বর্গাকার অ্যালুমিনিয়াম শেলের লিথিয়াম ব্যাটারির সরল গঠন, ভালো আঘাত প্রতিরোধ ক্ষমতা, উচ্চ শক্তি ঘনত্ব এবং বৃহৎ সেল ধারণক্ষমতার মতো অনেক সুবিধা রয়েছে। এগুলো বরাবরই দেশীয় লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদন ও উন্নয়নের প্রধান দিক হিসেবে রয়েছে এবং বাজারের ৪০%-এরও বেশি অংশ দখল করে আছে।
বর্গাকার অ্যালুমিনিয়াম শেল লিথিয়াম ব্যাটারির গঠন চিত্রে দেখানো হয়েছে, যা ব্যাটারি কোর (ধনাত্মক ও ঋণাত্মক ইলেকট্রোড শিট, সেপারেটর), ইলেক্ট্রোলাইট, শেল, উপরের ঢাকনা এবং অন্যান্য উপাদান দ্বারা গঠিত।
বর্গাকার অ্যালুমিনিয়াম শেল লিথিয়াম ব্যাটারির কাঠামো
বর্গাকার অ্যালুমিনিয়াম শেলযুক্ত লিথিয়াম ব্যাটারির উৎপাদন এবং সংযোজন প্রক্রিয়ার সময়, বিপুল সংখ্যকলেজার ওয়েল্ডিংকিছু প্রক্রিয়ার প্রয়োজন হয়, যেমন: ব্যাটারি সেল এবং কভার প্লেটের নরম সংযোগগুলির ওয়েল্ডিং, কভার প্লেট সিলিং ওয়েল্ডিং, সিলিং পেরেক ওয়েল্ডিং, ইত্যাদি। প্রিজম্যাটিক পাওয়ার ব্যাটারির জন্য লেজার ওয়েল্ডিং হলো প্রধান ওয়েল্ডিং পদ্ধতি। এর উচ্চ শক্তি ঘনত্ব, ভালো পাওয়ার স্থিতিশীলতা, উচ্চ ওয়েল্ডিং নির্ভুলতা, সহজ পদ্ধতিগত একীকরণ এবং আরও অনেক সুবিধার কারণে,লেজার ওয়েল্ডিংপ্রিজম্যাটিক অ্যালুমিনিয়াম শেল লিথিয়াম ব্যাটারির উৎপাদন প্রক্রিয়ায় এর ভূমিকা অপরিহার্য।
মেভেন ৪-অক্ষ স্বয়ংক্রিয় গ্যালভানোমিটার প্ল্যাটফর্মফাইবার লেজার ওয়েল্ডিং মেশিন
বর্গাকার অ্যালুমিনিয়াম শেল ব্যাটারির ক্ষেত্রে টপ কভার সিলের ওয়েল্ডিং সিমটি হলো সবচেয়ে দীর্ঘ এবং এটি ওয়েল্ড করতে সবচেয়ে বেশি সময় নেয়। সাম্প্রতিক বছরগুলোতে লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদন শিল্পের দ্রুত বিকাশের সাথে সাথে টপ কভার সিলিং লেজার ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়া প্রযুক্তি এবং এর সরঞ্জাম প্রযুক্তিরও দ্রুত বিকাশ ঘটেছে। সরঞ্জামের বিভিন্ন ওয়েল্ডিং গতি এবং কার্যক্ষমতার উপর ভিত্তি করে, আমরা টপ কভার লেজার ওয়েল্ডিং সরঞ্জাম এবং প্রক্রিয়াগুলোকে মোটামুটিভাবে তিনটি যুগে ভাগ করেছি। এগুলো হলো ১.০ যুগ (২০১৫-২০১৭) যেখানে ওয়েল্ডিং গতি <১০০ মিমি/সেকেন্ড, ২.০ যুগ (২০১৭-২০১৮) যেখানে ১০০-২০০ মিমি/সেকেন্ড, এবং ৩.০ যুগ (২০১৯-) যেখানে ২০০-৩০০ মিমি/সেকেন্ড। সময়ের সাথে সাথে প্রযুক্তির বিকাশ নিচে তুলে ধরা হলো:
১. টপ কভার লেজার ওয়েল্ডিং প্রযুক্তির ১.০ যুগ
ঝালাইয়ের গতি＜১০০ মিমি/সেকেন্ড
২০১৫ থেকে ২০১৭ সাল পর্যন্ত, নীতিমালার প্রভাবে দেশীয় নতুন শক্তির যানবাহনের ব্যবহার ব্যাপকভাবে বাড়তে শুরু করে এবং পাওয়ার ব্যাটারি শিল্পেরও প্রসার ঘটে। তবে, দেশীয় প্রতিষ্ঠানগুলোর প্রযুক্তিগত জ্ঞান এবং প্রতিভার ভান্ডার এখনও তুলনামূলকভাবে কম। সংশ্লিষ্ট ব্যাটারি উৎপাদন প্রক্রিয়া এবং সরঞ্জাম প্রযুক্তিও এখনও প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে এবং সরঞ্জামের স্বয়ংক্রিয়তার মাত্রাও তুলনামূলকভাবে কম। সরঞ্জাম নির্মাতারা সবেমাত্র পাওয়ার ব্যাটারি উৎপাদনের দিকে মনোযোগ দিতে এবং গবেষণা ও উন্নয়নে বিনিয়োগ বাড়াতে শুরু করেছে। এই পর্যায়ে, স্কয়ার ব্যাটারি লেজার সিলিং সরঞ্জামের জন্য শিল্পের উৎপাদন দক্ষতার প্রয়োজনীয়তা সাধারণত ৬-১০ পিপিএম (PPM)। এই সরঞ্জামের সমাধানে সাধারণত একটি সাধারণ লেজারের মাধ্যমে আলো নির্গত করার জন্য ১ কিলোওয়াট ফাইবার লেজার ব্যবহার করা হয়।লেজার ওয়েল্ডিং হেড(যেমন ছবিতে দেখানো হয়েছে), এবং ওয়েল্ডিং হেডটি একটি সার্ভো প্ল্যাটফর্ম মোটর বা একটি লিনিয়ার মোটর দ্বারা চালিত হয়। এর নড়াচড়া ও ওয়েল্ডিং গতি ৫০-১০০ মিমি/সেকেন্ড।
১ কিলোওয়াট লেজার ব্যবহার করে ব্যাটারি কোরের উপরের কভারটি ঝালাই করা হচ্ছে
এর মধ্যেলেজার ওয়েল্ডিংএই প্রক্রিয়ায়, তুলনামূলকভাবে কম ওয়েল্ডিং গতি এবং ওয়েল্ডের তুলনামূলকভাবে দীর্ঘ তাপীয় চক্রের সময়ের কারণে, গলিত পুলটি প্রবাহিত ও জমাট বাঁধার জন্য যথেষ্ট সময় পায় এবং সুরক্ষামূলক গ্যাস গলিত পুলটিকে আরও ভালোভাবে আবৃত করতে পারে, যার ফলে একটি মসৃণ ও পূর্ণাঙ্গ পৃষ্ঠ এবং ভালো সামঞ্জস্যপূর্ণ ওয়েল্ড পাওয়া সহজ হয়, যেমনটি নিচে দেখানো হয়েছে।
টপ কভারের কম-গতির ওয়েল্ডিংয়ের জন্য ওয়েল্ড সিম গঠন
সরঞ্জামের দিক থেকে, যদিও উৎপাদন দক্ষতা বেশি নয়, তবে এর যন্ত্রপাতির গঠন তুলনামূলকভাবে সরল, স্থিতিশীলতা ভালো এবং খরচ কম, যা এই পর্যায়ে শিল্পের বিকাশের চাহিদা ভালোভাবে পূরণ করে এবং পরবর্তী প্রযুক্তিগত উন্নয়নের ভিত্তি স্থাপন করে।
যদিও টপ কভার সিলিং ওয়েল্ডিং ১.০ যুগের সহজ সরঞ্জাম সমাধান, কম খরচ এবং ভালো স্থিতিশীলতার মতো সুবিধা রয়েছে, কিন্তু এর অন্তর্নিহিত সীমাবদ্ধতাগুলোও খুব স্পষ্ট। সরঞ্জামের দিক থেকে, মোটরের চালনা ক্ষমতা আরও গতি বৃদ্ধির চাহিদা মেটাতে পারে না; প্রযুক্তির দিক থেকে, কেবল ওয়েল্ডিং গতি এবং লেজার পাওয়ার আউটপুট বাড়িয়ে আরও গতি বৃদ্ধি করলে ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ায় অস্থিতিশীলতা দেখা দেয় এবং ফলন কমে যায়: গতি বৃদ্ধি ওয়েল্ডিং তাপীয় চক্রের সময় কমিয়ে দেয়, এবং ধাতুর গলন প্রক্রিয়া আরও তীব্র হয়, স্প্যাটার বেড়ে যায়, অশুদ্ধির সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়ার ক্ষমতা খারাপ হয়ে যায় এবং স্প্যাটার হোল তৈরি হওয়ার সম্ভাবনা বেশি থাকে। একই সাথে, গলিত পুলের কঠিন হওয়ার সময় কমে যায়, যার ফলে ওয়েল্ডের পৃষ্ঠ অমসৃণ হয় এবং এর সামঞ্জস্য কমে যায়। যখন লেজার স্পট ছোট হয়, তখন তাপের ইনপুট বেশি হয় না এবং স্প্যাটার কমানো যায়, কিন্তু ওয়েল্ডের গভীরতা-প্রস্থের অনুপাত বেশি হয় এবং ওয়েল্ডের প্রস্থ যথেষ্ট হয় না; যখন লেজার স্পট বড় হয়, তখন ওয়েল্ডের প্রস্থ বাড়ানোর জন্য বেশি লেজার পাওয়ার ইনপুট করতে হয়। এর ফলে একদিকে যেমন ওয়েল্ডিং স্প্যাটার বাড়বে, তেমনই ওয়েল্ডের পৃষ্ঠতলের গঠনও দুর্বল হবে। বর্তমান কারিগরি স্তরে আরও গতি বাড়ানোর অর্থ হলো, কার্যকারিতার জন্য উৎপাদন ব্যয়কে বিসর্জন দিতে হবে এবং যন্ত্রপাতি ও প্রক্রিয়া প্রযুক্তির আধুনিকীকরণের প্রয়োজনীয়তা এখন শিল্পের চাহিদায় পরিণত হয়েছে।
২. টপ কভারের ২.০ যুগলেজার ওয়েল্ডিংপ্রযুক্তি
ঝালাইয়ের গতি ২০০ মিমি/সেকেন্ড
২০১৬ সালে চীনে গাড়ির পাওয়ার ব্যাটারির স্থাপিত ক্ষমতা ছিল প্রায় ৩০.৮ গিগাওয়াট-আওয়ার (GWh), ২০১৭ সালে তা বেড়ে দাঁড়ায় প্রায় ৩৬ গিগাওয়াট-আওয়ার (GWh), এবং ২০১৮ সালে এতে আরও এক বিরাট উল্লম্ফন ঘটে, যা আগের বছরের তুলনায় ৫৭% বৃদ্ধি পেয়ে স্থাপিত ক্ষমতা ৫৭ গিগাওয়াট-আওয়ার (GWh)-এ পৌঁছায়। নতুন শক্তির যাত্রীবাহী গাড়ির ক্ষেত্রেও প্রায় দশ লক্ষ ব্যাটারি উৎপাদিত হয়, যা আগের বছরের তুলনায় ৮০.৭% বৃদ্ধি। স্থাপিত ক্ষমতার এই বিরাট উল্লম্ফনের পেছনে রয়েছে লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদন ক্ষমতার উন্মোচন। নতুন শক্তির যাত্রীবাহী গাড়ির ব্যাটারি স্থাপিত ক্ষমতার ৫০%-এরও বেশি অংশ জুড়ে রয়েছে, যার অর্থ হলো ব্যাটারির কার্যকারিতা এবং গুণমানের জন্য শিল্পের চাহিদা ক্রমশ আরও কঠোর হবে, এবং এর সাথে উৎপাদন সরঞ্জাম প্রযুক্তি ও প্রক্রিয়া প্রযুক্তির উন্নতিও একটি নতুন যুগে প্রবেশ করেছে: একক-লাইন উৎপাদন ক্ষমতার প্রয়োজনীয়তা মেটাতে, টপ কভার লেজার ওয়েল্ডিং সরঞ্জামের উৎপাদন ক্ষমতা ১৫-২০ পিপিএম (PPM) পর্যন্ত বাড়াতে হবে, এবং এরলেজার ওয়েল্ডিংগতি ১৫০-২০০ মিমি/সেকেন্ডে পৌঁছাতে হবে। তাই, ড্রাইভ মোটরের ক্ষেত্রে, বিভিন্ন সরঞ্জাম প্রস্তুতকারক সংস্থা তাদের লিনিয়ার মোটর প্ল্যাটফর্মকে আপগ্রেড করেছে, যাতে এর গতি ব্যবস্থা আয়তাকার পথে ২০০ মিমি/সেকেন্ড সমগতিতে ওয়েল্ডিং করার জন্য প্রয়োজনীয় কার্যক্ষমতার চাহিদা পূরণ করতে পারে; তবে, উচ্চ-গতির ওয়েল্ডিংয়ের অধীনে ওয়েল্ডিংয়ের মান কীভাবে নিশ্চিত করা যায়, তার জন্য আরও প্রক্রিয়াগত অগ্রগতির প্রয়োজন, এবং এই শিল্পের সংস্থাগুলো অনেক অনুসন্ধান ও গবেষণা চালিয়েছে: ১.০ যুগের তুলনায়, ২.০ যুগে উচ্চ-গতির ওয়েল্ডিংয়ের ক্ষেত্রে সমস্যাটি হলো: সাধারণ ওয়েল্ডিং হেডের মাধ্যমে একটি একক বিন্দু আলোক উৎস আউটপুট করার জন্য সাধারণ ফাইবার লেজার ব্যবহার করা হয়, যার ফলে ২০০ মিমি/সেকেন্ডের চাহিদা পূরণের জন্য উপযুক্ত বিকল্প নির্বাচন করা কঠিন হয়ে পড়ে।
মূল প্রযুক্তিগত সমাধানে, ওয়েল্ডিংয়ের গঠনগত প্রভাব শুধুমাত্র অপশন কনফিগার করা, স্পট সাইজ সমন্বয় করা এবং লেজার পাওয়ারের মতো মৌলিক প্যারামিটারগুলো সামঞ্জস্য করার মাধ্যমে নিয়ন্ত্রণ করা যায়: ছোট স্পটযুক্ত কনফিগারেশন ব্যবহার করলে, ওয়েল্ডিং পুলের কীহোল ছোট হবে, পুলের আকৃতি অস্থিতিশীল হবে এবং ওয়েল্ডিং অস্থিতিশীল হয়ে পড়বে। সিম ফিউশনের প্রস্থও তুলনামূলকভাবে ছোট হয়; বড় লাইট স্পটযুক্ত কনফিগারেশন ব্যবহার করলে, কীহোল বড় হবে, কিন্তু ওয়েল্ডিং পাওয়ার উল্লেখযোগ্যভাবে বেড়ে যাবে এবং স্প্যাটার ও ব্লাস্ট হোলের হারও উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পাবে।
তাত্ত্বিকভাবে, উচ্চ-গতির ওয়েল্ড গঠনের প্রভাব নিশ্চিত করতে চাইলেলেজার ওয়েল্ডিংউপরের কভারটির জন্য, আপনাকে নিম্নলিখিত শর্তগুলো পূরণ করতে হবে:
① ওয়েল্ডিং সিমের প্রস্থ পর্যাপ্ত এবং ওয়েল্ডিং সিমের গভীরতা-প্রস্থের অনুপাত যথাযথ, যার জন্য প্রয়োজন যে আলোক উৎসের তাপীয় ক্রিয়া পরিসর যথেষ্ট বড় হবে এবং ওয়েল্ডিং লাইনের শক্তি একটি যুক্তিসঙ্গত সীমার মধ্যে থাকবে;
২। ওয়েল্ডটি মসৃণ হওয়ার জন্য, ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ার সময় ওয়েল্ডের তাপীয় চক্রের সময়কাল যথেষ্ট দীর্ঘ হওয়া প্রয়োজন, যাতে গলিত পুলে পর্যাপ্ত তরলতা থাকে এবং সুরক্ষামূলক গ্যাসের সুরক্ষায় ওয়েল্ডটি জমাট বেঁধে একটি মসৃণ ধাতব ওয়েল্ডে পরিণত হয়;
২। ওয়েল্ড সিমের সামঞ্জস্য ভালো এবং এতে ছিদ্র ও গর্ত কম থাকে। এর জন্য প্রয়োজন যে, ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ার সময় লেজার যেন ওয়ার্কপিসের উপর স্থিরভাবে কাজ করে এবং উচ্চ-শক্তির বিম প্লাজমা ক্রমাগত উৎপন্ন হয়ে গলিত পুলের অভ্যন্তরে কাজ করে। প্লাজমার প্রতিক্রিয়া বলের প্রভাবে গলিত পুল একটি "কীহোল" তৈরি করে। এই কীহোলটি যথেষ্ট বড় এবং স্থিতিশীল হয়, যাতে উৎপন্ন ধাতব বাষ্প ও প্লাজমা সহজে বাইরে বেরিয়ে এসে ধাতব ফোঁটা তৈরি করে ছিটকে পড়তে না পারে এবং কীহোলের চারপাশের গলিত পুল সহজে ভেঙে গিয়ে গ্যাসে পরিণত না হয়। এমনকি ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ার সময় যদি বাইরের কোনো বস্তু পুড়ে যায় এবং বিস্ফোরকভাবে গ্যাস নির্গত হয়, তবুও একটি বড় কীহোল বিস্ফোরক গ্যাস নির্গমনে বেশি সহায়ক হয় এবং ধাতব ছিটকে পড়া ও সৃষ্ট গর্ত কমিয়ে দেয়।
উপরোক্ত বিষয়গুলোর পরিপ্রেক্ষিতে, এই শিল্পের ব্যাটারি ও সরঞ্জাম প্রস্তুতকারক সংস্থাগুলো বিভিন্ন প্রচেষ্টা ও অনুশীলন গ্রহণ করেছে: জাপানে কয়েক দশক ধরে লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদন বিকশিত হয়েছে এবং সংশ্লিষ্ট উৎপাদন প্রযুক্তিগুলো অগ্রণী ভূমিকা পালন করেছে।
২০০৪ সালে, যখন ফাইবার লেজার প্রযুক্তি তখনও বাণিজ্যিকভাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়নি, তখন প্যানাসনিক মিশ্র আউটপুটের জন্য এলডি সেমিকন্ডাক্টর লেজার এবং পালস ল্যাম্প-পাম্পড ওয়াইএজি লেজার ব্যবহার করত (এর পরিকল্পনাটি নিচের চিত্রে দেখানো হয়েছে)।
মাল্টি-লেজার হাইব্রিড ওয়েল্ডিং প্রযুক্তি এবং ওয়েল্ডিং হেডের কাঠামোর নকশা চিত্র
স্পন্দিত দ্বারা উৎপন্ন উচ্চ-শক্তি ঘনত্ব সম্পন্ন আলোর বিন্দুYAG লেজারপর্যাপ্ত ওয়েল্ডিং পেনিট্রেশন পাওয়ার জন্য ওয়ার্কপিসে একটি ছোট স্পট ব্যবহার করে ওয়েল্ডিং হোল তৈরি করা হয়। একই সময়ে, ওয়ার্কপিসকে প্রি-হিট এবং ওয়েল্ড করার জন্য এলডি সেমিকন্ডাক্টর লেজার ব্যবহার করে অবিচ্ছিন্নভাবে CW লেজার রশ্মি সরবরাহ করা হয়। ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়া চলাকালীন গলিত পুলটি আরও শক্তি সরবরাহ করে, যার ফলে বড় ওয়েল্ডিং হোল তৈরি হয়, ওয়েল্ডিং সিমের প্রস্থ বৃদ্ধি পায় এবং হোলগুলো বন্ধ হওয়ার সময় দীর্ঘায়িত হয়। এটি গলিত পুলের গ্যাসকে বেরিয়ে যেতে সাহায্য করে এবং ওয়েল্ডিং সিমের পোরোসিটি কমায়, যা নিচে দেখানো হয়েছে।
হাইব্রিডের স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রামলেজার ওয়েল্ডিং
এই প্রযুক্তি প্রয়োগ করে,YAG লেজারএবং মাত্র কয়েকশ ওয়াট ক্ষমতার এলডি লেজার ব্যবহার করে ৮০ মিমি/সেকেন্ডের উচ্চ গতিতে পাতলা লিথিয়াম ব্যাটারির কেস ঝালাই করা যায়। ঝালাইয়ের ফলাফল চিত্রে দেখানো হয়েছে।
বিভিন্ন প্রসেস প্যারামিটারের অধীনে ওয়েল্ডের গঠন
ফাইবার লেজারের বিকাশ ও প্রসারের সাথে সাথে, ভালো বিম কোয়ালিটি, উচ্চ ফটোইলেকট্রিক রূপান্তর দক্ষতা, দীর্ঘ জীবনকাল, সহজ রক্ষণাবেক্ষণ এবং উচ্চ ক্ষমতার মতো বহুবিধ সুবিধার কারণে লেজার মেটাল প্রসেসিং-এ পালসড YAG লেজারের স্থান ধীরে ধীরে ফাইবার লেজার দখল করে নিয়েছে।
অতএব, উপরোক্ত লেজার হাইব্রিড ওয়েল্ডিং সলিউশনে লেজারের সংমিশ্রণটি একটি ফাইবার লেজার + এলডি সেমিকন্ডাক্টর লেজারে রূপান্তরিত হয়েছে, এবং লেজারটি একটি বিশেষ প্রসেসিং হেডের মাধ্যমে সমাক্ষীয়ভাবে আউটপুট করা হয় (ওয়েল্ডিং হেডটি চিত্র ৭-এ দেখানো হয়েছে)। ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়া চলাকালীন, লেজারের কার্যপ্রণালী একই থাকে।
কম্পোজিট লেজার ওয়েল্ডিং জয়েন্ট
এই পরিকল্পনায়, স্পন্দিতYAG লেজারউন্নত বিম কোয়ালিটি, অধিক শক্তি এবং অবিচ্ছিন্ন আউটপুট সহ একটি ফাইবার লেজার দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়, যা ওয়েল্ডিংয়ের গতি ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি করে এবং উন্নততর ওয়েল্ডিং কোয়ালিটি অর্জন করে (ওয়েল্ডিং ফলাফল চিত্র ৮-এ দেখানো হয়েছে)। এই কারণে, এই পরিকল্পনাটি কিছু গ্রাহকের কাছে পছন্দের। বর্তমানে, এই সমাধানটি পাওয়ার ব্যাটারির টপ কভার সিলিং ওয়েল্ডিং উৎপাদনে ব্যবহৃত হচ্ছে এবং এটি ২০০ মিমি/সেকেন্ড পর্যন্ত ওয়েল্ডিং গতিতে পৌঁছাতে পারে।
হাইব্রিড লেজার ওয়েল্ডিং দ্বারা টপ কভার ওয়েল্ডের চেহারা
যদিও দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের লেজার ওয়েল্ডিং সমাধানটি উচ্চ-গতির ওয়েল্ডিংয়ের ওয়েল্ড স্থিতিশীলতার সমস্যার সমাধান করে এবং ব্যাটারি সেলের টপ কভারের উচ্চ-গতির ওয়েল্ডিংয়ের ওয়েল্ডের গুণমানের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে, তবুও সরঞ্জাম এবং প্রক্রিয়ার দৃষ্টিকোণ থেকে এই সমাধানে এখনও কিছু সমস্যা রয়েছে।
প্রথমত, এই সমাধানের হার্ডওয়্যার উপাদানগুলো তুলনামূলকভাবে জটিল, যার জন্য দুই ভিন্ন ধরনের লেজার এবং বিশেষ দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের লেজার ওয়েল্ডিং জয়েন্টের ব্যবহার প্রয়োজন হয়, যা যন্ত্রপাতিতে বিনিয়োগের খরচ বাড়ায়, যন্ত্রপাতির রক্ষণাবেক্ষণকে কঠিন করে তোলে এবং যন্ত্রপাতি বিকল হওয়ার সম্ভাব্য ক্ষেত্র বাড়িয়ে দেয়;
দ্বিতীয়ত, দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্যলেজার ওয়েল্ডিংব্যবহৃত জয়েন্টটি একাধিক লেন্স সেট দ্বারা গঠিত (চিত্র ৪ দেখুন)। এতে শক্তি ক্ষয় সাধারণ ওয়েল্ডিং জয়েন্টের চেয়ে বেশি হয়, এবং দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের লেজারের সমাক্ষীয় আউটপুট নিশ্চিত করার জন্য লেন্সের অবস্থানকে যথাযথ অবস্থানে সমন্বয় করতে হয়। এবং একটি নির্দিষ্ট ফোকাল প্লেনে ফোকাস করা ও দীর্ঘমেয়াদী উচ্চ-গতির অপারেশনের ফলে, লেন্সের অবস্থান ঢিলা হয়ে যেতে পারে, যা আলোক পথে পরিবর্তন ঘটায় এবং ওয়েল্ডিংয়ের গুণমানকে প্রভাবিত করে, যার জন্য ম্যানুয়াল পুনঃসমন্বয়ের প্রয়োজন হয়;
তৃতীয়ত, ওয়েল্ডিংয়ের সময় লেজারের প্রতিফলন তীব্র হয় এবং তা সহজেই সরঞ্জাম ও যন্ত্রাংশের ক্ষতি করতে পারে। বিশেষ করে ত্রুটিপূর্ণ পণ্য মেরামত করার সময়, মসৃণ ওয়েল্ড পৃষ্ঠ থেকে প্রচুর পরিমাণে লেজার আলো প্রতিফলিত হয়, যা সহজেই লেজার অ্যালার্মের কারণ হতে পারে এবং মেরামতের জন্য প্রসেসিং প্যারামিটারগুলো সমন্বয় করার প্রয়োজন হয়।
উপরোক্ত সমস্যাগুলো সমাধানের জন্য আমাদের অনুসন্ধানের অন্য পথ খুঁজে বের করতে হবে। ২০১৭-২০১৮ সালে আমরা উচ্চ-কম্পাঙ্কের দোলন নিয়ে গবেষণা করেছিলাম।লেজার ওয়েল্ডিংব্যাটারির উপরের কভারের প্রযুক্তিকে উৎপাদন পর্যায়ে উন্নীত করা হয়েছে। লেজার বিম হাই-ফ্রিকোয়েন্সি সুইং ওয়েল্ডিং (এরপরে সুইং ওয়েল্ডিং হিসাবে উল্লেখিত) হলো ২০০ মিমি/সেকেন্ড গতিসম্পন্ন আরেকটি বর্তমান উচ্চ-গতির ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়া।
হাইব্রিড লেজার ওয়েল্ডিং সলিউশনের তুলনায়, এই সলিউশনের হার্ডওয়্যার অংশে শুধুমাত্র একটি সাধারণ ফাইবার লেজারের সাথে একটি ওসিলেটিং লেজার ওয়েল্ডিং হেড যুক্ত করার প্রয়োজন হয়।
টলমল ওয়েল্ডিং হেড
ওয়েল্ডিং হেডের ভিতরে একটি মোটর-চালিত প্রতিফলক লেন্স থাকে, যা প্রোগ্রাম করে পরিকল্পিত গতিপথের ধরন (সাধারণত বৃত্তাকার, S-আকৃতির, 8-আকৃতির, ইত্যাদি), দোলনের বিস্তার এবং কম্পাঙ্ক অনুযায়ী লেজারের দোলন নিয়ন্ত্রণ করা যায়। বিভিন্ন দোলন প্যারামিটার ওয়েল্ডিংয়ের প্রস্থচ্ছেদকে বিভিন্ন আকৃতি ও আকারে আনতে পারে।
বিভিন্ন দোলন গতিপথে প্রাপ্ত ঝালাই
উচ্চ-কম্পাঙ্কের সুইং ওয়েল্ডিং হেডটি একটি লিনিয়ার মোটরের সাহায্যে চালিত হয়ে ওয়ার্কপিসগুলোর মধ্যবর্তী ফাঁক বরাবর ঝালাই করে। সেল শেলের দেয়ালের পুরুত্ব অনুযায়ী, উপযুক্ত সুইং ট্র্যাজেক্টরি টাইপ এবং বিস্তার নির্বাচন করা হয়। ঝালাইয়ের সময়, স্থির লেজার রশ্মি কেবল একটি V-আকৃতির ঝালাই প্রস্থচ্ছেদ তৈরি করে। কিন্তু, সুইং ওয়েল্ডিং হেডের দ্বারা চালিত হয়ে, রশ্মির স্পটটি ফোকাল প্লেনে উচ্চ গতিতে ঘোরে, যা একটি গতিশীল এবং ঘূর্ণায়মান ওয়েল্ডিং কীহোল তৈরি করে, যার মাধ্যমে একটি উপযুক্ত ঝালাইয়ের গভীরতা-প্রস্থের অনুপাত পাওয়া যায়;
ঘূর্ণায়মান ওয়েল্ডিং কীহোল ওয়েল্ডকে নাড়াচাড়া করে। একদিকে, এটি গ্যাস বের হতে সাহায্য করে এবং ওয়েল্ডের ছিদ্র কমায়, এবং ওয়েল্ড বিস্ফোরণ বিন্দুতে থাকা পিনহোল মেরামতে একটি নির্দিষ্ট ভূমিকা পালন করে (চিত্র ১২ দেখুন)। অন্যদিকে, ওয়েল্ড মেটাল একটি সুশৃঙ্খল পদ্ধতিতে উত্তপ্ত ও শীতল হয়। এই আবর্তনের ফলে ওয়েল্ডের পৃষ্ঠে একটি নিয়মিত এবং সুশৃঙ্খল মাছের আঁশের মতো নকশা ফুটে ওঠে।
সুইং ওয়েল্ডিং সিম গঠন
বিভিন্ন সুইং প্যারামিটারের অধীনে পেইন্ট দূষণের সাথে ওয়েল্ডের অভিযোজনযোগ্যতা
উপরোক্ত বিষয়গুলো টপ কভারের হাই-স্পিড ওয়েল্ডিংয়ের জন্য তিনটি মৌলিক গুণগত আবশ্যকতা পূরণ করে। এই সমাধানটির অন্যান্য সুবিধাও রয়েছে:
① যেহেতু লেজার শক্তির বেশিরভাগই ডাইনামিক কীহোলে প্রবেশ করানো হয়, তাই বাইরে ছড়িয়ে পড়া লেজার রশ্মি কমে যায়, ফলে কম লেজার শক্তির প্রয়োজন হয় এবং ওয়েল্ডিং-এর জন্য প্রয়োজনীয় তাপ তুলনামূলকভাবে কম থাকে (কম্পোজিট ওয়েল্ডিং-এর চেয়ে ৩০% কম), যা যন্ত্রপাতির ক্ষতি এবং শক্তির অপচয় কমায়;
২। সুইং ওয়েল্ডিং পদ্ধতিটি ওয়ার্কপিসের অ্যাসেম্বলি মানের সাথে উচ্চ অভিযোজনযোগ্যতা রাখে এবং অ্যাসেম্বলি ধাপের মতো সমস্যাজনিত ত্রুটি হ্রাস করে;
২। সুইং ওয়েল্ডিং পদ্ধতির ওয়েল্ড হোল মেরামতের উপর শক্তিশালী প্রভাব রয়েছে, এবং ব্যাটারি কোরের ওয়েল্ড হোল মেরামতের জন্য এই পদ্ধতির ব্যবহারের ফলন হার অত্যন্ত বেশি;
④ সিস্টেমটি সরল এবং এর যন্ত্রপাতির ত্রুটি সংশোধন ও রক্ষণাবেক্ষণ সহজ।
৩. টপ কভার লেজার ওয়েল্ডিং প্রযুক্তির ৩.০ যুগ
ঝালাইয়ের গতি ৩০০ মিমি/সেকেন্ড
নতুন জ্বালানি ভর্তুকি ক্রমাগত হ্রাস পাওয়ায় ব্যাটারি উৎপাদন শিল্পের প্রায় সমগ্র শিল্প শৃঙ্খল এক সংকটময় পরিস্থিতিতে পড়েছে। শিল্পটি একটি পুনর্গঠন পর্বেও প্রবেশ করেছে এবং বৃহৎ আকার ও প্রযুক্তিগত সুবিধাসম্পন্ন শীর্ষস্থানীয় সংস্থাগুলোর অনুপাত আরও বৃদ্ধি পেয়েছে। কিন্তু একই সাথে, “গুণমান উন্নত করা, খরচ কমানো এবং দক্ষতা বৃদ্ধি করা” অনেক সংস্থার প্রধান বিষয় হয়ে উঠবে।
স্বল্প বা ভর্তুকিহীন সময়ে, শুধুমাত্র প্রযুক্তির ধারাবাহিক উন্নয়ন, উচ্চতর উৎপাদন দক্ষতা অর্জন, একটি ব্যাটারির উৎপাদন খরচ হ্রাস এবং পণ্যের গুণমান উন্নত করার মাধ্যমেই আমরা প্রতিযোগিতায় জেতার একটি বাড়তি সুযোগ পেতে পারি।
হ্যান'স লেজার ব্যাটারি সেলের টপ কভারের জন্য উচ্চ-গতির ওয়েল্ডিং প্রযুক্তির গবেষণায় বিনিয়োগ অব্যাহত রেখেছে। উপরে উল্লিখিত বিভিন্ন প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতির পাশাপাশি, এটি ব্যাটারি সেলের টপ কভারের জন্য অ্যানুলার স্পট লেজার ওয়েল্ডিং প্রযুক্তি এবং গ্যালভানোমিটার লেজার ওয়েল্ডিং প্রযুক্তির মতো উন্নত প্রযুক্তি নিয়েও গবেষণা করে।
উৎপাদন দক্ষতা আরও উন্নত করার লক্ষ্যে, ৩০০ মিমি/সেকেন্ড এবং তার চেয়ে বেশি গতিতে টপ কভার ওয়েল্ডিং প্রযুক্তি অন্বেষণ করা হচ্ছে। হ্যান'স লেজার ২০১৭-২০১৮ সালে স্ক্যানিং গ্যালভানোমিটার লেজার ওয়েল্ডিং সিলিং নিয়ে গবেষণা করে, এবং গ্যালভানোমিটার ওয়েল্ডিংয়ের সময় ওয়ার্কপিসের কঠিন গ্যাস সুরক্ষা ও দুর্বল ওয়েল্ড সারফেস গঠনের মতো প্রযুক্তিগত প্রতিবন্ধকতাগুলো অতিক্রম করে ৪০০-৫০০ মিমি/সেকেন্ড গতি অর্জন করে।লেজার ওয়েল্ডিংসেল টপ কভারের। একটি 26148 ব্যাটারির জন্য ওয়েল্ডিং করতে মাত্র ১ সেকেন্ড সময় লাগে।
তবে, এর উচ্চ দক্ষতার কারণে, এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ সহায়ক সরঞ্জাম তৈরি করা অত্যন্ত কঠিন এবং সরঞ্জামের খরচও বেশি। তাই, এই সমাধানটির জন্য আর কোনো বাণিজ্যিক প্রয়োগের উন্নয়ন করা হয়নি।
আরও উন্নয়নের সাথেফাইবার লেজারপ্রযুক্তির দিক থেকে, নতুন উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন ফাইবার লেজার চালু করা হয়েছে যা সরাসরি বলয়াকার আলোকবিন্দু নির্গত করতে পারে। এই ধরনের লেজার বিশেষ বহুস্তরীয় অপটিক্যাল ফাইবারের মাধ্যমে বিন্দু-বলয়াকার লেজার স্পট নির্গত করতে পারে এবং স্পটের আকৃতি ও শক্তির বণ্টন সামঞ্জস্য করা যায়, যেমনটি চিত্রে দেখানো হয়েছে।
বিভিন্ন দোলন গতিপথে প্রাপ্ত ঝালাই
সমন্বয়ের মাধ্যমে লেজার শক্তি ঘনত্বের বণ্টনকে একটি স্পট-ডোনাট-টপহ্যাট আকৃতিতে তৈরি করা যায়। এই ধরনের লেজারকে করোনা বলা হয়, যেমনটি চিত্রে দেখানো হয়েছে।
সামঞ্জস্যযোগ্য লেজার রশ্মি (যথাক্রমে: কেন্দ্র আলো, কেন্দ্র আলো + বলয় আলো, বলয় আলো, দুটি বলয় আলো)
২০১৮ সালে, অ্যালুমিনিয়াম শেল ব্যাটারি সেলের টপ কভার ঝালাই করার কাজে এই ধরনের একাধিক লেজারের প্রয়োগ পরীক্ষা করা হয়েছিল এবং করোনা লেজারকে ভিত্তি করে, ব্যাটারি সেলের টপ কভারের লেজার ঝালাইয়ের জন্য ৩.০ প্রসেস টেকনোলজি সলিউশনের উপর গবেষণা শুরু করা হয়েছিল। যখন করোনা লেজার পয়েন্ট-রিং মোড আউটপুট প্রদান করে, তখন এর আউটপুট বিমের পাওয়ার ডেনসিটি ডিস্ট্রিবিউশন বৈশিষ্ট্য একটি সেমিকন্ডাক্টর + ফাইবার লেজারের সম্মিলিত আউটপুটের অনুরূপ হয়।
ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ার সময়, উচ্চ শক্তি ঘনত্ব সম্পন্ন কেন্দ্রবিন্দুর আলো গভীর অনুপ্রবেশ ওয়েল্ডিংয়ের জন্য একটি কীহোল তৈরি করে, যার ফলে পর্যাপ্ত ওয়েল্ডিং অনুপ্রবেশ পাওয়া যায় (হাইব্রিড ওয়েল্ডিং সলিউশনে ফাইবার লেজারের আউটপুটের অনুরূপ), এবং রিং লাইট অধিক তাপ সরবরাহ করে, কীহোলকে বড় করে, কীহোলের প্রান্তে থাকা তরল ধাতুর উপর ধাতব বাষ্প এবং প্লাজমার প্রভাব কমায়, ফলে সৃষ্ট ধাতব ছিটকে পড়া হ্রাস করে এবং ওয়েল্ডের তাপীয় চক্রের সময় বাড়িয়ে দেয়, যা গলিত পুলে থাকা গ্যাসকে দীর্ঘ সময় ধরে বেরিয়ে যেতে সাহায্য করে এবং উচ্চ-গতির ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ার স্থিতিশীলতা উন্নত করে (হাইব্রিড ওয়েল্ডিং সলিউশনে সেমিকন্ডাক্টর লেজারের আউটপুটের অনুরূপ)।
পরীক্ষায়, আমরা পাতলা দেয়ালের শেল ব্যাটারি ওয়েল্ড করে দেখেছি যে, ওয়েল্ডের আকারের সামঞ্জস্য এবং প্রসেস ক্যাপাবিলিটি সিপিকে (CPK) ভালো ছিল, যা চিত্র ১৮-তে দেখানো হয়েছে।
০.৮ মিমি পুরুত্বের দেয়ালে ব্যাটারির উপরের কভারের ওয়েল্ডিংয়ের চেহারা (ওয়েল্ডিং গতি ৩০০ মিমি/সেকেন্ড)
হার্ডওয়্যারের দিক থেকে, হাইব্রিড ওয়েল্ডিং সলিউশনের মতো নয়, এই সলিউশনটি সরল এবং এর জন্য দুটি লেজার বা কোনো বিশেষ হাইব্রিড ওয়েল্ডিং হেডের প্রয়োজন হয় না। এর জন্য শুধুমাত্র একটি সাধারণ উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন লেজার ওয়েল্ডিং হেড প্রয়োজন হয় (যেহেতু কেবল একটি অপটিক্যাল ফাইবার একটি একক তরঙ্গদৈর্ঘ্যের লেজার আউটপুট করে, তাই এর লেন্সের গঠন সরল, কোনো সমন্বয়ের প্রয়োজন হয় না এবং শক্তি ক্ষয় কম হয়), যা ডিবাগিং ও রক্ষণাবেক্ষণকে সহজ করে তোলে এবং যন্ত্রপাতির স্থিতিশীলতা ব্যাপকভাবে উন্নত হয়।
হার্ডওয়্যার সলিউশনটির সরল সিস্টেম এবং ব্যাটারি সেলের টপ কভারের উচ্চ-গতির ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়ার প্রয়োজনীয়তা পূরণের পাশাপাশি, প্রসেস অ্যাপ্লিকেশনের ক্ষেত্রে এই সলিউশনটির অন্যান্য সুবিধাও রয়েছে।
পরীক্ষায়, আমরা ৩০০ মিমি/সেকেন্ডের উচ্চ গতিতে ব্যাটারির উপরের কভারটি ওয়েল্ড করেছি এবং তারপরেও ভালো ওয়েল্ডিং সিম গঠনের ফলাফল পেয়েছি। অধিকন্তু, ০.৪, ০.৬, এবং ০.৮ মিমি-এর মতো বিভিন্ন পুরুত্বের শেলের ক্ষেত্রে, শুধুমাত্র লেজার আউটপুট মোড সামঞ্জস্য করেই ভালো ওয়েল্ডিং করা সম্ভব। তবে, দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের লেজার হাইব্রিড ওয়েল্ডিং সমাধানের জন্য, ওয়েল্ডিং হেড বা লেজারের অপটিক্যাল কনফিগারেশন পরিবর্তন করা প্রয়োজন, যা যন্ত্রপাতির খরচ এবং ডিবাগিং-এর জন্য প্রয়োজনীয় সময় বাড়িয়ে দেয়।
অতএব, বিন্দু-বলয় স্থানলেজার ওয়েল্ডিংএই সমাধানটি কেবল ৩০০ মিমি/সেকেন্ড গতিতে অতি-উচ্চ গতিতে টপ কভার ওয়েল্ডিং করতে এবং পাওয়ার ব্যাটারির উৎপাদন দক্ষতা উন্নত করতে পারে তাই নয়, যেসব ব্যাটারি উৎপাদনকারী সংস্থাকে ঘন ঘন মডেল পরিবর্তন করতে হয়, তাদের জন্য এই সমাধানটি সরঞ্জাম ও পণ্যের সামঞ্জস্যতা ব্যাপকভাবে উন্নত করতে পারে এবং মডেল পরিবর্তন ও ডিবাগিংয়ের সময় কমিয়ে আনতে পারে।
০.৪ মিমি পুরুত্বের দেয়ালে ব্যাটারির উপরের কভারের ওয়েল্ডিংয়ের চেহারা (ওয়েল্ডিং গতি ৩০০ মিমি/সেকেন্ড)
০.৬ মিমি পুরুত্বের দেয়ালে ব্যাটারির উপরের কভারের ওয়েল্ডিংয়ের চেহারা (ওয়েল্ডিং গতি ৩০০ মিমি/সেকেন্ড)
পাতলা-প্রাচীর কোষ ঝালাইয়ের জন্য করোনা লেজার ওয়েল্ড পেনিট্রেশন – প্রক্রিয়াগত সক্ষমতা
উপরে উল্লিখিত করোনা লেজার ছাড়াও, এএমবি লেজার এবং এআরএম লেজারের অপটিক্যাল আউটপুট বৈশিষ্ট্য একই রকম এবং এগুলো লেজার ওয়েল্ড স্প্যাটার কমানো, ওয়েল্ড সারফেসের মান উন্নত করা এবং উচ্চ-গতির ওয়েল্ডিংয়ের স্থিতিশীলতা বাড়ানোর মতো সমস্যা সমাধানে ব্যবহার করা যেতে পারে।
৪. সারসংক্ষেপ
উপরে উল্লিখিত বিভিন্ন সমাধানগুলো দেশীয় ও বিদেশী লিথিয়াম ব্যাটারি উৎপাদনকারী কোম্পানিগুলো তাদের প্রকৃত উৎপাদনে ব্যবহার করে থাকে। উৎপাদনের ভিন্ন ভিন্ন সময় এবং ভিন্ন ভিন্ন প্রযুক্তিগত পটভূমির কারণে এই শিল্পে বিভিন্ন প্রক্রিয়াগত সমাধান ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, কিন্তু কোম্পানিগুলোর দক্ষতা এবং গুণমানের ক্ষেত্রে উচ্চতর চাহিদা রয়েছে। এটি ক্রমাগত উন্নত হচ্ছে, এবং প্রযুক্তির অগ্রভাগে থাকা কোম্পানিগুলো শীঘ্রই আরও নতুন প্রযুক্তি প্রয়োগ করবে।
চীনের নতুন শক্তির ব্যাটারি শিল্প তুলনামূলকভাবে দেরিতে শুরু হলেও জাতীয় নীতির প্রভাবে দ্রুত বিকশিত হয়েছে। সমগ্র শিল্প শৃঙ্খলের সম্মিলিত প্রচেষ্টায় সংশ্লিষ্ট প্রযুক্তিগুলো ক্রমাগত উন্নত হয়েছে এবং শীর্ষস্থানীয় আন্তর্জাতিক সংস্থাগুলোর সাথে ব্যবধান ব্যাপকভাবে কমিয়ে এনেছে। একটি দেশীয় লিথিয়াম ব্যাটারি সরঞ্জাম প্রস্তুতকারক হিসেবে, ম্যাভেনও ক্রমাগত তার নিজস্ব সুবিধার ক্ষেত্রগুলো অন্বেষণ করছে, ব্যাটারি প্যাক সরঞ্জামের পুনরাবৃত্তিমূলক আপগ্রেডে সহায়তা করছে এবং নতুন শক্তির শক্তি সঞ্চয়কারী ব্যাটারি মডিউল প্যাকের স্বয়ংক্রিয় উৎপাদনের জন্য উন্নততর সমাধান প্রদান করছে।
পোস্ট করার সময়: ১৯-সেপ্টেম্বর-২০২৩
