알루미늄 합금과 같은 경량 소재는 뛰어난 성능으로 인해 주류가 되었습니다. 그러나 박판 용접에서 열 입력 제어, 변형 억제 및 공정 안정성과 같은 과제는 기존 용접 기술에 상당한 장애물이 됩니다. 낮은 열 입력, 스패터 없는 전달 및 지능형 매개변수 제어의 장점을 가진 콜드 메탈 트랜스퍼(CMT) 용접은 배터리 트레이 제조를 위한 혁신적인 솔루션을 제공합니다.

이 기사에서는 배터리 트레이를 위한 박판 용접에서 CMT 기술의 정밀 제어 전략을 탐구하고, 적응성, 공정 과제 및 복합 응용 시나리오를 분석하여 효율적이고 고품질의 생산을 위한 이론적이고 실질적인 지침을 제공하는 것을 목표로 합니다.

그림 1: 104S 에너지 저장 배터리 액체 냉각 하부 인클로저의 CMT 용접

1- 배터리 트레이 용접 요구 사항 및 CMT 적응성

낮은 열 입력, 스패터 없는 전달 및 지능형 매개변수 제어를 갖춘 CMT 기술은 배터리 트레이 용접의 고정밀, 낮은 변형 및 효율성 요구 사항과 완벽하게 일치합니다.

(1) 배터리 트레이 용접의 핵심 공정 요구 사항

a. 재료 호환성 및 경량화 요구 사항

배터리 트레이는 주로 경량 알루미늄 합금(예: 6xxx 시리즈, 6061) 또는 고급 모델의 탄소 섬유 복합재를 사용하여 고강도(60%-70% 기본 재료 인장 강도) 및 낮은 밀도(알루미늄 합금: 2.7g/cm³)가 필요합니다.

이종 재료 접합: 하이브리드 강철-알루미늄 구조의 경우 변형을 최소화하기 위해 열 팽창 계수 차이를 해결해야 합니다.

b. 용접 품질 및 성능 지표

낮은 열 입력 및 변형 제어: 얇은 판(0.3-3mm)의 경우 변형은 ≤2mm여야 합니다. 긴 선형 용접에는 분할 용접 또는 변형 방지 설계가 필요합니다.

밀봉 및 강도: 전해질 누출을 방지하고 전단 시험(예: T/CWAN 0027-2022 표준)을 통과하려면 용접을 완전히 밀봉해야 합니다.

기공 제어: 알루미늄 합금 용접은 기공이 발생하기 쉽기 때문에 기공률 ≤0.5%가 필요합니다.

c. 생산 효율성 및 자동화 요구 사항

일괄 생산에는 용접 속도 ≥7mm/s가 필요하여 단일 트레이 용접 시간을 5~10분으로 단축합니다.

자동화된 작업 스테이션은 듀얼 스테이션 설계(동시 조립 및 용접) 및 다중 로봇 협업을 지원해야 합니다.

（2）배터리 트레이 용접을 위한 CMT의 주요 장점

a. 정밀한 저열 입력 제어

CMT는 물방울 단락 시 전류를 차단하기 위해 용접 와이어를 수축시켜 기존 MIG 용접에 비해 열 입력을 33% 줄여 초박판(0.3mm)의 번스루 위험을 제거합니다.

교대로 반복되는 냉온 사이클(아크 가열-방울 전달-와이어 수축)은 열 축적을 최소화하고 변형을 ≤1.5mm로 제어합니다(BYD 및 BAIC 사례 연구).

b. 공정 안정성 및 품질 향상

스패터 없는 용접: 기계적 수축은 물방울 스패터를 제거하여 재작업을 줄입니다.

다공성 최적화: Ar+30%He 차폐 가스를 사용하면 순수 Ar에 비해 다공성이 50% 감소하고 기공 크기는 ≤0.3mm입니다.

높은 갭 허용 오차: 최대 1.5mm의 조립 갭을 수용하여 고정구 정밀도 요구 사항을 낮춥니다.

c. 자동화 통합 및 효율성 향상

듀얼 스테이션 워크스테이션(예: Taixiang Tech 디자인)은 병렬 용접 및 조립을 가능하게 하여 효율성을 두 배로 높입니다.

변형 방지 설계를 사용한 대칭 로봇 용접(듀얼 로봇 동기화)은 사이클 시간을 ≤10분으로 줄입니다.

2- 배터리 트레이용 CMT 공정의 과제

그림 2: CMT 용접 공정 흐름

（1）재료 특성 및 용접 결함 제어

a. 알루미늄 합금 용접의 기공 민감도

알루미늄 합금 트레이(예: 6061, 6063)는 빠른 응고 및 수소 용해도 변화로 인해 기공이 생기기 쉽습니다. 차폐 가스 조성이 중요합니다. 순수한 Ar은 ~5%의 기공을 발생시키는 반면 Ar+30%He는 기공을 ≤0.5%로 줄입니다. 인덕턴스 조정(예: 음의 튜닝)은 용융 풀 흐름을 최적화하여 기공 크기를 최소화합니다.

b. 고온 균열 및 조성 분리

알루미늄 합금에서 Mg, Si 등의 분리는 결정립계 취성을 일으킬 수 있습니다. CMT의 낮은 열 입력은 HAZ를 줄이는 반면, 불충분한 침투 또는 국부 과열을 방지하기 위해 용접 속도와 와이어 공급을 정밀하게 제어해야 합니다.

c. 이종 재료 용접에서의 야금학적 호환성

Al-강철 또는 Al-복합 접합부(예: 크래시 빔 및 인클로저)의 인터페이스는 취성 상(예: FeAl₃) 및 Zn 증기 간섭을 완화해야 합니다.

（2）공정 매개변수 최적화 과제

a. 침투와 열 입력의 균형

용접은 침투 깊이(≥0.8mm)에 대한 T/CWAN 0027 표준을 충족해야 합니다. CMT의 낮은 열 입력은 침투가 불충분하여 침투를 향상시키기 위해 아크 길이 조정 또는 펄스 전류가 필요할 수 있습니다.

b. 속도와 안정성 간의 균형

자동화된 라인은 ≥1.2m/min의 속도를 요구하지만, 고속은 아크 불안정성 또는 불균일한 물방울 전달의 위험이 있습니다.

c. 복잡한 용접의 갭 브리징

트레이는 종종 큰 갭(0.5–1.5mm) 또는 불규칙한 조인트(예: T-조인트)를 특징으로 합니다.

(3) 구조 설계 및 제조 공정의 호환성

a. 박판 용접 변형 제어

알루미늄 합금 팔레트의 벽 두께는 일반적으로 2-3mm입니다. 기존 MAG 용접의 변형은 1.2mm에 도달할 수 있는 반면 CMT 용접은 낮은 열 입력을 통해 변형을 0.3mm 미만으로 줄일 수 있습니다. 그러나 정확도를 더욱 높이기 위해 변형 방지 도구 설계 및 로봇 대칭 용접(더블 스테이션 워크스테이션)과 협력해야 합니다.

b. 긴 용접의 연속성 및 밀봉

배터리 트레이의 밀봉 용접 길이는 수 미터에 달할 수 있으며 아크 차단 또는 용융 풀 변동을 피해야 합니다. CMT 기술은 초당 70회 이상의 아크 재점화 사이클을 통해 용접의 균일성을 보장하고 레이저 추적 시스템으로 기밀성 적격률을 99%까지 높일 수 있습니다.

c. 다중 공정 복합 응용 분야의 시너지

고급 팔레트는 종종 CMT+FSW(마찰 교반 용접) 복합 공정을 사용합니다. CMT는 복잡한 구조(예: 프레임과 바닥판 사이의 연결)에 사용됩니다. FSW는 강도를 향상시키기 위해 고하중 영역(예: 세로 보)에 사용됩니다. 두 공정의 연결 매개변수(예: 예열 온도 및 용접 후 열처리)의 일치 문제를 해결해야 합니다.

3- 배터리 트레이 제조에서 CMT 공정의 일반적인 적용 시나리오

(1) 배터리 트레이의 주요 구조 연결

a. 프레임 및 바닥판 용접

CMT 공정은 특히 긴 용접 및 얇은 판(두께 2-3mm)의 경우 알루미늄 합금 배터리 트레이의 프레임과 바닥판 사이의 연결에 널리 사용됩니다.

b. 빔과 바닥판 사이의 연결

CTP 배터리 트레이의 설계에서 빔 수가 감소하고 구조가 복잡하기 때문에 CMT 공정은 다음에 사용됩니다. 고정밀 위치 용접: 빔과 바닥판 사이의 국부 연결(예: T-조인트)은 불충분한 침투를 피해야 합니다. CMT는 디지털 아크 길이 제어(예: Fonis CMT Advanced 기술)를 통해 안정적인 침투 ≥ 0.8mm를 달성합니다. 다중 재료 적응: 빔이 알루미늄-마그네슘 합금(예: 6061)으로 만들어지고 바닥판이 고강도 알루미늄인 경우 CMT는 Ar+He 혼합 가스 보호를 통해 기공을 줄이는 동시에 다양한 재료의 열전도도 차이에 적응할 수 있습니다.

(2) 얇은 판과 복잡한 기하학적 구조의 용접

a. 얇은 벽 알루미늄 합금 용접(2-3mm)

배터리 트레이에 대한 경량 수요는 얇은 판의 적용을 촉진하지만, 기존 MIG 용접은 변형되기 쉽습니다. CMT 공정의 장점은 다음과 같습니다.

b. 초박판 용접: Taixiang Automation은 CMT 기술을 사용하여 배터리 트레이 가장자리 밀봉 구조에 대한 0.3mm 초박판의 스패터 없는 용접을 달성합니다.

c. 특수 모양 용접의 브리징: 트레이의 내부 보강 리브 및 충돌 방지 빔과 같은 특수 모양 구조의 경우 CMT 갭 브리징 모드는 와이어 수축 및 아크 리디렉션을 통해 0.5-1.5mm 갭을 채워 융합되지 않은 결함을 방지할 수 있습니다.

d. 밀봉 요구 사항이 높은 용접: 배터리 트레이의 밀봉은 배터리 안전과 직접 관련이 있습니다. CMT 공정은 다음과 같은 방식으로 이를 보장합니다.

· 연속적인 긴 용접: 초당 70회 이상의 아크 재점화 사이클을 사용하여(예: Fronius LaserHybrid 기술) 수 미터의 용접의 연속성을 보장하고 기밀 통과율은 99%입니다.

· 낮은 열 입력 제어: 레이저 용접과 비교하여 CMT는 열 입력이 낮아 용융 풀 변동이 실런트 층에 미치는 열적 영향을 줄이고 접착제 코팅 공정에 적합합니다.

(3) 다중 공정 복합 제조 시나리오

a. CMT+FSW 복합 공정

고급 배터리 트레이 생산 라인에서 CMT는 종종 마찰 교반 용접(FSW)과 조정됩니다.

노동 분담 및 협력: CMT는 복잡한 구조(예: 프레임 및 특수 모양 조인트)의 유연한 용접에 사용되고 FSW는 강도를 향상시키기 위해 고부하 영역(예: 세로 빔)에 사용됩니다. 예를 들어, 상하이 웨이셩의 자동화 생산 라인은 CMT+FSW+CNC를 조합하여 트레이 생산 효율을 30% 높입니다.

공정 연결 최적화: 화수 진밍의 생산 라인은 모듈식 설계를 채택하고 예열 매개변수 매칭(예: CMT 용접 후 150°C로 국부 가열)을 통해 FSW와 원활하게 연결됩니다.

b. FDS/SPR 리벳팅 기술과 결합

2세대 CTP 기술에서 CMT는 마찰 자체 조임(FDS) 및 자체 피어싱 리벳팅(SPR) 기술과 조정됩니다. 하이브리드 연결 솔루션: 예를 들어 프레임과 바닥판의 하중 지지 영역은 FSW를 채택하는 반면, 분리 가능한 부분(예: 수냉판 및 단열층)은 CMT 용접으로 사전 배치한 다음 FDS 리벳팅으로 고정하여 강도와 유지 관리 편의성을 모두 고려합니다.

당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다

Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다