Pil Konektöründe Bakırın Lazer Kaynak İşlemi Üzerine Araştırma

Özet: Pil konektöründeki bakırın kaynağı için, lazer kaynak testinde darbe lazeri ve sürekli fiber lazer kullanıldı. Darbeli lazer için tepe gücü, darbe genişliği ve odak mesafeleri gibi işlem parametreleri ortogonal deneylere taşınmış ve maksimum 28N kesme kuvveti elde edilmiştir. Sürekli fiber lazer için güç, kaynak hızı ve odak mesafeleri proses parametreleri ortogonal deneylere taşınmış ve maksimum 58N kesme kuvveti elde edilmiştir. Noktaların görünümü, darbe ile kaynak yapılan kaynakların iç kısmında gözeneklerin bulunduğunu gösterdi. Bunun tersine, sürekli fiber lazerle yapılan kaynakların iç kısmında kötü gözenek yok, bu da kesme kuvvetinin iyileştirilmesi için faydalı oldu.

Anahtar Kelimeler: bakır;  Lazer kaynak; ortogonal deneyler; süreç parametresi

0 giriş

Mor bakır, iyi ısı iletimi, mükemmel elektrik iletkenliği, işlenme ve şekillendirilme kolaylığı gibi avantajlara sahiptir. Elektrik telleri ve kabloları, donanım ve elektronik imalatında yaygın olarak kullanılır. Cep telefonunun içindeki kamera modülü, ekran, hoparlör, bellek, devre kartı vb. her birimin çalışması için elektrik gücüne ihtiyaç vardır. Pil genellikle sabittir. belirli bir alanda bulunur ve güç kaynağı için iletken bir yol oluşturmak üzere kendisini bu bileşenlere bağlayacak bir konektöre ihtiyaç duyar. Mor bakır, cep telefonu pil konnektörleri için en yaygın kullanılan malzemedir. Mor bakır konnektör plakalarının mevcut kaynak modu esas olarak direnç kaynağıdır. Pozitif ve negatif elektrotlardan gelen büyük akımlar bakır bağlantı plakasını eritir. Elektrotlar ayrıldıkça malzeme soğuyarak bir kaynak dikişi oluşturur. Bu kaynak cihazının yapısı basit, çalışması pratik ve kullanışlı olmakla birlikte, direnç kaynağında kullanılan pozitif ve negatif elektrotlar yıpranma ve arızalanma eğiliminde olup, değiştirilmesi için üretim hattının durdurulmasını gerektirmekte, dolayısıyla üretim verimliliğini düşürmektedir.

Lazer kaynakİşleme için ısı kaynağı olarak lazerleri kullanan lazer, ısıdan etkilenen alanın küçük olması, yüksek kaynak mukavemeti, iş parçasıyla temas olmaması ve yüksek üretim verimliliği gibi avantajlara sahiptir. Paslanmaz çelik, alüminyum alaşımı, nikel alaşımı ve benzeri malzemelerin kaynağında yaygın olarak uygulanmıştır. Mor bakır, lazerlere karşı %97 veya daha fazla yüksek bir yansıtma özelliğine sahiptir ve bu durum, lazer gücünün telafi edilmesi için bir artış gerektirir. Yansıma nedeniyle kaybedilen lazer enerjisi, önemli miktarda lazer enerjisi israfına neden olur. Aynı zamanda, mor bakırın yüzey durumundaki değişiklikler, bakırın lazere yansımasındaki değişiklikleri etkileyerek kaynak işleminin istikrarsızlığını büyük ölçüde artırabilir. Bakırın lazerle kaynaklanabilirliği nedeniyle, bilim adamları bakırın lazer emilim oranını artırmak için bakır yüzeyine lazerle aşındırma veya grafit ile kaplama gibi bakır yüzeyi üzerinde kapsamlı araştırmalar yürüttüler. Bu yöntem bakırın kaynaklanabilirliğini arttırırken aynı zamanda üretim prosesine katkı sağladı ve üretim maliyetlerini artırdı.

Makale, mor bakır pil kutup parçaları üzerinde süreç optimizasyonu deneyleri yürütmek için hem darbeli lazerlerin hem de sürekli fiber lazerlerin kullanımını kullanıyor ve gerçek üretim için bir referans sağlıyor.

1 Kaynak deneyi

1.1 Deneysel materyaller

Deney malzemesinin üst tabakası 0.2 mm kalınlığında mor bakırdır. Alt katman malzemesi 0.2 mm kalınlığında nikel kaplı mor bakırdır. İki malzeme katmanının kimyasal bileşimi Tablo 1'de gösterilmektedir. Malzemeler, Şekil 20(a)'da gösterildiği gibi 6 mm x 1 mm uzunluk ve genişlikte kesilir. Şekil 4(b)'de gösterildiği gibi 0.5mm x 1mm kaynak alanı gerektiren bindirme kaynak deneyleri yapılır. Kaynak tamamlandıktan sonra kesme kuvveti testi yapılır. Alt katman malzemesi kaynak boyunca 180 derece bükülür ve Şekil 1(c)'de gösterildiği gibi bir kesme kuvveti testi gerçekleştirilir. Kesme kuvveti testi, mikro bilgisayar kontrollü bir elektronik üniversal test makinesi olan WDW-200E modelini kullanır. Ürünün üst ve alt uçları aparatla kelepçelenmiş olup, germe hızı 50 mm/s'dir.

Tablo.1 Test malzemelerinin kimyasal bileşimi (kütle oranı/%)

Malzeme	Cu	P	Ni	Fe	Zn	S
mor bakır	99.96	0.000 7	0.000 2	0.000 8	0.000 9	0.000 9
Nikel kaplama mor bakır	99.760	0.000 5	0.200 0	0.000 6	0.000 9	0.000 8

(A)	(B)	(C)
(a) Kaynak malzemeleri (b) Kaynak noktası yöntemi (c) Kesme kuvveti test yöntemi Şekil 1 Kaynak yöntemi ve kesme kuvveti testi

1.2 Kaynak ekipmanı ve yöntemleri

The kaynak deneyi Wuhan Raycus Company tarafından üretilen 150W yarı sürekli darbeli fiber lazer ve 1000W sürekli fiber lazer kullanıyor. Yarı sürekli darbeli fiber lazerin ortalama gücü 150W, tepe gücü 1500W ve darbe genişliği 0.2 mm~25 ms'dir. Fiber lazerin elektro-optik dönüşüm verimliliği %30'dan fazlaya ulaşır, bu da daha yüksek lazer çıkış gücü elde edebilir, ayrıca fiber lazer iyi ışın kalitesine sahiptir, lazer fiberinin çapı 0.05 mm'dir, harici odak mesafesi Yönlendirici ayna kısmı 100 mm'dir ve odaklama merceğinin odak mesafesi 200 mm'dir, Lazer odak noktası küçüktür ve teorik minimum nokta 0.1 mm'ye ulaşabilir, yüksek güç yoğunluğuna sahip bir lazerin bakır malzemenin yüzeyindeki etkisi olabilir Bakır malzemenin sıcaklığını hızla yükseltin. Sıcaklık arttıkça malzemenin lazeri absorbe etme oranı da hızla artar. Bu nedenle, bakır malzemeleri kaynaklamak için fiber lazer kullanmak, bakırın lazere yüksek oranda yansıması sorununu bir dereceye kadar aşabilir. Kaynak deney platformu yukarıdaki Şekil 2'de gösterilmektedir.

Şekil 2 Kaynak deney platformu

Yarı sürekli darbeli fiber lazerden gelen her darbe, darbeli nokta kaynağına uygun bir kaynak noktası oluşturur. Kaynak noktasının şematik diyagramı yukarıdaki Şekil 3(a)'da gösterilmektedir. 1000 W sürekli fiber lazerin ortalama gücü 1000 W olup tepe gücü yoktur, bu da onu sürekli dikiş kaynağı için çok uygun kılar. Yukarıdaki Şekil 3(b)'de gösterildiği gibi spiral şekilde çalıştırılarak kaynak noktaları oluşturulabilir.

(a) Yarı sürekli darbeli fiber lazerle oluşturulan darbeli lehim bağlantısı (b) Sürekli fiber lazer spiraliyle oluşturulan lehim bağlantısı Şekil 3 Kaynak noktalarının şematik diyagramı

2 Deneysel sonuçlar ve analiz

2.1 Darbeli lazer kaynak işleminin optimizasyonu

Yarı sürekli darbeli lazer kaynağı için ana kaynak işlemi parametreleri, tepe lazer gücü, darbe genişliği ve odaklanma miktarıdır. Bu üç işlem parametresi üzerinde üç faktörlü, üç seviyeli bir ortogonal deney gerçekleştirilir ve ortogonal deneyin ve çekme testinin sonuçları Tablo 2'de gösterilir. Lazer tepe gücü öncelikle kaynak noktası erime derinliğini etkiler. Tepe gücü arttıkça erime derinliği de artacaktır. Bununla birlikte, tepe gücü çok yüksek olduğunda, malzeme buharlaşmaya yatkın hale gelir, bu da malzemenin sıçramasına ve kaynak dikişinde gözeneklerin kalmasına neden olur. Darbe genişliği öncelikle kaynak noktasının boyutunu etkiler; kaynak noktasının boyutu darbe arttıkça artar. genişlik artar. Odaklanma miktarı, lazer odağı ile iş parçası yüzeyi arasındaki mesafedir. Lazer odağı iş parçasının yüzeyinin altındaysa, negatif odaklanma olarak kabul edilir. Bu durumda, daha derin bir erime derinliğine sahip bir kaynak dikişi elde etmek kolaydır. Malzeme 0.2 mm'de oldukça ince olduğundan, erime derinliği çok büyükse, alt malzemenin kolayca nüfuz etmesine yol açabilir ve bu da daha sonra kaynak noktasının kesme kuvvetini azaltabilir. Metinde, kaynak için pozitif odaklanma kullanılmıştır (yani, lazer odağı iş parçasının yüzeyinin üzerindedir). Odaklanma miktarının boyutu ışık noktasının boyutunu belirler; Odaklanma miktarı arttıkça ışık noktası genişler, malzemenin yüzeyine etki eden güç yoğunluğu azalır ve sonuç olarak kaynak eriyik derinliği azalır. Tepe gücü 1400W olduğunda tepe gücü çok yüksektir, bu da üretimi kolaylaştırır. sıçrama. Bu malzeme kaybı kaynak noktasının kesme kuvvetinin azalmasına neden olur. Lazerin tepe gücü 1200W olduğunda kaynak noktasının kesme kuvveti genellikle yüksektir. Lazerin tepe gücü 1200W, darbe genişliği 8ms ve odak dışılık miktarı 1mm olduğunda maksimum kesme kuvveti 28N'ye ulaşabilir.

Tab.2 Ortogonal deney ve darbe lazerinin sonucu

Numara	Tepe gücü/W	Darbe genişliği/ms	Odaklanma miktarı/mm	Kesme kuvveti/N
1	100	4	０	13
2	100	6	1	15
3	100	8	2	16
4	1200	4	2	25
5	1200	6	０	23
6	1200	8	1	28
7	1400	4	2	22
8	1400	6	1	21
9	1400	8	0	20

2.2 Sürekli fiber lazer kaynak işleminin optimizasyonu

Sürekli prosesin ana proses parametreleri fiber lazer kaynağı lazerin ortalama gücü, kaynak hızı (spiral çizgiyi çalıştıran lazerin hızı) ve odaklanma miktarıdır (yarı sürekli darbeli lazer kaynağında olduğu gibi, deney için pozitif odaklanma kullanılır). Bu üç parametre ile üç düzeyde ortogonal deneyler ve çekme testi sonuçları Tablo 3'te gösterilmektedir. Lazerin ortalama gücü, kaynak dikişinin erime derinliğini ve ısıdan etkilenen bölgesini etkiler. Güç arttıkça erime derinliği artacak ve ısıdan etkilenen bölge de genişleyerek aşırı yanmanın oluşmasını kolaylaştıracak ve gerilimin azalmasına neden olacaktır. Kaynak hızının erime derinliği ve ısıdan etkilenen bölge üzerinde etkisi olacaktır. kaynak dikişinden. Kaynak hızı arttıkça kaynak noktasının erime derinliği azalır ve ısıdan etkilenen bölge de azalır. Odaklanmanın boyutu ışık noktasının boyutunu belirler. Odaklanma arttıkça ışık noktası büyür ve malzeme yüzeyine etki eden güç yoğunluğu azalır, bu da hem kaynak erime derinliğini hem de ısıdan etkilenen bölgeyi azaltacaktır. Ortalama güç 500 W olduğunda kesme kuvveti genellikle küçüktür. Bunun nedeni, lazerin ortalama gücünün düşük olması, kaynak noktasının erime derinliğinin düşük olması ve bunun da düşük kesme kuvvetine yol açmasıdır. Ortalama güç 700 W olduğunda, lazerin ortalama gücü çok yüksektir, bu da ısıdan etkilenen bölgenin çok büyük olmasına neden olur. Kesme kuvveti test edilirken öncelikle ısıdan etkilenen bölgeden yırtılır, bu da kaynak noktasının kesme kuvvetinin düşük olmasına neden olur. Lazerin ortalama gücü 600 W olduğunda kaynak noktasının kesme kuvveti genellikle daha yüksek olur. Lazerin ortalama gücü 600 W ve kaynak hızı 150 mm/s olduğunda, 0 mm odak dışılıkla kesme kuvveti maksimum 58N'ye ulaşır.

Tablo.3 Ortogonal deney ve fiber lazerin sonucu

Numara	Ortalama güç/W	Kaynak hızı/(mm/s)	Odaklanma miktarı/mm	Kesme kuvveti/N
1	500	100	0	33
2	500	150	1	35
3	500	200	2	32
4	600	100	2	49
5	600	150	0	58
6	600	200	1	53
7	700	100	2	44
8	700	150	1	43
9	700	200	0	40

2.3 Karşılaştırmalı görünüm analizi

Darbeli lazer ile sürekli lazer arasındaki kesme kuvvetindeki çekme farkını analiz etmek için fiber lazer kaynağı bakırın kaynak noktasının görünümü analiz edilir. Kaynak noktası elektron mikroskobu ile gözlendiğinde, darbeli lazerin tepe gücü 1200 W, darbe genişliği 8 ms ve odak dışılık 1 mm olduğunda kaynak noktası yüzeyinde kısmi sıçramalar meydana gelir ve çukurlar oluşur. Şekil 4(a)'da gösterildiği gibi yüzeyde. Kaynak noktasının arkasında, Şekil 4(b)'de gösterildiği gibi bazı parçalarda belirgin delikler görülebilmektedir. Kaynağın kesilmesi, cilalanması, taşlanması ve aşındırılmasından sonra, Şekil 4(c)'de gösterildiği gibi kaynağın kesitini test etmek için bir büyüteç kullanılır, kaynağın içinde yüksek basınç nedeniyle gözenekler vardır. Kaynak yapmak için yüksek tepe gücü gerektiren bakırın yansıtıcılığı. Ancak yüksek tepe gücü bazı elemanların kolayca buharlaşmasına neden olarak gözenekler oluşturarak kaynak noktasının kesme kuvvetini azaltacaktır. Sürekli fiber lazerle kaynak yaparken ortalama lazer gücü 600 W olduğunda kaynak hızı 150 mm/s'dir. ve odak dışılık 0 mm'dir, kaynak noktasının yüzeyi düzgün ve tutarlıdır, Şekil 4(d)'de gösterildiği gibi çukur veya sıçrama oluşmaz. Kaynak noktasının arkasında hiçbir delik veya belirgin kusur yoktur, Şekil 4(e)'de gösterilmiştir. Şekil 4(f)'de gösterildiği gibi, sürekli fiber lazer kaynağından kaynağın kesitini test etmek için bir büyüteç kullanılarak, kaynak gözeneksizdir ve kaynak dikişi demetlerinden oluşur; Sürekli lazer kaynağında spiral kaynak gerçekleştirmek için belirli bir lazer gücü. Daha düşük bir lazer gücü kullanılır ve ısı birikmesiyle üst ve alt malzemeler eritilir. Kaynak tutarlılığı iyidir, gözenek veya başka kusur oluşmaz, bu da darbeliye kıyasla daha yüksek kesme kuvveti sağlar Lazer kaynak.

(A)	(B)	(C)
(B)	(e)	(F)
(a) Darbeli lazer kaynak yüzeyi (b) Darbeli lazer kaynağının arka yüzeyi (c) Darbeli lazer kaynak dikişinin kesit görünümü (d) Sürekli fiber lazer kaynak yüzeyi (e) Sürekli fiber lazer kaynağının arka tarafı (f) Sürekli fiber lazer kaynağının kesit görünümü Şekil 4 Lekelerin görünümü

Darbeli lazer ve sürekli fiber lazer, telefon batarya konektörlerini kaynaklamak için ayrı ayrı kullanılır ve direnç testi yapılır. Darbeli lazer kaynağından sonra test edilen direnç, bakırın 0.120 Ω·mm2 olan orijinal direncinden daha yüksek olan 0.018Ω·mm2/m'dir. /M. Bunun nedeni, kaynak noktası içindeki gözeneklerin varlığından kaynaklanan dirençteki artıştır. Sürekli fiber lazer kaynağından sonra test edilen direnç, ana malzeme olan bakırın direncine yakın olan 0.0220 Ω·mm2/m'dir, dolayısıyla pratik gereksinimleri karşılar. üretim gereksinimleri.

3 Sonuç

Proses optimizasyonu deneylerinin gerçekleştirilmesi amacıyla bakır üzerinde kaynak deneyleri için 150 W'lık yarı sürekli darbeli fiber lazer ve 1000 W'lık sürekli fiber lazer ayrı ayrı kullanılır. Darbeli lazerin tepe gücü 1200 W olduğunda darbe genişliği 8'dir. ms ve odaklanma miktarı 1 mm, elde edilen maksimum kesme kuvveti 28N'dir. Sürekli fiber lazerin ortalama gücü 600 W, kaynak hızı 150 mm/s ve odaklanma miktarı 0 mm olduğunda elde edilen maksimum kesme kuvveti 58N'dir.

Kaynak noktası görünümü ve kesitinin analizi, darbeli lazer kaynak noktasının yüzeyinde sıçramalar olduğunu ve kaynak dikişinin içinde gözenekler bulunduğunu gösterir. Sürekli fiber lazer kaynak noktası, noktanın içinde gözenek bulunmayan tutarlı ve düzgün bir yüzeye sahiptir, bu da kaynak noktasının kesme kuvvetini artırır. Bu, pratik üretimde gerekli olan lazer ışık kaynağının seçimi için değerli bir referans sağlar.