Сварка меди и алюминия: обзор методов

Актуальность

Электромобили сегодня обсуждаются повсеместно. Немецкая автомобильная промышленность и предприятия снабжения активно адаптируются к новым разработкам. Создаются новые производства, в частности в области производства аккумуляторов.

Эффективная сварка алюминия с медью становится одной из центральных технических задач в сфере электромобилестроения. Компания METROM mechatronische maschinen GmbH ( имеет многолетний опыт соединения тугоплавких материалов и сплавов, которые не могут быть обработаны методом традиционной сварки плавлением, и способна предложить промышленности новые технологии соединения в области решения различных задач с участием меди и алюминия.

Процесс 1: Лазерная сварка динамическим отражением луча

Сварка разнородных материалов позволяет оптимально использовать их специфические качества. Лазерная сварка обеспечивает экономичный способ соединения комбинированных материалов. Однако различия термофизических характеристик и свойств материалов могут приводить к снижению качества сварки, поскольку возникающие интерметаллические фазы способны значительно ослабить прочность соединения.

Данная технология использует отражение яркого лазерного луча быстро вращающимися зеркалами для проекции на зону сварки. Высокая фокусируемость лазерных лучей позволяет добиться очень узкого сварочного шва, пропорционального соотношения сторон, сверхкороткого цикла сварочной ванны. Заготовка испытывает воздействие относительно небольшой энергии, что снижает продолжительность нестабильных интерметаллических фаз.

Такие результаты были достигнуты в рамках проекта федерального министерства образования и научных исследований Германии (BMBF) «WELDIMA — исследование и развитие лазерных и волновых сварочных технологий для разнородных материалов».

Рис.1. Лазерное плавление Al-Cu заготовок

Микрошлиф Al-Cu заготовок после лазерного плавления

Рис.2. Микрошлиф Al-Cu заготовок после лазерного плавления

Процесс 2: Cварка трением с перемешиванием (FSW)

Сварка трением с перемешиванием — это технология механического соединения материалов в твердой фазе. Технология позволяет избежать такие нежелательные явления при плавлении металлов как продолжительные интерметаллические фазы.

Вращающийся инструмент оказывает давление на поверхность материала в зоне стыка при помощи заплечника и вызывает пластификацию металла за счет импульсного нагревания. Наконечник, внедренный в заготовку, регулирует перемещение материала. Термомеханическая сварка позволяет получить мелкозернистый шов с высокими показателями прочности.

Данный процесс был реализован компанией METROM на 5-ти осевом обрабатывающем центре с технологией параллельной кинематики.

Обрабатывающий центр выполняет 5-ти координатную сварку трением с перемешиванием сложных материалов и предварительную механическую обработку поверхностей стыка.

Преимущества метода сварки трением с перемешиванием:

  • соединение тугоплавких материалов, не поддающихся традиционным методам сварки
  • минимальная деформация заготовок
  • дополнительный присадочный материал не требуется
  • возможна сварка разнородных материалов

Преимущества концепции нового оборудования:

  • упрощенная и экономичная наладка оборудования
  • обширная рабочая зона
  • высокая жесткость и точность позиционирования
  • отзывчивое и гибкое управление

Сравнение сварочных методов:

Лазерная сварка отраженным лучом

Сварка трением с перемешиванием (FSW)

При лазерной сварке отраженным лучом сварка характеризуется контролируемой жидкой фазой, в случае сварки трением с перемешиванием — сварка происходит в твердой фазе.

Лазерная сварка отраженным лучом используется при изготовлении тонкостенных заготовок. Например, контактирование алюминия и меди в литий-ионных аккумуляторах. Другие материалы: Al + Mg, нержавеющая сталь + медь.

Сварка трением с перемешиванием (FSW) применяется для сложных линейных соединений, литейного алюминия, например для корпусов. Другие материалы: Al + Mg.

Cварка трением с перемешиванием технологией Pentapod

Рис.3. Cварка трением с перемешиванием технологией Pentapod

Лазерное индукционное плакирование винтовой прокаткой лент Al-Cu

Рис.4. Лазерное индукционное плакирование винтовой прокаткой лент Al-Cu

Процесс 3: Лазерное индукционное плакирование прокаткой

Композитные заготовки из алюминия и меди, созданные для конкретных потребностей промышленности, могут открыть новые конструктивные возможности для разработки компонентов электроприводов, сделав их максимально компактными, легкими и устойчивыми к высоким механическим нагрузкам.

Процедура лазерного индукционного плакирования прокаткой, разработанная METROM, позволяет создавать такие композитные заготовки. Соединение алюминиевой и медной лент выполняется в процессе разовой прокатки с низкой деформацией (< 11 %). Уникальность технологии состоит в комбинировании традиционной дотермической обработки обеих лент и линейном лазерном луче. Он разогревает внутренние стороны лент до температуры необходимой для плакирования именно перед раствором валков. Так, например, эта технология хорошо подходит для производства биметаллических соединительных гильз (соединительных муфт). Локальная деформация дает относительно большую свободу при комбинировании заготовок, геометрия которых может не совпадать.

Результаты были получены в рамках проекта «DeLIZ — Производственно-технический демонстрационный центр для литий-ионных решеток», финансируемого федеральным министерством образования и научных исследований Германии.

Лазерное индукционное плакирование прокаткой

Лазерное индукционное плакирование прокаткой представлчет собой соединение методом деформации и локального повышения температуры. Используется для лентовых заготовок, в перспективе нанесение ленты на профиль. Например, сварка Al-Cu соединителей для литий-ионных решеток. Другие материалы: сталь + сталь, Al + сталь, Cu + сталь.

Электромагнитная импульсная сварка

Электромагнитная импульсная сварка — связывание атомов без зоны термического воздействия. Хорошо подходит для заготовок с симметричным вращением. Например, трубы, валы, прочные резервуары. Другие материалы: Al + сталь, Cu + сталь, Al + Ti.

Микрошлиф стыка Al-Cu методом электромагнитной импульсной сварки

Рис.5. Микрошлиф стыка Al-Cu методом электромагнитной импульсной сварки

Соединение заготовок Al-Cu

Рис.6. Соединение заготовок Al-Cu

Процесс 4: Электромагнитная импульсная сварка

При создании зоны высокого давления электромагнитный импульс позволяет выполнить соединение практически без фазы плавления для большинства металлических заготовок.

Принцип технологии позволяет избежать возникновения интерметаллических фаз в зоне стыка. Так при соединении разнородных материалов разница точек плавления, толщины и теплопроводимости становится некритической. Локальное давление создается посредством бесконтактного воздействия электромагнитного поля.

Кроме того, данная технология открывает возможность экономически эффективной бесконтактной формовки металлов и производства высокопрочных соединений.

Сварка на атомном уровне позволяет выполнять обработку с заданными параметрами. Данная технология хорошо подходит для обработки труб и валов, продольная сварка также возможна. Обычно толщина стенки одной из свариваемых заготовок не должна превышать 2-4 мм. Сварочные швы испытывают крайне низкое влияние температуры и не попадают в зону теплового воздействия.

В дополнение к исследованию технологии IWS также изучает способы повышения качества соединений за счет точного подбора инструментов и геометрии выполнения сварки.

Данное исследование финансируется Европейским фондом регионального развития и федеральной землей Саксонией.

Переходное электрическое сопротивление комбинаций Al-Cu

Переходное электрическое сопротивление комбинаций Al-Cu

Для дополнительных консультаций, пожалуйста, обращайтесь в компанию «ИНТЕРТУЛМАШ», которая является официальным представителем и поставщиком продукции и услуг компании METROM mechatronische maschinen GmbH в России и СНГ.

Ссылка на страницу компании METROM на русском языке:

https://www.itmash.ru/METROM

Контактная информация:

Телефон: +7 (495) 668-13-58

email: inbox@itmash.ru

сайт: www.itmash.ru

Рис.1. Лазерное плавление Al-Cu заготовок

Рис.2. Микрошлиф Al-Cu заготовок после лазерного плавления

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *