A soldagem a laser de barramentos é uma tecnologia de usinagem de precisão que usa um feixe de laser de densidade - - {{0 {0}- como a fonte de calor para derreter com precisão as barras de barramento (tipicamente lata - relina de cobre) nas células solares e nas linhas da célula, formando uma formação de linhas de célula, formando uma formação de linhas de célula. Oferece vantagens como alta velocidade e calor pequeno - zona afetada, deformação mínima e facilidade de automação, tornando -o um dos processos principais nas linhas de produção modernas do módulo fotovoltaico (PV).
Configuração -chave do sistema de soldagem a laser
Um sistema típico de soldagem a laser de barramento consiste principalmente nos seguintes componentes, cuja configuração afeta diretamente a qualidade da soldagem:
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Componente |
Descrição e parâmetros de configuração -chave |
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1. Fonte do laser |
Tipo: normalmente usa lasers de fibra de onda contínuos -} (por exemplo, ipg, raycus), devido à sua excelente qualidade do feixe e alta eficiência. Comprimento de onda: cerca de 1070 nm, que oferece boa absorção por materiais de cobre e estanho. Poder: ajustável entre 200W e 1000W, dependendo da capacidade de produção e da espessura do material. A estabilidade do poder é extremamente importante. |
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2. Sistema de varredura Galvo |
Componente do núcleo: High - Speed Galvanomer Scanner (GALVO), que desvia o feixe de laser através de espelhos móveis para ativar a varredura de caminho rápido e complexo. Precisão e velocidade: High - Motores de precisão garantem posicionamento preciso, com alto - movimento de velocidade correspondente ao ritmo da linha de produção. Lente de campo: f - lente theta, garantindo a consistência do plano focal em toda a área de varredura. |
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3. Sistema de monitoramento do processo |
Sistema de visão do CCD: usado para o posicionamento preciso de células solares e barras, compensando o desalinhamento do material. Monitoramento da qualidade da solda: integra sensores como pluma, detecção acústica ou de plasma (por exemplo, PPI, coerente) para detectar anomalias em tempo real durante a soldagem, como respingo ou soldas ruins (solda a frio). |
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4. Sistema de fixação e fixação |
Posicionamento e aperto: o estágio de posicionamento de precisão garante a colocação precisa das células solares. Ferramentas de fixação elástica (por exemplo, tiras de silicone) pressionam suavemente o barramento contra a superfície celular durante a soldagem, garantindo contato próximo e impedindo a ligação ruim. |
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5. Sistema de gás de proteção |
Tipo de gás: normalmente usa alto - nitrogênio de pureza (n₂) ou argônio (AR). Função: impede que o metal fundido (especialmente estanho) oxidante a altas temperaturas, o que pode formar escória de óxido e afetar a resistência da solda e a condutividade elétrica. O design do bico e a taxa de fluxo de gás devem ser otimizados. |
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6. Sistema de controle de software |
Programação do caminho: Permite a configuração flexível de caminhos de soldagem (normalmente linhas retas ou linhas de segmento Multi -), pontos de partida/final, tempos de atraso no laser ON/OFF, etc. Gerenciamento de parâmetros: permite controle preciso e gerenciamento de receitas de parâmetros como potência do laser, velocidade de soldagem, frequência e forma de onda. |
Faixa de parâmetros de soldagem típica:
- Power a laser: (Depende da espessura do material e da velocidade de soldagem)
- Velocidade de soldagem: 100-500 mm/s
- Tamanho do ponto: 50–200 μm
- Modulação da forma de onda: Pode usar formas de onda pulsadas ou contínuas; Às vezes, a energia é reduzida no início e no final da solda para minimizar a respinga.
Máquina de soldagem a laser para barramento
Classificação pelo modo de feixe a laser e características de saída
Este é o método de classificação mais fundamental, determinando diretamente o modo de entrada de energia e a qualidade final da solda.
1. Modo único - (único - modo / modo fundamental) soldagem a laser
◎ Vantagens: Alta profundidade - para - Razão de largura da costura de solda, velocidade de soldagem rápida, calor pequeno - Zona afetada (HAZ), adequada para soldagem de precisão e aplicações de material fino.
◎ Desvantagens: Requer tolerâncias de montagem extremamente apertadas (comumente chamadas de "lacuna zero"); Caso contrário, queima - através ou defeitos é altamente provável.
◎ Princípio: Gera um ponto a laser muito fino próximo ao limite de difração (normalmente de 20 a 50 μm), alcançando uma densidade de energia extremamente alta.
◎ Aplicações: Foi a solução convencional nos estágios iniciais; Ainda hoje usado em aplicações que requerem controle rigoroso da entrada de calor, como baterias finas - e estruturas específicas nas células da bateria de energia.
2. Quasi - onda contínua (qcw) soldagem a laser
◎ Vantagens: Entrada de calor relativamente baixa, o que reduz o dano térmico à estrutura interna das células da bateria; Controle de respingos eficazes.
◎ Desvantagens: A velocidade de soldagem é tipicamente mais lenta que a soldagem a laser de onda contínua.
◎ Princípio: Fornece alta energia no modo pulsado, mas com uma frequência de pulso alta, permitindo a formação de uma costura de solda contínua. Ele gera potência de pico muito alta dentro de cada ciclo de pulso, embora a potência média seja menor.
◎ Aplicações: Quando a soldagem de calor - materiais sensíveis (como células da bateria), o QCW é uma opção importante para minimizar o máximo possível os efeitos térmicos.
3. Soldagem a laser híbrida (soldagem a laser híbrida)
◎ Vantagens: Reduz significativamente o respingo e a porosidade, melhora a suavidade da superfície da costura da solda, oferece maior tolerância às lacunas e resulta em um processo de soldagem mais estável. Atualmente, esta é a solução final alta -} para resolver problemas de respingo.
◎ Desvantagens: Configuração mais complexa do sistema e custo mais alto.
◎ Laser de fibra (FL): Responsável pela soldagem profunda da penetração, fornecendo alta capacidade de penetração.
◎ Laser semicondutor (SL):Responsável pela pré -aquecimento e resfriamento controlado; Apresenta um ponto de feixe maior com distribuição de energia uniforme.
Princípio: Nem uma única classificação do tipo laser, mas uma estratégia combinada. A configuração mais comum é o laser de fibra + laser semicondutor (fl - sl híbrido).
◎ Aplicações: High - soldagem de barramento de bateria de energia final, especialmente adequada para clientes com requisitos de "tolerância zero" para respingos.
Classificação por tecnologia de varredura e processamento de feixe
Essa categoria de tecnologia determina como o laser é direcionado e aplicado ao material, afetando diretamente a eficiência e a flexibilidade da produção.
1. Soldagem fixa de óptica (óptica estática)
◎ Princípio: A cabeça do laser permanece estacionária, enquanto o caminho de soldagem é alcançado movendo a mesa de trabalho (ou usando um robô para mover a peça de trabalho).
◎ Recursos: Estrutura simples do sistema, mas menor eficiência e baixa flexibilidade. Atualmente raramente usado em linhas de produção de velocidade - alta.
2. Soldagem do Scanner Galvo (soldagem do Scanner Galvo)
◎ Vantagens: Velocidade extremamente alta, com eficiência excedendo em muito os métodos de movimento mecânico; A programação altamente flexível permite uma soldagem fácil de vários padrões 2D complexos.
◎ Desvantagens: Faixa limitada de varredura (normalmente dentro de um único "campo"), exigindo movimento do robô para áreas fora do campo; Requisitos de alto nível de robustez dentro do campo para evitar desfocagens.
◎ Princípio: Usa altos - Speed Galvo Mirror Motors para refletir o feixe de laser, permitindo uma rápida deflexão dentro do plano sob controle de software, alcançando a comutação de posição de nível de milissegundos -}.
◎ Aplicações: A tecnologia dominante para a soldagem fotovoltaica atual e a soldagem da bateria de energia/soldagem da embalagem.
3. Soldagem oscilante / oscilante
◎ Vantagens: Aumenta efetivamente a largura da solda, melhorando significativamente a tolerância às lacunas de montagem; Mexa a piscina derretida para promover a fuga de gás, reduzindo a porosidade e a respinga; Melhora a formação de costura de solda.
◎ Desvantagens: Reduz ligeiramente a velocidade máxima de soldagem.
◎ Princípio: Integra um módulo de oscilação (normalmente eletromagnético ou de bobina de voz) na cabeça de solda, permitindo que o feixe de laser seja rápido e alto - oscilam ao longo de um padrão predefinido (por exemplo, circular, figura - oito, linear).
◎ Aplicações: Tornou -se um recurso padrão para melhorar a qualidade da soldagem do barramento - especialmente para materiais de alumínio - e é comumente integrada a scanners Galvo ou sistemas robóticos.
4. Soldagem por separação de feixe (divisão de feixe)
◎ Vantagens: A eficiência da produção é significativamente melhorada, permitindo a soldagem simultânea de vários pontos de solda ou costuras.
◎ Desvantagens: Sistema óptico complexo; A distribuição uniforme de energia entre vigas é crítica; custo mais alto.
◎ Princípio: Usa componentes ópticos para dividir um único feixe de laser em vários feixes (por exemplo, 2-em-1, 4 em 1), permitindo soldagem simultânea em vários locais.
◎ Aplicações: Adequado para cenários de produção de eficiência altos -, como soldando simultaneamente vários pontos em máquinas de soldagem de cordas fotovoltaicas.
Máquina de soldagem a laser de varredura Galvo
Classificação por estratégia de soldagem e aplicação de material
1. Soldagem - soldagem da camada
A abordagem mais comum, onde o feixe de laser é irradiado diretamente na superfície do terminal do barramento e da célula (ou fita fotovoltaica e célula solar) para soldagem.
2. Soldagem por penetração
Utilizado principalmente para estruturas em baterias de energia, onde um conector (ou barramento) cobre o terminal celular. O foco do laser é tipicamente definido na superfície do conector, permitindo que a energia penetrasse através do conector e forma um pool fundido na superfície do terminal, atingindo a ligação metalúrgica. O controle preciso da entrada de energia é necessário para evitar queimar - através.
3. Soldagem de diferentes combinações de materiais
Alumínio - para - soldagem de alumínio: mais comum, mas o alumínio tem alta refletividade a laser e é propenso a porosidade e respingo, tornando -o um desafio técnico. Freqüentemente abordado usando técnicas de soldagem oscilante ou soldagem híbrida.
Cobre - para - soldagem de cobre: o cobre tem refletividade ainda maior e excelente condutividade térmica, exigindo maior densidade de potência e controle de parâmetros mais preciso.
Alumínio - para - soldagem heterogênea de metal de cobre: o tipo mais difícil. Tende a formar compostos intermetálicos quebradiços (IMCs), que podem degradar a condutividade elétrica e a resistência mecânica. Técnicas especiais como a soldagem alta -} (para reduzir a entrada de calor), a soldagem oscilante (para promover a difusão uniforme da liga) e o controle especializado da forma de onda são necessários para suprimir o crescimento excessivo da camada IMC.
Quase - Máquina de soldagem a laser de onda contínua
Análise de causa raiz para respingos (pontos de explosão) defeitos na soldagem a laser de barramento
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Categoria de defeito |
Manifestação específica |
Consequências diretas |
Mecanismo central |
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Problemas de entrada de energia |
Numerosas gotículas de metal irregulares ao redor do ponto de solda |
Curto -circuito, má aparência, contaminação |
A densidade excessiva de energia causa vaporização violenta instantânea do metal; A pressão do vapor ejeta metal fundido. |
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Problemas de material e superfície |
Tamanho de respingos inconsistentes, superfície de solda áspera |
Soldagem baixa (solda a frio), aumento da resistência ao contato |
Vaporização e expansão de impurezas de revestimento ou contaminantes da superfície (por exemplo, óleo, umidade) o respingo. |
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Problemas de gás de proteção |
Oxidação enegrecida no ponto de solda, acompanhado por respingos |
Maior fragilidade da solda, condutividade elétrica reduzida |
A falha do gás protetor leva à reação entre metal fundido e ar; A falta de fluidez e pressão desigual causam respingos. |
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Equipamento e estabilidade do processo |
Fenômeno de respingos instáveis, qualidade flutuante (boa/ruim intermitentemente) |
Produzir flutuações, difícil de controlar |
A instabilidade do parâmetro ou a condição de equipamento instável causa anomalias periódicas em entrada de energia ou estado físico. |
Análise de causa raiz para respingos de barramento e defeitos no ponto de explosão
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Dimensão da análise |
Conteúdo específico |
Explicação e exemplos |
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Características de defeito |
Aparência macroscópica |
Dents claramente visíveis, orifícios (pontos de explosão) na costura de solda, com partículas de metal irregulares espalhadas. |
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Aparência microscópica |
Bordas irregulares de amolgadelas, mostrando a morfologia do metal fundido derrubado à força. |
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Métodos de diagnóstico |
Inspeção visual/microscópica |
Observação direta da aparência da solda para identificar áreas descontínuas ou sem caroço. |
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Teste de El |
Pontos brilhantes no ponto de solda (indicando aumento da resistência em série e aquecimento localizado) ou manchas escuras (indicando a concentração de corrente por perto). |
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Monitoramento offline |
High - câmeras de velocidade podem capturar claramente o processo dinâmico de vaporização de metal e ejeção de gotículas. |
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Monitoramento online |
Os monitores de sinal plasmático/óptico integrados desencadeiam alarmes durante a soldagem, indicando sinais anormalmente intensos nesse ponto. |
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Impactos diretos |
Desempenho elétrico |
Solda de má: a perda de material nos pontos de explosão reduz a área condutora eficaz, causando um aumento acentuado na resistência ao contato. |
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Desempenho mecânico |
Resistência à conexão reduzida: defeitos no ponto de solda menor resistência à tração, tornando -o propenso a falhas nos processos subsequentes. |
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Risco de confiabilidade |
Risco de ponto quente: Alto - Pontos de resistência geram calor contínuo durante a operação, potencialmente causando efeitos de ponto quente e prejudicando as células solares. |
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Risco de segurança |
Curto -circuito: Partículas grandes de respingos podem preencher os circuitos adjacentes, levando ao módulo curto - falha no circuito. |
Análise de causa raiz para respingos de barramento e defeitos no ponto de explosão
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Categoria de causa raiz |
Causa raiz específica |
Soluções e medidas de otimização |
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Parâmetros de processo |
Poder excessivo |
Condunda o DOE (design de experimentos) para identificar uma janela de processo gratuita;-; Reduza adequadamente a energia do laser. |
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Velocidade muito lenta |
Aumente a velocidade de soldagem para reduzir o tempo de exposição a laser e prevenir o acúmulo excessivo de calor. |
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Sem controle de rampa |
Habilite a função "Rampa para cima/para baixo" (aumento da inclinação/queda) da energia do laser para garantir uma transição suave de energia durante as fases de início/parada. |
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Tamanho de ponto muito pequeno |
Aumente um pouco a distância do desfocagem para aumentar o tamanho do ponto e reduzir a densidade de energia de pico. |
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Materiais de entrada |
Espessura excessiva de revestimento de lata no barramento |
Fortalecer a inspeção material de entrada; Coordenar com fornecedores para controlar a espessura da camada de estanho dentro da faixa ideal. |
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Questões de composição de estanho |
Confirme o tipo de liga de lata; Evite materiais contendo baixo - ebulição - impurezas de ponto (por exemplo, certo cobre fosforizado). |
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Contaminação da superfície |
Melhorar o gerenciamento de limpeza da linha de materiais e produção de entrada; Certifique -se de não óleo, camadas de óxido ou umidade na área de soldagem. |
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Fraca soldabilidade de linhas de grade |
Feedback ao fabricante de células solares para otimizar a formulação da pasta de grade e o processo de serigrafia/sinterização. |
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Status do equipamento |
Problemas de gás de proteção |
Verifique suprimento de gás: verifique se a taxa de fluxo de alta pureza (por exemplo, 99,99%), ajuste a taxa de fluxo (~ 15–25 l/min) e verifique se o bico está desbloqueado e corretamente angular para o pool de fusão. |
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Pressão de fixação insuficiente |
Ajuste ou substitua os grampos para garantir um contato rígido entre o barramento e a célula solar durante a soldagem, minimizando a resistência térmica. |
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Poder de saída a laser instável |
Calibre periodicamente a saída do laser usando um medidor de energia para garantir a estabilidade. |
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Galvo/Focus Drift |
Realize a manutenção regular de equipamentos e o alinhamento do sistema óptico. |
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Falha no sistema de refrigeração |
Verifique a temperatura da água do laser e do chiller para garantir um resfriamento eficiente e evitar o efeito de "lente térmica". |
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Fatores ambientais |
Alta umidade ambiente |
Controle a umidade da oficina para impedir a condensação do vapor de água nas superfícies do material. |
Raiz Causa Rastreabilidade para respingos de barramento e pontos de explosão:
- Primeiro gráfico (análise do mecanismo): Ajuda os engenheiros a entender rapidamente as principais categorias das quais a respingo pode se originar.
- Segundo gráfico (análise de defeitos): Descreve o processo físico de formação de respingos, ajudando a entender "por que explode".
- Terceiro gráfico (rastreabilidade de causa raiz): É a ferramenta mais crítica para resolver o problema. Ele traça o fenômeno de volta aos fatores finais mais específicos, acionáveis e controláveis.
Sequência de solução de problemas recomendada para aplicações práticas:
- Priorize os parâmetros do processo: Verifique se as configurações atuais estão dentro da janela de processo verificada, especialmente a energia do laser e a velocidade de soldagem. Verifique imediatamente se o controle de rampa de potência - up/abaixo está ativado.
- Em seguida, inspecione o status do equipamento: Confirme se a taxa de fluxo de gás protetora e a pureza atendem aos requisitos; Verifique se a ferramenta de fixação está intacta; Verifique a estabilidade da saída do laser (pode ser medida com um medidor de energia).
- Em seguida, examine os materiais de entrada: Exiba aleatoriamente o lote atual de barramentos para verificar a espessura da camada de estanho e a limpeza da superfície, comparando -os com lotes anteriormente bons.
- Finalmente, avalie as condições ambientais: Verifique se há alguma alteração anormal na temperatura, umidade ou suprimento de gás da oficina.
Defeitos de soldagem comuns, causas e soluções
A seguir, são apresentados os problemas mais frequentemente encontrados na soldagem a laser de barramento, juntamente com suas causas radiculares e soluções correspondentes.
1. Solda a frio / força de solda insuficiente
Fenómeno:
Alta resistência ao contato no ponto de solda, baixa resistência à conexão mecânica; Pequena força externa pode causar desapego. O teste de EL mostra pontos brilhantes localizados ou resistência de série anormalmente alta.
Causas:
◎ Entrada de energia insuficiente: A energia do laser é muito baixa ou a velocidade de soldagem é muito rápida, resultando em profundidade de penetração insuficiente e falha na formação de ligação metalúrgica eficaz.
◎ Má contato/lacuna: Pressão de fixação inadequada ou células solares distorcidas criam lacunas entre as linhas de barramento e grade celular.
◎ Contaminação da superfície: Camadas de óxido, resíduos de óleo ou remanescentes de fluxo na grade celular ou na superfície do barramento impedem a umidade.
◎ Desalinhamento de feixe: O desalinhamento de Galvo ou erro de posicionamento visual faz com que o feixe de laser perca a área de soldagem pretendida.
Soluções:
◎ Otimize os parâmetros do laser (aumente a potência ou reduza a velocidade) para garantir entrada de energia suficiente.
◎ Inspecione e ajuste o acessório de fixação para garantir uma pressão uniforme e estável.
◎ Fortalecer o controle de limpeza e limpeza de materiais de entrada.
◎ Calibre regularmente o scanner Galvo e o sistema de visão.
2. BURN - através da fissuração de células solares / solar
Fenómeno:
A energia excessiva a laser queima através do substrato de silício da célula solar, causando fragmentação celular ou micro -trações. Os testes de EL mostram manchas escuras óbvias ou linhas escuras.
Causas:
◎ Entrada de energia excessiva: A energia do laser é muito alta, a velocidade de soldagem é muito lenta ou o tempo de permanência do ponto a laser é muito longo.
◎ Posição inadequada de foco: O ponto focal está localizado abaixo da superfície da célula solar, levando a energia excessivamente concentrada.
◎ espessura celular inconsistente: As variações na espessura das células solares recebidas fazem com que as áreas mais finas sejam mais propensas a queimar - através de parâmetros fixos.
Soluções:
◎ Otimize os parâmetros do laser (reduza a energia ou aumente a velocidade).
◎ Recalibre o plano de foco para garantir que seja precisamente na superfície da peça de trabalho.
◎ Considere a implementação de um sistema de controle de feedback de energia do tempo real que ajusta dinamicamente a energia com base na refletividade da superfície ou na radiação térmica.
3. Respingo
Fenómeno:
As gotículas de metal fundido são ejetadas durante a soldagem e a terra na superfície da célula solar ou na área circundante. Isso pode causar circuitos curtos (se conectar circuitos adjacentes), aparência ruim ou perda de material no ponto de solda.
Causas:
◎ Entrada de energia excessiva: O metal passa por vaporização rápida e violenta; A pressão do vapor ejeta metal fundido.
◎ Questões materiais: O revestimento do barramento (camada de estanho) é muito grosso ou contém componentes voláteis.
◎ gás protetor insuficiente: O fluxo de gás inadequado falha em suprimir efetivamente a vaporização explosiva do vapor de metal.
Soluções:
◎ Use a função de controle de rampa: aumente ou diminua gradualmente a energia do laser no início e no final da soldagem para evitar mudanças abruptas de energia.
◎ Otimize a taxa de fluxo de gás protetora e o ângulo para cobrir melhor a piscina de fusão.
◎ Ajuste os parâmetros do processo adequadamente para identificar uma janela de processo de respingo -.
4. Oxidação da superfície / escurecimento
Fenómeno:
A superfície da solda é áspera, escurecida e carece de brilho, resultando em condutividade elétrica reduzida e desempenho mecânico.
Causas:
◎ Falha no gás protetor: Pureza insuficiente do gás, baixa taxa de fluxo ou bloqueio do bico leva ao metal fundido que reagindo com oxigênio no ar.
◎ Contaminação ambiental: Baixa qualidade do ar ao redor da área de soldagem.
Soluções:
◎ Inspecione e verifique se o sistema de fornecimento de gás protetor está funcionando corretamente; Use alto - pureza inerte gás (por exemplo, 99,999%).
◎ Aumente a taxa de fluxo de gás ou otimize o design do bico para garantir a cobertura total do pool de fusão.
5. Aparência irregular da costura de solda
Fenómeno:
Largura de solda inconsistente, soldagem intermitente, presença de amassados ou corcuntos (Camelback).
Causas:
◎ Parâmetros instáveis: Flutuações na potência do laser ou não - velocidade de soldagem uniforme.
◎ alimentação inconsistente: Variações na espessura do barramento, espessura do revestimento ou nivelamento.
◎ Acumulação de calor: Durante a soldagem contínua, o calor residual de pontos de solda anteriores afeta o próximo ponto de solda.
Soluções:
◎ Execute a manutenção regular no sistema a laser para garantir uma saída estável.
◎ Controlar rigorosamente a qualidade do material recebido.
◎ Adicione o tempo de resfriamento no caminho de soldagem ou use o modo de soldagem Skip - para dispersar efeitos térmicos.