Un estudio CFD multiphísico para investigar el impacto del modelado del haz láser en la mezcla de metales y la dinámica de charcos fundidos durante la soldadura láser de cobre a acero para conexiones de terminal a carcasa de batería.

Este estudio tiene como objetivo investigar el impacto del modelado del haz láser en la mezcla de metales y la dinámica de charcos fundidos durante la soldadura por haz láser de Cu a acero para conexiones de terminal a carcasa de batería. Se probaron cuatro formas de haz durante la soldadura láser de 300 μm de Cu a 300 μm de acero niquelado. Se utilizaron tanto experimentos como simulaciones para estudiar la física subyacente. Un modelo CFD fue inicialmente calibrado contra experimentos y luego desplegado para explorar el efecto del aumento del diámetro anular a núcleo, así como una configuración de puntos láser en tándem. El estudio mostró que la mezcla de metales está influenciada por la dinámica del agujero de llave y eventos de colapso, pero también hay una intrincada interacción entre la geometría del agujero de llave, la dinámica de fluidos a través de fuerzas de Marangoni y fuerzas de flotabilidad. Notablemente, las fuerzas de flotabilidad debido a las diferentes densidades del acero y el Cu, junto con la presión de retroceso, contribuyen al flujo ascendente del acero hacia el Cu, y por ende impactan significativamente la mezcla de materiales. El estudio señaló que la selección de un diámetro anular a núcleo personalizado y la potencia anular a núcleo es una decisión con una compensación entre la necesidad de estabilizar la dinámica del agujero de llave y la necesidad de reducir la mezcla. Los hallazgos indicaron que un anillo de 350 µm y un núcleo de 90 µm con un 30% de potencia anular (configuración de soldadura C3) resultaron en dinámicas más estables del agujero de llave, con una reducción significativa de eventos de colapso y, en última instancia, una migración controlada del acero hacia el Cu. Además, el enfoque de precalentamiento con el haz en tándem solo condujo a una fusión local del Cu y no se observó una mejora significativa en la estabilidad del agujero de llave.