Алюминиевые сплавы и другие лёгкие материалы стали основным выбором благодаря своим превосходным характеристикам. Однако контроль теплового вклада, подавление деформации и стабильность процессов при сварке тонких листов остаются серьёзными вызовами для традиционных технологий. Холодный перенос металла (CMT), обладающий преимуществами низкого теплового вклада, отсутствия брызг и интеллектуального управления параметрами, предлагает инновационное решение для производства аккумуляторных поддонов.

В этой статье подробно рассматриваются стратегии точного контроля CMT-технологии при сварке тонких листов для поддонов, анализируются её адаптивность, технологические сложности и гибридные сценарии применения, чтобы обеспечить теоретическую и практическую базу для эффективного и качественного производства.

Рис. 1: CMT-сварка нижнего корпуса с жидкостным охлаждением для аккумулятора 104S

1-Требования к сварке поддонов и адаптивность CMT

Технология CMT, благодаря низкому тепловому вкладу, отсутствию брызг и интеллектуальному управлению, идеально соответствует требованиям высокой точности, низкой деформации и эффективности при сварке аккумуляторных поддонов.

（1）Ключевые требования к процессу сварки

a. Совместимость материалов и лёгкость

Поддоны чаще всего изготавливаются из алюминиевых сплавов (например, серии 6xxx, 6061) или композитов с углеволокном для премиум-моделей, что требует высокой прочности (60–70% от основного материала) и низкой плотности (алюминий: 2,7 г/см³).

Соединение разнородных материалов: Для гибридных сталеалюминиевых конструкций необходимо минимизировать деформацию, вызванную разницей коэффициентов теплового расширения.

b. Качество сварки и показатели

Низкий тепловой вклад и контроль деформации: Для тонких листов (0,3–3 мм) деформация должна быть ≤2 мм. Длинные швы требуют секционной сварки или противоискривления.

Герметичность и прочность: Швы должны быть полностью герметичны для предотвращения утечек электролита и соответствовать стандартам (например, T/CWAN 0027-2022).

Контроль пористости: Пористость при сварке алюминия должна быть ≤0,5%.

c. Эффективность и автоматизация

Скорость сварки ≥7 мм/с, время на один поддон — 5–10 минут.

Автоматизированные станции должны поддерживать двухпозиционную сборку и работу нескольких роботов.

（2）Преимущества CMT для сварки поддонов

a. Точный контроль теплового вклада

CMT снижает тепловой ввод на 33% по сравнению с MIG-сваркой, исключая прожоги для листов толщиной 0,3 мм. Чередование нагрева и охлаждения уменьшает деформацию до ≤1,5 мм (примеры BYD и BAIC).

b. Стабильность и качество

Отсутствие брызг: Механическое втягивание проволоки устраняет разбрызгивание.

Снижение пористости: Использование Ar+30% He уменьшает пористость на 50%.

Толерантность к зазорам: Допускает зазоры до 1,5 мм.

c. Интеграция с автоматизацией

Двухпозиционные станции (например, Taixiang Tech) удваивают эффективность. Симметричная сварка роботами сокращает время цикла до ≤10 минут.

2-Анализ трудностей процесса CMT для аккумуляторных лотков

Рисунок 2: Поток процесса сварки CMT

（1）Свойства материала и контроль дефектов сварки

a. Чувствительность к пористости при сварке алюминиевых сплавов

Лотки из алюминиевых сплавов (например, 6061, 6063) склонны к пористости из-за быстрого затвердевания и изменения растворимости водорода. Состав защитного газа имеет решающее значение: чистый Ar приводит к пористости ~5%, в то время как Ar+30%He снижает пористость до ≤0,5%. Регулировка индуктивности (например, отрицательная настройка) оптимизирует поток расплавленной ванны, минимизируя размер пор.

b. Горячие трещины и сегрегация состава

Сегрегация Mg, Si и т. д. в алюминиевых сплавах может вызвать охрупчивание границ зерен. Хотя низкий подвод тепла CMT снижает ЗТВ, необходим точный контроль скорости сварки и подачи проволоки, чтобы избежать недостаточного проплавления или локального перегрева.

c. Металлургическая совместимость при сварке разнородных материалов

Интерфейсы в соединениях из алюминиевой стали или алюминиевого композита (например, балки и корпуса) должны смягчать влияние хрупких фаз (например, FeAl₃) и паров цинка.

（2）Проблемы оптимизации параметров процесса

a. Балансировка проникновения и подвода тепла

Сварочные швы должны соответствовать стандартам T/CWAN 0027 по глубине проникновения (≥0,8 мм). Низкий подвод тепла CMT может привести к недостаточному проникновению, требуя регулировки длины дуги или импульсного тока для улучшения проникновения.

b. Компромисс между скоростью и стабильностью

Автоматизированные линии требуют скорости ≥1,2 м/мин, но высокие скорости рискуют нестабильностью дуги или неравномерным переносом капель.

c. Перекрытие зазоров в сложных сварных швах

Лотки часто имеют большие зазоры (0,5–1,5 мм) или нерегулярные соединения (например, Т-образные соединения).

(3) Совместимость конструкции и производственного процесса

a. Контроль деформации сварки тонких пластин

Толщина стенки поддонов из алюминиевого сплава обычно составляет 2-3 мм. Деформация традиционной сварки MAG может достигать 1,2 мм, в то время как сварка CMT может уменьшить деформацию до менее 0,3 мм за счет низкого подвода тепла. Однако необходимо сотрудничать с конструкцией антидеформационного инструмента и роботизированной симметричной сваркой (двухстанционная рабочая станция) для дальнейшего повышения точности.

b. Непрерывность и герметизация длинных сварных швов

Длина герметичного сварного шва поддона батареи может достигать нескольких метров, и необходимо избегать разрыва дуги или колебаний расплавленной ванны. Технология CMT обеспечивает однородность сварного шва посредством более чем 70 циклов повторного зажигания дуги в секунду, а уровень квалификации герметичности может быть увеличен до 99% с помощью лазерной системы слежения.

c. Синергия многопроцессных композитных приложений

Высококачественные поддоны часто используют композитный процесс CMT+FSW (сварка трением с перемешиванием): CMT используется для сложных конструкций (например, соединение между рамой и нижней пластиной). FSW используется в областях с высокой нагрузкой (например, продольные балки) для повышения прочности. Необходимо решить проблему согласования параметров соединения двух процессов (например, температуры предварительного нагрева и термообработки после сварки).

3-Типичные сценарии применения процесса CMT при производстве поддонов для батарей

(1) Соединение основной конструкции поддона для батарей

a. Сварка рамы и нижней пластины

Процесс CMT широко используется в соединении между рамой и нижней пластиной поддонов для батарей из алюминиевого сплава, особенно для длинных сварных швов и тонких пластин (толщиной 2-3 мм)

b. Соединение между балкой и нижней пластиной

В конструкции поддонов для батарей CTP, из-за уменьшенного количества балок и сложной структуры, процесс CMT используется для: Высокоточной позиционной сварки: локальное соединение между балкой и нижней пластиной (например, Т-образное соединение) должно избегать недостаточного проплавления. CMT достигает стабильного проплавления ≥ 0,8 мм за счет цифрового управления длиной дуги (например, технологии Fonis CMT Advanced). Адаптация к нескольким материалам: если балка изготовлена из алюминиево-магниевого сплава (например, 6061), а нижняя пластина — из высокопрочного алюминия, технология CMT может уменьшить поры за счет защиты смесью газов Ar+He, одновременно адаптируясь к различиям в теплопроводности различных материалов.

(2) Сварка тонких пластин и сложных геометрических конструкций

a. Сварка тонкостенных алюминиевых сплавов (2-3 мм)

Спрос на легкие аккумуляторные лотки способствует применению тонких пластин, но традиционная сварка MIG склонна к деформации. Преимущества процесса CMT:

b. Сварка сверхтонких пластин: Taixiang Automation использует технологию CMT для достижения сварки без брызг сверхтонких пластин толщиной 0,3 мм для герметизации краев аккумуляторных лотков.

c. Перекрытие сварных швов специальной формы: Для конструкций специальной формы, таких как внутренние ребра жесткости и противостолкновительные балки лотка, режим CMT Gap Bridging может заполнить зазор 0,5-1,5 мм за счет втягивания проволоки и перенаправления дуги, чтобы избежать непроваренных дефектов.

d. Сварочные швы с высокими требованиями к герметизации: Герметизация аккумуляторного лотка напрямую связана с безопасностью аккумулятора. Процесс CMT обеспечивает это следующими способами:

· Непрерывные длинные сварные швы: использование более 70 циклов повторного зажигания дуги в секунду (например, технология Fronius LaserHybrid) для обеспечения непрерывности нескольких метров сварных швов с герметичностью прохода 99%.

· Низкий контроль тепловложения: по сравнению с лазерной сваркой CMT имеет более низкое тепловложение, что снижает тепловое воздействие колебаний расплавленной ванны на слой герметика и подходит для процесса нанесения клея.

(3) Многопроцессный сценарий композитного производства

a. Композитный процесс CMT+FSW

В высококлассных линиях по производству аккумуляторных лотков CMT часто координируется со сваркой трением с перемешиванием (FSW):

Разделение труда и кооперация: CMT используется для гибкой сварки сложных конструкций (таких как рамы и соединения специальной формы), а FSW используется для областей с высокой нагрузкой (таких как продольные балки) для повышения прочности. Например, автоматизированная производственная линия Shanghai Weisheng использует комбинацию CMT+FSW+CNC для повышения эффективности производства лотков на 30%.

Оптимизация технологического соединения: производственная линия Huashu Jinming использует модульную конструкцию и достигает бесшовного соединения с FSW за счет согласования параметров предварительного нагрева (например, локального нагрева до 150 °C после сварки CMT).

b. В сочетании с технологией заклепок FDS/SPR

В технологии CTP второго поколения CMT координируется с технологиями фрикционного самозатягивания (FDS) и самопроникающей заклепки (SPR): Гибридное решение для соединения: например, несущая область рамы и нижней пластины использует FSW, в то время как съемные части (такие как пластины водяного охлаждения и изоляционные слои) предварительно позиционируются сваркой CMT, а затем фиксируются заклепками FDS, принимая во внимание как прочность, так и удобство обслуживания.

Мы будем регулярно обновлять технологии и информацию о тепловых проектах и оптимизации, и делиться этой информацией с вами для справки. Благодарим вас за интерес к компании Walmate.