एल्युमीनियम शेल बैटरियों के लिए लेजर वेल्डिंग तकनीक की विस्तृत व्याख्या

वर्गाकार एल्युमीनियम खोल वाली लिथियम बैटरियों में सरल संरचना, अच्छी प्रभाव प्रतिरोधकता, उच्च ऊर्जा घनत्व और बड़ी सेल क्षमता जैसे कई फायदे हैं। ये हमेशा से ही घरेलू लिथियम बैटरी निर्माण और विकास की प्रमुख दिशा रही हैं और बाजार में इनकी हिस्सेदारी 40% से अधिक है।

वर्गाकार एल्युमीनियम शेल वाली लिथियम बैटरी की संरचना चित्र में दर्शाई गई है, जो बैटरी कोर (सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट, सेपरेटर), इलेक्ट्रोलाइट, शेल, टॉप कवर और अन्य घटकों से बनी होती है।

वर्गाकार एल्यूमीनियम खोल वाली लिथियम बैटरी संरचना

वर्गाकार एल्यूमीनियम खोल वाली लिथियम बैटरियों के निर्माण और संयोजन प्रक्रिया के दौरान, बड़ी संख्या मेंलेसर वेल्डिंगबैटरी सेल और कवर प्लेट के सॉफ्ट कनेक्शन की वेल्डिंग, कवर प्लेट सीलिंग वेल्डिंग, सीलिंग नेल वेल्डिंग आदि जैसी प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। लेजर वेल्डिंग प्रिज्मीय पावर बैटरियों के लिए मुख्य वेल्डिंग विधि है। इसकी उच्च ऊर्जा घनत्व, अच्छी पावर स्थिरता, उच्च वेल्डिंग सटीकता, आसान व्यवस्थित एकीकरण और कई अन्य फायदों के कारण,लेसर वेल्डिंगप्रिज्मीय एल्यूमीनियम शेल लिथियम बैटरी के उत्पादन प्रक्रिया में इसकी भूमिका अपरिहार्य है।

मेवन 4-अक्षीय स्वचालित गैल्वेनोमीटर प्लेटफ़ॉर्मफाइबर लेजर वेल्डिंग मशीन

वर्गाकार एल्यूमीनियम शेल बैटरी में टॉप कवर सील की वेल्डिंग सीम सबसे लंबी होती है, और इसे वेल्ड करने में सबसे अधिक समय भी लगता है। हाल के वर्षों में, लिथियम बैटरी निर्माण उद्योग का तेजी से विकास हुआ है, और टॉप कवर सीलिंग लेजर वेल्डिंग प्रक्रिया प्रौद्योगिकी और इसके उपकरण प्रौद्योगिकी का भी तेजी से विकास हुआ है। उपकरणों की अलग-अलग वेल्डिंग गति और प्रदर्शन के आधार पर, हम टॉप कवर लेजर वेल्डिंग उपकरण और प्रक्रियाओं को मोटे तौर पर तीन युगों में विभाजित करते हैं। ये हैं 1.0 युग (2015-2017) जिसमें वेल्डिंग गति <100 मिमी/सेकंड थी, 2.0 युग (2017-2018) जिसमें 100-200 मिमी/सेकंड थी, और 3.0 युग (2019-) जिसमें 200-300 मिमी/सेकंड थी। आगे हम समय के साथ प्रौद्योगिकी के विकास का विवरण देंगे:

1. शीर्ष आवरण लेजर वेल्डिंग प्रौद्योगिकी का 1.0 युग

वेल्डिंग गति＜100 मिमी/सेकंड

2015 से 2017 के दौरान, नीतियों के चलते घरेलू स्तर पर नई ऊर्जा वाहनों की मांग में ज़बरदस्त उछाल आया और पावर बैटरी उद्योग का विस्तार होने लगा। हालांकि, घरेलू उद्यमों के पास तकनीकी संसाधन और प्रतिभा भंडार अभी भी अपेक्षाकृत कम हैं। बैटरी निर्माण से संबंधित प्रक्रियाएं और उपकरण तकनीकें भी अभी शुरुआती दौर में हैं, और उपकरणों का स्वचालन अपेक्षाकृत कम है। उपकरण निर्माताओं ने अभी-अभी पावर बैटरी निर्माण पर ध्यान देना और अनुसंधान एवं विकास में निवेश बढ़ाना शुरू किया है। इस समय, वर्गाकार बैटरी लेजर सीलिंग उपकरणों के लिए उद्योग की उत्पादन दक्षता आवश्यकताएं आमतौर पर 6-10 पीपीएम हैं। उपकरण आमतौर पर एक साधारण लेजर के माध्यम से प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए 1 किलोवाट फाइबर लेजर का उपयोग करते हैं।लेजर वेल्डिंग हेड(जैसा कि चित्र में दिखाया गया है), वेल्डिंग हेड एक सर्वो प्लेटफॉर्म मोटर या लीनियर मोटर द्वारा संचालित होता है। गति और वेल्डिंग, वेल्डिंग की गति 50-100 मिमी/सेकंड।

बैटरी कोर के ऊपरी आवरण को वेल्ड करने के लिए 1 किलोवाट लेजर का उपयोग करना

मेंलेसर वेल्डिंगइस प्रक्रिया में, वेल्डिंग की अपेक्षाकृत कम गति और वेल्ड के अपेक्षाकृत लंबे थर्मल चक्र समय के कारण, पिघले हुए धातु के पूल को बहने और जमने के लिए पर्याप्त समय मिल जाता है, और सुरक्षात्मक गैस पिघले हुए धातु के पूल को बेहतर ढंग से ढक सकती है, जिससे एक चिकनी और पूर्ण सतह प्राप्त करना आसान हो जाता है, और वेल्ड में अच्छी स्थिरता होती है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

ऊपरी आवरण की कम गति वाली वेल्डिंग के लिए वेल्ड सीम निर्माण

उपकरणों के संदर्भ में, यद्यपि उत्पादन क्षमता उच्च नहीं है, लेकिन उपकरण संरचना अपेक्षाकृत सरल है, स्थिरता अच्छी है और उपकरण लागत कम है, जो इस स्तर पर उद्योग विकास की आवश्यकताओं को अच्छी तरह से पूरा करती है और आगे के तकनीकी विकास के लिए आधार तैयार करती है।

हालांकि टॉप कवर सीलिंग वेल्डिंग 1.0 के आधुनिक युग में सरल उपकरण, कम लागत और अच्छी स्थिरता जैसे फायदे हैं, लेकिन इसकी अंतर्निहित सीमाएं भी स्पष्ट हैं। उपकरण के संदर्भ में, मोटर की ड्राइविंग क्षमता गति में और वृद्धि की मांग को पूरा नहीं कर सकती; तकनीक के संदर्भ में, वेल्डिंग की गति और लेजर पावर आउटपुट को बढ़ाने मात्र से वेल्डिंग प्रक्रिया में अस्थिरता आएगी और उत्पादन में कमी आएगी: गति बढ़ने से वेल्डिंग का थर्मल चक्र समय कम हो जाता है, धातु के पिघलने की प्रक्रिया तीव्र हो जाती है, स्पैटर बढ़ जाता है, अशुद्धियों के प्रति अनुकूलता कम हो जाती है और स्पैटर छिद्र बनने की संभावना बढ़ जाती है। साथ ही, पिघले हुए पूल के जमने का समय कम हो जाता है, जिससे वेल्ड की सतह खुरदरी हो जाती है और उसकी एकरूपता कम हो जाती है। जब लेजर स्पॉट छोटा होता है, तो ऊष्मा इनपुट अधिक नहीं होता और स्पैटर कम हो सकता है, लेकिन वेल्ड की गहराई-चौड़ाई का अनुपात अधिक होता है और वेल्ड की चौड़ाई पर्याप्त नहीं होती; जब लेजर स्पॉट बड़ा होता है, तो वेल्ड की चौड़ाई बढ़ाने के लिए अधिक लेजर पावर की आवश्यकता होती है। यह एक बड़ा कदम है, लेकिन साथ ही इससे वेल्डिंग स्पैटर में वृद्धि होगी और वेल्ड की सतह की गुणवत्ता खराब होगी। इस स्तर पर तकनीकी दृष्टि से, गति बढ़ाने का मतलब है कि उत्पादन के बदले दक्षता को प्राथमिकता देनी होगी, और उपकरण और प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के उन्नयन की आवश्यकता उद्योग की मांग बन गई है।

2. शीर्ष कवर का 2.0 युगलेसर वेल्डिंगतकनीकी

वेल्डिंग की गति 200 मिमी/सेकंड

2016 में, चीन की ऑटोमोबाइल पावर बैटरी की स्थापित क्षमता लगभग 30.8 गीगावाट घंटे (GWh) थी, 2017 में यह लगभग 36 गीगावाट घंटे (GWh) तक पहुंच गई, और 2018 में इसमें और भी अधिक उछाल आया, स्थापित क्षमता 57 गीगावाट घंटे (GWh) तक पहुंच गई, जो पिछले वर्ष की तुलना में 57% की वृद्धि है। नई ऊर्जा यात्री वाहनों का उत्पादन भी लगभग दस लाख (10 लाख) तक पहुंच गया, जो पिछले वर्ष की तुलना में 80.7% की वृद्धि है। स्थापित क्षमता में इस उछाल के पीछे लिथियम बैटरी निर्माण क्षमता का विस्तार है। नई ऊर्जा यात्री वाहन बैटरियां स्थापित क्षमता के 50% से अधिक हिस्से के लिए जिम्मेदार हैं, जिसका अर्थ यह भी है कि बैटरी के प्रदर्शन और गुणवत्ता के लिए उद्योग की आवश्यकताएं और भी सख्त होती जाएंगी, और इसके साथ ही विनिर्माण उपकरण प्रौद्योगिकी और प्रक्रिया प्रौद्योगिकी में सुधार भी एक नए युग में प्रवेश कर चुका है: एकल-लाइन उत्पादन क्षमता आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, टॉप कवर लेजर वेल्डिंग उपकरण की उत्पादन क्षमता को 15-20 पीपीएम तक बढ़ाने की आवश्यकता है, और इसकीलेसर वेल्डिंगवेल्डिंग की गति 150-200 मिमी/सेकंड तक होनी चाहिए। इसलिए, ड्राइव मोटर्स के संदर्भ में, विभिन्न उपकरण निर्माताओं ने लीनियर मोटर प्लेटफॉर्म को उन्नत किया है ताकि इसकी गति प्रणाली आयताकार पथ पर 200 मिमी/सेकंड की एकसमान गति वेल्डिंग के लिए आवश्यक गति प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा कर सके; हालांकि, उच्च गति वेल्डिंग के तहत वेल्डिंग की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए आगे की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण प्रगति की आवश्यकता है, और उद्योग की कंपनियों ने कई खोज और अध्ययन किए हैं: 1.0 युग की तुलना में, 2.0 युग में उच्च गति वेल्डिंग के सामने आने वाली समस्या यह है: साधारण फाइबर लेजर का उपयोग करके साधारण वेल्डिंग हेड के माध्यम से एकल बिंदु प्रकाश स्रोत आउटपुट करना, 200 मिमी/सेकंड की आवश्यकता को पूरा करने के लिए चयन करना मुश्किल है।

मूल तकनीकी समाधान में, वेल्डिंग निर्माण प्रभाव को केवल कॉन्फ़िगरेशन विकल्पों, स्पॉट आकार को समायोजित करने और लेजर शक्ति जैसे बुनियादी मापदंडों को समायोजित करके ही नियंत्रित किया जा सकता है: छोटे स्पॉट वाले कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करने पर, वेल्डिंग पूल का कीहोल छोटा होगा, पूल का आकार अस्थिर होगा और वेल्डिंग अस्थिर हो जाएगी। सीम संलयन की चौड़ाई भी अपेक्षाकृत कम होगी; बड़े प्रकाश स्पॉट वाले कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करने पर, कीहोल बढ़ जाएगा, लेकिन वेल्डिंग शक्ति में काफी वृद्धि होगी और स्पैटर और ब्लास्ट होल की दर में भी काफी वृद्धि होगी।

सैद्धांतिक रूप से, यदि आप उच्च गति के वेल्ड निर्माण प्रभाव को सुनिश्चित करना चाहते हैंलेसर वेल्डिंगऊपरी कवर के लिए, आपको निम्नलिखित आवश्यकताओं को पूरा करना होगा:

① वेल्डिंग सीम की चौड़ाई पर्याप्त है और वेल्डिंग सीम की गहराई-से-चौड़ाई का अनुपात उपयुक्त है, जिसके लिए यह आवश्यक है कि प्रकाश स्रोत की ऊष्मा क्रिया सीमा पर्याप्त रूप से बड़ी हो और वेल्डिंग लाइन ऊर्जा उचित सीमा के भीतर हो;

2. वेल्ड चिकना होता है, जिसके लिए वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान वेल्ड के थर्मल चक्र का समय पर्याप्त लंबा होना आवश्यक है ताकि पिघले हुए पूल में पर्याप्त तरलता हो, और सुरक्षात्मक गैस की सुरक्षा के तहत वेल्ड एक चिकने धातु वेल्ड में जम जाए;

③ वेल्ड सीम में अच्छी स्थिरता होती है और उसमें छिद्र और छेद कम होते हैं। इसके लिए आवश्यक है कि वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान लेजर वर्कपीस पर स्थिर रूप से कार्य करे, और उच्च-ऊर्जा बीम प्लाज्मा लगातार उत्पन्न होता रहे और पिघले हुए पूल के अंदरूनी भाग पर कार्य करे। प्लाज्मा प्रतिक्रिया बल के तहत पिघले हुए पूल में "कुंजी" जैसा छेद बनता है। यह कुंजी छेद इतना बड़ा और स्थिर होना चाहिए कि उत्पन्न धातु वाष्प और प्लाज्मा आसानी से बाहर न निकलें और धातु की बूंदें न निकलें, जिससे छींटे न पड़ें, और कुंजी छेद के आसपास का पिघला हुआ पूल आसानी से ढह न जाए और गैस न फैले। वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान यदि कोई बाहरी वस्तु जल जाए और विस्फोटक रूप से गैसें निकलें, तो भी बड़ा कुंजी छेद विस्फोटक गैसों के निकलने में अधिक सहायक होता है और धातु के छींटे और बनने वाले छेदों को कम करता है।

उपरोक्त बिंदुओं के जवाब में, उद्योग में बैटरी निर्माण कंपनियों और उपकरण निर्माण कंपनियों ने विभिन्न प्रयास और अभ्यास किए हैं: जापान में दशकों से लिथियम बैटरी निर्माण विकसित किया गया है, और संबंधित निर्माण प्रौद्योगिकियों ने इसमें अग्रणी भूमिका निभाई है।

2004 में, जब फाइबर लेजर तकनीक का व्यापक रूप से व्यावसायिक उपयोग नहीं हुआ था, तब पैनासोनिक ने मिश्रित आउटपुट के लिए एलडी सेमीकंडक्टर लेजर और पल्स लैंप-पंप वाले वाईएजी लेजर का उपयोग किया (योजना नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गई है)।

मल्टी-लेजर हाइब्रिड वेल्डिंग तकनीक और वेल्डिंग हेड संरचना का योजनाबद्ध आरेख

स्पंदित प्रकाश द्वारा उत्पन्न उच्च शक्ति घनत्व वाला प्रकाश बिंदुवाईएजी लेजरवेल्डिंग के लिए पर्याप्त गहराई प्राप्त करने हेतु वेल्डिंग छेद बनाने के लिए वर्कपीस पर एक छोटे स्पॉट का उपयोग किया जाता है। साथ ही, वर्कपीस को पहले से गर्म करने और वेल्ड करने के लिए सीडब्ल्यू निरंतर लेजर प्रदान करने के लिए एलडी सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग किया जाता है। वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान पिघला हुआ पूल अधिक ऊर्जा प्रदान करता है जिससे बड़े वेल्डिंग छेद बनते हैं, वेल्डिंग सीम की चौड़ाई बढ़ती है और वेल्डिंग छेदों के बंद होने का समय बढ़ जाता है, जिससे पिघले हुए पूल में मौजूद गैस बाहर निकल पाती है और वेल्डिंग सीम की सरंध्रता कम हो जाती है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

संकर का योजनाबद्ध आरेखलेसर वेल्डिंग

इस तकनीक का प्रयोग करते हुए,वाईएजी लेजरकुछ सौ वाट की शक्ति वाले एलडी लेजर का उपयोग करके पतले लिथियम बैटरी केस को 80 मिमी/सेकंड की उच्च गति से वेल्ड किया जा सकता है। वेल्डिंग का प्रभाव चित्र में दिखाया गया है।

विभिन्न प्रक्रिया मापदंडों के अंतर्गत वेल्ड की आकृति विज्ञान

फाइबर लेजरों के विकास और प्रसार के साथ, फाइबर लेजरों ने लेजर धातु प्रसंस्करण में स्पंदित वाईएजी लेजरों को धीरे-धीरे प्रतिस्थापित कर दिया है, क्योंकि इनके कई फायदे हैं जैसे कि अच्छी बीम गुणवत्ता, उच्च फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता, लंबा जीवनकाल, आसान रखरखाव और उच्च शक्ति।

इसलिए, उपरोक्त लेज़र हाइब्रिड वेल्डिंग समाधान में लेज़र संयोजन फाइबर लेज़र + एलडी सेमीकंडक्टर लेज़र में विकसित हो गया है, और लेज़र को एक विशेष प्रोसेसिंग हेड (वेल्डिंग हेड चित्र 7 में दिखाया गया है) के माध्यम से समानांतर रूप से आउटपुट किया जाता है। वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान, लेज़र क्रियाविधि समान रहती है।

मिश्रित लेजर वेल्डिंग जोड़

इस योजना में, स्पंदितवाईएजी लेजरबेहतर बीम गुणवत्ता, अधिक शक्ति और निरंतर आउटपुट वाले फाइबर लेजर से इसे प्रतिस्थापित किया गया है, जिससे वेल्डिंग की गति में काफी वृद्धि होती है और वेल्डिंग की गुणवत्ता बेहतर होती है (वेल्डिंग प्रभाव चित्र 8 में दिखाया गया है)। इसलिए, यह योजना कुछ ग्राहकों द्वारा पसंद की जाती है। वर्तमान में, इस समाधान का उपयोग पावर बैटरी के ऊपरी कवर की सीलिंग वेल्डिंग के उत्पादन में किया जा रहा है, और यह 200 मिमी/सेकंड की वेल्डिंग गति तक पहुंच सकता है।

हाइब्रिड लेजर वेल्डिंग द्वारा टॉप कवर वेल्ड की उपस्थिति

हालांकि दोहरी तरंगदैर्ध्य वाली लेजर वेल्डिंग विधि उच्च गति वेल्डिंग की वेल्ड स्थिरता की समस्या को हल करती है और बैटरी सेल के ऊपरी आवरणों की उच्च गति वेल्डिंग की वेल्ड गुणवत्ता आवश्यकताओं को पूरा करती है, फिर भी उपकरण और प्रक्रिया के दृष्टिकोण से इस समाधान में कुछ समस्याएं हैं।

सबसे पहले, इस समाधान के हार्डवेयर घटक अपेक्षाकृत जटिल हैं, जिसके लिए दो अलग-अलग प्रकार के लेजर और विशेष दोहरी तरंगदैर्ध्य लेजर वेल्डिंग जोड़ों के उपयोग की आवश्यकता होती है, जो उपकरण निवेश लागत को बढ़ाता है, उपकरण रखरखाव की कठिनाई को बढ़ाता है और संभावित उपकरण विफलता बिंदुओं को बढ़ाता है;

दूसरा, दोहरी तरंगदैर्घ्यलेसर वेल्डिंगउपयोग किया जाने वाला जोड़ लेंस के कई सेटों से बना होता है (चित्र 4 देखें)। साधारण वेल्डिंग जोड़ों की तुलना में इसमें बिजली की हानि अधिक होती है, और दोहरी तरंगदैर्ध्य लेजर के समाक्षीय आउटपुट को सुनिश्चित करने के लिए लेंस की स्थिति को उचित स्थान पर समायोजित करना आवश्यक है। एक निश्चित फोकल तल पर फोकस करने और लंबे समय तक उच्च गति संचालन के दौरान, लेंस की स्थिति ढीली हो सकती है, जिससे ऑप्टिकल पथ में परिवर्तन हो सकता है और वेल्डिंग की गुणवत्ता प्रभावित हो सकती है, जिसके लिए मैन्युअल रूप से पुनः समायोजन की आवश्यकता होती है।

तीसरा, वेल्डिंग के दौरान लेजर का परावर्तन तीव्र होता है और इससे उपकरण और पुर्जे आसानी से क्षतिग्रस्त हो सकते हैं। विशेष रूप से दोषपूर्ण उत्पादों की मरम्मत करते समय, चिकनी वेल्ड सतह बड़ी मात्रा में लेजर प्रकाश को परावर्तित करती है, जिससे आसानी से लेजर अलार्म बज सकता है, और मरम्मत के लिए प्रसंस्करण मापदंडों को समायोजित करने की आवश्यकता होती है।

उपरोक्त समस्याओं को हल करने के लिए, हमें अन्वेषण का एक और तरीका खोजना होगा। 2017-2018 में, हमने उच्च-आवृत्ति स्विंग का अध्ययन किया।लेसर वेल्डिंगहमने बैटरी के ऊपरी आवरण की तकनीक विकसित की और इसे उत्पादन में लागू किया। लेजर बीम हाई-फ्रीक्वेंसी स्विंग वेल्डिंग (जिसे आगे स्विंग वेल्डिंग कहा जाएगा) 200 मिमी/सेकंड की गति वाली एक अन्य वर्तमान हाई-स्पीड वेल्डिंग प्रक्रिया है।

हाइब्रिड लेजर वेल्डिंग समाधान की तुलना में, इस समाधान के हार्डवेयर भाग में केवल एक साधारण फाइबर लेजर की आवश्यकता होती है जिसे एक ऑसिलेटिंग लेजर वेल्डिंग हेड के साथ जोड़ा जाता है।

डगमगाहट डगमगाहट वेल्डिंग हेड

वेल्डिंग हेड के अंदर एक मोटर-चालित परावर्तक लेंस होता है, जिसे डिज़ाइन किए गए प्रक्षेप पथ प्रकार (आमतौर पर वृत्ताकार, S-आकार, 8-आकार आदि), स्विंग आयाम और आवृत्ति के अनुसार लेजर के स्विंग को नियंत्रित करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है। विभिन्न स्विंग मापदंडों के आधार पर वेल्डिंग क्रॉस सेक्शन को विभिन्न आकारों और आकृतियों में बनाया जा सकता है।

विभिन्न स्विंग प्रक्षेप पथों के तहत प्राप्त वेल्ड

उच्च आवृत्ति वाला स्विंग वेल्डिंग हेड एक लीनियर मोटर द्वारा संचालित होता है और वर्कपीस के बीच के गैप में वेल्डिंग करता है। सेल शेल की दीवार की मोटाई के अनुसार, उपयुक्त स्विंग पथ प्रकार और आयाम का चयन किया जाता है। वेल्डिंग के दौरान, स्थिर लेजर बीम केवल V-आकार का वेल्ड क्रॉस सेक्शन बनाता है। हालांकि, स्विंग वेल्डिंग हेड द्वारा संचालित होने पर, बीम स्पॉट फोकल प्लेन पर तेज गति से घूमता है, जिससे एक गतिशील और घूर्णनशील वेल्डिंग कीहोल बनता है, जो उपयुक्त वेल्ड गहराई-से-चौड़ाई अनुपात प्राप्त कर सकता है।

घूमने वाला वेल्डिंग कीहोल वेल्ड को हिलाता है। एक ओर, यह गैस को बाहर निकलने में मदद करता है और वेल्ड के छिद्रों को कम करता है, साथ ही वेल्ड विस्फोट बिंदु पर मौजूद छोटे छेदों की मरम्मत में भी कुछ हद तक सहायक होता है (चित्र 12 देखें)। दूसरी ओर, वेल्ड धातु को व्यवस्थित तरीके से गर्म और ठंडा किया जाता है। इस परिसंचरण के कारण वेल्ड की सतह पर एक नियमित और व्यवस्थित मछली के शल्क जैसी आकृति बन जाती है।

स्विंग वेल्डिंग सीम निर्माण

विभिन्न स्विंग मापदंडों के अंतर्गत पेंट संदूषण के प्रति वेल्ड की अनुकूलनशीलता

उपरोक्त बिंदु ऊपरी आवरण की उच्च गति वेल्डिंग के लिए तीन बुनियादी गुणवत्ता आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। इस समाधान के अन्य लाभ भी हैं:

① चूंकि लेजर शक्ति का अधिकांश भाग गतिशील कीहोल में इंजेक्ट किया जाता है, इसलिए बाहरी बिखरी हुई लेजर कम हो जाती है, इसलिए केवल कम लेजर शक्ति की आवश्यकता होती है, और वेल्डिंग ऊष्मा इनपुट अपेक्षाकृत कम होता है (समग्र वेल्डिंग की तुलना में 30% कम), जिससे उपकरण हानि और ऊर्जा हानि कम हो जाती है;

2. स्विंग वेल्डिंग विधि में वर्कपीस की असेंबली गुणवत्ता के लिए उच्च अनुकूलन क्षमता होती है और असेंबली चरणों जैसी समस्याओं के कारण होने वाले दोषों को कम करती है;

③ स्विंग वेल्डिंग विधि का वेल्ड छेदों पर मजबूत मरम्मत प्रभाव होता है, और बैटरी कोर वेल्ड छेदों की मरम्मत के लिए इस विधि का उपयोग करने की उपज दर अत्यंत उच्च होती है;

④सिस्टम सरल है, और उपकरण की डिबगिंग और रखरखाव सरल है।

3. टॉप कवर लेजर वेल्डिंग तकनीक का 3.0 युग

वेल्डिंग की गति 300 मिमी/सेकंड

नई ऊर्जा सब्सिडी में लगातार गिरावट के चलते, बैटरी निर्माण उद्योग की लगभग पूरी औद्योगिक श्रृंखला संकट में फंस गई है। उद्योग में पुनर्गठन का दौर शुरू हो गया है और बड़े पैमाने पर उत्पादन और तकनीकी लाभ वाली अग्रणी कंपनियों का अनुपात और भी बढ़ गया है। लेकिन साथ ही, "गुणवत्ता में सुधार, लागत में कमी और दक्षता में वृद्धि" कई कंपनियों का मुख्य लक्ष्य बन जाएगा।

कम या बिना सब्सिडी के दौर में, केवल प्रौद्योगिकी के निरंतर उन्नयन, उच्च उत्पादन क्षमता प्राप्त करने, एक बैटरी की निर्माण लागत को कम करने और उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार करके ही हम प्रतिस्पर्धा में जीतने का एक अतिरिक्त मौका पा सकते हैं।

हान्स लेज़र बैटरी सेल के ऊपरी आवरणों के लिए उच्च गति वेल्डिंग तकनीक पर अनुसंधान में निरंतर निवेश कर रही है। ऊपर वर्णित विभिन्न प्रक्रिया विधियों के अतिरिक्त, यह बैटरी सेल के ऊपरी आवरणों के लिए एन्युलर स्पॉट लेज़र वेल्डिंग तकनीक और गैल्वेनोमीटर लेज़र वेल्डिंग तकनीक जैसी उन्नत तकनीकों का भी अध्ययन कर रही है।

उत्पादन क्षमता को और बेहतर बनाने के लिए, 300 मिमी/सेकंड और उससे अधिक गति पर टॉप कवर वेल्डिंग तकनीक का अन्वेषण करें। हान्स लेजर ने 2017-2018 में स्कैनिंग गैल्वेनोमीटर लेजर वेल्डिंग सीलिंग का अध्ययन किया, गैल्वेनोमीटर वेल्डिंग के दौरान वर्कपीस के कठिन गैस संरक्षण और खराब वेल्ड सतह निर्माण प्रभाव जैसी तकनीकी कठिनाइयों को दूर करते हुए 400-500 मिमी/सेकंड की गति प्राप्त की।लेसर वेल्डिंगसेल के ऊपरी आवरण की वेल्डिंग। 26148 बैटरी के लिए वेल्डिंग में केवल 1 सेकंड का समय लगता है।

हालांकि, इसकी उच्च दक्षता के कारण, इस दक्षता के अनुरूप सहायक उपकरण विकसित करना अत्यंत कठिन है, और उपकरणों की लागत भी अधिक है। इसलिए, इस समाधान के लिए आगे कोई व्यावसायिक अनुप्रयोग विकास कार्य नहीं किया गया।

इसके आगे के विकास के साथफाइबर लेजरप्रौद्योगिकी के क्षेत्र में उन्नत तकनीक का उपयोग करते हुए, नए उच्च-शक्ति वाले फाइबर लेजर लॉन्च किए गए हैं जो सीधे वलय के आकार के प्रकाश बिंदु उत्पन्न कर सकते हैं। इस प्रकार का लेजर विशेष बहु-परत ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से बिंदु-वलय लेजर बिंदु उत्पन्न कर सकता है, और बिंदु के आकार और शक्ति वितरण को समायोजित किया जा सकता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।

विभिन्न स्विंग प्रक्षेप पथों के तहत प्राप्त वेल्ड

समायोजन के माध्यम से, लेजर शक्ति घनत्व वितरण को स्पॉट-डोनट-टॉप हैट आकार में ढाला जा सकता है। इस प्रकार के लेजर को कोरोना कहा जाता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।

समायोज्य लेजर बीम (क्रमशः: सेंटर लाइट, सेंटर लाइट + रिंग लाइट, रिंग लाइट, दो रिंग लाइट)

2018 में, एल्युमीनियम शेल बैटरी सेल के ऊपरी आवरणों की वेल्डिंग में इस प्रकार के कई लेज़रों के अनुप्रयोग का परीक्षण किया गया, और कोरोना लेज़र पर आधारित, बैटरी सेल के ऊपरी आवरणों की लेज़र वेल्डिंग के लिए 3.0 प्रक्रिया प्रौद्योगिकी समाधान पर शोध शुरू किया गया। जब कोरोना लेज़र पॉइंट-रिंग मोड आउटपुट देता है, तो इसकी आउटपुट बीम की पावर घनत्व वितरण विशेषताएँ सेमीकंडक्टर + फाइबर लेज़र के संयुक्त आउटपुट के समान होती हैं।

वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान, उच्च शक्ति घनत्व वाला केंद्र बिंदु प्रकाश गहरी पैठ वाली वेल्डिंग के लिए एक कीहोल बनाता है जिससे पर्याप्त वेल्डिंग पैठ प्राप्त होती है (हाइब्रिड वेल्डिंग समाधान में फाइबर लेजर के आउटपुट के समान), और रिंग प्रकाश अधिक ऊष्मा इनपुट प्रदान करता है, कीहोल को बड़ा करता है, कीहोल के किनारे पर तरल धातु पर धातु वाष्प और प्लाज्मा के प्रभाव को कम करता है, परिणामस्वरूप धातु के छींटे को कम करता है, और वेल्ड के थर्मल चक्र समय को बढ़ाता है, जिससे पिघले हुए पूल में गैस को लंबे समय तक बाहर निकलने में मदद मिलती है, जिससे उच्च गति वेल्डिंग प्रक्रियाओं की स्थिरता में सुधार होता है (हाइब्रिड वेल्डिंग समाधानों में सेमीकंडक्टर लेजर के आउटपुट के समान)।

परीक्षण में, हमने पतली दीवार वाली शेल बैटरियों को वेल्ड किया और पाया कि वेल्ड के आकार में एकरूपता अच्छी थी और प्रक्रिया क्षमता सीपीके अच्छी थी, जैसा कि चित्र 18 में दिखाया गया है।

0.8 मिमी की दीवार की मोटाई वाली बैटरी के ऊपरी आवरण की वेल्डिंग का दृश्य (वेल्डिंग गति 300 मिमी/सेकंड)

हार्डवेयर की दृष्टि से, हाइब्रिड वेल्डिंग समाधान के विपरीत, यह समाधान सरल है और इसके लिए दो लेज़र या विशेष हाइब्रिड वेल्डिंग हेड की आवश्यकता नहीं होती है। इसमें केवल एक सामान्य उच्च-शक्ति लेज़र वेल्डिंग हेड की आवश्यकता होती है (चूंकि केवल एक ऑप्टिकल फाइबर एकल तरंगदैर्ध्य लेज़र आउटपुट करता है, इसलिए लेंस संरचना सरल है, किसी समायोजन की आवश्यकता नहीं है, और बिजली की हानि कम है), जिससे इसे डीबग करना और रखरखाव करना आसान हो जाता है, और उपकरण की स्थिरता में काफी सुधार होता है।

हार्डवेयर समाधान की सरल प्रणाली और बैटरी सेल के ऊपरी आवरण की उच्च गति वेल्डिंग प्रक्रिया आवश्यकताओं को पूरा करने के अलावा, इस समाधान के प्रक्रिया अनुप्रयोगों में अन्य लाभ भी हैं।

परीक्षण में, हमने बैटरी के ऊपरी आवरण को 300 मिमी/सेकंड की उच्च गति से वेल्ड किया और फिर भी वेल्डिंग सीम के अच्छे परिणाम प्राप्त हुए। इसके अलावा, 0.4, 0.6 और 0.8 मिमी की अलग-अलग मोटाई वाली परतों के लिए, केवल लेजर आउटपुट मोड को समायोजित करके ही अच्छी वेल्डिंग की जा सकती है। हालांकि, दोहरी तरंगदैर्ध्य वाले लेजर हाइब्रिड वेल्डिंग समाधानों के लिए, वेल्डिंग हेड या लेजर के ऑप्टिकल कॉन्फ़िगरेशन को बदलना आवश्यक है, जिससे उपकरण की लागत और डीबगिंग में लगने वाला समय बढ़ जाता है।

इसलिए, बिंदु-वलय बिंदुलेसर वेल्डिंगयह समाधान न केवल 300 मिमी/सेकंड की अल्ट्रा-हाई-स्पीड टॉप कवर वेल्डिंग हासिल कर सकता है और पावर बैटरी की उत्पादन क्षमता में सुधार कर सकता है, बल्कि उन बैटरी निर्माण कंपनियों के लिए भी मददगार है जिन्हें बार-बार मॉडल बदलने की आवश्यकता होती है। यह समाधान उपकरण और उत्पादों की गुणवत्ता में काफी सुधार करता है, अनुकूलता बढ़ाता है और मॉडल बदलने और डिबगिंग के समय को कम करता है।

0.4 मिमी की दीवार की मोटाई वाली बैटरी के ऊपरी आवरण की वेल्डिंग का दृश्य (वेल्डिंग गति 300 मिमी/सेकंड)

0.6 मिमी की दीवार की मोटाई वाली बैटरी के ऊपरी आवरण की वेल्डिंग का दृश्य (वेल्डिंग गति 300 मिमी/सेकंड)

पतली दीवार वाली सेल वेल्डिंग के लिए कोरोना लेजर वेल्ड पेनिट्रेशन – प्रक्रिया क्षमताएं

ऊपर उल्लिखित कोरोना लेजर के अलावा, एएमबी लेजर और एआरएम लेजर में समान ऑप्टिकल आउटपुट विशेषताएं होती हैं और इनका उपयोग लेजर वेल्ड स्पैटर को कम करने, वेल्ड सतह की गुणवत्ता में सुधार करने और उच्च गति वेल्डिंग स्थिरता में सुधार जैसी समस्याओं को हल करने के लिए किया जा सकता है।

4. सारांश

ऊपर बताए गए विभिन्न समाधानों का उपयोग घरेलू और विदेशी लिथियम बैटरी निर्माता कंपनियां वास्तविक उत्पादन में करती हैं। उत्पादन समय और तकनीकी पृष्ठभूमि में भिन्नता के कारण, उद्योग में विभिन्न प्रक्रिया समाधानों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, लेकिन कंपनियों की दक्षता और गुणवत्ता के लिए उच्च अपेक्षाएं हैं। इसमें लगातार सुधार हो रहा है, और प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में अग्रणी कंपनियां जल्द ही और भी नई तकनीकों को अपनाएंगी।

चीन में नई ऊर्जा बैटरी उद्योग की शुरुआत अपेक्षाकृत देर से हुई, लेकिन राष्ट्रीय नीतियों के चलते इसका तेजी से विकास हुआ है। संबंधित प्रौद्योगिकियों में पूरे उद्योग जगत के संयुक्त प्रयासों से निरंतर प्रगति हुई है और इसने उत्कृष्ट अंतरराष्ट्रीय कंपनियों के साथ प्रतिस्पर्धा के अंतर को काफी हद तक कम कर दिया है। घरेलू लिथियम बैटरी उपकरण निर्माता के रूप में, मेवेन भी लगातार अपने लाभ के क्षेत्रों की खोज कर रहा है, बैटरी पैक उपकरणों के क्रमिक उन्नयन में सहायता कर रहा है और नई ऊर्जा भंडारण बैटरी मॉड्यूल पैक के स्वचालित उत्पादन के लिए बेहतर समाधान प्रदान कर रहा है।