Lazerli payvandlash va nuqtali payvandlash: Batareyani ulash uchun eng yaxshi qo'llanma

Muallif: Dany Huang, PhD.

Bosh direktor va Ar-ge rahbari, TOB New Energy

LinkedIn’da doktor Huang bilan bog‘laning

Xulosa va asosiy xulosalar

Batareyani o'zaro payvandlash ikkita asosiy energiya manbalariga to'g'ri keladi. Qarshilik nuqtali payvandlash aloqa qarshiligiga va ommaviy isitishga tayanadi; u nikel kabi yupqa, chidamli metallarda ishlaydi. Lazerli tolali payvandlash elektr o'tkazuvchanligi va oksidli plyonkalarni e'tiborsiz qoldiradigan kalit teshigi hosil qiladi, bu esa mis{2}}alyuminiy shinalar uchun- yagona sanoat uchun yaroqli jarayonga aylanadi.

• Jarayon qobiliyati: Lazerli{0}}payvandlangan mis-alyuminiy birikmalari doimiy ravishda asosiy metallning valentlik kuchining 85–90% ga yetadi, spotli payvandlangan ekvivalentlar esa elektrod degradatsiyasi va oksid qoʻshilishi tufayli kamdan-kam hollarda 65% dan oshadi.
• Termal iz: lazerning issiqlik ta'sir qiladigan zonasi 300 mkm ichida qoladi; nuqtali payvandchi butun terminalni namlaydi, bu esa yuqori sig'imli hujayralardagi ichki ajratgichning shikastlanishiga xavf tug'diradi.
• Ishlab chiqarish barqarorligi: Mis ustidagi nuqtali payvandlash elektrodlari 150-300 ta bo'g'indan keyin parchalanib, tez-tez kiyinish va parchalanishga majbur. Lazer optikasi har bir necha ming payvand chokida minimal texnik xizmat ko'rsatishni talab qiladi.
• Dizayn erkinligi: Galvo-skanerlangan lazer nurlari tor bo'shliqlarga jismoniy kuchsiz kirishadi; Spotli payvandlash ikki tomonlama qisqichga kirishni talab qiladi, bu ko'plab modul sxemalari ta'minlay olmaydi.

Har bir batareyani o'zaro bog'lash muhandisi oxir-oqibat bir xil fizika darsini o'rganadi: elektr o'tkazuvchanligi va payvandlanishi teskari bog'liqdir.

Mis va alyuminiy mukammal misoldir. Ular tokni minimal yo'qotish bilan-tashiydi, shuning uchun ular shina va terminallarni hosil qiladi. Ammo xuddi shu yuqori o'tkazuvchanlik ularni qarshilik nuqtali payvandlashda shafqatsiz qiladi. Mis elektrodni mis yorlig'iga qarshi qo'ying, minglab amperda pompalang va elektr yo'li elektrod qotishmasini ishlov beriladigan qismdan afzal ko'radi. Issiqlik kerak bo'lmagan joyda hosil bo'ladi. Elektrodlar eroziyalanadi, nuggetlar qisqaradi va tortish kuchi pasayadi.

Lazer buni butunlay chetlab o'tadi. Fokuslangan nur kontakt qarshiligiga ahamiyat bermaydi. Energiya to'g'ridan-to'g'ri sirtga qo'shilib, aniq metall ustunni eritib, ikkala qismni birlashtiradi. Bu marketing tili emas. Bu har bir otishni o'rganish bilan yomonlashadigan jarayon bilan o'n minglab tsikllar davomida doimiy ishlab chiqarishni saqlaydigan jarayon o'rtasidagi farq.

Issiqlik muammosi: Nima uchun nuqtali payvandlash hujayra yaxlitligiga tahdid soladi

Qarshilik nuqtali payvandchi prizmatik hujayra terminaliga qisilib, yonib ketganda, issiqlik kerakli nuggetga lokalizatsiya qilinmaydi. Oqim butun terminal ustuni bo'ylab tarqalib, uni qarshilik bari kabi isitadi. Laboratoriyadagi termojuft o'lchovlari shuni ko'rsatadiki, misga yuqori oqim zarbasidan keyin 30 millisekund ichida terminal tana harorati 200 darajadan oshishi mumkin.

Shamollatish qopqog'i bo'lgan kichik silindrsimon hujayra uchun termal massa juda kichik va faol qatlamlar terminal pinidan uzoqda joylashgan. Zarar kam uchraydi. Ammo katta formatli prizmatik yoki qopchali katakda terminal pin to'g'ridan-to'g'ri-payvandlanadi yoki hatto ichki kollektor plyonkasi-ning kengaytmasi sifatida shakllanadi. Xuddi shu qarshilikli issiqlikni qo'llang va energiya to'g'ridan-to'g'ri jele rulosiga o'tadi. Odatda polietilen yoki polipropilen plyonka bo'lgan ajratuvchi 130 daraja atrofida qisqarish va teshiklarni yopishni boshlaydi. Nuqtali payvandlash faqat zaif birikmani xavf ostiga qo'ymaydi; hech qanday shakllanish sikli aniqlamaydigan mahalliylashtirilgan ichki qisqarishni yaratish xavfini tug'diradi.

Lazerli payvandlash mikrosekundlarda mikroskopik maydonga to'plangan ancha kichik umumiy energiya dozasini qo'llaydi. Atrofdagi terminal materiali deyarli isinmaydi. Manba hovuzidan 2 mm masofada joylashgan termojuft, odatda, 20 darajadan kamroq ko'tarilish qayd etadi. Faol material xavfsiz bo'lib qoladi. Shuning uchun UN 38.3 kabi xalqaro xavfsizlik standartlari yuqori energiyali hujayralar uchun past issiqlik kiritish jarayonlarini samarali ravishda talab qiladi. Spotli payvandlash nomi bilan taqiqlangani uchun emas, balki yashirin termal chegaraga mos kelmasligi uchun.

Materiallar to'sig'i: mis, alyuminiy va oksidli teri

Ikki xususiyat umumiy batareya metallarida qarshilik nuqtali payvandlashni juda qiyinlashtiradi.

Birinchidan, misning massa qarshiligi juda past. Nuggetni eritish uchun payvandchi fayans yuzasida etarli miqdorda mahalliy issiqlik hosil qilishi kerak. Mis plita elektrod interfeysiga qaraganda oqimni osonroq o'tkazganligi sababli, rezistorli isitishning nomutanosib ulushi elektrod uchining o'zida sodir bo'ladi. Bu elektromigratsiyani tezlashtiradi, bu erda mis atomlari elektrod yuziga qotishadi va uning qarshiligini yanada oshiradi. Jarayon o'z-o'zidan halokatli bo'ladi. Oddiy misdan misgacha bo'lgan payvand chokidan olingan tozalash sinovi ma'lumotlari atigi 100 ta o'qdan keyin kuchning o'zgaruvchanlik koeffitsienti 30% dan oshadi.

Ikkinchidan, alyuminiy har doim keramik-qattiq alyuminiy oksidi qatlamini olib yuradi. Uning erish nuqtasi taxminan 2070 daraja, asosiy metallning 660 daraja erish nuqtasidan ancha yuqori. Nuqtali payvandlash alyuminiyni erigan haroratga surishi mumkin, ammo oksid plyonkasi ko'pincha qisman buzilmagan holda, nugget ichida qoladi. Natijada, oldindan mavjud yoriqlar sifatida ishlaydigan oksid qo'shimchalari bilan to'la payvand. Modul tebranish yoki termal aylanishga duchor bo'lganda, bu yoriqlar nugget chegarasi bo'ylab tarqaladi. Bog'lanish asosiy metall ko'rsatkichidan ancha past yuklarda ishlamay qoladi.

Tolali lazer, aksincha, oksid qatlamini bir zumda bug'laydi. Kalit teshigi rejimi nurni bug 'kanalining ichida ushlab turadi va eritma hovuzi kapillyar atrofida aylanadi. Nur tebranishi-fokuslangan nuqtaning kichik dumaloq tebranishi-qo‘shilishi bilan erigan qotishma mexanik ravishda aralashtiriladi. Oksid bo'laklari bo'linadi va tikuv bo'ylab suyultiriladi, bu esa zich, bir xil, yorilishsiz birikma hosil qiladi. Bu marjinal yaxshilanish emas. Bu 0,6 Cpk va 1,5 dan yuqori Cpk o'rtasidagi farq.

Spot payvandlash hali ham o'z asosini ushlab turadigan joyda

Cheklovlar haqida aniq bo'lish spotli payvandlashning eskirganligini anglatmaydi. Yaxshi aniqlangan konvert mavjud bo'lib, u eng maqbul, eng tejamkor tanlov bo'lib qoladi.

Spotli payvandlash konvertini belgilaydigan uchta shart:

• Ikkala ish qismi ham nikel, nikel bilan qoplangan po'lat yoki oddiy po'lat qotishmalardir.
• Yorliq qalinligi 0,2 mm dan past.
• Ishlab chiqarish hajmi avtomatlashtirilgan elektrod kiyinish tizimlarini talab qilmaydi.

Bunday holatlarda nozik inverterga asoslangan nuqtali payvandchi doimiy nuggetlarni etkazib beradi va har qanday o'lchash mumkin bo'lgan elektrod aşınması paydo bo'lishidan oldin minglab tsikllarni bajaradi. Nikel va po'latning past issiqlik o'tkazuvchanligi issiqlikni kerakli joyda saqlaydi va oksid hosil bo'lishi ahamiyatsiz. Elektr asboblari, ebikes va kichik o'lchamli ESS prototiplari uchun silindrsimon hujayralar to'plami ushbu operatsion qutiga to'g'ri keladi.

Chegarasi mis yoki alyuminiy qog'ozga kirganda keskin bo'ladi. Yillar davomida biz tahlil qilgan bironta ham ishlab chiqarish liniyasi past prototiplashdan tashqari spotli payvandlangan mis shinalari uchun maqbul sifat ko'rsatkichlarini saqlab qola olmadi. Iqtisodiy krossover nuqtasi, faqat iste'mol va hurda xarajatlariga asoslangan bo'lib, hayratlanarli darajada kam hajmga-odatda haftasiga bir necha ming hujayraga etadi.

Avtomatlashtirish va o'rnatish bo'shlig'i

Batareyani o'zaro payvandlash - bu faqat birlashma qilish emas; Bu kirish cheklangan va aylanish vaqti soniyalarda o'lchanadigan modul ichida bu birikmani takroriy qilish haqida.

Qarshilik nuqtali payvandchi ikkala elektrodni ish qismini 50 N dan 500 N gacha bo'lgan kuchlar bilan jismoniy siqish uchun talab qiladi. Payvandlash boshi qattiq qo'lda olib kelinib, millimetrning o'ndan bir qismigacha joylashtirilishi va keyin tortib olinishi kerak. Asboblar tezda murakkablashadi. Agar modul dizayni o'zgartirilsa yoki yangi hujayra formati joriy etilsa, butun elektrod to'plami va ko'pincha mexanik tuzilma qayta ishlab chiqilishi va qayta ishlanishi kerak. Bu takrorlanmaydigan muhim muhandislik xarajati.

Galvo skanerlash boshiga ega batareyali lazerli payvandlash mashinasi butunlay boshqacha ishlaydi. Nurni mayda, tez harakatlanuvchi oynalar boshqaradi. U millisekundlarda payvand chokidan payvandga sakrashi, nol mexanik kuch qo'llashi va katta hajmli elektrod ushlagichi hech qachon kira olmaydigan chuqurlashtirilgan joylarga etib borishi mumkin. Payvandlash naqshini o'zgartirish dasturiy ta'minotni tahrirlashdir. Bu lazer tizimlarini aralash modellarni ishlab chiqarish uchun yanada moslashuvchan qiladi va yangi modul dizaynini ishga tushirish uchun zarur bo'lgan vaqtni keskin qisqartiradi.

Lazerli payvandlashning kuchsiz tabiati, shuningdek, armatura endi yuzlab nyuton bosimga ta'sir qilmasligini anglatadi. To'g'ri fokus holatini saqlab turish uchun siqish faqat shinani terminal yuzasidan 0,2 mm masofada ushlab turishi kerak. Armatura engilroq, arzonroq va avtomatlashtirilgan konveyerlar bilan birlashtirilishi osonroq bo'ladi.

Parametr fani: Batareya darajasidagi choklarda yoriqlar va g'ovaklikning oldini olish

Lazerning xom kuchi avtomatik ravishda ishonchli akkumulyator choklarini hosil qilmaydi. Jarayon oynasini diqqat bilan terish kerak. Mijozlar liniyalari bilan bog'liq muammolarni bartaraf etishda biz duch keladigan uchta eng keng tarqalgan nosozlik usullari - bu markaz chizig'ining yorilishi, chayqalish va er osti g'ovakligi.

Markaziy chiziqning yorilishialyuminiyga boy payvand choklarida segregatsiya hodisasidir. Hovuz chetlaridan ichkariga qarab qotib qolganda, past erish nuqtasiga ega evtektikalar markazga suriladi. Ular termal qisqarish stressi ostida yorilib ketadigan zaif chegara hosil qiladi. Umumjahon yechim - bu nur tebranishi. Lazer nuqtasini kichik doira ichida 200-300 Gts chastotada tebranish orqali qattiqlashuv old qismi parchalanadi va aralashmalar tarqaladi. Mikroskop ostidagi natija uzluksiz markaz chizig'i bo'lmagan nozik, teng o'qli don tuzilishidir.

Chaqmoqkalit teshigi beqaror bo'lganda paydo bo'ladi. Namlik, sirt ifloslanishi yoki noto'g'ri himoya qiluvchi gaz qoplamasi kalit teshigining kuchli qulab tushishiga va tomchilarni chiqarishiga olib kelishi mumkin. Tuzatish gazning tozaligi va oqimi bilan boshlanadi: argon, 15-25 L / min, odatdagidan 30-40 daraja burchak ostida joylashgan ko'krak orqali etkazib beriladi. Terminal sirtlari quruq bo'lishi kerak. Nam muhitda 30 daqiqa davomida 80 daraja oldindan pishirib, so'rilgan namlikni yo'q qiladi.

Er osti g'ovakligiko'pincha alyuminiydagi erigan vodorodni izlaydi. Tez qattiqlashuv jarayonida vodorod eritmadan chiqib, stressni kontsentrator sifatida ishlaydigan mikroskopik pufakchalarni hosil qiladi. Argon-geliydan himoya qiluvchi aralashmaga o'tish (odatda 70/30) g'ovaklikni pasaytiradi, chunki geliyning yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi hovuzni muzlashdan oldin gazdan chiqarishga yordam beradi.

Bu akademik kuzatuvlar emas. Ular haqiqiy ishlab chiqarish uskunalarida haftadan haftada qo'llaniladigan to'g'ridan-to'g'ri texnik tuzatishlardir.

Tez-tez so'raladigan savollar: Batareyani o'zaro bog'lashda payvandlash bo'yicha qarorlar

1-savol: Spotli payvandchi batareyalar to'plamida nimani ishonchli tarzda payvand qilishi mumkin?
Nikel chiziqlar nikel bilan qoplangan po'lat qutilarga. Qalinligi 0,15 mm dan ortiq mis yoki alyuminiyni o'z ichiga olgan har qanday bo'g'in uchun spotli payvandlash yuqori texnologik xavf tug'diradi va ishlab chiqarish liniyalari uchun tavsiya etilmaydi.

2-savol: Lazerli payvandlash uchun plomba moddasi kerakmi?
Shina-terminal bo'g'inlari uchun avtogen payvandlash (to'ldiruvchisiz) standart hisoblanadi. Faqat bo'shliq lazer nuqta diametrining taxminan 15% dan oshganda, plomba kerak bo'ladi, bu odatda ishlab chiqarish uchun qizil bayroqdir.

3-savol: Odatda batareyani lazerli payvandlash jarayoni qanchalik tez?
2 kVt quvvatli tolali lazerli bitta shinadan terminalga payvandlash taxminan 0,3-0,6 soniyani oladi. Galvo-skanerlash bilan nur 0,1 soniyadan kamroq vaqt ichida joyini o'zgartiradi, natijada aylanish vaqtlari daqiqada 20-35 payvandni tashkil qiladi.

4-savol: Tolali lazerli payvandlash tizimi qanday parvarishlarga muhtoj?
Har bir necha ming payvand chokida birinchi navbatda himoya qopqog'i oynasini tozalash yoki almashtirish. Sovutgich va filtrni o'zgartirish standart tolali lazer jadvallariga muvofiq amalga oshiriladi. Kiyinish uchun elektrodlar, qayta kalibrlash uchun kuchga sezgir mexanik qismlar yo'q.

5-savol: Batareya lazerli payvandlash mashinasi mavjud MES bilan birlashtirilishi mumkinmi?
Ha. Zamonaviy sanoat lazer kontrollerlari standart fieldbus protokollarini (Profinet, EtherCAT va boshqalar) qo'llab-quvvatlaydi va payvandlanish va statistik jarayonni boshqarish uchun real vaqt rejimida payvandlash parametrlarini qayd etishi mumkin.