Tab Laserpuhastus ja -lõikamine: suure keevitustugevuse saladus

Autor: Dany Huang, Ph.D.

TOB New Energy tegevjuht ning teadus- ja arendustegevuse juht

Võtke LinkedInis ühendust dr Huangiga

Kokkuvõte ja peamised väljavõtted

Keevisõmblus puruneb pinnal ammu enne, kui see keevisõmbluses katkeb. Alumiiniumlipikud kannavad 2–10 nm paksust natiivset oksiidi, mille ribade vahe on 8,8 eV lähedal – elektriisolaator, mis asub kahe metalli vahel, mis peaksid olema metallurgiliselt ühendatud. Selle eemaldamine vahetult enne keevitamist muudab mõlemad olulised numbrid: tõmbetugevus ja ühendustakistus.

• Tüüpiline tõmbejõu nihe pärast puhastamist:25–40 N enne, 45–65 N pärast, siini külge keevitatud 0,2 mm alumiiniumlipikul, mille hajumine langeb 25–40% CV-lt alla 10%.
• Tüüpiline liigeste takistuse nihe:0,8–1,5 mΩ enne, 0,2–0,4 mΩ pärast piisavalt, et 100 A pideva tühjenemise teel oleks oluline.
• Oksiid kasvab uuesti:1–2 nm minuti jooksul õhus. Puhastamine peab toimuma keevisõmbluse sees ja vahetult ülesvoolu, mitte eraldi partii etapina.
• Laserlõikamine hoiab jämedalt alla 10–15 µm ilma tööriista kulumiseta, asendades tera, mille serva kvaliteet halveneb iga käiguga.

Taki keevisõmblus läbib visuaalse kontrolli. Ei pritsmeid, värvimuutusi ega ilmset tühimikku. Seejärel näitab tõmbetest 32 N 45 N spetsifikatsioonile ja liigendi takistus mõõdab neli korda modelleeritud väärtust. Keevitusretseptis ei olnud midagi valesti. Pind, millega keevisõmblus liituda paluti, ei olnud kunagi metallist.

See on üks vaiksemaid tõrkerežiime raku koostamisel, kuna defekt on igale optilisele kontrollile nähtamatu ja ilmneb ainult siis, kui miski mõõdab jõudu või takistust. Inseneri vastus ei ole tugevam keevisõmbluse ajakava. See on pinna ettevalmistamine, mis toimub sekunditega enne keevitamist, liinil, iga tsükli jooksul.

Miks saki pind määrab keevisõmbluse tugevuse enne keevisõmblust

Alumiinium ei jää paljaks. Värske pind oksüdeerub välisõhus sekunditega, ulatudes koheselt 2–4 nm-ni ja kasvades tundide jooksul 5–10 nm-ni. See kile ei ole õhuke häiriv kiht. See on Al₂O3, mille ribade vahe on 8,8 eV-a dielektriku lähedal. Ultraheli keevitamise korral takistab oksiid aatomiskaala kontakti, mis võimaldab tahkisühendamist. Laserkeevituse puhul tõstab see võtmeaugu käivitamiseks vajalikku energialävi ja loob muutuva neeldumise, kuna kile paksus kõigub üle saki.

Nikli- ja vasklapid käituvad erinevalt, kuid mitte paremini. Nikkeloksiid ja vaskoksiid on õhemad, kuid siiski vastupidavad ning vaskoksiidi kasv kiireneb koos niiskuse ja temperatuuriga. Valtsitud vaskfoolium, mida hoitakse ilma atmosfääri reguleerimiseta, võib kanda piisavalt paksu oksiidikihti, et muuta nähtavalt keevisõmbluse käitumist partii esimese ja viimase rulli vahel.

Lisa kattejääk ja pilt halveneb. Katoodlobri ülepihustus migreerub katmise ajal sakkide tsoonidele; süsiniku ja sideaine jäägid istuvad pärast lõikamist anoodilehtedel. Mehaaniline harjamine määrib need jäägid ära, mitte ei eemalda neid ning määrdunud kiht muutub keevisõmbluse all tundmatu koostisega barjääriks.

Kolm pinnatingimust, mis määravad vuugi kvaliteedi:

• Oksiidi paksus- määrab, kas metall-metalli kontakt on üldse võimalik.
• Jäägid ja saastumine- määrab, kas keevisõmbluse tükike moodustub metallis või metalli ja orgaanilise prahi komposiidis.
• Pinna topograafia- määrab kontaktpinna ja ultrahelikeevitamisel energia liidesesse sidumise.

Ühtegi neist ei käsitleta keevisõmbluse võimsuse reguleerimisega. Kõik kolm on lahendatud puhastamisega.

Mida laserpuhastus eemaldab ja miks see piirdub

Impulss-kiudlaser lainepikkusel 1064 nm edastab energiat 10–200 ns impulssidena voolutugevusega umbes 1–10 J/cm². Oksiidkiht neelab impulsi palju tugevamini kui selle all olev metall ja aurustub. Kui pind on metalliline, tõuseb peegelduvus järsult ja järelejäänud impulsienergia pigem peegeldub kui neeldub. Protsess on seetõttu isepiirav: see eemaldab oksiidi ja peatub metalli juures, mistõttu korralikult parameetritega süsteem 8 µm fooliumit ei õhenda.

See isepiiruv käitumine on põhjus, miks laserpuhastus asendab kiirliinidel keemilise peitsimise. Protsess on kuiv, ei vaja loputamist ega kuivatamist, ei tekita happejäätmeid ja võib töötada võrgu- või vahekaardi edastuskiirusel.

Eemaldamise eesmärgid:

Puhastuspea juurest tuleb eemaldada ablatsiooniga tekkiv sulg. Värskelt puhastatud sakile kondenseeruvad metalli- ja süsinikuosakesed rikuvad sammu eesmärki ning lahtised juhtivad osakesed raku pinnal on lühiseoht. Ekstraheerimine on puhastusjaama spetsifikatsiooni osa, mitte tarvik.

A vs B: pinna mehaaniline, keemiline ja lasertöötlus

Lapipindade ettevalmistamiseks enne keevitamist kasutatakse nelja meetodit. Need ei ole omavahel asendatavad ja võrdlus selgitab, miks laser on suure helitugevusega liinidel teised välja tõrjunud.

Mehaaniline harjamine sobib väikesemahuliste tööde ja sakkide jaoks, kus tuleb eemaldada ainult lahtine praht. Keemiline peitsimine annab parima pinna, kuid ei sobi kuiva, seesolevasse protsessi ja sellega kaasnevad jäätmekäitluskulud. Plasma talub hästi orgaanilist saastumist, kuid eemaldab alumiiniumoksiidi aeglaselt. Laserpuhastus on ainus meetod, mis ühendab endas täieliku oksiidieemalduse, kuiva töötamise ja kulumaterjalidest tingitud triivi puudumise vahetuses.

Tõmbetesti numbrid: enne ja pärast

Kõige selgem viis juhtumi kirjeldamiseks on mõõtmise märkimine. Allolevas tabelis on toodud tüüpilised kvalifitseerimisväärtused alumiiniumsiiniga keevitatud 0,2 mm alumiiniumlipiku ja teraspurgi külge keevitatud niklilapi jaoks puhastusolekute lõikes. Need on protsessi eesmärgid, mida vaadeldakse kvalifitseerimise käigus, mitte universaalsed konstandid – igal materjalivirnal ja keevitusmeetodil on oma aken.

Kaks numbrit väärivad tähelepanu peale jõukasvu. Esimene on hajumine: variatsioonikoefitsient üle 25% tähendab, et protsess ei ole kontrolli all ja keskmise vastu kirjutatud spetsifikatsioon lükkab tagasi olulise osa headest osadest ja jätab olulise osa halbadest osadest läbi. CV viimine alla 10% on sageli rohkem väärt kui keskmise tugevuse suurendamine, sest see muudab spetsifikatsiooni tähendusrikkaks.

Teine on liigese takistus. 50 Ah elemendil, millel on pidev 100 A, hajutab 1 mΩ lisaväärtus saki ühenduskohas väikeses mahus 10 W ja langeb klemmipingest 100 mV võrra. See kuumus asub praeguses kogumispunktis, mis on kuuma koha jaoks halvim võimalik asukoht.

Laserlõikamine: rästik, põkk ja tööriist, mis kunagi ei kulu

Saki geomeetria luuakse lõikamise teel ja lõikeserv on saki poolne keevispind ja lahtri sees eraldaja poole jääv pind. Mehaaniline stantsilõikamine tekitab teritusintervallile kasvava jämeduse; umbes 10–15 µm suurune burer võib separaatori läbitorgata ja loob ebaühtlase keevisliidese.

Impulss-kiudlaserlõikamine hoiab puuri kõrgust allpool seda läve kogu tööriista eluea jooksul, kuna puudub kuluv serv. Kvaliteeti reguleerivad protsessiparameetrid kuuluvad samasse perekonda nagu puhastamine: impulsi kestus, kordussagedus, fookusasend, abigaas ja lõiketee kiirus. Lõike alumisel küljel olevat räbu kontrollitakse fookusasendi ja gaasirõhuga; kuumusest mõjutatud tsooni laius jääb õhukesel fooliumil tavaliselt vahemikku 20–50 µm.

Rakkude kokkupanemise praktiline eelis ei ole ainult servade kvaliteet. Laserlõikepea muudab geomeetriat, laadides uue teefaili. Matriitsi vahetus võtab tunde ja uus stants. Silindriliste elementide puhul, kus saki kuju on integreeritud mähisprotsessiga, eemaldab lõikamise, puhastamise ja kerimise kombineerimine ühes masinas kaks käsitsemisetappi – ja iga puhastamise ja keevitamise vaheline käsitsemisetapp on oksiidi taaskasvamise intervall.

A silindrilise rakuga laserlõikus- ja kerimismasin integreeritud saki moodustamiseks ja elektroodide mähimiseksteostab lõike ja tuule ühes pidevas voolus. See teebki puhta ja ühtlase saki serva pigem tootmiskiirusel kui kontrollimiskiirusel ning see eemaldab käsitsi teisaldamise kohtades, kus värskelt lõigatud sakk muidu paljaks jääks.

Puhastamise integreerimine liinile, mitte selle kõrvale

Eraldi partiijaamana paigaldatud puhastusmasin lahendab pinnaprobleemi ja tekitab ajakava probleemi. Kasu väheneb iga minutiga puhastamise ja keevitamise vahel, täiendav käsitsemine toob kaasa uue saaste ja jaam lisab tööjõudu, mille automatiseerimine pidi eemaldama.

Integratsiooniloogika on lihtne:

• Puhastage viimases jaamas enne keevitamist, samal ülekandeteel, määratud ja jälgitava intervalliga.
• Tõmmake peas olev sulg välja, mille filtri suurus on mõeldud pigem ablatsioonikoormuse kui üldventilatsiooni jaoks.
• Jälgige tulemust, sest vaikselt võimsust kaotav või fookuses triiviv puhastussüsteem annab pinna, mis näeb välja puhas ja keevitub nagu oksiidiga kaetud. Protsessi peegeldus- või plasmaemissiooni tagasiside tagab kontrolli ilma liini peatamata.
• Sobitage puhastuspea keevitusmeetodiga: Ultraheli lehtkeevitus ja laserkeevitus nõuavad erinevaid pinnaspetsifikatsioone ja ühe jaoks määratud süsteem ei teeninda teist automaatselt.

Siin on protsesside järjestus olulisem kui ükski masin. Puhastamine, lõikamine ja keevitamine on üks pidev pinna ajalugu ning seadmed, mis neid etappe läbivad, tuleks määratleda ühe ulatusena. TOB New Energy tarnibakulipikute keevitusmasina jaamad elektroodide ja voolukollektorite ultraheli- ja laserühendamiseksülesvoolu lõike- ja puhastusasend on määratletud sama liinipaigutuse osana, nii et ettevalmistamise ja ühendamise vaheline intervall on pigem kavandatud kui kasutuselevõtu käigus avastatud.

Elektroodiprofiilide puhul, mis arendamise käigus muutuvad, kehtib sama loogika ka sälkude tegemisel:laserelektroodide stantslõikamine koos tööriistavaba profiilivahetuse ja jäsemeteta servadegaeemaldab stantsi maksumuse ja stantsivahetuse seisaku, mis muidu katkestab pinna ajaloo katmise ja keevitamise vahel.

KKK: Tab Laserpuhastus ja keevisõmbluse tugevus

Kas laserpuhastus suurendab tegelikult saki keevisõmbluse tõmbetugevust?
Jah. 0,2 mm alumiiniumlapi tüüpilised kvalifikatsiooniandmed näitavad, et tõmbetugevus liigub pärast puhastamist 25–40 N-lt 45–65 N-ni, kusjuures hajumine langeb alla 10% CV.

Kui kiiresti alumiiniumoksiid pärast puhastamist uuesti kasvab?
Umbes 1–2 nm mõne minuti jooksul välisõhus, jätkudes tundide jooksul 5–10 nm suunas. Seetõttu on puhastamine sees, vahetult enne keevitamist, mitte eraldi partii etapina.

Kas laserpuhastus võib kahjustada õhukest lipikooli?
Õige parameetri korral mitte. Protsess on isepiiruv: kui oksiid on eemaldatud, tõuseb metalli peegeldusvõime ja impulsi neeldumine langeb järsult. Vale sujuvus või fookus võib siiski pinda märgistada, seega on vaja parameetrite valideerimist fooliumi tegeliku paksuse kohta.

Miks kasutada sakkide stantsimise asemel laserlõikamist?
Laserlõikamine hoiab tööriista kulumiseta alla 10–15 µm ja muudab geomeetriat, laadides uue teefaili. Stantsilõikepurk kasvab teritusintervalli ulatuses ja iga uus saki kuju nõuab uut stantsi.

Kas puhastusetapp asendab keevisõmbluse jälgimise vajaduse?
Ei. Puhastamine eemaldab ühe muutuja; see ei kontrolli keevisõmblust. Koaksiaalse keevisõmbluse jälgimine ja tõmbetesti proovide võtmine on endiselt vajalik ning puhastusprotsessi tagasiside - peegeldus või plasmaemissioon - kinnitab, et puhastusetapp ise töötab endiselt.

Tehniline viide, mille on koostanud TOB New Energy protsesside insenerirühm, mis käsitleb silindriliste, prismakujuliste ja kottide montaažiliinide silindriliste, prismakujuliste ja kottide ettevalmistamise ja keevitamise integreerimise tööd. Konkreetse vahelehtede virna tõmbetugevuse ja vastupidavuse kvalifitseerimiseks võtke LinkedInis ühendust dr Dany Huangiga või esitage keevituskupongid Xiameni rakenduslaborisse.