アルミニウム合金などの軽量材料は、その優れた性能により主流となっています。しかし、薄板溶接における入熱制御、変形抑制、プロセス安定性などの課題は、従来の溶接技術にとって大きな障害となっています。コールドメタルトランスファー（CMT）溶接は、入熱が低く、スパッタのない移行、インテリジェントなパラメータ制御という利点があり、バッテリートレイ製造に革新的なソリューションを提供します。

この記事では、バッテリートレイの薄板溶接におけるCMT技術の精密制御戦略を詳しく調べ、その適応性、プロセスの課題、複合アプリケーションシナリオを分析し、効率的で高品質な生産のための理論的かつ実践的なガイダンスを提供することを目指しています。

図1: 104Sエネルギー貯蔵バッテリー液体冷却下部筐体のCMT溶接

1-バッテリートレイ溶接要件とCMT適応性

CMT技術は、低入熱、スパッタフリーの伝達、インテリジェントなパラメータ制御を備えており、バッテリートレイ溶接の高精度、低変形、効率の要求に完全に適合しています。

（1）バッテリートレイ溶接のコアプロセス要件

a. 材料の適合性と軽量化のニーズ

バッテリートレイでは、主に軽量アルミニウム合金（6xxxシリーズ、6061など）または高級モデル用の炭素繊維複合材が使用され、高強度（ベース材料の引張強度の60％～70％）と低密度（アルミニウム合金：2.7g/cm³）が求められます。

異種材料の接合：ハイブリッドスチールアルミニウム構造の場合、変形を最小限に抑えるために熱膨張係数の違いに対処する必要があります。

b. 溶接品質とパフォーマンスメトリクス

低入熱と変形制御：薄板（0.3～3mm）の場合、変形は≤2mmである必要があります。長い直線溶接には、セグメント溶接または変形防止設計が必要です。

シーリングと強度: 電解液の漏れを防ぎ、せん断試験に合格するために、溶接は完全に密封する必要があります (例: T/CWAN 0027-2022 規格)。

気孔率の制御: アルミニウム合金の溶接は気孔が発生しやすいため、気孔率は 0.5% 以下である必要があります。

c. 生産効率と自動化の要件

バッチ生産では、溶接速度が 7mm/s 以上である必要があり、シングルトレイ溶接の時間が 5～10 分に短縮されます。

自動化されたワークステーションは、デュアルステーション設計 (同時組み立てと溶接) とマルチロボットのコラボレーションをサポートする必要があります。

（2）バッテリートレイ溶接におけるCMTの主な利点

a. 高精度の低入熱制御

CMTは、溶滴短絡時に溶接ワイヤを後退させて電流を遮断することで、従来のMIG溶接に比べて入熱を33%削減し、極薄プレート（0.3mm）の溶損リスクを排除します。

交互の冷熱サイクル（アーク加熱-溶滴移動-ワイヤ後退）により、熱蓄積を最小限に抑え、変形を≤1.5mmに制御します（BYDおよびBAICのケーススタディ）。

b. プロセスの安定性と品質の向上

スパッタフリー溶接：機械的な後退により、溶滴のスパッタがなくなり、手直しが減ります。

気孔率の最適化：Ar+30%Heシールドガスを使用すると、気孔サイズが≤0.3mmで、純粋なArに比べて気孔率が50%削減されます。

高いギャップ許容度：最大1.5mmのアセンブリギャップに対応し、固定具の精度要件を下げます。

c.自動化の統合と効率の向上

デュアルステーションワークステーション（例：Taixiang Tech 設計）により、並行溶接と組み立てが可能になり、効率が 2 倍になります。

変形防止設計による対称ロボット溶接（デュアルロボット同期）により、サイクル時間が 10 分以下に短縮されます。

2-バッテリートレイのCMTプロセスにおける課題

図2: CMT溶接プロセスフロー

（1）材料特性と溶接欠陥制御

a. アルミニウム合金溶接における気孔感受性

アルミニウム合金トレイ（例：6061、6063）は、急速凝固と水素溶解度の変化により気孔が発生しやすくなります。シールドガスの組成は重要です。純粋なArでは気孔率は約5％ですが、Ar+30％Heでは気孔率は≤0.5％に低下します。インダクタンス調整（例：ネガティブチューニング）により溶融池の流れが最適化され、気孔サイズが最小限に抑えられます。

b. 高温割れと組成偏析

アルミニウム合金中のMg、Siなどの偏析は粒界脆化を引き起こす可能性があります。CMTの低入熱によりHAZは減少しますが、不十分な溶け込みや局所的な過熱を回避するには、溶接速度とワイヤ供給を正確に制御する必要があります。

c.異種材料溶接における冶金適合性

Al-鋼またはAl-複合材料接合部（クラッシュビームやエンクロージャなど）の界面では、脆性相（FeAl₃など）とZn蒸気の干渉を軽減する必要があります。

（2）プロセスパラメータ最適化の課題

a. 溶け込みと入熱のバランス

溶接は、溶け込み深さ（≥0.8mm）に関するT/CWAN 0027規格を満たす必要があります。CMTの入熱が低いと溶け込みが不十分になる可能性があり、溶け込みを強化するためにアーク長の調整またはパルス電流が必要になります。

b. 速度と安定性のトレードオフ

自動化ラインでは1.2m/分以上の速度が必要ですが、高速ではアークが不安定になったり、溶滴が不均一に転移したりするリスクがあります。

c. 複雑な溶接におけるギャップブリッジ

トレイには、大きなギャップ（0.5～1.5mm）や不規則なジョイント（Tジョイントなど）がよく見られます。

（3）構造設計と製造プロセスの互換性

a. 薄板溶接の変形制御

アルミ合金パレットの壁厚は通常2〜3mmです。従来のMAG溶接の変形は1.2mmに達することがありますが、CMT溶接は低入熱により変形を0.3mm未満に抑えることができます。ただし、精度をさらに向上させるには、変形防止ツール設計とロボット対称溶接（ダブルステーションワークステーション）との連携が必要です。

b. 長い溶接の連続性と密閉

バッテリートレイの密閉溶接の長さは数メートルに達することがあり、アークの破断や溶融池の変動を避ける必要があります。CMT技術は、1秒あたり70回以上のアーク再点火サイクルを通じて溶接の均一性を確保し、レーザー追跡システムにより気密性合格率を99％まで高めることができます。

c.マルチプロセス複合アプリケーションの相乗効果

高級パレットでは、CMT+FSW（摩擦攪拌接合）複合プロセスがよく使用されます。CMTは複雑な構造（フレームと底板の接続など）に使用されます。FSWは高負荷領域（縦梁など）で強度を向上させるために使用されます。2つのプロセスの接続パラメータ（予熱温度や溶接後の熱処理など）のマッチングの問題を解決する必要があります。

3-バッテリートレイ製造におけるCMTプロセスの典型的な適用シナリオ

(1) バッテリートレイの主要構造の接続

a. フレームと底板の溶接

CMTプロセスは、アルミニウム合金バッテリートレイのフレームと底板の接続に広く使用されており、特に長い溶接部と薄いプレート（厚さ2〜3mm）に使用されます

b. ビームと底板の接続

CTPバッテリートレイの設計では、ビームの数が少なく構造が複雑なため、CMTプロセスは次の目的で使用されます：高精度の位置決め溶接：ビームと底板（Tジョイントなど）のローカル接続では、浸透不足を回避する必要があります。CMTは、デジタルアーク長制御（Fonis CMT Advancedテクノロジーなど）により、安定した浸透≥ 0.8mmを実現します。マルチマテリアル適応：ビームがアルミニウムマグネシウム合金（6061など）で作られ、底板が高強度アルミニウムである場合、CMTはAr+He混合ガス保護を通じて気孔を減らし、異なる材料の熱伝導率の違いに適応できます。

(2) 薄板および複雑な幾何学的構造の溶接

a. 薄壁アルミ合金溶接 (2-3mm)

バッテリートレイの軽量化の要求により薄板の適用が促進されますが、従来の MIG 溶接は変形しやすい傾向があります。CMT プロセスの利点は次のとおりです。

b. 超薄板溶接: Taixiang Automation は CMT 技術を使用して、バッテリートレイのエッジシール構造用の 0.3mm の超薄板のスパッタフリー溶接を実現します。

c. 特殊形状溶接のブリッジ: トレイの内部補強リブや衝突防止ビームなどの特殊形状構造の場合、CMT ギャップブリッジモードは、ワイヤの引き込みとアークの方向転換により 0.5-1.5mm のギャップを埋め、未融合欠陥を回避できます。

d. 高いシール要件の溶接: バッテリートレイのシールは、バッテリーの安全性に直接関係しています。 CMT プロセスは、次の方法でこれを保証します:

· 連続した長い溶接: 1 秒あたり 70 回以上のアーク再点火サイクル (Fronius LaserHybrid テクノロジーなど) を使用して、数メートルの溶接の連続性を確保し、気密合格率は 99% です。

· 低入熱制御: レーザー溶接と比較して、CMT は入熱が低いため、溶融池の変動によるシーラント層への熱影響が軽減され、接着剤コーティング プロセスに適しています。

(3) マルチプロセス複合製造シナリオ

a. CMT+FSW 複合プロセス

ハイエンドのバッテリートレイ生産ラインでは、CMT は摩擦撹拌溶接 (FSW) と連携することがよくあります。

分業と協力: CMT は複雑な構造 (フレームや特殊形状のジョイントなど) の柔軟な溶接に使用され、FSW は高負荷領域 (縦梁など) に使用され、強度が向上します。たとえば、上海 Weisheng の自動化生産ラインでは、CMT+FSW+CNC の組み合わせを使用して、トレイの生産効率を 30% 向上させています。

プロセス接続の最適化: Huashu Jinming の生産ラインはモジュール設計を採用しており、予熱パラメータのマッチング (CMT 溶接後の 150°C への局所加熱など) により、FSW とのシームレスな接続を実現しています。

b. FDS/SPRリベット技術との組み合わせ

第2世代CTP技術では、CMTは摩擦セルフタイトニング（FDS）とセルフピアスリベット（SPR）技術と連携しています。ハイブリッド接続ソリューション：たとえば、フレームと底板の耐荷重領域にはFSWを採用し、取り外し可能な部品（水冷プレートや絶縁層など）はCMT溶接で事前配置してからFDSリベットで固定し、強度とメンテナンスの利便性の両方を考慮しています。

ご参考になるために、定期に熱設計及び軽量化に関する技術と情報を更新させていただきます。当社にご関心をお持ちいただき、ありがとうございます。