باتریهای لیتیومی با پوسته آلومینیومی مربعی مزایای بسیاری مانند ساختار ساده، مقاومت خوب در برابر ضربه، چگالی انرژی بالا و ظرفیت سلولی بزرگ دارند. آنها همیشه جهت اصلی تولید و توسعه باتری لیتیومی داخلی بودهاند و بیش از 40 درصد از بازار را به خود اختصاص دادهاند.
ساختار باتری لیتیومی با پوسته آلومینیومی مربعی همانطور که در شکل نشان داده شده است، از هسته باتری (ورقهای الکترود مثبت و منفی، جداکننده)، الکترولیت، پوسته، پوشش بالایی و سایر اجزا تشکیل شده است.
ساختار باتری لیتیومی با پوسته آلومینیومی مربعی
در طول فرآیند تولید و مونتاژ باتریهای لیتیومی با پوسته آلومینیومی مربعی، تعداد زیادی ازجوشکاری لیزریفرآیندهایی مورد نیاز است، مانند: جوشکاری اتصالات نرم سلولهای باتری و صفحات پوششی، جوشکاری آببندی صفحه پوششی، جوشکاری میخ آببندی و غیره. جوشکاری لیزری روش اصلی جوشکاری برای باتریهای قدرت منشوری است. به دلیل چگالی انرژی بالا، پایداری توان خوب، دقت جوشکاری بالا، ادغام سیستماتیک آسان و بسیاری از مزایای دیگر،جوشکاری لیزریدر فرآیند تولید باتریهای لیتیومی با پوسته آلومینیومی منشوری، نقشی غیرقابل جایگزین است.
پلتفرم گالوانومتر اتوماتیک چهار محوره Mavenدستگاه جوش لیزر فیبری
درز جوش آببند پوشش بالایی، طولانیترین درز جوش در باتری پوسته آلومینیومی مربعی است و همچنین درز جوشی است که بیشترین زمان جوشکاری را میبرد. در سالهای اخیر، صنعت تولید باتری لیتیومی به سرعت توسعه یافته است و فناوری فرآیند جوشکاری لیزری آببندی پوشش بالایی و فناوری تجهیزات آن نیز به سرعت توسعه یافته است. بر اساس سرعت و عملکرد مختلف جوشکاری تجهیزات، ما تقریباً تجهیزات و فرآیندهای جوشکاری لیزری پوشش بالایی را به سه دوره تقسیم میکنیم. آنها عبارتند از دوره ۱.۰ (۲۰۱۵-۲۰۱۷) با سرعت جوشکاری کمتر از ۱۰۰ میلیمتر بر ثانیه، دوره ۲.۰ (۲۰۱۷-۲۰۱۸) با سرعت جوشکاری ۱۰۰-۲۰۰ میلیمتر بر ثانیه و دوره ۳.۰ (۲۰۱۹-) با سرعت ۲۰۰-۳۰۰ میلیمتر بر ثانیه. در ادامه، توسعه فناوری در طول زمان معرفی خواهد شد:
۱. عصر ۱.۰ فناوری جوشکاری لیزری پوشش بالایی
سرعت جوشکاری<۱۰۰ میلیمتر بر ثانیه
از سال ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۷، خودروهای انرژی نو داخلی تحت تأثیر سیاستهای اتخاذ شده، شروع به رشد انفجاری کردند و صنعت باتریهای برقی شروع به گسترش کرد. با این حال، انباشت فناوری و ذخایر استعداد شرکتهای داخلی هنوز نسبتاً کم است. فرآیندهای تولید باتری و فناوریهای تجهیزات مرتبط نیز در مراحل ابتدایی خود هستند و درجه اتوماسیون تجهیزات نسبتاً پایین است، تولیدکنندگان تجهیزات تازه شروع به توجه به تولید باتریهای برقی و افزایش سرمایهگذاری در تحقیق و توسعه کردهاند. در این مرحله، الزامات راندمان تولید صنعت برای تجهیزات آببندی لیزری باتری مربعی معمولاً ۶-۱۰PPM است. راهحل تجهیزات معمولاً از یک لیزر فیبر ۱ کیلوواتی برای انتشار از طریق یک لیزر معمولی استفاده میکند.سر جوش لیزری(همانطور که در تصویر نشان داده شده است) و سر جوش توسط یک موتور سروو پلتفرم یا یک موتور خطی هدایت میشود. حرکت و جوشکاری، سرعت جوشکاری ۵۰-۱۰۰ میلیمتر بر ثانیه.
استفاده از لیزر ۱ کیلوواتی برای جوش دادن پوشش بالایی هسته باتری
درجوشکاری لیزریدر این فرآیند، به دلیل سرعت جوشکاری نسبتاً پایین و زمان چرخه حرارتی نسبتاً طولانی جوش، حوضچه مذاب زمان کافی برای جریان یافتن و جامد شدن دارد و گاز محافظ میتواند حوضچه مذاب را بهتر بپوشاند و دستیابی به سطحی صاف و کامل و جوشهایی با قوام خوب را آسان میکند، همانطور که در زیر نشان داده شده است.
تشکیل درز جوش برای جوشکاری کم سرعت پوشش بالایی
از نظر تجهیزات، اگرچه راندمان تولید بالا نیست، اما ساختار تجهیزات نسبتاً ساده، پایداری خوب و هزینه تجهیزات پایین است که به خوبی نیازهای توسعه صنعت را در این مرحله برآورده میکند و پایه و اساس توسعه فناوری بعدی را بنا مینهد.
اگرچه جوشکاری آببندی پوشش بالایی در دوران ۱.۰ مزایایی مانند راهحل تجهیزات ساده، هزینه کم و پایداری خوب را دارد. اما محدودیتهای ذاتی آن نیز بسیار آشکار است. از نظر تجهیزات، ظرفیت محرک موتور نمیتواند نیاز به افزایش بیشتر سرعت را برآورده کند. از نظر فناوری، صرفاً افزایش سرعت جوشکاری و توان خروجی لیزر برای افزایش بیشتر سرعت، باعث بیثباتی در فرآیند جوشکاری و کاهش بازده میشود: افزایش سرعت، زمان چرخه حرارتی جوشکاری را کوتاه میکند و فلز فرآیند ذوب شدیدتر میشود، پاشش افزایش مییابد، سازگاری با ناخالصیها بدتر میشود و احتمال تشکیل سوراخهای پاشش بیشتر میشود. در عین حال، زمان انجماد حوضچه مذاب کوتاه میشود که باعث میشود سطح جوش ناهموار و قوام آن کاهش یابد. وقتی نقطه لیزر کوچک باشد، ورودی گرما زیاد نیست و پاشش را میتوان کاهش داد، اما نسبت عمق به عرض جوش زیاد است و عرض جوش کافی نیست. وقتی نقطه لیزر بزرگ باشد، برای افزایش عرض جوش باید توان لیزر بیشتری وارد شود. بزرگ است، اما در عین حال منجر به افزایش پاشش جوشکاری و کیفیت پایین تشکیل سطح جوش خواهد شد. در سطح فنی در این مرحله، افزایش سرعت بیشتر به این معنی است که بازده باید با راندمان معاوضه شود و الزامات ارتقاء تجهیزات و فناوری فرآیند به تقاضای صنعت تبدیل شده است.
۲. دوران جلد رویی ۲.۰جوشکاری لیزریفناوری
سرعت جوشکاری ۲۰۰ میلیمتر بر ثانیه
در سال ۲۰۱۶، ظرفیت نصبشده باتریهای خودرو در چین تقریباً ۳۰.۸ گیگاوات ساعت بود، در سال ۲۰۱۷ تقریباً ۳۶ گیگاوات ساعت بود و در سال ۲۰۱۸، با انفجار دیگری، ظرفیت نصبشده به ۵۷ گیگاوات ساعت رسید که نسبت به سال قبل ۵۷ درصد افزایش یافته است. خودروهای سواری با انرژی نو نیز تقریباً یک میلیون دستگاه تولید کردند که نسبت به سال قبل ۸۰.۷ درصد افزایش یافته است. پشت این انفجار در ظرفیت نصبشده، آزادسازی ظرفیت تولید باتری لیتیومی قرار دارد. باتریهای خودروهای سواری با انرژی نو بیش از ۵۰ درصد از ظرفیت نصبشده را تشکیل میدهند، که این نیز به این معنی است که الزامات صنعت برای عملکرد و کیفیت باتری به طور فزایندهای سختگیرانهتر خواهد شد و پیشرفتهای همراه در فناوری تجهیزات تولید و فناوری فرآیند نیز وارد دوران جدیدی شده است: برای برآورده کردن الزامات ظرفیت تولید تکخطی، ظرفیت تولید تجهیزات جوشکاری لیزری با پوشش بالا باید به ۱۵-۲۰PPM افزایش یابد و ...جوشکاری لیزریسرعت باید به ۱۵۰ تا ۲۰۰ میلیمتر بر ثانیه برسد. بنابراین، از نظر موتورهای محرک، تولیدکنندگان تجهیزات مختلف پلتفرم موتور خطی را ارتقا دادهاند تا مکانیزم حرکت آن الزامات عملکرد حرکتی برای جوشکاری با سرعت یکنواخت ۲۰۰ میلیمتر بر ثانیه در مسیر مستطیلی را برآورده کند. با این حال، چگونگی تضمین کیفیت جوش در جوشکاری با سرعت بالا نیاز به پیشرفتهای فرآیندی بیشتری دارد و شرکتهای این صنعت اکتشافات و مطالعات زیادی انجام دادهاند: در مقایسه با دوران ۱.۰، مشکلی که جوشکاری با سرعت بالا در دوران ۲.۰ با آن مواجه است این است: استفاده از لیزرهای فیبری معمولی برای خروجی یک منبع نور نقطهای از طریق سرهای جوشکاری معمولی، انتخاب برای برآورده کردن الزامات ۲۰۰ میلیمتر بر ثانیه دشوار است.
در راهحل فنی اولیه، اثر شکلدهی جوش تنها با پیکربندی گزینهها، تنظیم اندازه نقطه جوش و تنظیم پارامترهای اساسی مانند توان لیزر قابل کنترل است: هنگام استفاده از پیکربندی با نقطه جوش کوچکتر، سوراخ کلید حوضچه جوش کوچک، شکل حوضچه ناپایدار و جوشکاری ناپایدار خواهد شد. عرض جوش درز نیز نسبتاً کوچک است. هنگام استفاده از پیکربندی با نقطه نور بزرگتر، سوراخ کلید افزایش مییابد، اما قدرت جوشکاری به طور قابل توجهی افزایش مییابد و میزان پاشش و سوراخ انفجار به طور قابل توجهی افزایش مییابد.
از لحاظ تئوری، اگر میخواهید از اثر تشکیل جوش با سرعت بالا اطمینان حاصل کنیدجوشکاری لیزریبرای پوشش بالا، باید شرایط زیر را داشته باشید:
① درز جوش از عرض کافی برخوردار است و نسبت عمق به عرض درز جوش مناسب است، که مستلزم آن است که محدوده عملکرد حرارتی منبع نور به اندازه کافی بزرگ باشد و انرژی خط جوش در محدوده معقولی باشد.
② جوش صاف است، که مستلزم آن است که زمان چرخه حرارتی جوش در طول فرآیند جوشکاری به اندازه کافی طولانی باشد تا حوضچه مذاب سیالیت کافی داشته باشد و جوش تحت حفاظت گاز محافظ به یک جوش فلزی صاف تبدیل شود.
③ درز جوش از قوام خوبی برخوردار است و منافذ و سوراخهای کمی دارد. این امر مستلزم آن است که در طول فرآیند جوشکاری، لیزر به طور پایدار روی قطعه کار عمل کند و پلاسمای پرتو پرانرژی به طور مداوم تولید شود و در داخل حوضچه مذاب عمل کند. حوضچه مذاب تحت نیروی واکنش پلاسما "کلید" ایجاد میکند. "سوراخ"، سوراخ کلید به اندازه کافی بزرگ و پایدار است، به طوری که بخار فلزی تولید شده و پلاسما به راحتی خارج نمیشوند و قطرات فلزی را بیرون نمیآورند و پاشش تشکیل نمیدهند و حوضچه مذاب اطراف سوراخ کلید به راحتی فرو نمیریزد و گاز را درگیر نمیکند. حتی اگر اشیاء خارجی در طول فرآیند جوشکاری سوزانده شوند و گازها به صورت انفجاری آزاد شوند، سوراخ کلید بزرگتر برای انتشار گازهای انفجاری مساعدتر است و پاشش فلز و سوراخهای تشکیل شده را کاهش میدهد.
در پاسخ به نکات فوق، شرکتهای تولیدکننده باتری و شرکتهای تولیدکننده تجهیزات در این صنعت، تلاشها و شیوههای مختلفی را انجام دادهاند: تولید باتری لیتیومی دهههاست که در ژاپن توسعه یافته و فناوریهای تولیدی مرتبط، پیشتاز بودهاند.
در سال ۲۰۰۴، زمانی که فناوری لیزر فیبری هنوز به طور گسترده تجاری نشده بود، پاناسونیک از لیزرهای نیمههادی LD و لیزرهای YAG با پمپ لامپ پالسی برای خروجی ترکیبی استفاده کرد (طرح کلی در شکل زیر نشان داده شده است).
نمودار طرحواره فناوری جوشکاری هیبریدی چند لیزری و ساختار سر جوشکاری
نقطه نورانی با چگالی توان بالا که توسط پالس تولید میشودلیزر یاگبا یک نقطه کوچک برای عمل روی قطعه کار جهت ایجاد سوراخهای جوش برای دستیابی به نفوذ جوش کافی استفاده میشود. در عین حال، از لیزر نیمههادی LD برای فراهم کردن لیزر پیوسته CW جهت پیشگرمایش و جوشکاری قطعه کار استفاده میشود. حوضچه مذاب در طول فرآیند جوشکاری، انرژی بیشتری برای ایجاد سوراخهای جوش بزرگتر، افزایش عرض درز جوش و افزایش زمان بسته شدن سوراخهای جوش فراهم میکند و به خروج گاز موجود در حوضچه مذاب و کاهش تخلخل درز جوش کمک میکند، همانطور که در زیر نشان داده شده است.
نمودار شماتیک هیبریدجوشکاری لیزری
با به کارگیری این فناوری،لیزرهای YAGو لیزرهای LD با تنها چند صد وات توان میتوانند برای جوشکاری قابهای نازک باتری لیتیومی با سرعت بالای ۸۰ میلیمتر بر ثانیه استفاده شوند. اثر جوشکاری همانطور که در شکل نشان داده شده است، حاصل میشود.
مورفولوژی جوش تحت پارامترهای مختلف فرآیند
با توسعه و ظهور لیزرهای فیبری، لیزرهای فیبری به دلیل مزایای فراوان خود مانند کیفیت پرتو خوب، راندمان تبدیل فوتوالکتریک بالا، عمر طولانی، نگهداری آسان و توان بالا، به تدریج جایگزین لیزرهای پالسی YAG در پردازش فلزات لیزری شدهاند.
بنابراین، ترکیب لیزر در محلول جوشکاری هیبریدی لیزر فوق به یک لیزر فیبری + لیزر نیمه هادی LD تکامل یافته است و لیزر نیز به صورت کواکسیال از طریق یک هد پردازش ویژه (هد جوشکاری در شکل 7 نشان داده شده است) خروجی می شود. در طول فرآیند جوشکاری، مکانیسم عمل لیزر یکسان است.
اتصال جوشکاری لیزری کامپوزیت
در این طرح، پالسلیزر یاگبا لیزر فیبری با کیفیت پرتو بهتر، قدرت بیشتر و خروجی پیوسته جایگزین میشود که سرعت جوشکاری را تا حد زیادی افزایش میدهد و کیفیت جوشکاری بهتری را به دست میدهد (اثر جوشکاری در شکل 8 نشان داده شده است). این طرح همچنین مورد توجه برخی از مشتریان قرار گرفته است. در حال حاضر، این راه حل در تولید جوشکاری آببندی پوشش بالایی باتریهای برق استفاده شده است و میتواند به سرعت جوشکاری 200 میلیمتر بر ثانیه برسد.
ظاهر جوش پوشش بالایی توسط جوشکاری لیزری هیبریدی
اگرچه راهکار جوشکاری لیزری با دو طول موج، پایداری جوش جوشکاری پرسرعت را حل میکند و الزامات کیفیت جوش جوشکاری پرسرعت پوششهای بالایی باتری را برآورده میسازد، اما هنوز از نظر تجهیزات و فرآیند، مشکلاتی در این راهکار وجود دارد.
اول از همه، اجزای سختافزاری این راهکار نسبتاً پیچیده هستند و نیاز به استفاده از دو نوع لیزر مختلف و اتصالات جوشکاری لیزری ویژه با طول موج دوگانه دارند که هزینههای سرمایهگذاری تجهیزات را افزایش میدهد، دشواری نگهداری تجهیزات را افزایش میدهد و نقاط بالقوه خرابی تجهیزات را افزایش میدهد؛
دوم، طول موج دوگانهجوشکاری لیزریاتصال مورد استفاده از چندین مجموعه لنز تشکیل شده است (شکل 4 را ببینید). اتلاف توان بیشتر از اتصالات جوشکاری معمولی است و برای اطمینان از خروجی هم محور لیزر با طول موج دوگانه، موقعیت لنز باید در موقعیت مناسب تنظیم شود. و با تمرکز روی یک صفحه کانونی ثابت، در طولانی مدت با سرعت بالا، موقعیت لنز ممکن است شل شود و باعث ایجاد تغییراتی در مسیر نوری و تأثیر بر کیفیت جوشکاری شود و نیاز به تنظیم مجدد دستی داشته باشد.
سوم، در حین جوشکاری، انعکاس لیزر شدید است و به راحتی میتواند به تجهیزات و قطعات آسیب برساند. به خصوص هنگام تعمیر محصولات معیوب، سطح صاف جوش مقدار زیادی از نور لیزر را منعکس میکند که به راحتی میتواند باعث آلارم لیزر شود و پارامترهای پردازش برای تعمیر نیاز به تنظیم دارند.
برای حل مشکلات فوق، باید راه دیگری برای بررسی پیدا کنیم. در سالهای ۲۰۱۷-۲۰۱۸، ما نوسان فرکانس بالا را مطالعه کردیم.جوشکاری لیزریفناوری پوشش بالایی باتری را ارتقا داد و آن را به کاربرد تولیدی ارتقا داد. جوشکاری نوسانی با فرکانس بالا با پرتو لیزر (که از این پس جوشکاری نوسانی نامیده میشود) یکی دیگر از فرآیندهای جوشکاری با سرعت بالای 200 میلیمتر بر ثانیه است.
در مقایسه با راهکار جوشکاری لیزری هیبریدی، بخش سختافزاری این راهکار تنها به یک لیزر فیبری معمولی متصل به یک سر جوشکاری لیزری نوسانی نیاز دارد.
سر جوشکاری لرزان
یک لنز بازتابنده موتوری درون سر جوشکاری وجود دارد که میتواند برای کنترل نوسان لیزر بر اساس نوع مسیر طراحی شده (معمولاً دایرهای، S شکل، 8 شکل و غیره)، دامنه و فرکانس نوسان برنامهریزی شود. پارامترهای مختلف نوسان میتوانند سطح مقطع جوشکاری را در اشکال و اندازههای مختلف ایجاد کنند.
جوشهای بهدستآمده تحت مسیرهای نوسان مختلف
سر جوشکاری نوسانی فرکانس بالا توسط یک موتور خطی برای جوشکاری در امتداد شکاف بین قطعات کار هدایت میشود. با توجه به ضخامت دیواره پوسته سلول، نوع و دامنه مناسب مسیر نوسان انتخاب میشود. در حین جوشکاری، پرتو لیزر استاتیک فقط یک مقطع جوش V شکل تشکیل میدهد. با این حال، با هدایت سر جوشکاری نوسانی، نقطه پرتو با سرعت بالا در صفحه کانونی نوسان میکند و یک سوراخ کلید جوشکاری پویا و چرخشی تشکیل میدهد که میتواند نسبت عمق به عرض جوش مناسبی را به دست آورد.
سوراخ کلید جوشکاری چرخشی، جوش را به حرکت در میآورد. از یک طرف، به خروج گاز کمک میکند و منافذ جوش را کاهش میدهد و تأثیر خاصی در ترمیم سوراخهای ریز در نقطه انفجار جوش دارد (شکل ۱۲ را ببینید). از طرف دیگر، فلز جوش به طور منظم گرم و سرد میشود. این گردش باعث میشود سطح جوش به صورت یک الگوی منظم و پولک ماهی به نظر برسد.
تشکیل درز جوش چرخشی
سازگاری جوشها با آلودگی رنگ تحت پارامترهای مختلف نوسان
نکات فوق سه الزام اساسی کیفیت برای جوشکاری پرسرعت پوشش بالایی را برآورده میکند. این راهحل مزایای دیگری نیز دارد:
① از آنجایی که بیشتر توان لیزر به سوراخ کلید دینامیکی تزریق میشود، لیزر پراکنده خارجی کاهش مییابد، بنابراین فقط به توان لیزر کمتری نیاز است و ورودی گرمای جوشکاری نسبتاً کم است (30٪ کمتر از جوشکاری کامپوزیت)، که باعث کاهش تلفات تجهیزات و اتلاف انرژی میشود.
② روش جوشکاری نوسانی سازگاری بالایی با کیفیت مونتاژ قطعات کار دارد و نقصهای ناشی از مشکلاتی مانند مراحل مونتاژ را کاهش میدهد.
③ روش جوشکاری نوسانی اثر ترمیمی قوی روی سوراخهای جوش دارد و نرخ بازده استفاده از این روش برای ترمیم سوراخهای جوش هسته باتری بسیار بالا است.
④ سیستم ساده است و اشکالزدایی و نگهداری تجهیزات نیز ساده است.
۳. عصر ۳.۰ فناوری جوشکاری لیزری پوشش بالایی
سرعت جوشکاری 300 میلیمتر بر ثانیه
با ادامه کاهش یارانههای انرژی جدید، تقریباً کل زنجیره صنعتی صنعت تولید باتری در وضعیت بحرانی قرار گرفته است. این صنعت همچنین وارد دوره تجدید ساختار شده است و نسبت شرکتهای پیشرو با مزایای مقیاس و فناوری بیشتر افزایش یافته است. اما در عین حال، «بهبود کیفیت، کاهش هزینهها و افزایش بهرهوری» به موضوع اصلی بسیاری از شرکتها تبدیل خواهد شد.
در دورهای که یارانهها کم یا بدون یارانه هستند، تنها با دستیابی به ارتقاءهای مکرر فناوری، دستیابی به راندمان تولید بالاتر، کاهش هزینه تولید یک باتری و بهبود کیفیت محصول میتوانیم شانس بیشتری برای پیروزی در رقابت داشته باشیم.
شرکت هانز لیزر همچنان به سرمایهگذاری در تحقیقات در زمینه فناوری جوشکاری پرسرعت برای پوششهای بالایی سلولهای باتری ادامه میدهد. علاوه بر چندین روش فرآیندی که در بالا معرفی شد، این شرکت فناوریهای پیشرفتهای مانند فناوری جوشکاری لیزر نقطهای حلقوی و فناوری جوشکاری لیزر گالوانومتری برای پوششهای بالایی سلولهای باتری را نیز مطالعه میکند.
به منظور بهبود بیشتر راندمان تولید، فناوری جوشکاری پوشش بالایی با سرعت 300 میلیمتر بر ثانیه و بالاتر را بررسی کنید. شرکت هانز لیزر در سالهای 2017-2018، آببندی جوشکاری لیزری گالوانومتر روبشی را مورد مطالعه قرار داد و بر مشکلات فنی محافظت دشوار قطعه کار با گاز در حین جوشکاری گالوانومتر و اثر ضعیف تشکیل سطح جوش غلبه کرد و به سرعت 400-500 میلیمتر بر ثانیه دست یافت.جوشکاری لیزریاز پوشش بالای سلول. جوشکاری برای باتری ۲۶۱۴۸ فقط ۱ ثانیه طول میکشد.
با این حال، به دلیل راندمان بالا، توسعه تجهیزات پشتیبانی که با این راندمان مطابقت داشته باشد بسیار دشوار است و هزینه تجهیزات نیز بالا است. بنابراین، هیچ توسعه کاربردی تجاری دیگری برای این راهکار انجام نشد.
با توسعه بیشترِلیزر فیبربا توجه به فناوری، لیزرهای فیبری پرقدرت جدیدی که میتوانند مستقیماً نقاط نوری حلقهای شکل تولید کنند، عرضه شدهاند. این نوع لیزر میتواند نقاط لیزری حلقهای نقطهای را از طریق فیبرهای نوری چند لایه خاص تولید کند و شکل نقطه و توزیع توان آن را میتوان تنظیم کرد، همانطور که در شکل نشان داده شده است.
جوشهای بهدستآمده تحت مسیرهای نوسان مختلف
با تنظیم، میتوان توزیع چگالی توان لیزر را به شکل نقطهای-دونات-توپات درآورد. این نوع لیزر، همانطور که در شکل نشان داده شده است، کرونا نامیده میشود.
پرتو لیزر قابل تنظیم (به ترتیب: نور مرکزی، نور مرکزی + نور حلقهای، نور حلقهای، دو نور حلقهای)
در سال ۲۰۱۸، کاربرد چندین لیزر از این نوع در جوشکاری پوششهای بالایی سلولهای باتری پوسته آلومینیومی مورد آزمایش قرار گرفت و بر اساس لیزر کرونا، تحقیقات در مورد راهحل فناوری فرآیند ۳.۰ برای جوشکاری لیزری پوششهای بالایی سلولهای باتری آغاز شد. هنگامی که لیزر کرونا خروجی حالت نقطهای-حلقهای را انجام میدهد، ویژگیهای توزیع چگالی توان پرتو خروجی آن مشابه خروجی ترکیبی یک لیزر نیمههادی + فیبر است.
در طول فرآیند جوشکاری، نور نقطهای مرکزی با چگالی توان بالا، یک سوراخ کلید برای جوشکاری با نفوذ عمیق تشکیل میدهد تا نفوذ جوشکاری کافی حاصل شود (مشابه خروجی لیزر فیبری در محلول جوشکاری هیبریدی)، و نور حلقهای ورودی گرمای بیشتری را فراهم میکند، سوراخ کلید را بزرگتر میکند، تأثیر بخار فلز و پلاسما را بر روی فلز مایع در لبه سوراخ کلید کاهش میدهد، پاشش فلز حاصل را کاهش میدهد و زمان چرخه حرارتی جوش را افزایش میدهد، به گاز موجود در حوضچه مذاب کمک میکند تا برای مدت طولانیتری خارج شود و پایداری فرآیندهای جوشکاری پرسرعت را بهبود میبخشد (مشابه خروجی لیزرهای نیمههادی در محلولهای جوشکاری هیبریدی).
در این آزمایش، باتریهای پوستهای با دیواره نازک را جوش دادیم و دریافتیم که ثبات اندازه جوش خوب است و قابلیت فرآیند CPK نیز خوب است، همانطور که در شکل 18 نشان داده شده است.
ظاهر جوشکاری پوشش بالایی باتری با ضخامت دیواره 0.8 میلیمتر (سرعت جوشکاری 300 میلیمتر بر ثانیه)
از نظر سختافزاری، برخلاف راهکار جوشکاری هیبریدی، این راهکار ساده است و به دو لیزر یا یک هد جوشکاری هیبریدی خاص نیاز ندارد. فقط به یک هد جوشکاری لیزر پرقدرت معمولی نیاز دارد (از آنجایی که تنها یک فیبر نوری، یک لیزر با طول موج واحد را خروجی میدهد، ساختار لنز ساده است، نیازی به تنظیم ندارد و اتلاف توان کم است)، که باعث میشود اشکالزدایی و نگهداری آن آسان باشد و پایداری تجهیزات تا حد زیادی بهبود یابد.
علاوه بر سیستم سادهی راهکار سختافزاری و برآورده کردن الزامات فرآیند جوشکاری پرسرعت پوشش بالایی سلول باتری، این راهکار مزایای دیگری نیز در کاربردهای فرآیندی دارد.
در این آزمایش، ما پوشش بالایی باتری را با سرعت بالای ۳۰۰ میلیمتر بر ثانیه جوش دادیم و همچنان به اثرات خوب تشکیل درز جوش دست یافتیم. علاوه بر این، برای پوستههایی با ضخامت دیوارههای مختلف ۰.۴، ۰.۶ و ۰.۸ میلیمتر، تنها با تنظیم ساده حالت خروجی لیزر، میتوان جوشکاری خوبی انجام داد. با این حال، برای راهحلهای جوشکاری هیبریدی لیزر با طول موج دوگانه، لازم است پیکربندی نوری سر جوش یا لیزر تغییر کند که این امر هزینههای تجهیزات و زمان اشکالزدایی را افزایش میدهد.
بنابراین، نقطه حلقه نقطهجوشکاری لیزریاین راهکار نه تنها میتواند جوشکاری پوشش بالایی با سرعت فوقالعاده بالا با سرعت 300 میلیمتر بر ثانیه را محقق کند و راندمان تولید باتریهای برق را بهبود بخشد. برای شرکتهای تولید باتری که نیاز به تغییر مکرر مدل دارند، این راهکار همچنین میتواند کیفیت تجهیزات و سازگاری محصولات را تا حد زیادی بهبود بخشد و زمان تغییر مدل و اشکالزدایی را کوتاه کند.
ظاهر جوشکاری پوشش بالایی باتری با ضخامت دیواره 0.4 میلیمتر (سرعت جوشکاری 300 میلیمتر بر ثانیه)
ظاهر جوشکاری پوشش بالایی باتری با ضخامت دیواره 0.6 میلیمتر (سرعت جوشکاری 300 میلیمتر بر ثانیه)
نفوذ جوش لیزر کرونا برای جوشکاری سلولهای جدار نازک - قابلیتهای فرآیند
علاوه بر لیزر کرونا که در بالا به آن اشاره شد، لیزرهای AMB و لیزرهای ARM دارای مشخصات خروجی نوری مشابهی هستند و میتوانند برای حل مشکلاتی مانند بهبود پاشش جوش لیزری، بهبود کیفیت سطح جوش و بهبود پایداری جوشکاری با سرعت بالا مورد استفاده قرار گیرند.
۴. خلاصه
راهکارهای مختلفی که در بالا ذکر شد، همگی در تولید واقعی توسط شرکتهای تولیدکننده باتری لیتیومی داخلی و خارجی مورد استفاده قرار میگیرند. با توجه به زمان تولید متفاوت و پیشینههای فنی متفاوت، راهکارهای فرآیندی متفاوتی به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار میگیرند، اما شرکتها الزامات بالاتری برای کارایی و کیفیت دارند. این امر دائماً در حال بهبود است و به زودی فناوریهای جدید بیشتری توسط شرکتهای پیشرو در فناوری به کار گرفته خواهد شد.
صنعت باتریهای انرژی جدید چین نسبتاً دیر آغاز شد و با سیاستهای ملی به سرعت توسعه یافت. فناوریهای مرتبط با تلاشهای مشترک کل زنجیره صنعت به پیشرفت خود ادامه دادهاند و فاصله خود را با شرکتهای برجسته بینالمللی به طور کامل کاهش دادهاند. ماون، به عنوان یک تولیدکننده تجهیزات باتری لیتیومی داخلی، دائماً در حال بررسی زمینههای مزیت خود است، به ارتقاء مکرر تجهیزات بسته باتری کمک میکند و راهحلهای بهتری برای تولید خودکار بستههای ماژول باتری ذخیرهسازی انرژی جدید ارائه میدهد.
زمان ارسال: ۱۹ سپتامبر ۲۰۲۳
