Pembersihan & Pemotongan Laser Tab: Rahsia Kekuatan Kimpalan Tinggi

Pengarang: Dany Huang, Ph.D.

Ketua Pegawai Eksekutif & Ketua R&D, Tenaga Baharu TOB

Berhubung dengan Dr. Huang di LinkedIn

Ringkasan Eksekutif & Pengambilan Utama

Kimpalan tab gagal pada permukaan lama sebelum ia gagal pada kimpalan. Tab aluminium membawa oksida asli setebal 2–10 nm dengan jurang jalur berhampiran 8.8 eV-penebat elektrik yang terletak di antara dua logam yang sepatutnya bercantum secara metalurgi. Mengeluarkannya serta-merta sebelum mengimpal mengubah kedua-dua nombor yang penting: kekuatan tarik dan rintangan sendi.

• Peralihan kekuatan tarik biasa selepas pembersihan:25–40 N sebelum, 45–65 N selepas, pada tab aluminium 0.2 mm yang dikimpal pada busbar, dengan serakan jatuh daripada 25–40% CV kepada di bawah 10%.
• Peralihan rintangan sendi biasa:0.8–1.5 mΩ sebelum, 0.2–0.4 mΩ selepas-cukup kepada jirim pada laluan nyahcas berterusan 100 A.
• Oksida tumbuh semula:1–2 nm dalam beberapa minit di udara. Pembersihan mestilah sebaris dan serta-merta di hulu kimpalan, bukan langkah kelompok yang berasingan.
• Pemotongan laser menahan burr di bawah 10–15 µm tanpa haus alatan, menggantikan bilah yang kualiti tepinya merosot dengan setiap lejang.

Kimpalan tab lulus pemeriksaan visual. Tiada percikan, tiada perubahan warna, tiada jurang yang jelas. Kemudian ujian tarik membaca 32 N terhadap spesifikasi 45 N, dan rintangan sendi mengukur empat kali nilai yang dimodelkan. Tiada apa-apa dalam resipi kimpalan yang salah. Permukaan kimpalan yang diminta untuk dicantumkan tidak pernah logam pada mulanya.

Ini adalah salah satu mod kegagalan paling senyap dalam pemasangan sel, kerana kecacatan itu tidak dapat dilihat oleh setiap pemeriksaan optik dan hanya muncul apabila sesuatu mengukur daya atau rintangan. Jawapan kejuruteraan bukanlah jadual kimpalan yang lebih kukuh. Ia adalah penyediaan permukaan yang berlaku dalam beberapa saat sebelum kimpalan, pada talian, setiap kitaran.

Mengapa Permukaan Tab Memutuskan Kekuatan Kimpalan Sebelum Kimpalan Berlaku

Aluminium tidak kekal kosong. Permukaan segar teroksida dalam beberapa saat dalam udara ambien, mencapai 2-4 nm serta-merta dan terus berkembang hingga 5-10 nm sepanjang jam. Filem itu bukan lapisan kacau ganggu yang nipis. Ia adalah Al₂O₃ dengan jurang jalur berhampiran 8.8 eV-a dielektrik. Untuk kimpalan ultrasonik, oksida menghalang sentuhan skala atom yang membolehkan ikatan keadaan pepejal. Untuk kimpalan laser, ia meningkatkan tenaga ambang yang diperlukan untuk memulakan lubang kunci dan memperkenalkan penyerapan berubah-ubah apabila ketebalan filem berubah-ubah merentas tab.

Tab nikel dan tembaga berkelakuan berbeza tetapi tidak lebih baik. Nikel oksida dan kuprum oksida adalah lebih nipis tetapi masih tahan, dan pertumbuhan kuprum oksida mempercepatkan dengan kelembapan dan suhu. Kerajang kuprum bergulung yang disimpan tanpa kawalan atmosfera boleh membawa lapisan oksida yang cukup tebal untuk mengubah tingkah laku kimpalan antara gulungan pertama dan terakhir lot.

Tambah sisa salutan dan gambar menjadi lebih teruk. Semburan buburan katod berhijrah ke zon tab semasa salutan; sisa karbon dan pengikat terletak pada tab anod selepas dibelah. Memberus mekanikal menyapu sisa-sisa ini dan bukannya mengeluarkannya, dan lapisan berlumur menjadi penghalang komposisi yang tidak diketahui di bawah kimpalan.

Tiga keadaan permukaan yang menentukan kualiti sendi:

• Ketebalan oksida- menentukan sama ada sentuhan logam-ke-logam boleh dilakukan sama sekali.
• Sisa dan pencemaran- menentukan sama ada nuget kimpalan terbentuk dalam logam atau dalam komposit logam dan serpihan organik.
• Topografi permukaan- menentukan kawasan sentuhan dan, dalam kimpalan ultrasonik, cara tenaga berpasangan ke antara muka.

Tiada satu pun daripada ini ditangani dengan melaraskan kuasa kimpalan. Ketiga-tiganya ditangani dengan pembersihan.

Perkara yang Dibuang oleh Pembersihan Laser, dan Mengapa Ia Menghadkan Sendiri

Laser gentian berdenyut pada 1064 nm menyampaikan tenaga dalam denyutan 10–200 ns pada fluence kira-kira 1–10 J/cm². Lapisan oksida menyerap denyutan jauh lebih kuat daripada logam asas dan menguap. Apabila permukaannya adalah logam, pemantulan meningkat dengan mendadak dan tenaga nadi yang tinggal sebahagian besarnya dipantulkan daripada diserap. Oleh itu, proses ini menghadkan diri: ia mengeluarkan oksida dan berhenti pada logam, itulah sebabnya sistem berparameter yang betul tidak menipiskan kerajang 8 µm.

Tingkah laku mengehadkan diri adalah sebab pembersihan laser menggantikan penjerukan kimia pada talian berkelajuan tinggi. Prosesnya kering, tidak memerlukan pembilasan atau pengeringan, tidak menghasilkan sisa asid, dan boleh berjalan sebaris pada kelajuan web atau pemindahan tab.

Sasaran penyingkiran:

Bulu yang dihasilkan melalui ablasi mesti diekstrak pada kepala pembersih. Partikulat logam dan karbon terkondensasi semula pada tab yang baru dibersihkan mengalahkan tujuan langkah itu, dan zarah konduktif longgar pada permukaan sel merupakan risiko litar pintas. Pengekstrakan adalah sebahagian daripada spesifikasi stesen pembersihan, bukan aksesori.

A vs B: Penyediaan Permukaan Mekanikal, Kimia dan Laser

Empat kaedah digunakan untuk menyediakan permukaan tab sebelum mengimpal. Mereka tidak boleh ditukar ganti, dan perbandingan menjelaskan mengapa laser telah menggantikan yang lain pada talian volum tinggi.

Memberus mekanikal tetap sesuai untuk kerja volum rendah dan untuk tab yang hanya serpihan longgar yang perlu dibuang. Penjerukan kimia menghasilkan permukaan terbaik tetapi tidak sesuai dengan proses sebaris yang kering dan membawa kos rawatan sisa. Plasma mengendalikan pencemaran organik dengan baik tetapi mengeluarkan aluminium oksida secara perlahan. Pembersihan laser ialah satu-satunya kaedah yang menggabungkan penyingkiran oksida lengkap, operasi sebaris kering, dan tiada hanyut dipacu boleh guna merentasi anjakan.

Nombor Ujian Tarik: Sebelum dan Selepas

Cara paling jelas untuk menyatakan kes adalah dengan menyatakan ukuran. Jadual di bawah memberikan nilai kelayakan biasa untuk tab aluminium 0.2 mm yang dikimpal pada bar bas aluminium, dan untuk tab nikel yang dikimpal pada tin keluli, merentas keadaan pembersihan. Ini adalah sasaran proses yang diperhatikan dalam larian kelayakan, bukan pemalar universal-setiap tindanan bahan dan kaedah kimpalan mempunyai tingkap sendiri.

Dua nombor patut diberi perhatian melebihi peningkatan kekuatan. Yang pertama ialah serakan: pekali variasi melebihi 25% bermakna proses tidak terkawal, dan spesifikasi yang ditulis terhadap purata akan menolak pecahan bermakna bahagian yang baik dan melepasi pecahan bermakna yang buruk. Membawa CV di bawah 10% selalunya bernilai lebih tinggi daripada peningkatan kekuatan min, kerana ia menjadikan spesifikasi bermakna.

Yang kedua ialah rintangan sendi. Pada lukisan sel 50 Ah 100 A berterusan, 1 mΩ tambahan pada sambungan tab melesap 10 W dalam jumlah kecil dan menurunkan 100 mV daripada voltan terminal. Haba itu terletak di tempat pengumpulan semasa, lokasi yang paling teruk untuk tempat panas.

Pemotongan Laser: Burr, Dampak, dan Alat yang Tidak Pernah Dipakai

Geometri tab dicipta dengan memotong, dan tepi yang dipotong ialah permukaan kimpalan pada bahagian tab dan permukaan yang menghadap pemisah di dalam sel. Pemotongan die mekanikal menghasilkan burr yang tumbuh merentasi selang mengasah; burr di atas kira-kira 10–15 µm berisiko tusukan pemisah dan mencipta antara muka kimpalan yang tidak konsisten.

Pemotongan laser gentian berdenyut memegang ketinggian burr di bawah ambang itu sepanjang hayat alat kerana tiada kelebihan untuk dipakai. Parameter proses yang mengawal kualiti adalah keluarga yang sama seperti pembersihan: tempoh nadi, kadar pengulangan, kedudukan fokus, gas bantuan dan kelajuan laluan potong. Najis di bahagian bawah potongan dikawal oleh kedudukan fokus dan tekanan gas; Lebar zon terjejas haba biasanya kekal dalam julat 20–50 µm pada kerajang nipis.

Kelebihan praktikal dalam pemasangan sel bukan sahaja kualiti tepi. Kepala pemotong laser menukar geometri dengan memuatkan fail laluan baharu. Perubahan die mengambil masa berjam-jam dan die baru. Untuk sel silinder di mana bentuk tab disepadukan dengan proses penggulungan, menggabungkan pemotongan, pembersihan dan penggulungan dalam satu mesin mengeluarkan dua langkah pengendalian-dan setiap langkah pengendalian antara pembersihan dan kimpalan ialah selang pertumbuhan semula oksida.

A mesin pemotong laser sel silinder dan penggulungan untuk pembentukan tab bersepadu dan penggulungan elektrodmelakukan pemotongan dan angin dalam satu aliran berterusan. Itulah yang menjadikan kelebihan tab yang bersih dan konsisten pada kadar pengeluaran dan bukannya pada kadar pemeriksaan, dan ia mengalih keluar pemindahan manual di mana tab yang baru dipotong sebaliknya akan terdedah.

Mengintegrasikan Pembersihan Ke Talian, Bukan Di Sebelahnya

Mesin pembersih yang dipasang sebagai stesen kelompok yang berasingan menyelesaikan masalah permukaan dan menimbulkan masalah penjadualan. Faedahnya berkurangan dengan setiap minit antara pembersihan dan kimpalan, pengendalian tambahan memperkenalkan pencemaran baharu, dan stesen menambah tenaga kerja yang sepatutnya dikeluarkan oleh automasi.

Logik integrasi adalah mudah:

• Bersihkan di stesen terakhir sebelum kimpalan, dalam laluan pemindahan yang sama, dengan selang waktu ditentukan dan dipantau.
• Ekstrak bulu di kepala, dengan penapisan bersaiz untuk beban ablasi dan bukannya untuk pengudaraan umum.
• Pantau hasilnya, kerana sistem pembersihan yang kehilangan kuasa secara senyap atau hanyut dalam fokus menghasilkan permukaan yang kelihatan bersih dan dikimpal seperti yang dilindungi oksida. Maklum balas pantulan atau pelepasan plasma daripada proses menyediakan pemeriksaan itu tanpa menghentikan talian.
• Padankan kepala pembersihan dengan kaedah kimpalan: kimpalan tab ultrasonik dan kimpalan tab laser memerlukan spesifikasi permukaan yang berbeza, dan sistem yang ditentukan untuk satu tidak berfungsi secara automatik kepada yang lain.

Di sinilah urutan proses lebih penting daripada mana-mana mesin tunggal. Pembersihan, pemotongan dan kimpalan adalah satu sejarah permukaan yang berterusan, dan peralatan yang membawa tab melalui langkah tersebut hendaklah dinyatakan sebagai satu skop. TOB New Energy membekalkanstesen mesin kimpalan tab bateri untuk sambungan ultrasonik dan laser tab elektrod dan pengumpul arusdengan kedudukan pemotongan dan pembersihan hulu ditakrifkan sebagai sebahagian daripada susun atur baris yang sama, jadi selang antara penyediaan dan penyambungan direka bentuk dan bukannya ditemui semasa pentauliahan.

Untuk profil elektrod yang berubah semasa pembangunan, logik yang sama digunakan pada langkah torehan:pemotongan mati elektrod laser dengan perubahan profil tanpa alat dan tepi tanpa burrmenghilangkan kos cetakan dan masa henti penukaran die yang sebaliknya mengganggu sejarah permukaan antara salutan dan kimpalan.

Soalan Lazim: Pembersihan Laser Tab dan Kekuatan Kimpalan

Adakah pembersihan laser sebenarnya meningkatkan kekuatan tarik kimpalan tab?
ya. Data kelayakan biasa pada tab aluminium 0.2 mm menunjukkan kekuatan tarikan bergerak daripada 25–40 N seperti yang diterima kepada 45–65 N selepas pembersihan, dengan serakan jatuh di bawah 10% CV.

Berapa cepat aluminium oksida tumbuh semula selepas dibersihkan?
Kira-kira 1–2 nm dalam beberapa minit dalam udara ambien, berterusan ke arah 5–10 nm sepanjang jam. Inilah sebabnya mengapa pembersihan tergolong dalam talian, sejurus sebelum mengimpal, bukan dalam langkah kelompok yang berasingan.

Bolehkah pembersihan laser merosakkan kerajang tab nipis?
Tidak apabila diparameterkan dengan betul. Proses ini mengehadkan sendiri: sebaik sahaja oksida dikeluarkan, pemantulan logam meningkat dan penyerapan nadi menurun secara mendadak. Fluence atau fokus yang salah masih boleh menandakan permukaan, jadi pengesahan parameter pada ketebalan foil sebenar diperlukan.

Mengapa menggunakan pemotongan laser dan bukannya pemotongan mati untuk tab?
Pemotongan laser menahan burr di bawah 10–15 µm tanpa haus alatan dan menukar geometri dengan memuatkan fail laluan baharu. Die cutting burr tumbuh merentasi selang penajaman dan setiap bentuk tab baharu memerlukan dadu baharu.

Adakah langkah pembersihan menggantikan keperluan untuk pemantauan kimpalan?
Tidak. Pembersihan membuang satu pembolehubah; ia tidak mengesahkan kimpalan. Pemantauan kimpalan sepaksi dan pensampelan ujian tarik kekal diperlukan, dan maklum balas proses pembersihan-pantulan atau pelepasan plasma-adalah yang mengesahkan langkah pembersihan itu sendiri masih berfungsi.

Rujukan teknikal yang disusun oleh kumpulan kejuruteraan proses Tenaga Baharu TOB daripada penyediaan tab dan kerja penyepaduan kimpalan merentas talian pemasangan silinder, prismatik dan kantung. Untuk kelayakan kekuatan tarik dan rintangan pada susunan tab khusus anda, berhubung dengan Dr. Dany Huang di LinkedIn atau serahkan kupon kimpalan ke makmal aplikasi Xiamen.