لحامًا عالي السرعة وعالي الجودة، كما يمكن ضمان استقرار اللحام وكفاءته ومعدل إنتاجه.

2. لحام أذني قطب البطارية

عادةً ما تنقسم أذن القطب إلى ثلاث مواد. يستخدم القطب الموجب للبطارية مادة الألومنيوم (Al)، بينما يستخدم القطب السالب مادة النيكل (Ni) أو مادة النيكل المطلي بالنحاس (Ni-Cu). في عملية تصنيع بطاريات الطاقة، تتمثل إحدى المراحل في لحام أذن القطب بالقطب. وفي إنتاج البطاريات الثانوية، يجب لحامها مع صمام أمان آخر مصنوع من الألومنيوم. ولا يجب أن يضمن اللحام التوصيل الموثوق بين أذن القطب والقطب فحسب، بل يجب أيضًا أن يكون اللحام سلسًا وجميل المظهر.

3. اللحام النقطي لشرائط أقطاب البطارية

تشمل المواد المستخدمة في صناعة شرائط أقطاب البطاريات شرائط الألومنيوم النقي، وشرائط النيكل، وشرائط مركبة من الألومنيوم والنيكل، وكمية صغيرة من شرائط النحاس. ويُستخدم عادةً جهاز اللحام النبضي في لحام شرائط أقطاب البطاريات. ومع ظهور الليزر شبه المستمر (QCW) من شركة IPG، أصبح هذا الليزر يُستخدم على نطاق واسع أيضًا في لحام شرائط أقطاب البطاريات. وفي الوقت نفسه، وبفضل جودة شعاعه العالية وصغر بقعة اللحام، يتمتع هذا الليزر بمزايا فريدة في التعامل مع شرائط الألومنيوم عالية الانعكاس، وشرائط النحاس، وشرائط أقطاب البطاريات ذات النطاق الضيق (عرض شريط القطب أقل من 1.5 مم).

4. اللحام لإحكام إغلاق غلاف بطارية الطاقة ولوحة الغطاء

تتكون مواد غلاف بطاريات الطاقة من سبائك الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ. ومن بينها، تُعد سبائك الألومنيوم هي الأكثر استخدامًا، وعادةً ما تكون من نوع 3003، بينما يستخدم البعض القليل الألومنيوم النقي. ويُعد الفولاذ المقاوم للصدأ المادة التي تتمتع بأفضل قابلية للحام بالليزر، لا سيما الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304. وسواء كان الليزر نبضيًا أو مستمرًا، فإنه يمكن الحصول على لحامات ذات مظهر وأداء جيدين.

يختلف أداء اللحام بالليزر للألمنيوم وسبائك الألمنيوم اختلافًا طفيفًا اعتمادًا على طريقة اللحام المستخدمة. وباستثناء الألمنيوم النقي وسبائك الألمنيوم من السلسلة 3، التي يمكن لحامها باستخدام اللحام النبضي واللحام المستمر دون أي مشاكل، يُفضل لحام سلاسل سبائك الألمنيوم الأخرى باستخدام اللحام بالليزر المستمر لتقليل حساسية التشقق. وفي الوقت نفسه، يجب اختيار ليزر ذي طاقة مناسبة وفقًا لسمك غلاف بطارية الطاقة. بشكل عام، عندما يكون سمك الغلاف أقل من 1 مم، يمكن النظر في استخدام ليزر أحادي النمط بقدرة لا تتجاوز 1000 واط. وعندما يزيد السُمك عن 1 مم، يلزم استخدام ليزر أحادي النمط أو متعدد الأنماط بقوة تزيد عن 1000 واط.

غالبًا ما تستخدم بطاريات الليثيوم ذات السعة الصغيرة أغلفة ألومنيوم رقيقة نسبيًّا (يبلغ سمكها حوالي 0.25 مم)، بينما تستخدم بعض بطاريات 18650 وبطاريات أخرى أغلفة فولاذية. ونظرًا لسمك الغلاف، فإن عملية لحام هذه البطاريات تستخدم عادةً ليزرًا منخفض الطاقة. ويمكن أن يؤدي استخدام الليزر المستمر في لحام بطاريات الليثيوم ذات الأغلفة الرقيقة إلى زيادة الكفاءة بمقدار 5 إلى 10 أضعاف، فضلاً عن تحسين المظهر ومستوى الإحكام. ولذلك، هناك اتجاه نحو الاستعاضة التدريجية عن الليزر النبضي في مجال التطبيق هذا.

5. لحام وحدات البطاريات وحزم البطاريات

يتم إجراء التوصيل التسلسلي والمتوازي بين بطاريات الطاقة عمومًا عن طريق لحام قطعة التوصيل بالبطارية الفردية. وتُصنع الأقطاب الموجبة والسالبة من مواد مختلفة، وعادةً ما تكون من النحاس والألومنيوم. ونظرًا لأن النحاس والألومنيوم يشكلان مركبات هشة بعد اللحام بالليزر، فإنهما لا يستوفيان متطلبات الاستخدام. بالإضافة إلى اللحام بالموجات فوق الصوتية، يتم لحام النحاس بالنحاس والألومنيوم بالألومنيوم عادةً بالليزر. وفي الوقت نفسه، نظرًا لأن النحاس والألومنيوم يتميزان بنقل سريع للحرارة وانعكاسية عالية جدًّا لأشعة الليزر، فإن سماكة قطعة التوصيل تكون كبيرة نسبيًّا، لذا يلزم استخدام ليزر ذي طاقة أعلى لتحقيق عملية اللحام.