Tecnología de medición de espesor por ultrasonidos
1.Necesidades de litiobateríaelectrodo medición del recubrimiento neto
El electrodo de una batería de litio se compone de un colector y un recubrimiento en las superficies A y B. La uniformidad del espesor del recubrimiento es el parámetro de control fundamental del electrodo, lo cual tiene un impacto crítico en la seguridad, el rendimiento y el costo de la batería. Por lo tanto, los equipos de prueba son muy exigentes durante el proceso de producción de baterías de litio.
2. Método de transmisión de rayos X encontrarseenla capacidad límite
Dacheng Precision es un proveedor líder internacional de soluciones de medición sistemática de electrodos. Con más de 10 años de investigación y desarrollo, cuenta con una serie de equipos de medición de alta precisión y estabilidad, como medidores de densidad de área de rayos X/β, medidores de espesor láser, medidores integrados de espesor y densidad de área CDM, etc., que permiten la monitorización en línea de los índices del núcleo de los electrodos de baterías de iones de litio, incluyendo la cantidad de recubrimiento neto, el espesor, el espesor del área de adelgazamiento y la densidad de área.
Además, Dacheng Precision también está implementando mejoras en la tecnología de ensayos no destructivos y ha lanzado el medidor de densidad superficial Super X-Ray, basado en detectores semiconductores de estado sólido, y un medidor de espesor infrarrojo basado en el principio de absorción espectral infrarroja. Permite medir el espesor de materiales orgánicos con mayor precisión que los equipos importados.
Figura 1 Medidor de densidad de área Super X-Ray
3. Ultrasónicotgrosormmediciónttecnología
Dacheng Precision siempre ha estado comprometida con la investigación y el desarrollo de tecnologías innovadoras. Además de las soluciones de ensayos no destructivos mencionadas, también está desarrollando tecnología de medición de espesores por ultrasonido. En comparación con otras soluciones de inspección, la medición de espesores por ultrasonido presenta las siguientes características.
3.1 Principio de medición de espesor por ultrasonidos
El medidor de espesores ultrasónico mide el espesor mediante el principio de reflexión de pulsos ultrasónicos. Cuando el pulso ultrasónico emitido por la sonda atraviesa el objeto medido y alcanza las interfaces del material, la onda de pulso se refleja de vuelta a la sonda. El espesor del objeto medido se puede determinar midiendo con precisión el tiempo de propagación ultrasónica.
H=1/2*(V*t)
Casi todos los productos hechos de metal, plástico, materiales compuestos, cerámica, vidrio, fibra de vidrio o caucho se pueden medir de esta manera y se puede utilizar ampliamente en los campos del petróleo, la química, la metalurgia, la construcción naval, la aviación, la industria aeroespacial y otros.
3.2Aventajasde timedición ultrasónica del espesor
La solución tradicional utiliza el método de transmisión de rayos para medir la cantidad total de recubrimiento y luego, mediante sustracción, calcula el valor de la cantidad neta de recubrimiento del electrodo de la batería de litio. Mientras que el medidor de espesor ultrasónico puede medir directamente este valor gracias a su diferente principio de medición.
①La onda ultrasónica tiene una fuerte penetrabilidad debido a su longitud de onda más corta y es aplicable a una amplia gama de materiales.
② El haz de sonido ultrasónico se puede concentrar en una dirección específica y viaja en línea recta a través del medio, con una buena directividad.
③ No hay necesidad de preocuparse por el tema de seguridad porque no tiene radiación.
Sin embargo, a pesar del hecho de que la medición de espesor ultrasónica tiene tales ventajas, en comparación con varias tecnologías de medición de espesor que Dacheng Precision ya ha traído al mercado, la aplicación de la medición de espesor ultrasónica tiene algunas limitaciones como las siguientes.
3.3 Limitaciones de aplicación de la medición de espesor por ultrasonidos
① Transductor ultrasónico: El transductor ultrasónico, es decir, la sonda ultrasónica mencionada anteriormente, es el componente principal de los medidores de prueba ultrasónicos, capaz de transmitir y recibir ondas de pulso. Sus indicadores principales, la frecuencia de trabajo y la precisión de tiempo, determinan la precisión de la medición de espesor. Los transductores ultrasónicos de alta gama actuales aún dependen de importaciones extranjeras, cuyo precio es elevado.
②Uniformidad del material: Como se mencionó en los principios básicos, el ultrasonido se reflejará en las interfaces del material. La reflexión se debe a cambios repentinos en la impedancia acústica, y la uniformidad de esta última depende de la uniformidad del material. Si el material a medir no es uniforme, la señal de eco producirá mucho ruido, lo que afectará los resultados de la medición.
③ Rugosidad: la rugosidad de la superficie del objeto medido provocará un eco reflejado bajo o incluso la imposibilidad de recibir la señal de eco;
④Temperatura: La esencia del ultrasonido reside en que la vibración mecánica de las partículas del medio se propaga en forma de ondas, las cuales son inseparables de la interacción entre ellas. La manifestación macroscópica del movimiento térmico de las partículas del medio es la temperatura, y el movimiento térmico afectará naturalmente la interacción entre ellas. Por lo tanto, la temperatura tiene un gran impacto en los resultados de la medición.
En la medición de espesor ultrasónico convencional basada en el principio de eco de pulso, la temperatura de las manos de las personas afectará la temperatura de la sonda, lo que provocará la deriva del punto cero del medidor.
⑤Estabilidad: La onda sonora es la vibración mecánica de las partículas del medio en forma de propagación ondulatoria. Es susceptible a interferencias externas y la señal captada no es estable.
⑥Medio de acoplamiento: El ultrasonido se atenúa en el aire, pero se propaga bien en líquidos y sólidos. Para una mejor recepción de la señal de eco, se suele añadir un medio de acoplamiento líquido entre la sonda ultrasónica y el objeto medido, lo cual no facilita el desarrollo de programas de inspección automatizada en línea.
Otros factores, como la inversión o distorsión de la fase ultrasónica, la curvatura, la conicidad o la excentricidad de la superficie del objeto medido influirán en los resultados de la medición.
Se puede observar que la medición de espesores por ultrasonidos ofrece numerosas ventajas. Sin embargo, actualmente no se puede comparar con otros métodos de medición de espesores debido a sus limitaciones.
3.4UProgreso en la investigación sobre medición de espesor ultrasónicodeDachengPrescisión
Dacheng Precision siempre ha estado comprometida con la investigación y el desarrollo. En el campo de la medición de espesores por ultrasonido, también ha logrado avances. Algunos de los resultados de la investigación se muestran a continuación.
3.4.1 Condiciones experimentales
El ánodo se fija en la mesa de trabajo y se utiliza una sonda ultrasónica de alta frecuencia de desarrollo propio para la medición de punto fijo.
Figura 2 Medición de espesor por ultrasonidos
3.4.2 Datos experimentales
Los datos experimentales se presentan en forma de A-scan y B-scan. En el A-scan, el eje X representa el tiempo de transmisión ultrasónica y el eje Y la intensidad de la onda reflejada. El B-scan muestra una imagen bidimensional del perfil paralelo a la dirección de propagación de la velocidad del sonido y perpendicular a la superficie medida del objeto en prueba.
El A-scan muestra que la amplitud de la onda de pulso de retorno en la unión del grafito y la lámina de cobre es significativamente mayor que la de otras formas de onda. El espesor del recubrimiento de grafito se puede obtener calculando la trayectoria acústica de la onda ultrasónica en el medio de grafito.
Se probaron un total de 5 veces los datos en dos posiciones, Punto 1 y Punto 2, y la trayectoria acústica del grafito en el Punto 1 fue de 0,0340 us, y la trayectoria acústica del grafito en el Punto 2 fue de 0,0300 us, con una alta precisión de repetibilidad.
Figura 3 Señal de escaneo A
Figura 4 Imagen B-scan
Fig.1 X=450, imagen B-scan del plano YZ
Punto1 X=450 Y=110
Trayectoria acústica: 0,0340 us
Espesor: 0,0340 (us)*3950 (m/s)/2=67,15 (μm)
Punto2 X=450 Y=145
Trayectoria acústica: 0,0300us
Espesor: 0,0300 (us)*3950 (m/s)/2=59,25 (μm)
Figura 5 Imagen de prueba de dos puntos
4. Sresumende litiobateríaelectrodo tecnología de medición de recubrimiento neto
La tecnología de ensayos ultrasónicos, como uno de los métodos más importantes de ensayos no destructivos, proporciona un método eficaz y universal para evaluar la microestructura y las propiedades mecánicas de materiales sólidos, así como para detectar sus microdiscontinuidades y macrodiscontinuidades. Ante la demanda de medición automatizada en línea de la cantidad neta de recubrimiento de electrodos de baterías de litio, el método de transmisión de rayos presenta una mayor ventaja debido a las características del ultrasonido y a los problemas técnicos que requiere su solución.
Dacheng Precision, como experto en medición de electrodos, continuará realizando investigaciones y desarrollos en profundidad de tecnologías innovadoras, incluida la tecnología de medición de espesor ultrasónico, contribuyendo al desarrollo y los avances de las pruebas no destructivas.
Hora de publicación: 21 de septiembre de 2023
