石新華：超聲金屬焊接過程在線監(jiān)控技術(shù)在鋰電池行業(yè)中的應(yīng)用
圖為上海驕成機(jī)電設(shè)備有限公司石新華博士
石新華：大家好！我是來自上海驕成機(jī)電設(shè)備有限公司研發(fā)部石新華。今天我跟大家交流一下超聲金屬焊接過程在線監(jiān)控技術(shù)在鋰電池行業(yè)中的應(yīng)用。
我分三部分來介紹一下我的內(nèi)容。首先我簡單介紹一下我們上海驕成公司，第二介紹一下我們焊接的檢測技術(shù)，第三介紹一下在線檢測技術(shù)的一些特點(diǎn)和特色。
我們上海驕成是十年來一直是提供高端超聲波應(yīng)用的國家高新技術(shù)企業(yè)，現(xiàn)有公司有60多項(xiàng)專利和軟件著作權(quán)。公司的產(chǎn)品也經(jīng)過了9001、CE等認(rèn)證。
公司的主要研發(fā)成員來自上海交通大學(xué)。
我們跟上海交通大學(xué)多年來一直保持長期的合作，特別是在超聲波的焊接工藝以及超聲波的其他應(yīng)用方面。這就是我們公司在超聲波應(yīng)用工藝上獲得的一些國家支持的基因項(xiàng)目，以及政府輔助的一些項(xiàng)目的展示。
2、焊接質(zhì)量在線檢測技術(shù)，我來介紹一下這個(gè)。
我分三部分來介紹一下，第一部分我簡單介紹一下超聲金屬焊的原理，第二部分介紹現(xiàn)有的市場上的一些常見的評(píng)價(jià)朝覲金屬焊焊接質(zhì)量的一些方法；3、介紹一下我們公司實(shí)時(shí)監(jiān)控上的一些原理和特點(diǎn)。
超聲金屬焊在學(xué)術(shù)上、業(yè)內(nèi)還沒有比較公認(rèn)的原理，它的超聲焊接過程中發(fā)熱量和溫度是遠(yuǎn)達(dá)不到供電的熔點(diǎn)。超聲所需要的壓力是很小的，所以它不屬于壓力焊的范疇。超聲焊是在外來高頻振動(dòng)和超聲的作用下使得兩個(gè)焊件表面之間達(dá)到分子間的融合。這個(gè)焊縫表面會(huì)逐漸形成一層金屬的化合物。塑性表型和材料流動(dòng)是超聲焊得以正常運(yùn)行一個(gè)非常重要的特點(diǎn)。
超聲焊可以順利進(jìn)行的是焊接能量，這里指的焊接能量不僅僅是一個(gè)量化的，不僅僅是一個(gè)量化的能力，同時(shí)也有能量的特征。這兩個(gè)決定了超聲焊的材料流動(dòng)和超聲焊焊接過程中的能量以及能量的特征決定了一個(gè)焊接過程順利進(jìn)行的必然條件。
這是在熒光顯微鏡下顯示的，超聲金屬焊焊接過程的幾種主要的形態(tài)，一個(gè)是正常焊，就是金屬間的化合物在熒光顯微鏡下以不同的顏色出現(xiàn)，再就是過焊，使得材料的塑性變形，不足以抵抗這部分的能量，同而發(fā)生了破裂。
現(xiàn)在超聲焊所應(yīng)用的一些簡檢驗(yàn)方法，基本上是以下5類，最常見的是焊后進(jìn)行測試，第二是通過熒光顯微鏡來看，還可以有直線位移傳感器，這5種評(píng)判方法，必須是焊后，是離線的，第二必須對(duì)焊件進(jìn)行破壞，這幾種方法都難以對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行一個(gè)全面而有效的評(píng)估。
我們的超聲金屬焊接實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)是一種基于多傳感器結(jié)合的技術(shù)。我剛才講過的，第一塑性變形和材料流動(dòng)，第二是焊接能力的特點(diǎn)，是絕對(duì)超聲焊可以順利進(jìn)行的重要因素。
這是我們這個(gè)焊接系統(tǒng)的一個(gè)基本原理，我們會(huì)在焊縫的底座安裝兩類傳感器，第一類是類似振動(dòng)傳感器，我要評(píng)估這個(gè)材料流動(dòng)和塑性變形的特點(diǎn)，這個(gè)塑性變形和材料流動(dòng)是沒有辦法用低頻段的傳感器測量到，所以我必須要用高頻段的相關(guān)傳感器來測量。
測量到的信號(hào)，我們首先要經(jīng)過信號(hào)處理，會(huì)跟我們整個(gè)軟件的算法庫里面建立的一些樣本進(jìn)行模式匹配評(píng)估，綜合評(píng)估下來，會(huì)對(duì)焊縫曲的狀態(tài)做出一個(gè)決策。
這就是我們這個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的一些主要的東西。
右側(cè)是檢測結(jié)果，右上角是模式匹配算法所得出的評(píng)價(jià)，左邊是相關(guān)的A信號(hào)里面得到的一些算法。對(duì)當(dāng)前焊接狀態(tài)下塑性變形、材料流動(dòng)以及能量的特點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估完之后對(duì)整個(gè)焊接狀態(tài)會(huì)做出一種評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)它屬于哪一種類別。
3、我介紹一下我們上海驕成在超聲焊設(shè)備及其在線檢測技術(shù)上有什么特色。
1、我們驕成20K的超聲金屬焊機(jī)。我們的超聲金屬焊機(jī)基本上擁有現(xiàn)有市面上進(jìn)口所有機(jī)器的特點(diǎn)，但是不同的是，我們的發(fā)聲器是隧道式散熱，這是我們發(fā)聲器獨(dú)有的技術(shù)，會(huì)使得電子原器件的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他的發(fā)聲器。
我們也有40K超聲金屬焊機(jī)，我們40K的焊機(jī)具有我們20K焊機(jī)所有的特點(diǎn)。
我們公司有非常先進(jìn)的設(shè)備，來保證我們齒型的精度，同時(shí)，我們公司擁有非常先進(jìn)的共聚焦顯微鏡。這是我們公司超聲金屬焊的一些應(yīng)用展示。
這就是我們公司在線的監(jiān)控系統(tǒng)，主要是對(duì)超聲波金屬焊接質(zhì)量進(jìn)行一些在線檢測，同時(shí)對(duì)整個(gè)焊接的數(shù)據(jù)進(jìn)行一些管理。
這就是我的一些主要介紹。
我們上海驕成十多年來一直在超聲波應(yīng)用和監(jiān)控領(lǐng)域積累了很多的經(jīng)驗(yàn)，希望在該領(lǐng)域跟電池行業(yè)也可以一起發(fā)展。我們上海驕成愿意為中國鋰電池事業(yè)做出自己的貢獻(xiàn)，我們一定為鋰電池廠家提供品質(zhì)優(yōu)良的超聲波金屬焊接設(shè)備，以及在線監(jiān)控系統(tǒng)。謝謝大家！
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