Херметично, серийно заваряване на алуминий с лазер

Предизвикателства

Сърцето на електрическите автомобили са батерията и контролерът за управление на батерията (BMC). Той следи, управлява и оптимизира мощността, безопасността и експлоатационния живот на батерията, като регулира параметри като състояние на зареждане, температура и напрежение на клетките. Вградената силова електроника преобразува постоянния ток от батерията в променлив ток, необходим за задвижващия механизъм. Това генерира топлина, която може да повреди електрониката. Съвременните охладителни модули предлагат решение. Те могат да бъдат интегрирани в корпуса на BMC като херметичен „капак“ и свързани към охладителния кръг на автомобила. Охлаждащият модул трябва да има директен контакт със силовата електроника, за да се осигури ефективно охлаждане. Това изисква охлаждащият модул да е абсолютно равен. Освен това, той трябва да е лек, за да не се увеличава ненужно теглото, и все пак да отговаря на изискванията за изпитване под налягане на производителите на автомобили. 

„Нашият клиент поиска охлаждаща плоча, изработена от изтеглен алуминий, с размери 900 x 200 милиметра – истинско предизвикателство дори за най-опитните ни специалисти“, разказва Джоузеф Гамп, ръководител на продуктовия мениджмънт във Feinwerktechnik hago. Но трудните задачи мотивират екипа. „След обширни опити и тестове с TRUMPF, открихме надеждно решение за процеса и вече можем да произвеждаме охладителния модул серийно“, гордо съобщава Гамп. 

Решения

С BrightLine Weld TRUMPF предлага лазерен заваръчен процес, който е изпитван години наред и позволява бързо, непорьозно и газонепроницаемо заваряване на неръждаема стомана. Разработената през 2021 г. оптика MultiFocus допълнително увеличава възможностите за приложение: В комбинация с BrightLine Weld, тя дори позволява херметично заваряване на алуминий. За целта оптиката разделя лазерния лъч на TruDisk лазера на пръстеновиден лъч и основен лъч, които от своя страна се разделят на четири точки и се позиционират така, че да се създаде обща баня от стопилка. Полученият по този начин непрекъснато отворен отвор предотвратява колабирането на канала от метални пари, което позволява създаването на непорьозен заваръчен шев без газови включвания, дори при бърз процес на заваряване. 

Изпълнението

Първоначално екипът на Джоузеф Гамп се опитва да заварява алуминиевия охладителен модул, използвайки наличните машини. Основният проблем: първоначално плътните заваръчни шевове не могат да издържат на необходимото налягане на приложение и се разкъсват. „Това беше решаващ критерий за нашия клиент, защото производителят на автомобили настоява за така наречените тестове за пулсация на налягането преди одобрението“, казва Гамп, добавяйки: „Целият компонент трябва да издържи на определено налягане поне 100 000 пъти. Щом изпробвахме това върху тестовите ни компоненти, заваръчните ни шевове се поддадоха.“  

Поради това специалистите на hago заедно с TRUMPF измайсториха стабилен и преди всичко подходящ за серийно производство процес. В Центъра за лазерни приложения на TRUMPF бързо става ясно, че всички предизвикателства могат да бъдат преодолени с BrightLine Weld и оптиката Multifocus. Заваръчният шев е толкова стабилен, че може да издържи дори на високи налягания.  Параметрите могат да се регулират толкова гъвкаво, че лазерът заварява дори дълги шевове бързо, технологично надеждно и без деформации. Това е важно, защото охлаждащият модул трябва да е абсолютно равен, за да е в директен контакт със силовата електроника в BMC и да може да я охлажда ефективно. „Сега произвеждаме компонентите с възпроизводима равност с точност под милиметър“, казва Гамп.  

Чрез инвестицията в комплекс за лазерно заваряване TruLaser Cell 7040 с BrightLine Weld и заваръчна оптика с технология MultiFocus, hago полага основите за серийно производство на охлаждащата плоча. Предварителната серия с около 3000 компонента е завършена. В рамките на следващите шест години се очаква над 610 000 охлаждащи модула да слязат от производствената линия на hago. „Постигнахме това, което мнозина смятаха за невъзможно“, казва Гамп, добавяйки гордо. „Това ни отличава.“ 

Перспективата

Концепцията за интегрирано охлаждане в контролерите за управление на батериите е сравнително нова, но има голям потенциал. Затова Джоузеф Гамп се надява да може да използва знанията, придобити чрез сътрудничеството си с TRUMPF, в бъдещи проекти. „Технологията се вписва идеално в нашата стратегическа насока“, казва той и е уверен, че отнемащата време развойна дейност ще се отплати. 

Състояние: 14.05.2025 г.