Tab lézeres tisztítás és vágás: A nagy hegesztési szilárdság titka

Szerző: Dany Huang, Ph.D.

Vezérigazgató és K+F-vezető, TOB New Energy

Lépjen kapcsolatba Dr. Huanggal a LinkedIn-en

Vezetői összefoglaló és legfontosabb tudnivalók

A füles varrat jóval azelőtt meghibásodik a felületen, hogy a varratnál elromolna. Az alumínium fülek 2–10 nm vastag natív oxidot hordoznak, közel 8,8 eV-os sávréssel – egy elektromos szigetelő, amely két fém között helyezkedik el, amelyeket kohászatilag össze kell kötni. Közvetlenül a hegesztés előtt eltávolítva mindkét lényeges szám megváltozik: a húzóerő és az ízületi ellenállás.

• Tipikus húzóerő-eltolódás tisztítás után:Előtte 25-40 N, utána 45-65 N, gyűjtősínre hegesztett 0,2 mm-es alumínium fülön, 25-40% CV-ről 10% alá csökkenő szórás mellett.
• Tipikus ízületi ellenállás-eltolódás:0,8–1,5 mΩ előtte, 0,2–0,4 mΩ utána elég ahhoz, hogy 100 A-es folyamatos kisülési útvonalon számítson.
• Az oxid újranövekedése:1-2 nm perceken belül levegőben. A tisztítást közvetlenül a hegesztés előtt kell elvégezni, nem pedig külön szakaszos lépésként.
• A lézeres vágás 10-15 µm alatt tartja a sorját, szerszámkopás nélkül, olyan pengét cserél, amelynek élminősége minden ütéssel romlik.

A fülhegesztés átmegy a szemrevételezésen. Nincs fröcskölés, nincs elszíneződés, nincs nyilvánvaló hézag. Ezután a húzási teszt 32 N értéket mutat a 45 N specifikációhoz képest, és az ízületi ellenállás négyszerese a modellezett értéknek. A hegesztési receptben semmi sem volt rossz. A felület, amelyre a hegesztést felkérték, eleve nem volt fém.

Ez az egyik legcsendesebb meghibásodási mód a cella összeszerelésben, mert a hiba minden optikai ellenőrzésnél láthatatlan, és csak akkor jelenik meg, ha valami erőt vagy ellenállást mér. A mérnöki válasz nem egy erősebb hegesztési ütemterv. A felület előkészítése a hegesztés előtti másodpercekben, a vonalon, minden ciklusban történik.

Miért a fül felülete határozza meg a hegesztési szilárdságot, mielőtt a varrat

Az alumínium nem marad csupasz. A friss felület másodpercek alatt oxidálódik a környezeti levegőn, azonnal eléri a 2-4 nm-t, és órák alatt tovább nő 5-10 nm-re. Ez a film nem egy vékony zavaró réteg. Al2O3, 8,8 eV-a dielektrikum közelében lévő sávréssel. Ultrahangos hegesztésnél az oxid megakadályozza az atomméretű érintkezést, ami lehetővé teszi a szilárdtest kötést. Lézeres hegesztésnél megemeli a kulcslyuk indításához szükséges küszöbenergiát, és változó abszorpciót vezet be, ahogy a filmvastagság ingadozik a fülben.

A nikkel- és rézfülek másként viselkednek, de nem jobban. A nikkel-oxid és a réz-oxid vékonyabb, de ellenálló, és a réz-oxid növekedése felgyorsul a páratartalom és a hőmérséklet hatására. A légkör szabályozása nélkül tárolt hengerelt rézfólia elég vastag oxidréteget hordozhat ahhoz, hogy láthatóan megváltozzon a hegesztési viselkedés az első és az utolsó tekercs között.

Adjon hozzá bevonat maradékot, és a kép romlik. A katódszuszpenziós túlpermet a bevonatolás során a fülzónákra vándorol; szén- és kötőanyag-maradványok az anódfülekre ülnek a hasítás után. A mechanikus ecsettel ezeket a maradványokat elkenik, nem pedig eltávolítják, és a maszatolt réteg ismeretlen összetételű gáttá válik a hegesztés alatt.

Az ízület minőségét meghatározó három felületi feltétel:

• Oxid vastagság- meghatározza, hogy lehetséges-e egyáltalán fém-fém érintkezés.
• Maradék és szennyeződés- meghatározza, hogy a hegesztési rög fémben vagy fém és szerves törmelék keverékében képződik-e.
• Felszíni topográfia- meghatározza az érintkezési felületet és ultrahangos hegesztésnél azt, hogy az energia hogyan párosul a felülethez.

Ezek egyikét sem oldják meg a hegesztési teljesítmény beállításával. Mindhármat megszólítják a takarítás.

Mit távolít el a lézeres tisztítás, és miért önkorlátozó?

Az 1064 nm-es impulzusos szálas lézer 10–200 ns impulzusokban ad le energiát nagyjából 1–10 J/cm² áramlási sebességgel. Az oxidréteg sokkal erősebben nyeli el az impulzust, mint az alatta lévő fém, és elpárolog. Ha a felület fémes, a fényvisszaverő képesség meredeken megemelkedik, és a maradék impulzusenergia nagyrészt visszaverődik, nem pedig elnyelődik. A folyamat tehát önkorlátozó: eltávolítja az oxidot és megáll a fémnél, ezért egy megfelelően paraméterezett rendszer nem vékonyítja el a 8 µm-es fóliát.

Ez az önkorlátozó viselkedés az oka annak, hogy a lézeres tisztítás felváltja a vegyszeres pácolást a nagy sebességű vonalakon. Az eljárás száraz, nem igényel öblítést vagy szárítást, nem termel savas hulladékot, és soronként futhat szalag- vagy fül-átviteli sebességgel.

Az eltávolítási célok:

Az abláció során keletkezett csóvát a tisztítófejnél kell kiszívni. A fém- és szénrészecskék visszacsapódása a frissen tisztított fülre rontja a lépés célját, és a cella felületén lévő laza vezetőképes részecskék rövidzárlati kockázatot jelentenek. Az elszívás a tisztítóállomás specifikációjának része, nem tartozék.

A kontra B: mechanikai, kémiai és lézeres felület-előkészítés

A fülfelületek hegesztés előtti előkészítésére négy módszert alkalmaznak. Nem cserélhetők fel, és az összehasonlítás megmagyarázza, hogy a lézer miért szorította el a többit a nagy volumenű vonalakon.

A mechanikus kefe továbbra is megfelelő kis mennyiségű munkához és olyan fülekhez, ahol csak a laza törmeléket kell eltávolítani. A kémiai pácolás biztosítja a legjobb felületet, de nem illeszkedik a száraz, soron belüli folyamathoz, és hulladékkezelési költségekkel jár. A plazma jól kezeli a szerves szennyeződéseket, de lassan eltávolítja az alumínium-oxidot. A lézeres tisztítás az egyetlen olyan módszer, amely egyesíti a teljes oxideltávolítást, a száraz, soron belüli működést és a fogyóeszközök által hajtott elsodródást a műszakban.

A húzási tesztek száma: előtte és utána

Az eset megfogalmazásának legegyértelműbb módja a mérés megadása. Az alábbi táblázat tipikus minősítési értékeket ad egy alumínium gyűjtősínre hegesztett 0,2 mm-es alumínium fülre és egy acéldobozra hegesztett nikkel fülre a tisztítási állapotokon keresztül. Ezek a minősítési menetekben megfigyelt folyamatcélok, nem pedig univerzális állandók – minden anyagkötegnek és hegesztési módszernek megvan a maga ablaka.

Két szám érdemel figyelmet az erőnövekedésen túl. Az első a szórás: a 25% feletti variációs együttható azt jelenti, hogy a folyamat nem irányítható, és az átlaghoz képest írt specifikáció a jó részek jelentős részét elutasítja, és a rosszak jelentős részét átengedi. A CV 10% alá hozása gyakran többet ér a vonalnak, mint az átlagos szilárdság növelése, mert ez értelmessé teszi a specifikációt.

A második az ízületi ellenállás. Egy 50 Ah-s cellán, amely 100 A folyamatos feszültséget vesz fel, a fül csatlakozásánál egy plusz 1 mΩ kis térfogatban 10 W-ot disszipál, és 100 mV-ot veszít a kapocsfeszültségről. Ez a hő a jelenlegi gyűjtőponton van, amely a lehető legrosszabb hely egy forró pont számára.

Lézeres vágás: sorja, salak és a soha el nem kopó szerszám

A fül geometriája vágással jön létre, a vágott él pedig egy hegesztési felület a fül oldalán és egy elválasztó felőli felület a cellán belül. A mechanikus stancolással egy sorja keletkezik, amely az élezési intervallumon keresztül nő; a durván 10–15 µm feletti sorja a szeparátor kilyukasztását kockáztatja, és inkonzisztens hegesztési felületet hoz létre.

Az impulzusos szálas lézervágás a sorjamagasságot a küszöbérték alatt tartja a szerszám teljes élettartama alatt, mivel nincs kopásálló él. A minőséget szabályozó folyamatparaméterek ugyanabba a családba tartoznak, mint a tisztításé: impulzus időtartama, ismétlési gyakoriság, fókuszhelyzet, segédgáz és vágási sebesség. A vágás alsó oldalán lévő salakokat a fókuszhelyzet és a gáznyomás szabályozza; A hőhatás zóna szélessége jellemzően a 20-50 µm tartományban marad vékony fóliákon.

A cellák összeszerelésének gyakorlati előnye nem csak az élminőség. A lézervágó fej megváltoztatja a geometriát egy új útvonalfájl betöltésével. A kocka cseréje órákig tart, és egy új kocka. Azoknál a hengeres celláknál, ahol a fül alakja integrálva van a tekercselési folyamattal, a vágás, a tisztítás és a tekercselés egy gépben történő kombinálása két kezelési lépést tesz ki – és a tisztítás és a hegesztés közötti minden kezelési lépés egy oxidációs újranövekedési intervallum.

A hengercellás lézervágó és tekercselő gép integrált fülformázáshoz és elektróda tekercselésheza vágást és a szelet egy folyamatos áramlásban hajtja végre. Ez az, ami tiszta, konzisztens lapélt eredményez gyártási sebességnél, nem pedig ellenőrzési sebességnél, és eltávolítja a kézi átvitelt ott, ahol egy frissen vágott fül egyébként szabadon maradna.

A tisztítás integrálása a vonalba, nem mellé

A külön adagoló állomásként telepített tisztítógép megoldja a felületi problémát és ütemezési problémát okoz. A haszon minden percben csökken a tisztítás és a hegesztés között, az extra kezelés újabb szennyeződéseket okoz, és az állomás olyan munkaerőt ad hozzá, amelyet az automatizálásnak el kellett volna távolítania.

Az integrációs logika egyértelmű:

• Tisztítsa meg a hegesztés előtti utolsó állomáson, ugyanazon az átviteli útvonalon, meghatározott és felügyelt időközönként.
• Húzza ki a tollat ​​a fejnél, az ablációs terhelésre méretezett szűréssel, nem pedig az általános szellőztetésre.
• Figyelje az eredményt, mert egy tisztítórendszer, amely hangtalanul veszít teljesítményéből vagy sodródik a fókuszban, olyan felületet hoz létre, amely tisztának tűnik, és úgy hegeszt, mint egy oxiddal borított. A folyamatból származó reflexiós vagy plazma-emissziós visszacsatolás biztosítja az ellenőrzést a vezeték leállítása nélkül.
• Illessze a tisztítófejet a hegesztési módszerhez: az ultrahangos fülhegesztés és a lézeres fülhegesztés eltérő felületi specifikációt igényel, és az egyikhez megadott rendszer nem szolgálja ki automatikusan a másikat.

Itt a folyamatok sorrendje fontosabb, mint bármelyik gépnél. A tisztítás, a vágás és a hegesztés egy folyamatos felülettörténet, és azt a berendezést, amely e lépéseken áthalad, egyetlen hatókörként kell megadni. A TOB New Energy ellátja aakkumulátor füles hegesztőgép állomások elektróda fülek és áramgyűjtők ultrahangos és lézeres összekapcsolásáhozaz áramlás előtti vágási és tisztítási pozíció ugyanazon vonalelrendezés részeként van meghatározva, így az előkészítés és az összeillesztés közötti intervallumot inkább tervezik, mintsem az üzembe helyezés során fedezik fel.

A fejlesztés során változó elektródaprofilok esetében ugyanez a logika érvényes a bevágási lépésnél:lézerelektróda vágás szerszám nélküli profilcserékkel és sorjamentes élekkelcsökkenti a szerszámköltséget és a szerszámcsere leállási idejét, amelyek egyébként megszakítják a felület történetét a bevonat és a hegesztés között.

GYIK: Tab lézeres tisztítás és hegesztési szilárdság

A lézeres tisztítás valóban növeli a fülhegesztési varrat húzóerejét?
Igen. A tipikus minősítési adatok egy 0,2 mm-es alumíniumfülön azt mutatják, hogy a húzóerő 25-40 N-ról vételkor 45-65 N-ra változik tisztítás után, a szórás pedig 10% CV alá esik.

Milyen gyorsan nő vissza az alumínium-oxid tisztítás után?
Körülbelül 1–2 nm perceken belül környezeti levegőn, órákon keresztül 5–10 nm felé folytatódik. Ez az oka annak, hogy a tisztítás közvetlenül a hegesztés előtti sorba tartozik, nem pedig külön szakaszos lépésben.

A lézeres tisztítás károsíthatja a vékony fülfóliát?
Helyes paraméterezés esetén nem. A folyamat önkorlátozó: az oxid eltávolítása után a fém reflexiós képessége megemelkedik, és az impulzusabszorpció meredeken csökken. A hibás áramlás vagy fókusz továbbra is megjelölheti a felületet, ezért a tényleges fóliavastagság paramétereinek érvényesítése szükséges.

Miért használjunk lézervágást a stancolások helyett?
A lézeres vágás 10–15 µm alatt tartja a sorját, szerszámkopás nélkül, és egy új görbe fájl betöltésével megváltoztatja a geometriát. A vágósorja az élezési intervallumon keresztül növekszik, és minden új fülforma új szerszámot igényel.

A tisztítási lépés helyettesíti-e a hegesztési varrat ellenőrzésének szükségességét?
Nem. A tisztítás eltávolít egy változót; nem ellenőrzi a hegesztést. Továbbra is szükséges a koaxiális hegesztési felügyelet és a húzópróba-mintavétel, és a tisztítási folyamat visszacsatolása – a visszaverődés vagy a plazma emisszió – az, ami megerősíti, hogy maga a tisztítási lépés még mindig működik.

A TOB New Energy folyamatmérnöki csoport által összeállított műszaki referencia a hengeres, prizmás és tasak összeszerelő sorokon végzett hengerelőkészítési és hegesztési integrációs munkákból. Az adott lapköteg húzószilárdságának és ellenállásának minősítéséhez lépjen kapcsolatba Dr. Dany Huanggal a LinkedIn-en, vagy nyújtson be hegesztési kuponokat a Xiamen alkalmazáslaboratóriumába.