Точность заново: как лазерная сварка с гальванометром и порталом преображает производство аккумуляторных батарей

Обзор проекта и предыстория

В быстро развивающейся области производства новых энергетических аккумуляторов, стремление к более высокой плотности энергии, абсолютной безопасности и масштабируемому производству создает постоянные проблемы. Традиционные методы сварки часто испытывают трудности с точными, высококачественными соединениями необходимыми для токопроводящих контактов, шин и корпусов ячеек, не вызывая чрезмерного термического напряжения или деформации.

В данном тематическом исследовании рассматривается стратегическая интеграция сварочного аппарата непрерывного лазерного излучения с гальванометром и порталом в различные производственные линии аккумуляторных батарей (сборка аккумуляторных батарей). Мы документируем его роль как основного технологического решения, подробно описывая цели установки, достигнутые результаты преобразований и конкретные области применения в различных форм-факторах аккумуляторов, предоставляя надежный план для производителей, стремящихся расширить свои производственные возможности.

Основные цели установки, эффекты и применение в конкретных линиях

Развертывание этой передовой сварочной системы обусловлено четкими, ориентированными на результат целями, которые решают критические узкие места в современном производстве аккумуляторов.

1. Цель и задачи установки

• Для достижения бесконтактной, высокоскоростной прецизионной сварки: Основная цель - заменить или дополнить контактную сварку (например, некоторую контактную сварку) с помощью лазерного процесса. Это исключает износ инструмента и механическое воздействие на хрупкие компоненты, обеспечивая стабильную, высокоскоростную сварку сложных геометрических соединений, распространенных в аккумуляторных батареях.

• Для обеспечения непревзойденной гибкости процесса для сложных конструкций: Используя шестиосевого робота ABB в сочетании со сканирующей гальванометрической лазерной головкой, система устанавливается для обеспечения беспрецедентной свободы движений. Это позволяет одной станции выполнять трехмерные сварные швы на различных изделиях — от плоских шин до сложных межсоединений ячеек — без нескольких выделенных приспособлений, обеспечивая защиту линии от будущих изменений конструкции.

• Для обеспечения превосходной целостности сварного шва для безопасности и производительности: Основная цель установки - использовать высокую плотность энергии волоконного лазера (2 кВт-6 кВт) для получения глубоких, узких сварных швов. Это минимизирует зону термического влияния (HAZ), уменьшает термическую деформацию и создает беспористые, плотные швы, которые имеют решающее значение для электропроводности и долгосрочной структурной надежности аккумуляторной батареи.

2. Эффекты и результаты после установки

После интеграции и оптимизации система обеспечивает преобразующие результаты:

• Значительный скачок производительности: высокоскоростной гальванометрический сканер позволяет лазерному лучу перемещаться между точками сварки со скоростью, невозможной для традиционного движения робота, значительно сокращая время цикла. Его способность обслуживать несколько рабочих станций в пределах досягаемости портала еще больше увеличивает производительность.

• Стабильные, высококачественные сварные швы: Операторы отмечают исключительную стабильность внешнего вида и проплавления сварного шва.  спиральный или осциллирующий рисунок луча слегка расширяет сварной шов для лучшей адгезии, сохраняя при этом глубину, в результате чего получаются прочные, визуально однородные соединения, которые легко проходят электрические испытания и испытания на вырыв.

• Повышенная гибкость производственной линии: Сочетание программируемого робота и гибкого лазерного инструмента адаптируется к новым сварочным задачам посредством изменений программного обеспечения, а не механической переоснастки. Это резко сокращает время переналадки для различных моделей аккумуляторов или конструкций батарей.

3. Применение в конкретных линиях и профессиональные советы по интеграции

Универсальность станка позволяет ему играть ключевую, но индивидуальную роль в различных линиях Pack.

• Линия модулей цилиндрических ячеек (например, 21700, 4680):

  • Основная роль: Высокоскоростная сварка соединений ячейка-шина и межсоединений шин модуля.

  • Фокус установки: Точность имеет первостепенное значение. Установка должна обеспечивать отличную точность позиционирования луча (часто с помощью встроенного CCD-видения) для выравнивания с крышкой каждой ячейки. Виброизоляция для портала имеет решающее значение для поддержания этой точности на высоких скоростях. Оснастка должна обеспечивать надежное, повторяемое крепление ячеек.

• Линия призматических алюминиевых корпусов аккумуляторных батарей:

  • Основная роль: Сварка уплотнений для крышек аккумуляторных ячеек и сварка шинопроводов большого формата или гибких соединительных деталей.

  • Фокус установки: Для герметизации крышки важна стабильность процесса для достижения герметичных, бездефектных швов имеет решающее значение. Установщики должны обеспечить идеальную подачу защитного газа (аргона) в зону сварки. Для шин ключевым является возможность сварки большого формата системы. Фундамент пола должен быть прочным, чтобы выдерживать пролет портала без прогиба.

• Линия сборки модулей ячеек в пакетах:

  • Основная роль: Обычно используется ультразвуковая или лазерная сварка контактов ячеек в пакетах к шинам. Эта лазерная система с порталом идеально подходит для последующего межсоединения шин на уровне модуля и сварки рам модуля или холодных пластин.

  • Фокус установки: Точный контроль температуры жизненно важен для предотвращения теплового повреждения близлежащих ячеек в пакетах. Интеграция должна включать мониторинг температуры в реальном времени (например, пирометры). Гибкость робота используется для подхода к сварным швам под оптимальными углами в ограниченном пространстве.

• Линия аккумуляторных батарей для больших коммерческих автомобилей (автобус/грузовик):

  • Основная роль: Сварка сверхмощных шин, конструктивных соединений, и компонентов корпуса аккумулятора большого размера.

  • Фокус установки: Это приложение использует высокомощный лазер (до 6 кВт) для глубоких сварных швов. Установка требует стабильного, высокопроизводительного электропитания и чиллера. Рабочая зона должна быть спланирована с учетом большого размера детали, что может потребовать индивидуальной длины рельсов портала.

Подчеркивая основные конкурентные преимущества

Интеграция этой системы дает явные, защищаемые преимущества, которые напрямую влияют на прибыль:

• Синергия гибкости и точности: Робот ABB обеспечивает макропозиционирование в большом объеме, в то время как гальванометрический сканер обеспечивает микроперемещения лазерного луча на экстремальных скоростях. Этот двойной подход уникально эффективен для аккумуляторных батарей, содержащих массивы сварных швов.

• Бескомпромиссное качество сварки: Сфокусированная лазерная энергия обеспечивает минимальные термические искажения, сохраняя целостность чувствительных аккумуляторных ячеек. Полученные высокоплотные, беспористые сварные швы повышают электропроводность и механическую прочность, напрямую способствуя безопасности и сроку службы батареи.

• Масштабируемая эффективность производства: бесконтактный процесс и возможность одновременной обработки на нескольких станциях создают высокоэффективный производственный узел. Эта масштабируемость необходима для удовлетворения растущих потребностей рынков электромобилей и накопителей энергии.

Краткое описание основных применений в различных линиях аккумуляторных батарей

В следующей таблице кратко изложена основная цель, которую эта сварочная машина с гальванометром и порталом выполняет в различных производственных условиях.