Tecnologia de medição de espessura ultrassônica
1.Necessidades de lítiobateriaeletrodo medição de revestimento líquido
O eletrodo da bateria de lítio é composto por um coletor e um revestimento nas superfícies A e B. A uniformidade da espessura do revestimento é o principal parâmetro de controle do eletrodo da bateria de lítio, o que tem um impacto crítico na segurança, no desempenho e no custo da bateria. Portanto, há altos requisitos para equipamentos de teste durante o processo de produção da bateria de lítio.
2. Método de transmissão de raios X encontrarindoa capacidade limite
A Dacheng Precision é líder internacional no fornecimento de soluções para medição sistemática de eletrodos. Com mais de 10 anos de pesquisa e desenvolvimento, possui uma série de equipamentos de medição de alta precisão e estabilidade, como medidores de densidade areal de raios X/β, medidores de espessura a laser, medidores integrados de espessura e densidade areal CDM, entre outros, capazes de realizar o monitoramento online dos índices do núcleo do eletrodo de bateria de íons de lítio, incluindo a quantidade líquida de revestimento, espessura, espessura da área de desbaste e densidade areal.
Além disso, a Dacheng Precision também está implementando mudanças na tecnologia de ensaios não destrutivos e lançou o medidor de densidade areal Super X-Ray, baseado em detectores semicondutores de estado sólido, e o medidor de espessura infravermelho, baseado no princípio de absorção espectral infravermelha. A espessura de materiais orgânicos pode ser medida com precisão, com precisão superior à de equipamentos importados.
Figura 1 Medidor de densidade areal Super X-Ray
3. Ultrassônicotcaipirammensuraçãottecnologia
A Dacheng Precision sempre se dedicou à pesquisa e ao desenvolvimento de tecnologias inovadoras. Além das soluções de ensaios não destrutivos mencionadas acima, também desenvolve tecnologia de medição de espessura por ultrassom. Comparada a outras soluções de inspeção, a medição de espessura por ultrassom apresenta as seguintes características:
3.1 Princípio de medição de espessura ultrassônica
O medidor de espessura ultrassônico mede a espessura com base no princípio do método de reflexão de pulso ultrassônico. Quando o pulso ultrassônico emitido pela sonda atravessa o objeto medido e atinge as interfaces do material, a onda de pulso é refletida de volta para a sonda. A espessura do objeto medido pode ser determinada medindo-se com precisão o tempo de propagação do ultrassom.
H=1/2*(V*t)
Quase todos os produtos feitos de metal, plástico, materiais compostos, cerâmica, vidro, fibra de vidro ou borracha podem ser medidos dessa maneira, e ela pode ser amplamente utilizada em petróleo, química, metalurgia, construção naval, aviação, aeroespacial e outros campos.
3.2Avantagensde vocêMedição de espessura ultrassônica
A solução tradicional adota o método de transmissão de raios para medir a quantidade total de revestimento e, em seguida, usa a subtração para calcular o valor da quantidade líquida de revestimento do eletrodo da bateria de lítio. Já o medidor de espessura ultrassônico pode medir o valor diretamente devido ao princípio de medição diferente.
①A onda ultrassônica tem forte penetrabilidade devido ao seu comprimento de onda mais curto e é aplicável a uma ampla gama de materiais.
② O feixe de som ultrassônico pode ser concentrado em uma direção específica e viaja em linha reta através do meio, com boa diretividade.
③ Não há necessidade de se preocupar com questões de segurança porque não há radiação.
Entretanto, apesar do fato de que a medição de espessura ultrassônica tem tais vantagens, em comparação com diversas tecnologias de medição de espessura que a Dacheng Precision já trouxe ao mercado, a aplicação da medição de espessura ultrassônica tem algumas limitações, como segue.
3.3 Limitações da aplicação da medição de espessura ultrassônica
①Transdutor ultrassônico: o transdutor ultrassônico, ou seja, a sonda ultrassônica mencionada acima, é o componente principal dos medidores de teste ultrassônicos, capaz de transmitir e receber ondas de pulso. Seus principais indicadores de frequência de trabalho e precisão de tempo determinam a precisão da medição de espessura. Os transdutores ultrassônicos de última geração atuais ainda dependem de importações do exterior, cujos preços são elevados.
②Uniformidade do material: conforme mencionado nos princípios básicos, o ultrassom será refletido de volta nas interfaces do material. A reflexão é causada por mudanças repentinas na impedância acústica, e a uniformidade da impedância acústica é determinada pela uniformidade do material. Se o material a ser medido não for uniforme, o sinal de eco produzirá muito ruído, afetando os resultados da medição.
③ Rugosidade: a rugosidade da superfície do objeto medido causará baixo eco refletido ou até mesmo a incapacidade de receber o sinal de eco;
④Temperatura: a essência do ultrassom é que a vibração mecânica das partículas do meio se propaga na forma de ondas, que não podem ser separadas da interação das partículas do meio. A manifestação macroscópica do movimento térmico das próprias partículas do meio é a temperatura, e o movimento térmico afetará naturalmente a interação entre as partículas do meio. Portanto, a temperatura tem grande impacto nos resultados da medição.
Para medições de espessura ultrassônicas convencionais baseadas no princípio de pulso-eco, a temperatura das mãos das pessoas afetará a temperatura da sonda, levando ao desvio do ponto zero do medidor.
⑤Estabilidade: a onda sonora é a vibração mecânica de partículas do meio na forma de propagação de ondas. É suscetível a interferências externas e o sinal coletado não é estável.
⑥Meio de acoplamento: o ultrassom se atenua no ar, mas se propaga bem em líquidos e sólidos. Para melhor recepção do sinal de eco, geralmente é adicionado um meio de acoplamento líquido entre a sonda ultrassônica e o objeto medido, o que não é propício ao desenvolvimento de programas de inspeção automatizada online.
Outros fatores, como reversão ou distorção de fase ultrassônica, curvatura, conicidade ou excentricidade da superfície do objeto medido influenciarão os resultados da medição.
Pode-se observar que a medição de espessura por ultrassom apresenta muitas vantagens. No entanto, atualmente, não pode ser comparada a outros métodos de medição de espessura devido às suas limitações.
3.4UProgresso da pesquisa em medição de espessura ultrassônicadeDachengPrecisão
A Dacheng Precision sempre se dedicou à pesquisa e ao desenvolvimento. Na área de medição de espessura por ultrassom, também obteve alguns avanços. Alguns dos resultados da pesquisa são apresentados a seguir.
3.4.1 Condições experimentais
O ânodo é fixado na mesa de trabalho, e a sonda ultrassônica de alta frequência desenvolvida por nós mesmos é usada para medição de ponto fixo.
Figura 2 Medição de espessura ultrassônica
3.4.2 Dados experimentais
Os dados experimentais são apresentados na forma de A-scan e B-scan. No A-scan, o eixo X representa o tempo de transmissão ultrassônica e o eixo Y representa a intensidade da onda refletida. O B-scan exibe uma imagem bidimensional do perfil paralelo à direção de propagação da velocidade do som e perpendicular à superfície medida do objeto em teste.
A partir do A-scan, pode-se observar que a amplitude da onda de pulso retornada na junção da grafite com a folha de cobre é significativamente maior do que em outras formas de onda. A espessura do revestimento de grafite pode ser obtida calculando o caminho acústico da onda ultrassônica no meio de grafite.
Um total de 5 vezes os dados foram testados em duas posições, Ponto 1 e Ponto 2, e o caminho acústico do grafite no Ponto 1 foi de 0,0340 us, e o caminho acústico do grafite no Ponto 2 foi de 0,0300 us, com alta precisão de repetibilidade.
Figura 3 Sinal de varredura A
Figura 4 Imagem B-scan
Fig.1 X=450, imagem B-scan do plano YZ
Ponto 1 X=450 Y=110
Caminho acústico: 0,0340 us
Espessura: 0,0340(us)*3950(m/s)/2=67,15(μm)
Ponto2 X=450 Y=145
Caminho acústico: 0,0300us
Espessura: 0,0300(us)*3950(m/s)/2=59,25(μm)
Figura 5 Imagem de teste de dois pontos
4. Sresumode lítiobateriaeletrodo tecnologia de medição de revestimento líquido
A tecnologia de ensaio ultrassônico, como um dos principais meios da tecnologia de ensaios não destrutivos, fornece um método eficaz e universal para avaliar a microestrutura e as propriedades mecânicas de materiais sólidos, detectando suas micro e macrodescontinuidades. Diante da demanda por medições automatizadas on-line da quantidade líquida de revestimento de eletrodos de bateria de lítio, o método de transmissão de raios ainda apresenta uma vantagem considerável devido às características do ultrassom em si e aos problemas técnicos a serem resolvidos.
A Dacheng Precision, como especialista em medição de eletrodos, continuará realizando pesquisas e desenvolvimento aprofundados de tecnologias inovadoras, incluindo tecnologia de medição de espessura ultrassônica, contribuindo para o desenvolvimento e avanços em testes não destrutivos!
Horário da publicação: 21/09/2023
