Hreinsun og skurður með flipaleysi: Leyndarmálið að miklum suðustyrk

Höfundur: Dany Huang, Ph.D.

Forstjóri & R&D leiðtogi, TOB New Energy

Tengstu við Dr. Huang á LinkedIn

Yfirlit og lykilatriði

Flipasuðu bilar á yfirborðinu löngu áður en hún bilar við suðuna. Álflipar bera 2–10 nm oxíð á þykkt með bandbili nálægt 8,8 eV - rafmagns einangrunarefni sem situr á milli tveggja málma sem eiga að vera tengdir saman með málmvinnslu. Að fjarlægja það strax fyrir suðu breytir báðum tölum sem skipta máli: togstyrk og samskeyti.

• Dæmigert togstyrksbreyting eftir hreinsun:25–40 N á undan, 45–65 N á eftir, á 0,2 mm álflipa sem soðinn er á rásstangir, þar sem dreifing fellur úr 25–40% CV í undir 10%.
• Dæmigert liðviðnámsbreyting:0,8–1,5 mΩ á undan, 0,2–0,4 mΩ á eftir – nóg til að skipta máli á 100 A samfelldri losunarleið.
• Oxíð vex aftur:1–2 nm innan nokkurra mínútna í lofti. Hreinsun verður að vera í línu og strax framan við suðuna, ekki sérstakt lotuþrep.
• Laserskurður heldur burt undir 10–15 µm án slits á verkfærum, sem kemur í stað blaðs þar sem brún gæði rýrna með hverju höggi.

Flipasuðu stenst sjónræna skoðun. Enginn skvettur, engin mislitun, ekkert augljóst bil. Þá les togprófið 32 N á móti 45 N forskrift, og liðviðnám mælist fjórfalt gildið sem var reiknað með. Ekkert í suðuuppskriftinni var rangt. Yfirborðið sem suðan var beðin um að sameina var aldrei málmur í fyrsta lagi.

Þetta er einn hljóðlátasti bilunarhamurinn í frumusamsetningu, vegna þess að gallinn er ósýnilegur fyrir hverja sjónskoðun og kemur aðeins fram þegar eitthvað mælir kraft eða viðnám. Verkfræðisvarið er ekki sterkari suðuáætlun. Það er yfirborðsundirbúningur sem á sér stað á sekúndum fyrir suðuna, á línunni, í hverri lotu.

Hvers vegna flipaflötur ákveður suðustyrk áður en suðu gerir það

Ál helst ekki ber. Nýtt yfirborð oxast á nokkrum sekúndum í andrúmslofti, nær 2–4 nm strax og heldur áfram að vaxa í 5–10 nm á klukkustundum. Sú filma er ekki þunnt ónæðislag. Það er Al₂O₃ með bandbil nálægt 8,8 eV-a rafstraum. Fyrir ultrasonic suðu kemur oxíð í veg fyrir snertingu á lotukerfinu sem gerir tengingu í föstu formi kleift. Fyrir leysisuðu hækkar það þröskuldarorkuna sem þarf til að hefja skráargat og kynnir breytilegt frásog þegar filmuþykktin sveiflast yfir flipann.

Nikkel- og koparflipar hegða sér öðruvísi en ekki betri. Nikkeloxíð og koparoxíð eru þynnri en samt viðnám og vöxtur koparoxíðs hraðar með raka og hitastigi. Valsað koparþynna sem geymd er án lofthjúpsstýringar getur borið nógu þykkt oxíðlag til að breyta suðuhegðun á sýnilegan hátt á milli fyrstu og síðustu vindunnar af lóðinni.

Bætið við húðunarleifum og myndin versnar. Yfirúða bakskautslausnar flyst yfir á flipasvæði meðan á húðun stendur; kolefnis- og bindiefnisleifar sitja á rafskautaflipum eftir rifu. Vélræn burstun strýkir þessar leifar frekar en að fjarlægja þær, og smurða lagið verður hindrun óþekktrar samsetningar undir suðunni.

Þrjár yfirborðsaðstæður sem ákvarða samskeyti:

• Oxíðþykkt- ákvarðar hvort málm við málm snertingu sé yfirhöfuð möguleg.
• Leifar og mengun- ákvarðar hvort suðuklumpurinn myndast í málmi eða í samsettri málmi og lífrænu rusli.
• Yfirborðs landslag- ákvarðar snertiflöt og, í úthljóðssuðu, hvernig orka tengist viðmótinu.

Ekkert af þessu er brugðist við með því að stilla suðuafl. Öllum þremur er brugðist við með þrifum.

Hvað leysirhreinsun fjarlægir og hvers vegna það er sjálftakmarkandi

Púlsaður trefjaleysir við 1064 nm skilar orku í 10–200 ns púlsum við flæði um það bil 1–10 J/cm². Oxíðlagið gleypir púlsinn mun sterkari en undirliggjandi málmur og gufar upp. Þegar yfirborðið er málmkennt eykst endurspeglun verulega og púlsorkan sem eftir er endurkastast að miklu leyti frekar en frásogast. Ferlið er því sjálftakmarkandi: það fjarlægir oxíðið og stoppar við málminn, sem er ástæðan fyrir því að rétt stillt kerfi þynnir ekki 8 µm filmu.

Þessi sjálftakmarkandi hegðun er ástæðan fyrir því að laserhreinsun kemur í stað efnasýringar á háhraðalínum. Ferlið er þurrt, þarf ekki skolun eða þurrkun, framleiðir engan sýruúrgang og getur keyrt í línu á vef- eða flipaflutningshraða.

Fjarlægingarmarkmiðin:

Dregið verður út við hreinsunarhausinn sem myndast með eyðingu. Málm- og kolefnisagnir, sem þéttast aftur á nýhreinsuðum flipa, vinna gegn tilgangi skrefsins og lausar leiðandi agnir á yfirborði frumunnar eru skammhlaupshætta. Útdráttur er hluti af forskrift hreinsistöðvar, ekki aukabúnaður.

A vs B: Vélrænn, efnafræðilegur og leysir yfirborðsundirbúningur

Fjórar aðferðir eru notaðar til að undirbúa flipaflötur fyrir suðu. Þeir eru ekki skiptanlegir og samanburðurinn útskýrir hvers vegna leysir hefur fært hina til í stað á stórum línum.

Vélræn burstun hentar áfram fyrir vinnu með litlu magni og fyrir flipa þar sem aðeins þarf að fjarlægja laust rusl. Efnasúrsun framleiðir besta yfirborðið en passar ekki í þurru, innbyggðu ferli og ber kostnað við meðhöndlun úrgangs. Plasma meðhöndlar lífræna mengun vel en fjarlægir áloxíð hægt. Laserhreinsun er eina aðferðin sem sameinar algjörlega fjarlægingu oxíðs, þurra innbyggða aðgerð og ekkert rek úr rekstrarvörum yfir vakt.

Pull Test Numbers: Fyrir og eftir

Skýrasta leiðin til að koma málinu á framfæri er að tilgreina mælinguna. Taflan hér að neðan gefur dæmigerð hæfisgildi fyrir 0,2 mm álflipa sem er soðinn á álstöng, og fyrir nikkelflipa sem soðinn er á stáldós, þvert á hreinsunarstig. Þetta eru ferlimarkmið sem sjást í hæfniskeyrslum, ekki alhliða fasta - hver efnisstafli og suðuaðferð hefur sinn glugga.

Tvær tölur verðskulda athygli umfram styrkleikaaukningu. Sú fyrsta er dreifing: breytileikastuðull yfir 25% þýðir að ferlið er ekki við stjórnvölinn og forskrift sem er skrifuð á móti meðaltalinu mun hafna þýðingarmiklu broti af góðum hlutum og standast þýðingarmikið brot af slæmum hlutum. Að færa CV undir 10% er oft meira virði fyrir línuna en aukning á meðalstyrk, því það gerir forskriftina þýðingarmikla.

Annað er liðviðnám. Á 50 Ah frumu sem teiknar 100 A samfellda, dreifir 1 mΩ aukalega við flipamótið 10 W í litlu magni og lækkar um 100 mV frá endaspennunni. Sá hiti situr við núverandi söfnunarstað, versta mögulega stað fyrir heitan stað.

Laserskurður: Burr, Dross, og tólið sem aldrei klæðist

Rúmfræði flipa er búin til með því að klippa, og skurðbrúnin er suðuflöt á flipahliðinni og yfirborð sem snýr að skilju inni í klefanum. Vélræn skurður framleiðir burr sem vex yfir skerpingarbilið; burr yfir u.þ.b. 10–15 µm hætta á gat á skilju og skapar ósamkvæmt suðuviðmót.

Pulsed trefjar leysir klippa heldur burr hæð undir þeim þröskuldi alla líf tólsins vegna þess að það er engin brún til að vera. Ferliðsbreytur sem stjórna gæðum eru sama fjölskylda og þrif: púlslengd, endurtekningartíðni, brennivídd, aðstoðargas og skurðarhraði. Dross á neðri hluta skurðarins er stjórnað af brennivídd og gasþrýstingi; breidd svæða sem hefur áhrif á hita helst venjulega á bilinu 20–50 µm á þunnum þynnum.

Hagnýti kosturinn við frumusamsetningu er ekki aðeins brún gæði. Laserskurðarhaus breytir um rúmfræði með því að hlaða nýrri slóðskrá. Teningabreyting tekur nokkrar klukkustundir og nýr teningur. Fyrir sívalar frumur þar sem lögun flipa er samþætt vafningsferlinu, að sameina klippingu, hreinsun og vinda í einni vél fjarlægir tvö meðhöndlunarskref - og hvert meðhöndlunarskref milli hreinsunar og suðu er endurvaxtarbil oxíðs.

A sívalur leysirskurðar- og vindavél til að mynda flipa og rafskautsvindaframkvæmir skurðinn og vindinn í einu samfelldu flæði. Það er það sem gerir hreinan, stöðugan flipabrún við framleiðsluhraða frekar en í skoðunarhraða, og það fjarlægir handvirka flutninginn þar sem nýskorinn flipi myndi annars sitja óvarinn.

Að samþætta þrif í línuna, ekki við hliðina á henni

Hreinsivél uppsett sem aðskilin lotustöð leysir yfirborðsvandamálið og skapar tímasetningarvandamál. Ávinningurinn minnkar með hverri mínútu milli hreinsunar og suðu, auka meðhöndlunin leiðir til nýrrar mengunar og stöðin bætir við vinnuafli sem sjálfvirknin átti að fjarlægja.

Samþættingarlógíkin er einföld:

• Hreinsið á síðustu stöðinni fyrir suðuna, í sömu flutningsleið, með bilinu sem tilgreint er og fylgst með.
• Dragðu út mökkinn í höfuðið, með síun sem er að stærð fyrir brottnámsálag frekar en fyrir almenna loftræstingu.
• Fylgstu með niðurstöðunni, vegna þess að hreinsikerfi sem hljóðlaust missir kraft eða rekur í fókus framleiðir yfirborð sem lítur út fyrir að vera hreint og suðu eins og oxíðhúðað. Endurkasts- eða plasmalosun endurgjöf frá ferlinu veitir þá skoðun án þess að stöðva línuna.
• Passaðu hreinsihausinn við suðuaðferðina: Ultrasonic flipasuðu og laserflipasuðu krefjast mismunandi yfirborðsupplýsinga og kerfi sem er tilgreint fyrir annað þjónar ekki sjálfkrafa hinum.

Þetta er þar sem ferli röð skiptir meira máli en nokkur ein vél. Þrif, skurður og suðu eru ein samfelld yfirborðssaga og búnaðurinn sem ber flipa í gegnum þessi skref ætti að tilgreina sem eitt umfang. TOB New Energy útvegarrafhlöðusuðuvélastöðvar fyrir úthljóðs- og leysitengingu rafskautsflipa og straumsafnameð uppstreymisskurðar- og hreinsunarstöðu skilgreind sem hluti af sama línuskipulagi, þannig að bilið milli undirbúnings og sameiningar er hannað frekar en uppgötvað við gangsetningu.

Fyrir rafskautssnið sem breytast meðan á þróun stendur, gildir sama rökfræði við skurðarskrefið:laser rafskautsskurður með verkfæralausum prófílbreytingum og burtlausum brúnumfjarlægir deyjakostnaðinn og stanstímaskiptatímann sem annars truflar yfirborðsferilinn milli húðunar og suðu.

Algengar spurningar: Laserhreinsun og suðustyrkur

Eykur laserhreinsun í raun og veru styrkleika flipasuðu?
Já. Dæmigert hæfisgögn á 0,2 mm álflipa sýna togstyrk sem færist frá 25–40 N eins og hann er móttekinn í 45–65 N eftir hreinsun, þar sem dreifing fer niður fyrir 10% CV.

Hversu hratt vex áloxíð aftur eftir hreinsun?
Um það bil 1–2 nm innan nokkurra mínútna í andrúmslofti, áfram í átt að 5–10 nm á klukkustundum. Þetta er ástæðan fyrir því að hreinsun tilheyrir innri, strax fyrir suðu, ekki í sérstöku lotuþrepi.

Getur leysirhreinsun skemmt þunnt álpappír?
Ekki þegar færibreytur eru rétt stilltar. Ferlið er sjálftakmarkandi: þegar oxíðið er fjarlægt eykst endurspeglun málms og frásog púls minnkar verulega. Rangt flæði eða fókus getur samt merkt yfirborðið, svo nauðsynlegt er að staðfesta færibreytur á raunverulegri filmuþykkt.

Af hverju að nota laserskurð í stað deyjaskurðar fyrir flipa?
Laserskurður heldur burt undir 10–15 µm án slits á verkfærum og breytir rúmfræði með því að hlaða nýrri slóðskrá. Skurðskurður stækkar þvert yfir skerpingarbilið og hver ný flipaform krefst nýs tenings.

Kemur hreinsunarskrefið í stað þörf fyrir suðueftirlit?
Nei. Þrif fjarlægir eina breytu; það sannreynir ekki suðuna. Koaxial suðuvöktun og draga-próf ​​sýna eru nauðsynleg, og endurgjöf hreinsunarferlisins - endurspeglun eða plasmalosun - er það sem staðfestir að hreinsunarskrefið sjálft er enn að virka.

Tæknileg tilvísun unnin af TOB New Energy ferliverkfræðihópnum frá undirbúningi flipa og suðusamþættingarvinnu yfir sívalur, prismatísk og pokasamsetningarlínur. Fyrir togstyrk og viðnámshæfileika á tilteknum flipastafla þínum skaltu tengjast Dr. Dany Huang á LinkedIn eða senda suðumiða til Xiamen umsóknarrannsóknarstofu.