चौरस ॲल्युमिनियम शेल लिथियम बॅटरींचे साधी रचना, चांगला आघात प्रतिरोध, उच्च ऊर्जा घनता आणि मोठी सेल क्षमता असे अनेक फायदे आहेत. देशांतर्गत लिथियम बॅटरी उत्पादन आणि विकासाची ही नेहमीच मुख्य दिशा राहिली आहे, आणि बाजारात तिचा वाटा ४०% पेक्षा जास्त आहे.
चौरस ॲल्युमिनियम शेल लिथियम बॅटरीची रचना आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे आहे, जी बॅटरी कोर (पॉझिटिव्ह आणि निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड शीट्स, सेपरेटर), इलेक्ट्रोलाइट, शेल, टॉप कव्हर आणि इतर घटकांनी बनलेली असते.
चौरस ॲल्युमिनियम शेल लिथियम बॅटरी संरचना
चौरस ॲल्युमिनियम शेल लिथियम बॅटरीच्या उत्पादन आणि जुळवणी प्रक्रियेदरम्यान, मोठ्या संख्येनेलेझर वेल्डिंगबॅटरी सेल आणि कव्हर प्लेट्सच्या सॉफ्ट कनेक्शन्सचे वेल्डिंग, कव्हर प्लेट सीलिंग वेल्डिंग, सीलिंग नेल वेल्डिंग इत्यादी प्रक्रिया आवश्यक आहेत. प्रिझमॅटिक पॉवर बॅटरीसाठी लेझर वेल्डिंग ही मुख्य वेल्डिंग पद्धत आहे. तिच्या उच्च ऊर्जा घनता, चांगली पॉवर स्थिरता, उच्च वेल्डिंग अचूकता, सुलभ पद्धतशीर एकत्रीकरण आणि इतर अनेक फायद्यांमुळे,लेझर वेल्डिंगप्रिझमॅटिक ॲल्युमिनियम शेल लिथियम बॅटरीच्या उत्पादन प्रक्रियेत भूमिका अपरिहार्य आहे.
मेव्हेन ४-अक्षीय स्वयंचलित गॅल्व्हनोमीटर प्लॅटफॉर्मफायबर लेझर वेल्डिंग मशीन
स्क्वेअर ॲल्युमिनियम शेल बॅटरीमध्ये टॉप कव्हर सीलची वेल्डिंग सीम ही सर्वात लांब वेल्डिंग सीम असते आणि ती वेल्ड करण्यासाठी सर्वात जास्त वेळ घेणारी वेल्डिंग सीम देखील आहे. अलिकडच्या वर्षांत, लिथियम बॅटरी उत्पादन उद्योगाचा वेगाने विकास झाला आहे आणि टॉप कव्हर सीलिंग लेझर वेल्डिंग प्रक्रिया तंत्रज्ञान आणि त्याच्या उपकरण तंत्रज्ञानाचाही वेगाने विकास झाला आहे. उपकरणांच्या वेगवेगळ्या वेल्डिंग गती आणि कार्यक्षमतेच्या आधारावर, आम्ही टॉप कव्हर लेझर वेल्डिंग उपकरणे आणि प्रक्रियांचे साधारणपणे तीन युगांमध्ये विभाजन करतो. ते म्हणजे १.० युग (२०१५-२०१७) ज्यात वेल्डिंग गती <१०० मिमी/से होती, २.० युग (२०१७-२०१८) ज्यात १००-२०० मिमी/से होती, आणि ३.० युग (२०१९-) ज्यात २००-३०० मिमी/से होती. खालीलप्रमाणे काळाच्या ओघात तंत्रज्ञानाच्या विकासाची ओळख करून दिली जाईल:
१. टॉप कव्हर लेझर वेल्डिंग तंत्रज्ञानाचे १.० युग
वेल्डिंग गती＜१०० मिमी/सेकंद
२०१५ ते २०१७ या काळात, धोरणांमुळे प्रेरित होऊन देशांतर्गत नवीन ऊर्जा वाहनांमध्ये मोठी वाढ झाली आणि पॉवर बॅटरी उद्योगाचा विस्तार होऊ लागला. तथापि, देशांतर्गत उद्योगांकडील तंत्रज्ञान संचय आणि प्रतिभावान मनुष्यबळ अजूनही तुलनेने कमी आहे. संबंधित बॅटरी उत्पादन प्रक्रिया आणि उपकरण तंत्रज्ञान देखील प्राथमिक अवस्थेत आहे, आणि उपकरणांच्या स्वयंचलनाची पातळी तुलनेने कमी आहे. उपकरण उत्पादकांनी पॉवर बॅटरी उत्पादनाकडे लक्ष देण्यास आणि संशोधन व विकासामध्ये गुंतवणूक वाढवण्यास नुकतीच सुरुवात केली आहे. या टप्प्यावर, स्क्वेअर बॅटरी लेझर सीलिंग उपकरणांसाठी उद्योगाची उत्पादन कार्यक्षमता आवश्यकता साधारणपणे ६-१० पीपीएम (PPM) असते. या उपकरण प्रणालीमध्ये सामान्यतः १ किलोवॅट (kw) फायबर लेझरचा वापर केला जातो, जो एका सामान्य नळीद्वारे प्रकाश उत्सर्जित करतो.लेझर वेल्डिंग हेड(चित्रात दाखवल्याप्रमाणे), आणि वेल्डिंग हेड सर्वो प्लॅटफॉर्म मोटर किंवा लिनियर मोटरद्वारे चालवले जाते. हालचाल आणि वेल्डिंग, वेल्डिंगचा वेग ५०-१०० मिमी/से.
बॅटरी कोरचे वरचे झाकण वेल्ड करण्यासाठी १ किलोवॅट लेझरचा वापर करणे
मध्येलेझर वेल्डिंगप्रक्रियेमध्ये, तुलनेने कमी वेल्डिंग गती आणि वेल्डच्या तुलनेने जास्त थर्मल सायकल वेळेमुळे, वितळलेल्या पूलला वाहण्यासाठी आणि घट्ट होण्यासाठी पुरेसा वेळ मिळतो, आणि संरक्षक वायू वितळलेल्या पूलला चांगल्या प्रकारे झाकू शकतो, ज्यामुळे खाली दर्शविल्याप्रमाणे, एक गुळगुळीत आणि पूर्ण पृष्ठभाग, तसेच चांगल्या सुसंगततेसह वेल्ड्स मिळवणे सोपे होते.
वरच्या आवरणाच्या कमी वेगाच्या वेल्डिंगसाठी वेल्ड सीम तयार करणे
उपकरणांच्या बाबतीत बोलायचे झाल्यास, जरी उत्पादन कार्यक्षमता जास्त नसली तरी, उपकरणांची रचना तुलनेने सोपी, स्थिरता चांगली आणि किंमत कमी आहे, ज्यामुळे या टप्प्यावरील उद्योग विकासाच्या गरजा चांगल्या प्रकारे पूर्ण होतात आणि पुढील तांत्रिक विकासाचा पाया घातला जातो.
जरी टॉप कव्हर सीलिंग वेल्डिंग १.० युगामध्ये सोपी उपकरणे, कमी खर्च आणि चांगली स्थिरता हे फायदे असले तरी, त्याच्या अंगभूत मर्यादा देखील खूप स्पष्ट आहेत. उपकरणांच्या बाबतीत, मोटरची चालन क्षमता पुढील वेग वाढवण्याची मागणी पूर्ण करू शकत नाही; तंत्रज्ञानाच्या बाबतीत, केवळ वेल्डिंगचा वेग आणि लेझर पॉवर आउटपुट आणखी वाढवल्याने वेल्डिंग प्रक्रियेत अस्थिरता येते आणि उत्पादनात घट होते: वेग वाढल्याने वेल्डिंग थर्मल सायकलची वेळ कमी होते, आणि धातू वितळण्याची प्रक्रिया अधिक तीव्र होते, स्पॅटर वाढतो, अशुद्धींशी जुळवून घेण्याची क्षमता कमी होते आणि स्पॅटर होल्स तयार होण्याची शक्यता अधिक असते. त्याच वेळी, वितळलेल्या पूलचा घनीभवन वेळ कमी होतो, ज्यामुळे वेल्डचा पृष्ठभाग खडबडीत होतो आणि सुसंगतता कमी होते. जेव्हा लेझर स्पॉट लहान असतो, तेव्हा उष्णता इनपुट जास्त नसते आणि स्पॅटर कमी होऊ शकतो, परंतु वेल्डचे खोली-रुंदी गुणोत्तर मोठे असते आणि वेल्डची रुंदी पुरेशी नसते; जेव्हा लेझर स्पॉट मोठा असतो, तेव्हा वेल्डची रुंदी वाढवण्यासाठी जास्त लेझर पॉवर इनपुट करणे आवश्यक असते. मोठे असले तरी, त्यामुळे वेल्डिंग स्पॅटर वाढेल आणि वेल्डच्या पृष्ठभागाच्या निर्मितीची गुणवत्ता खराब होईल. या टप्प्यावरील तांत्रिक पातळीनुसार, पुढील वेगवाढीचा अर्थ असा आहे की कार्यक्षमतेसाठी उत्पादनाशी तडजोड करावी लागेल आणि उपकरणे व प्रक्रिया तंत्रज्ञानातील सुधारणेच्या आवश्यकता उद्योगाची मागणी बनल्या आहेत.
२. टॉप कव्हरचे २.० युगलेझर वेल्डिंगतंत्रज्ञान
वेल्डिंगचा वेग २०० मिमी/से
२०१६ मध्ये, चीनची ऑटोमोबाईल पॉवर बॅटरीची स्थापित क्षमता अंदाजे ३०.८ GWh होती, २०१७ मध्ये ती अंदाजे ३६ GWh झाली आणि २०१८ मध्ये त्यात आणखी मोठी वाढ झाली, स्थापित क्षमता ५७ GWh पर्यंत पोहोचली, जी मागील वर्षाच्या तुलनेत ५७% वाढ दर्शवते. नवीन ऊर्जा प्रवासी वाहनांसाठी देखील जवळपास दहा लाख बॅटरी तयार झाल्या, जी मागील वर्षाच्या तुलनेत ८०.७% वाढ दर्शवते. स्थापित क्षमतेतील या प्रचंड वाढीमागे लिथियम बॅटरी उत्पादन क्षमतेत झालेली वाढ हे कारण आहे. नवीन ऊर्जा प्रवासी वाहनांच्या बॅटरीचा स्थापित क्षमतेत ५०% पेक्षा जास्त वाटा आहे, याचा अर्थ असाही होतो की बॅटरीची कार्यक्षमता आणि गुणवत्तेसाठी उद्योगाच्या आवश्यकता अधिकाधिक कठोर होतील आणि त्यासोबतच उत्पादन उपकरण तंत्रज्ञान आणि प्रक्रिया तंत्रज्ञानातील सुधारणा देखील एका नवीन युगात प्रवेश करत आहेत: सिंगल-लाइन उत्पादन क्षमतेच्या आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी, टॉप कव्हर लेझर वेल्डिंग उपकरणांची उत्पादन क्षमता १५-२० PPM पर्यंत वाढवणे आवश्यक आहे, आणि त्याचीलेझर वेल्डिंगवेग १५०-२०० मिमी/सेकंद पर्यंत पोहोचणे आवश्यक आहे. त्यामुळे, ड्राइव्ह मोटर्सच्या बाबतीत, विविध उपकरण उत्पादकांनी लिनियर मोटर प्लॅटफॉर्म अपग्रेड केला आहे, जेणेकरून त्याची गती यंत्रणा आयताकृती मार्गावर २०० मिमी/सेकंद एकसमान वेगाने वेल्डिंग करण्याच्या गती कार्यक्षमतेच्या आवश्यकता पूर्ण करेल; तथापि, उच्च-गती वेल्डिंगमध्ये वेल्डिंगची गुणवत्ता कशी सुनिश्चित करावी यासाठी पुढील प्रक्रियात्मक प्रगतीची आवश्यकता आहे, आणि उद्योगातील कंपन्यांनी अनेक शोध आणि अभ्यास केले आहेत: १.० युगाच्या तुलनेत, २.० युगात उच्च-गती वेल्डिंगसमोरील समस्या ही आहे की: सामान्य वेल्डिंग हेड्समधून एक-बिंदू प्रकाश स्रोत बाहेर टाकण्यासाठी सामान्य फायबर लेझर्स वापरल्यास, २०० मिमी/सेकंदची आवश्यकता पूर्ण करणे कठीण होते.
मूळ तांत्रिक उपायामध्ये, वेल्डिंगचा आकार देण्याचा परिणाम केवळ कॉन्फिगरेशन पर्याय, स्पॉटचा आकार आणि लेझर पॉवरसारखे मूलभूत पॅरामीटर्स समायोजित करूनच नियंत्रित केला जाऊ शकतो: जेव्हा लहान स्पॉट असलेले कॉन्फिगरेशन वापरले जाते, तेव्हा वेल्डिंग पूलचे कीहोल लहान होते, पूलचा आकार अस्थिर होतो आणि वेल्डिंग अस्थिर होते. सीम फ्यूजनची रुंदी देखील तुलनेने कमी असते; जेव्हा मोठ्या लाईट स्पॉटचे कॉन्फिगरेशन वापरले जाते, तेव्हा कीहोल वाढते, परंतु वेल्डिंग पॉवर लक्षणीयरीत्या वाढते आणि स्पॅटर व ब्लास्ट होलचे प्रमाणही लक्षणीयरीत्या वाढते.
सैद्धांतिकदृष्ट्या, जर तुम्हाला उच्च-गतीच्या वेल्ड निर्मितीचा प्रभाव सुनिश्चित करायचा असेल तरलेझर वेल्डिंगवरच्या आवरणासाठी, तुम्हाला खालील आवश्यकता पूर्ण करणे आवश्यक आहे:
① वेल्डिंग सीमची रुंदी पुरेशी असते आणि वेल्डिंग सीमच्या खोली-रुंदीचे गुणोत्तर योग्य असते, ज्यासाठी प्रकाश स्रोताची उष्णता क्रिया श्रेणी पुरेशी मोठी असणे आणि वेल्डिंग लाइन ऊर्जा वाजवी मर्यादेत असणे आवश्यक आहे;
2) वेल्ड गुळगुळीत असतो, यासाठी वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान वेल्डचा थर्मल सायकल वेळ पुरेसा लांब असणे आवश्यक आहे जेणेकरून वितळलेल्या पूलमध्ये पुरेशी तरलता असेल आणि संरक्षक वायूच्या संरक्षणाखाली वेल्ड घनीभूत होऊन एक गुळगुळीत धातूचा वेल्ड तयार होईल;
३. वेल्ड सीममध्ये चांगली सुसंगतता असते आणि त्यात कमी छिद्रे असतात. यासाठी वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान, लेझर वर्कपीसवर स्थिरपणे कार्य करणे आणि उच्च-ऊर्जा बीम प्लाझ्मा सतत निर्माण होऊन वितळलेल्या भागाच्या आत कार्य करणे आवश्यक असते. प्लाझ्माच्या प्रतिक्रिया बलामुळे वितळलेला भाग 'की' (key) म्हणजेच 'छिद्र' तयार करतो. हे छिद्र पुरेसे मोठे आणि स्थिर असते, जेणेकरून निर्माण झालेली धातूची वाफ आणि प्लाझ्मा सहजपणे बाहेर पडून धातूचे थेंब उडवत नाहीत, ज्यामुळे स्प्लॅश (उछाल) तयार होतो. तसेच, कीहोलच्या सभोवतालचा वितळलेला भाग सहजपणे कोसळत नाही आणि त्यात वायू मिसळत नाही. वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान बाह्य वस्तू जळल्या आणि वायू स्फोटकपणे बाहेर पडले तरीही, मोठे कीहोल स्फोटक वायू बाहेर पडण्यास अधिक अनुकूल ठरते आणि धातूचे स्पॅटर (उडणारे कण) व तयार होणारी छिद्रे कमी करते.
वरील मुद्द्यांना प्रतिसाद म्हणून, उद्योगातील बॅटरी उत्पादन कंपन्या आणि उपकरण उत्पादन कंपन्यांनी विविध प्रयत्न आणि पद्धती अवलंबल्या आहेत: जपानमध्ये अनेक दशकांपासून लिथियम बॅटरी उत्पादन विकसित केले गेले आहे आणि संबंधित उत्पादन तंत्रज्ञानाने आघाडी घेतली आहे.
2004 मध्ये, जेव्हा फायबर लेझर तंत्रज्ञान अद्याप मोठ्या प्रमाणावर व्यावसायिकरित्या वापरले गेले नव्हते, तेव्हा पॅनासोनिकने मिश्र आउटपुटसाठी एलडी सेमीकंडक्टर लेझर आणि पल्स लॅम्प-पंप केलेले YAG लेझर वापरले (ही योजना खालील चित्रात दर्शविली आहे).
मल्टी-लेझर हायब्रीड वेल्डिंग तंत्रज्ञानाची योजनाबद्ध आकृती आणि वेल्डिंग हेडची रचना
स्पंदित द्वारे निर्माण झालेला उच्च-शक्ती घनतेचा प्रकाश ठिपकाYAG लेझरपुरेसे वेल्डिंग पेनिट्रेशन मिळवण्यासाठी वेल्डिंग होल तयार करण्याकरिता, वर्कपीसवर एका लहान स्पॉटद्वारे क्रिया केली जाते. त्याच वेळी, वर्कपीसला प्रीहीट करण्यासाठी आणि वेल्ड करण्यासाठी, LD सेमीकंडक्टर लेसरचा वापर CW कंटीन्युअस लेसर पुरवण्यासाठी केला जातो. वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान तयार होणारा वितळलेला पूल (मोल्टन पूल) मोठे वेल्डिंग होल मिळवण्यासाठी, वेल्डिंग सीमची रुंदी वाढवण्यासाठी आणि वेल्डिंग होल बंद होण्याचा वेळ वाढवण्यासाठी अधिक ऊर्जा पुरवतो, ज्यामुळे वितळलेल्या पूलमधील वायू बाहेर पडण्यास मदत होते आणि वेल्डिंग सीमची पोरोसिटी कमी होते, जसे खाली दर्शविले आहे.
संकरितचा योजनाबद्ध आकृतीलेझर वेल्डिंग
या तंत्रज्ञानाचा वापर करून,YAG लेझरआणि केवळ काहीशे वॅट शक्तीच्या एलडी लेझर्सचा वापर करून पातळ लिथियम बॅटरी केसेस ८० मिमी/सेकंद या उच्च वेगाने वेल्ड केल्या जाऊ शकतात. वेल्डिंगचा परिणाम आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे आहे.
वेगवेगळ्या प्रक्रिया मापदंडांनुसार वेल्ड मॉर्फोलॉजी
फायबर लेझर्सच्या विकास आणि वाढीमुळे, चांगला बीम दर्जा, उच्च फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण कार्यक्षमता, दीर्घायुष्य, सुलभ देखभाल आणि उच्च शक्ती यांसारख्या अनेक फायद्यांमुळे लेझर मेटल प्रोसेसिंगमध्ये फायबर लेझर्सनी हळूहळू पल्स्ड YAG लेझर्सची जागा घेतली आहे.
त्यामुळे, वरील लेझर हायब्रीड वेल्डिंग सोल्यूशनमधील लेझरचे संयोजन फायबर लेझर + एलडी सेमीकंडक्टर लेझरमध्ये विकसित झाले आहे, आणि लेझर एका विशेष प्रोसेसिंग हेडद्वारे (वेल्डिंग हेड आकृती ७ मध्ये दाखवले आहे) सह-अक्षीयपणे बाहेर टाकला जातो. वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान, लेझरच्या कार्याची यंत्रणा सारखीच असते.
कंपोझिट लेझर वेल्डिंग जॉइंट
या योजनेत, स्पंदितYAG लेझरत्याऐवजी उत्तम बीम गुणवत्ता, अधिक शक्ती आणि अखंड आउटपुट असलेला फायबर लेझर वापरला जातो, ज्यामुळे वेल्डिंगचा वेग मोठ्या प्रमाणात वाढतो आणि उत्तम वेल्डिंग गुणवत्ता मिळते (वेल्डिंगचा परिणाम आकृती ८ मध्ये दर्शविला आहे). त्यामुळे, काही ग्राहक या योजनेला पसंती देतात. सध्या, हा उपाय पॉवर बॅटरीच्या टॉप कव्हर सीलिंग वेल्डिंगच्या उत्पादनात वापरला गेला आहे आणि यामध्ये २०० मिमी/सेकंद इतका वेल्डिंग वेग गाठता येतो.
हायब्रीड लेझर वेल्डिंगद्वारे टॉप कव्हर वेल्डचे स्वरूप
जरी दुहेरी-तरंगलांबी लेझर वेल्डिंग सोल्यूशनमुळे हाय-स्पीड वेल्डिंगमधील वेल्ड स्थिरतेची समस्या सुटते आणि बॅटरी सेल टॉप कव्हर्सच्या हाय-स्पीड वेल्डिंगच्या वेल्ड गुणवत्तेच्या आवश्यकता पूर्ण होतात, तरीही उपकरण आणि प्रक्रियेच्या दृष्टिकोनातून या सोल्यूशनमध्ये अजूनही काही समस्या आहेत.
सर्वप्रथम, या सोल्यूशनचे हार्डवेअर घटक तुलनेने गुंतागुंतीचे आहेत, ज्यासाठी दोन वेगवेगळ्या प्रकारच्या लेझर्सचा आणि विशेष ड्युअल-वेव्हलेंथ लेझर वेल्डिंग जॉइंट्सचा वापर आवश्यक असतो, ज्यामुळे उपकरणांच्या गुंतवणुकीचा खर्च वाढतो, उपकरणांच्या देखभालीची अडचण वाढते आणि उपकरण निकामी होण्याची संभाव्य ठिकाणे वाढतात;
दुसरे, दुहेरी-तरंगलांबीलेझर वेल्डिंगवापरलेला जोड हा लेन्सच्या अनेक संचांनी बनलेला असतो (आकृती ४ पहा). सामान्य वेल्डिंग जोडांच्या तुलनेत यात ऊर्जेचा अपव्यय जास्त असतो, आणि दुहेरी-तरंगलांबी लेसरचे सहअक्षीय आउटपुट सुनिश्चित करण्यासाठी लेन्सची स्थिती योग्य ठिकाणी समायोजित करणे आवश्यक असते. तसेच, एका निश्चित नाभीय प्रतलावर लक्ष केंद्रित केल्यामुळे, दीर्घकाळ उच्च-गतीने चालवल्यास, लेन्सची स्थिती सैल होऊ शकते, ज्यामुळे प्रकाशीय मार्गात बदल होतात आणि वेल्डिंगच्या गुणवत्तेवर परिणाम होतो, म्हणून हाताने पुन्हा समायोजन करणे आवश्यक असते;
तिसरे, वेल्डिंग करताना लेझरचे परावर्तन तीव्र असते आणि त्यामुळे उपकरणे व घटकांचे सहज नुकसान होऊ शकते. विशेषतः सदोष उत्पादने दुरुस्त करताना, गुळगुळीत वेल्ड पृष्ठभाग मोठ्या प्रमाणात लेझर प्रकाश परावर्तित करतो, ज्यामुळे सहजपणे लेझर अलार्म वाजू शकतो आणि दुरुस्तीसाठी प्रक्रिया पॅरामीटर्समध्ये बदल करण्याची आवश्यकता असते.
वरील समस्या सोडवण्यासाठी, आपल्याला संशोधनाचा दुसरा मार्ग शोधावा लागेल. २०१७-२०१८ मध्ये, आम्ही उच्च-वारंवारता दोलनाचा अभ्यास केला.लेझर वेल्डिंगबॅटरीच्या टॉप कव्हरचे तंत्रज्ञान विकसित करून ते उत्पादन वापरासाठी आणले. लेझर बीम हाय-फ्रिक्वेन्सी स्विंग वेल्डिंग (यापुढे स्विंग वेल्डिंग म्हणून संबोधले जाईल) ही 200mm/s वेगाची आणखी एक सध्याची उच्च-गती वेल्डिंग प्रक्रिया आहे.
हायब्रीड लेझर वेल्डिंग सोल्यूशनच्या तुलनेत, या सोल्यूशनच्या हार्डवेअर भागासाठी फक्त एका सामान्य फायबर लेझरला ऑसिलेटिंग लेझर वेल्डिंग हेडसोबत जोडण्याची आवश्यकता असते.
डगमगणारे वेल्डिंग हेड
वेल्डिंग हेडच्या आत एक मोटर-चालित परावर्तक लेन्स असते, जिला प्रोग्राम करून डिझाइन केलेल्या मार्गाच्या प्रकारानुसार (सामान्यतः वर्तुळाकार, एस-आकाराचा, ८-आकाराचा, इत्यादी), स्विंग अॅम्प्लिट्यूड आणि फ्रिक्वेन्सीनुसार लेझरला स्विंग करण्यासाठी नियंत्रित केले जाऊ शकते. वेगवेगळ्या स्विंग पॅरामीटर्समुळे वेल्डिंग क्रॉस सेक्शन वेगवेगळ्या आकारांत आणि मापांत मिळू शकतो.
वेगवेगळ्या स्विंग ट्रॅजेक्टरीखाली मिळवलेले वेल्ड
वर्कपीसच्या मधल्या फटीवर वेल्डिंग करण्यासाठी, हाय-फ्रिक्वेन्सी स्विंग वेल्डिंग हेड एका लिनियर मोटरद्वारे चालवले जाते. सेल शेलच्या भिंतीच्या जाडीनुसार, योग्य स्विंग ट्रॅजेक्टरीचा प्रकार आणि अॅम्प्लिट्यूड निवडले जातात. वेल्डिंग दरम्यान, स्थिर लेझर बीम फक्त V-आकाराचा वेल्ड क्रॉस सेक्शन तयार करतो. तथापि, स्विंग वेल्डिंग हेडद्वारे चालवल्यामुळे, बीम स्पॉट फोकल प्लेनवर उच्च वेगाने फिरतो, ज्यामुळे एक गतिशील आणि फिरणारे वेल्डिंग कीहोल तयार होते, ज्याद्वारे योग्य वेल्ड डेप्थ-टू-विड्थ रेशो मिळवता येतो;
फिरणारे वेल्डिंग कीहोल वेल्डला ढवळते. एकीकडे, ते वायू बाहेर पडण्यास मदत करते आणि वेल्डमधील छिद्रे कमी करते, तसेच वेल्ड स्फोट बिंदूवरील बारीक छिद्रे दुरुस्त करण्यावरही त्याचा काही प्रमाणात परिणाम होतो (आकृती १२ पहा). दुसरीकडे, वेल्ड धातू एका विशिष्ट क्रमाने गरम आणि थंड होतो. या प्रवाहामुळे वेल्डच्या पृष्ठभागावर माशाच्या खवल्यांसारखा नियमित आणि सुव्यवस्थित नमुना दिसतो.
स्विंग वेल्डिंग सीम फॉर्मिंग
वेगवेगळ्या स्विंग पॅरामीटर्स अंतर्गत पेंट दूषित होण्याबाबत वेल्ड्सची अनुकूलता
वरील मुद्दे टॉप कव्हरच्या हाय-स्पीड वेल्डिंगसाठीच्या तीन मूलभूत गुणवत्ता आवश्यकता पूर्ण करतात. या उपायाचे इतर फायदे आहेत:
① बहुतेक लेझर शक्ती डायनॅमिक कीहोलमध्ये इंजेक्ट केली जात असल्यामुळे, बाह्य विखुरलेली लेझर कमी होते, त्यामुळे कमी लेझर शक्तीची आवश्यकता असते आणि वेल्डिंग उष्णता इनपुट तुलनेने कमी असते (कंपोझिट वेल्डिंगपेक्षा 30% कमी), ज्यामुळे उपकरणांचे नुकसान आणि ऊर्जेचा अपव्यय कमी होतो;
2) स्विंग वेल्डिंग पद्धतीमध्ये वर्कपीसच्या असेंब्ली गुणवत्तेशी जुळवून घेण्याची उच्च क्षमता असते आणि असेंब्लीच्या टप्प्यांसारख्या समस्यांमुळे होणारे दोष कमी होतात;
③स्विंग वेल्डिंग पद्धतीचा वेल्ड होलच्या दुरुस्तीवर प्रभावी परिणाम होतो आणि बॅटरी कोअर वेल्ड होल दुरुस्त करण्यासाठी ही पद्धत वापरण्याचा उत्पादन दर अत्यंत उच्च आहे;
④प्रणाली सोपी आहे आणि उपकरणांचे डीबगिंग आणि देखभाल सोपी आहे.
३. टॉप कव्हर लेझर वेल्डिंग तंत्रज्ञानाचे ३.० युग
वेल्डिंगचा वेग ३०० मिमी/सेकंद
नवीन ऊर्जा अनुदानात सातत्याने घट होत असल्याने, बॅटरी उत्पादन उद्योगाची जवळपास संपूर्ण औद्योगिक साखळी तोट्यात गेली आहे. हा उद्योग पुनर्रचनेच्या काळातही दाखल झाला असून, मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन आणि तांत्रिक लाभ असलेल्या आघाडीच्या कंपन्यांचे प्रमाण आणखी वाढले आहे. परंतु त्याच वेळी, “गुणवत्ता सुधारणे, खर्च कमी करणे आणि कार्यक्षमता वाढवणे” हा अनेक कंपन्यांचा मुख्य उद्देश बनेल.
कमी किंवा शून्य अनुदानाच्या काळात, केवळ तंत्रज्ञानात टप्प्याटप्प्याने सुधारणा करून, उत्पादन कार्यक्षमता वाढवून, एका बॅटरीचा उत्पादन खर्च कमी करून आणि उत्पादनाची गुणवत्ता सुधारूनच आपण स्पर्धेत जिंकण्याची अतिरिक्त संधी मिळवू शकतो.
हान्स लेझर बॅटरी सेलच्या टॉप कव्हर्ससाठी हाय-स्पीड वेल्डिंग तंत्रज्ञानावरील संशोधनात गुंतवणूक करत आहे. वर नमूद केलेल्या विविध प्रक्रिया पद्धतींव्यतिरिक्त, ते बॅटरी सेलच्या टॉप कव्हर्ससाठी ॲन्युलर स्पॉट लेझर वेल्डिंग तंत्रज्ञान आणि गॅल्व्हनोमीटर लेझर वेल्डिंग तंत्रज्ञान यांसारख्या प्रगत तंत्रज्ञानाचाही अभ्यास करते.
उत्पादन कार्यक्षमता आणखी सुधारण्यासाठी, ३०० मिमी/सेकंद आणि त्याहून अधिक वेगाने टॉप कव्हर वेल्डिंग तंत्रज्ञानाचा शोध घेणे. हान्स लेझरने २०१७-२०१८ मध्ये स्कॅनिंग गॅल्व्हनोमीटर लेझर वेल्डिंग सीलिंगचा अभ्यास केला, गॅल्व्हनोमीटर वेल्डिंग दरम्यान वर्कपीसच्या कठीण गॅस संरक्षणाच्या आणि वेल्ड पृष्ठभाग तयार होण्याच्या खराब परिणामाच्या तांत्रिक अडचणींवर मात केली, आणि ४००-५०० मिमी/सेकंदचा वेग गाठला.लेझर वेल्डिंगसेलच्या वरच्या कव्हरचे. २६१४८ बॅटरीसाठी वेल्डिंगला फक्त १ सेकंद लागतो.
तथापि, उच्च कार्यक्षमतेमुळे, त्याच कार्यक्षमतेशी जुळणारी पूरक उपकरणे विकसित करणे अत्यंत कठीण आहे आणि उपकरणांची किंमतही जास्त आहे. त्यामुळे, या सोल्यूशनसाठी पुढील व्यावसायिक अनुप्रयोग विकास केला गेला नाही.
पुढील विकासासहफायबर लेझरतंत्रज्ञानाच्या साहाय्याने, थेट वलयाकार प्रकाशबिंदू बाहेर टाकू शकणारे नवीन उच्च-शक्तीचे फायबर लेझर्स सादर करण्यात आले आहेत. या प्रकारचे लेझर विशेष बहु-स्तरीय ऑप्टिकल फायबरद्वारे बिंदू-वलयाकार लेझर स्पॉट्स बाहेर टाकू शकतात आणि आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, स्पॉटचा आकार व शक्तीचे वितरण समायोजित केले जाऊ शकते.
वेगवेगळ्या स्विंग ट्रॅजेक्टरीखाली मिळवलेले वेल्ड
समायोजनाद्वारे, लेझर शक्ती घनतेचे वितरण स्पॉट-डोनट-टॉपहॅट या आकारात बनवता येते. आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, या प्रकारच्या लेझरला कोरोना असे म्हणतात.
समायोजित करण्यायोग्य लेझर बीम (अनुक्रमे: मध्यवर्ती प्रकाश, मध्यवर्ती प्रकाश + रिंग लाइट, रिंग लाइट, दोन रिंग लाइट्स)
२०१८ मध्ये, ॲल्युमिनियम शेल बॅटरी सेलच्या टॉप कव्हर्सच्या वेल्डिंगमध्ये या प्रकारच्या अनेक लेझर्सच्या वापराची चाचणी घेण्यात आली आणि कोरोना लेझरवर आधारित, बॅटरी सेलच्या टॉप कव्हर्सच्या लेझर वेल्डिंगसाठी ३.० प्रक्रिया तंत्रज्ञान सोल्यूशनवर संशोधन सुरू करण्यात आले. जेव्हा कोरोना लेझर पॉइंट-रिंग मोड आउटपुट देतो, तेव्हा त्याच्या आउटपुट बीमची पॉवर डेन्सिटी वितरण वैशिष्ट्ये सेमीकंडक्टर + फायबर लेझरच्या संयुक्त आउटपुटसारखी असतात.
वेल्डिंग प्रक्रियेदरम्यान, उच्च शक्ती घनतेचा केंद्र बिंदू प्रकाश पुरेसा वेल्डिंग प्रवेश मिळविण्यासाठी खोल प्रवेश वेल्डिंगसाठी कीहोल तयार करतो (हायब्रीड वेल्डिंग सोल्यूशनमधील फायबर लेसरच्या आउटपुटप्रमाणे), आणि रिंग लाइट अधिक उष्णता इनपुट प्रदान करतो, कीहोल मोठा करतो, कीहोलच्या काठावरील द्रव धातूवर धातूच्या वाफेचा आणि प्लाझ्माचा प्रभाव कमी करतो, परिणामी धातूचे उडणे कमी करतो आणि वेल्डचा थर्मल सायकल वेळ वाढवतो, वितळलेल्या पूलमधील वायूला अधिक काळ बाहेर पडण्यास मदत करतो, उच्च-गती वेल्डिंग प्रक्रियेची स्थिरता सुधारतो (हायब्रीड वेल्डिंग सोल्यूशन्समधील सेमीकंडक्टर लेसरच्या आउटपुटप्रमाणे).
चाचणीमध्ये, आम्ही पातळ-भिंतीच्या शेल बॅटरी वेल्ड केल्या आणि आढळले की वेल्ड आकारातील सुसंगतता चांगली होती आणि प्रक्रिया क्षमता CPK चांगली होती, जसे की आकृती 18 मध्ये दाखवले आहे.
०.८ मिमी जाडीच्या भिंतीसह बॅटरीच्या वरच्या झाकणाच्या वेल्डिंगचे स्वरूप (वेल्डिंगचा वेग ३०० मिमी/से)
हार्डवेअरच्या बाबतीत, हायब्रीड वेल्डिंग सोल्यूशनच्या विपरीत, हे सोल्यूशन सोपे आहे आणि यासाठी दोन लेझर किंवा विशेष हायब्रीड वेल्डिंग हेडची आवश्यकता नसते. यासाठी फक्त एका सामान्य हाय-पॉवर लेझर वेल्डिंग हेडची आवश्यकता असते (कारण फक्त एक ऑप्टिकल फायबर सिंगल वेव्हलेंथ लेझर आउटपुट करतो, त्यामुळे लेन्सची रचना सोपी असते, कोणत्याही ऍडजस्टमेंटची आवश्यकता नसते आणि पॉवर लॉस कमी असतो), ज्यामुळे डीबगिंग आणि देखभाल करणे सोपे होते आणि उपकरणाची स्थिरता मोठ्या प्रमाणात सुधारते.
हार्डवेअर सोल्यूशनच्या सोप्या प्रणाली आणि बॅटरी सेल टॉप कव्हरच्या उच्च-गती वेल्डिंग प्रक्रियेच्या गरजा पूर्ण करण्याव्यतिरिक्त, या सोल्यूशनचे प्रक्रिया अनुप्रयोगांमध्ये इतरही फायदे आहेत.
चाचणीमध्ये, आम्ही बॅटरीचे वरचे कव्हर ३०० मिमी/सेकंद या उच्च वेगाने वेल्ड केले आणि तरीही वेल्डिंग सीम तयार होण्याचे चांगले परिणाम मिळवले. शिवाय, ०.४, ०.६ आणि ०.८ मिमी अशा वेगवेगळ्या जाडीच्या शेलसाठी, केवळ लेझर आउटपुट मोड समायोजित करून चांगले वेल्डिंग करता येते. तथापि, ड्युअल-वेव्हलेंथ लेझर हायब्रीड वेल्डिंग सोल्यूशन्ससाठी, वेल्डिंग हेड किंवा लेझरचे ऑप्टिकल कॉन्फिगरेशन बदलणे आवश्यक असते, ज्यामुळे उपकरणांचा खर्च आणि डीबगिंगसाठी लागणारा वेळ वाढतो.
म्हणून, बिंदू-वलय ठिपकालेझर वेल्डिंगहे सोल्यूशन केवळ ३०० मिमी/सेकंद वेगाने अति-उच्च गतीचे टॉप कव्हर वेल्डिंग साध्य करून पॉवर बॅटरीची उत्पादन कार्यक्षमता सुधारू शकत नाही, तर ज्या बॅटरी उत्पादन कंपन्यांना वारंवार मॉडेल बदलावे लागतात, त्यांच्यासाठी हे सोल्यूशन उपकरणे आणि उत्पादनांची सुसंगतता मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकते, तसेच मॉडेल बदल आणि डीबगिंगचा वेळ कमी करू शकते.
०.४ मिमी जाडीच्या भिंतीसह बॅटरीच्या वरच्या झाकणाच्या वेल्डिंगचे स्वरूप (वेल्डिंगचा वेग ३०० मिमी/से)
०.६ मिमी जाडीच्या भिंतीसह बॅटरीच्या वरच्या झाकणाच्या वेल्डिंगचे स्वरूप (वेल्डिंगचा वेग ३०० मिमी/से)
पातळ-भिंतीच्या सेल वेल्डिंगसाठी कोरोना लेझर वेल्ड पेनिट्रेशन – प्रक्रिया क्षमता
वर नमूद केलेल्या कोरोना लेसर व्यतिरिक्त, एएमबी लेसर आणि एआरएम लेसरमध्ये समान ऑप्टिकल आउटपुट वैशिष्ट्ये आहेत आणि लेसर वेल्ड स्पॅटर सुधारणे, वेल्ड पृष्ठभागाची गुणवत्ता सुधारणे आणि उच्च-गती वेल्डिंग स्थिरता सुधारणे यासारख्या समस्या सोडवण्यासाठी त्यांचा वापर केला जाऊ शकतो.
४. सारांश
वर नमूद केलेले विविध उपाय देशा-विदेशातील लिथियम बॅटरी उत्पादन कंपन्यांकडून प्रत्यक्ष उत्पादनात वापरले जातात. उत्पादनाचा वेगवेगळा कालावधी आणि वेगवेगळी तांत्रिक पार्श्वभूमी यांमुळे उद्योगात विविध प्रक्रिया उपाय मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात, परंतु कंपन्यांच्या कार्यक्षमता आणि गुणवत्तेबाबतच्या अपेक्षा अधिक असतात. यात सतत सुधारणा होत असून, तंत्रज्ञानाच्या आघाडीवर असलेल्या कंपन्यांकडून लवकरच आणखी नवीन तंत्रज्ञान लागू केले जाईल.
चीनचा नवीन ऊर्जा बॅटरी उद्योग तुलनेने उशिरा सुरू झाला आणि राष्ट्रीय धोरणांमुळे त्याचा वेगाने विकास झाला आहे. संपूर्ण उद्योग साखळीच्या एकत्रित प्रयत्नांमुळे संबंधित तंत्रज्ञानात सतत प्रगती होत राहिली आहे आणि त्यामुळे नामांकित आंतरराष्ट्रीय कंपन्यांशी असलेले अंतर सर्वसमावेशकपणे कमी झाले आहे. एक देशांतर्गत लिथियम बॅटरी उपकरण निर्माता म्हणून, मेव्हेन देखील आपल्या फायद्याच्या क्षेत्रांचा सतत शोध घेत आहे, बॅटरी पॅक उपकरणांच्या पुनरावृत्तीय सुधारणांमध्ये मदत करत आहे आणि नवीन ऊर्जा साठवण बॅटरी मॉड्यूल पॅकच्या स्वयंचलित उत्पादनासाठी उत्तम उपाययोजना पुरवत आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: १९ सप्टेंबर २०२३
