Los materiales ligeros, como las aleaciones de aluminio, se han popularizado gracias a su rendimiento superior. Sin embargo, desafíos como el control del aporte de calor, la supresión de la deformación y la estabilidad del proceso en la soldadura de placas delgadas plantean obstáculos importantes para las tecnologías de soldadura tradicionales. La soldadura por Transferencia de Metal en Frío (CMT), con sus ventajas de bajo aporte de calor, transferencia sin salpicaduras y control inteligente de parámetros, ofrece una solución innovadora para la fabricación de bandejas de baterías.

Este artículo profundiza en las estrategias de control de precisión de la tecnología CMT en la soldadura de placas delgadas para bandejas de baterías, analizando su adaptabilidad, los desafíos del proceso y los escenarios de aplicación de compuestos, con el objetivo de proporcionar una guía teórica y práctica para una producción eficiente y de alta calidad.

Figura 1: Soldadura CMT del gabinete inferior de refrigeración líquida de la batería de almacenamiento de energía 104S

1- Requisitos de Soldadura de Bandejas de Batería y Adaptabilidad de CMT

La tecnología CMT, con su bajo aporte de calor, transferencia sin salpicaduras y control inteligente de parámetros, se adapta perfectamente a las exigencias de alta precisión, baja deformación y eficiencia de la soldadura de bandejas de batería.

（1）Requisitos Clave del Proceso para la Soldadura de Bandejas de Batería

a. Compatibilidad de Materiales y Necesidades de Aligeramiento

Las bandejas de batería utilizan principalmente aleaciones ligeras de aluminio (p. ej., serie 6xxx, 6061) o compuestos de fibra de carbono para modelos de alta gama, que requieren alta resistencia (60%-70% de resistencia a la tracción del material base) y baja densidad (aleación de aluminio: 2,7 g/cm³).

Unión de Materiales Disímiles: Para estructuras híbridas de acero y aluminio, se deben considerar las diferencias en los coeficientes de expansión térmica para minimizar la deformación.

b. Calidad de la Soldadura y Métricas de Rendimiento

Bajo aporte de calor y control de la deformación: Para placas delgadas (0,3-3 mm), la deformación debe ser ≤2 mm. Las soldaduras lineales largas requieren soldadura segmentada o un diseño antideformación.

Sellado y resistencia: Las soldaduras deben estar completamente selladas para evitar fugas de electrolito y superar las pruebas de cizallamiento (p. ej., normas T/CWAN 0027-2022).

Control de porosidad: La soldadura de aleaciones de aluminio es propensa a la porosidad, por lo que requiere una tasa de porosidad ≤0,5 %.

c. Requisitos de eficiencia de producción y automatización

La producción por lotes exige una velocidad de soldadura ≥7 mm/s, lo que reduce el tiempo de soldadura de una sola bandeja a 5-10 minutos.

Las estaciones de trabajo automatizadas deben ser compatibles con el diseño de doble estación (ensamblaje y soldadura simultáneos) y la colaboración entre varios robots.

（2）Ventajas Clave de la CMT para la Soldadura de Bandejas de Batería

a. Control Preciso de Bajo Aporte de Calor

La CMT reduce el aporte de calor en un 33% en comparación con la soldadura MIG tradicional al retraer el hilo de soldadura para cortar la corriente durante el cortocircuito de las gotas, eliminando así el riesgo de perforación en placas ultrafinas (0,3 mm).

Los ciclos alternados de frío-calor (calentamiento por arco-transferencia de gotas-retracción del hilo) minimizan la acumulación de calor, controlando la deformación a ≤1,5 mm (casos prácticos de BYD y BAIC).

b. Estabilidad del Proceso y Mejora de la Calidad

Soldadura sin Salpicaduras: La retracción mecánica elimina las salpicaduras de las gotas, lo que reduce la necesidad de retrabajo.

Optimización de la Porosidad: El uso de gas de protección Ar + 30%He reduce la porosidad en un 50% en comparación con el Ar puro, con tamaños de poro ≤0,3 mm.

Alta Tolerancia de Hueco: Se adapta a huecos de montaje de hasta 1,5 mm, lo que reduce los requisitos de precisión de la fijación.

c. Integración de la automatización y aumento de la eficiencia

Las estaciones de trabajo de doble estación (p. ej., los diseños de Taixiang Tech) permiten la soldadura y el ensamblaje en paralelo, duplicando la eficiencia.

La soldadura robótica simétrica (sincronización de doble robot) con diseño antideformación reduce el tiempo de ciclo a ≤10 minutos.

2- Desafíos en el proceso CMT para bandejas de baterías

Figura 2: Flujo del proceso de soldadura CMT

(1) Propiedades del material y control de defectos de soldadura

a. Sensibilidad a la porosidad en la soldadura de aleaciones de aluminio

Las bandejas de aleaciones de aluminio (p. ej., 6061, 6063) son propensas a la porosidad debido a la rápida solidificación y a los cambios en la solubilidad del hidrógeno. La composición del gas de protección es crucial: el Ar puro produce una porosidad de aproximadamente el 5 %, mientras que la combinación de Ar + 30 % de He la reduce a ≤0,5 %. El ajuste de la inductancia (p. ej., ajuste negativo) optimiza el flujo del baño de fusión, minimizando el tamaño de los poros.

b. Agrietamiento en caliente y segregación de la composición

La segregación de Mg, Si, etc., en las aleaciones de aluminio puede causar fragilización del límite de grano. Si bien el bajo aporte de calor del CMT reduce la ZAT, se requiere un control preciso de la velocidad de soldadura y de la alimentación del alambre para evitar una penetración insuficiente o un sobrecalentamiento localizado.

c. Compatibilidad metalúrgica en la soldadura de materiales diferentes

Las interfaces en uniones de acero Al o de materiales compuestos de Al (p. ej., vigas de protección y cerramientos) deben mitigar las fases frágiles (p. ej., FeAl₃) y la interferencia del vapor de Zn.

（2）Retos de la optimización de parámetros del proceso

a. Equilibrio entre penetración y aporte de calor

Las soldaduras deben cumplir con las normas T/CWAN 0027 en cuanto a profundidad de penetración (≥0,8 mm). El bajo aporte de calor de la CMT puede provocar una penetración insuficiente, lo que requiere un ajuste de la longitud del arco o corriente pulsada para mejorarla.

b. Compromiso entre velocidad y estabilidad

Las líneas automatizadas requieren velocidades ≥1,2 m/min, pero las velocidades altas pueden provocar inestabilidad del arco o una transferencia irregular de gotas.

c. Puenteo de huecos en soldaduras complejas

Las bandejas suelen presentar huecos grandes (0,5–1,5 mm) o juntas irregulares (p. ej., juntas en T).

(3) Compatibilidad del diseño estructural y el proceso de fabricación

a. Control de la deformación en la soldadura de placas delgadas

El espesor de pared de los palets de aleación de aluminio suele ser de 2-3 mm. La deformación de la soldadura MAG tradicional puede alcanzar 1,2 mm, mientras que la soldadura CMT puede reducirla a menos de 0,3 mm gracias a un bajo aporte de calor. Sin embargo, es necesario combinar el diseño de herramientas antideformación con la soldadura simétrica robotizada (estación de trabajo de doble estación) para mejorar aún más la precisión.

b. Continuidad y sellado de soldaduras largas

La longitud de la soldadura sellada de la bandeja de la batería puede alcanzar varios metros, por lo que se deben evitar las fluctuaciones de la rotura del arco eléctrico o del baño de fusión. La tecnología CMT garantiza la uniformidad de la soldadura mediante más de 70 ciclos de reencendido del arco por segundo, y la tasa de calificación de hermeticidad puede aumentarse hasta el 99 % con el sistema de seguimiento láser.

c. Sinergia de aplicaciones de compuestos multiproceso

Los pallets de alta gama suelen utilizar el proceso de compuestos CMT+FSW (soldadura por fricción y agitación): CMT se utiliza para estructuras complejas (como la conexión entre el marco y la placa inferior). FSW se utiliza en zonas de alta carga (como vigas longitudinales) para mejorar la resistencia. Es necesario resolver el problema de compatibilidad de los parámetros de conexión de ambos procesos (como la temperatura de precalentamiento y el tratamiento térmico posterior a la soldadura).

3- Escenarios típicos de aplicación del proceso CMT en la fabricación de bandejas de batería

(1) Conexión de la estructura principal de la bandeja de batería

a. Soldadura del marco y la placa inferior

El proceso CMT se utiliza ampliamente en la conexión entre el marco y la placa inferior de bandejas de batería de aleación de aluminio, especialmente para soldaduras largas y placas delgadas (2-3 mm de espesor).

b. Conexión entre la viga y la placa inferior

En el diseño de bandejas de batería CTP, debido al número reducido de vigas y la estructura compleja, el proceso CMT se utiliza para: Soldadura de posicionamiento de alta precisión: La conexión local entre la viga y la placa inferior (como la unión en T) debe evitar una penetración insuficiente. El proceso CMT logra una penetración estable ≥ 0,8 mm mediante el control digital de la longitud del arco (como la tecnología Fonis CMT Advanced). Adaptación a múltiples materiales: si la viga está hecha de aleación de aluminio y magnesio (como 6061) y la placa inferior es de aluminio de alta resistencia, CMT puede reducir los poros a través de la protección de gas mixto Ar + He, mientras se adapta a las diferencias de conductividad térmica de diferentes materiales.

(2) Soldadura de placas delgadas y estructuras geométricas complejas

a. Soldadura de aleaciones de aluminio de pared delgada (2-3 mm)

La demanda de bandejas de baterías de bajo peso promueve la aplicación de placas delgadas, pero la soldadura MIG tradicional es propensa a la deformación. Las ventajas del proceso CMT son:

b. Soldadura de placas ultradelgadas: Taixiang Automation utiliza la tecnología CMT para lograr una soldadura sin salpicaduras de placas ultradelgadas de 0,3 mm para estructuras de sellado de bordes de bandejas de baterías.

c. Puenteo de soldaduras con formas especiales: Para estructuras con formas especiales, como nervaduras de refuerzo internas y vigas anticolisión de la bandeja, el modo CMT de puenteo de huecos puede rellenar el hueco de 0,5-1,5 mm mediante la retracción del alambre y la redirección del arco para evitar defectos no fusionados.

d. Soldaduras con altos requisitos de sellado: El sellado de la bandeja de baterías está directamente relacionado con la seguridad de la batería. El proceso CMT garantiza esto de las siguientes maneras:

· Soldaduras largas y continuas: Utiliza más de 70 ciclos de reencendido de arco por segundo (como la tecnología Fronius LaserHybrid) para garantizar la continuidad de varios metros de soldadura, con una tasa de paso hermético del 99 %.

· Bajo control de entrada de calor: En comparación con la soldadura láser, la CMT tiene una menor entrada de calor, lo que reduce el impacto térmico de las fluctuaciones del baño de fusión en la capa de sellador y es adecuada para el proceso de recubrimiento con pegamento.

(3) Escenario de fabricación de compuestos multiproceso

a. Proceso compuesto CMT+FSW

En las líneas de producción de bandejas de baterías de alta gama, la CMT suele coordinarse con la soldadura por fricción y agitación (FSW):

División del trabajo y cooperación: La CMT se utiliza para la soldadura flexible de estructuras complejas (como marcos y uniones con formas especiales), y la FSW se utiliza para áreas de alta carga (como vigas longitudinales) para mejorar la resistencia. Por ejemplo, la línea de producción automatizada de Shanghai Weisheng utiliza una combinación de CMT+FSW+CNC para aumentar la eficiencia de producción de bandejas en un 30 %.

Optimización de la conexión del proceso: La línea de producción de Huashu Jinming adopta un diseño modular y logra una conexión fluida con la FSW mediante la adaptación de los parámetros de precalentamiento (como el calentamiento local a 150 °C después de la soldadura CMT).

b. Combinación con tecnología de remachado FDS/SPR

En la tecnología CTP de segunda generación, CMT se coordina con las tecnologías de autoapriete por fricción (FDS) y remachado autoperforante (SPR): Solución de conexión híbrida: Por ejemplo, el área de carga del marco y la placa inferior adopta FSW, mientras que las piezas desmontables (como las placas de refrigeración por agua y las capas de aislamiento) se preposicionan mediante soldadura CMT y luego se fijan mediante remachado FDS, teniendo en cuenta tanto la resistencia como la facilidad de mantenimiento.

Actualizaremos periódicamente la información y las tecnologías relacionadas con el diseño térmico y la reducción de peso. Gracias por su interés en Walmate.