Spojování bateriových článků za pomoci laseru

Laserové svařování kovů je jedna z hlavních a poměrně dobře probádaných laserových aplikací. Tato aplikace se dříve v konvenčním pojetí opírala zejména o využití vysokovýkonných kontinuálních laserů spolu s technologickou hlavou a přidruženou procesní optikou.

Stále častěji se nicméně v dnešní době začínají pro svařování kovů uplatňovat i pulzní lasery – většinou pevnolátkové, v kombinaci s vychylovací hlavou a F-theta objektivem. Kontinuální vysokovýkonné lasery samozřejmě stále nachází a budou nacházet svoje uplatnění, a to zejména v zavedených aplikacích svařování materiálů s velkou tloušťkou, kde je nutné dosáhnout velké míry provaření. Existují ale i aplikace, kde je nutné svařovat relativně slabé kovové vrstvy a kde nejsou výše zmíněné lasery úplně ideálním řešením.

Jedním z takových případů je laserové svařování kontaktů. Tato aplikace se v poslední době stala    trendem i díky intenzivnímu rozšiřování použití bateriových článků jako zdrojů energie. E-mobilita, jakožto obor, je jedním z typických zástupců využití této aplikace. Nejenže kontakty mají velmi malé tloušťky, navíc se velmi často jedná o spojení heterogenních, tedy rozdílných, kovových materiálů jako jsou např. Ni + Al nebo Cu + Al. Při svařování heterogenních materiálů kontinuálními lasery vznikají v místě spojení vrstev intermetalické oblasti snižující pevnost svaru. I z toho důvodu je v tomto případě použití pulzních laserů vhodnější. Samozřejmě stejně jako v případě jakéhokoli jiného svařování je zapotřebí dodržet dobrý termický kontakt svařovaných vrstev, většinou podpořený vhodným přítlačným mechanismem.

Společnost LINTECH využívá svého know-how k vytváření heterogenních svarů pomocí nanosekundových vláknových laserů s nízkým průměrným výkonem. Tyto lasery, nejen že dokáží efektivně spojit i velmi rozdílné materiály, ale přináší i ekonomické benefity, obzvlášť ve srovnání s vysokovýkonnými kontinuálními lasery. Svary se většinou provádí jako skupina bodů o specifickém tvaru a velikosti, ve kterých dochází k přenesení materiálu z horní vrstvy do dolní a naopak. V menší míře pak dochází i ke vzniku taveniny, což má za následek potlačení negativního efektu intermetalické oblasti. Dalším výrazným benefitem je i velmi malá tepelně ovlivněná oblast v okolí svaru, která nedeformuje tenký materiál a neovlivňuje potenciální citlivé komponenty v okolí.

Doba svaření kontaktu se běžně pohybuje v řádech jednotek sekund a dosažitelná svarová pevnost může být až 900 N ve smyku a 200 N v trhu. Tyto výsledky byly opakovaně potvrzeny při mnoha provedených trhacích zkouškách. Využití ochranné atmosféry inertního plynu je možné, a dokonce vhodné, protože zlepšuje design svaru a stabilitu procesu. Použití ochranné atmosféry nicméně není nutné, svar si i přesto ponechává své kvality.

Proveditelnost této aplikace jsme testovali již mnohokrát. V roce 2020 jsme například testovali svařování niklových pásků k bateriovým článkům. Výsledky testování se můžete dočíst v našem předchozím článku.