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钣金和焊接的联姻论搅拌摩擦焊接给金港华带来的机遇

有个笑话曾经讲过,恨一个人就怂恿他去干加工制造,要是还不解恨就怂恿他去干钣金制造,这个笑话从一个侧面,反映了我国钣金制作行业的现状,目前钣金加工行业所面临的态势及从业人员所承受的压力都不容乐观。传统钣金加工行业早已经是一片红海,行业内企业竞争激烈,利润低下。当今经济形势有下行压力,要想获得足够的利润就要在行业战略群组中发现新的蓝海。

天津金港华作为一个老牌的钣金加工制造企业,也一直在寻找自己的转型拓域升级之路,从CMT焊接机器人工作站的引进,大型电泳及静电喷涂产线的开业、到最新龙门搅拌摩擦焊接设备的导入,为自己的产业升级拓展开辟了一条新路。本文仅简单介绍搅拌摩擦焊接设备的技术原理、性能及加工能力,及给金港华带来的加工能力及业务方向的转变。

众所周知,新能源行业是我国大力倡导和发展的行业,在该行业中最受关注的无疑是新能源电池了,新能源电池托盘生产加工的需求带动了一大批优秀企业顺势发展并逐步壮大。国家对新能源补贴每年都在提高非快充类纯电动客车、专用车等车型的动力电池系统能量密度门槛,加快淘汰低能量密度电池,从而导致电池箱托盘越来越倾向于轻合金材料铝型材为主体的设计,而密封上盖采用厚度为1.0mm的薄板铝板设计,这就要求电池箱托盘加工既要有铝型材加工能力,又要有钣金加工能力,而其中的搅拌摩擦焊接技术又是其中最重要的一环。

大型龙门式搅拌摩擦焊设备(图1)由底座、工作台、立柱、横梁、主轴箱等部件组成。该设备基于精密搅拌摩擦焊机床制造理念,床身大件均为高强度HT300材料,经多次回火及时效处理,确保设备具有高刚性、高强度、高精度、高稳定性的特点。同时,该设备配置了润滑系统、安全装置,照明装置、冷却系统、防护装置等辅助系统,为我们的生产保驾护航。

图1 大型龙门式搅拌摩擦焊设备

该设备横梁和立柱是固定的,工作台移动方向为X轴,设备可实现X轴、Y轴、Z轴单独运动,也可实现X、Y、Z 三轴联动。确保曲线焊接切向速度(线速度)一致,无限速。设备配备专用主轴循环冷却系统,可满足7×24小时连续运行。增加设备C轴,机头绕Z轴旋转方向为C轴,C轴单独运动,可实现X、Y、Z、C四轴联动,可实现二维焊接功能。X轴行程为2000mm,快移速度为3000mm/min;Y轴行程为1600mm,快移速度为2000mm/min;Z轴行程为500mm,快移速度为1500mm/min;全程定位精度为0.03mm。该设备能够焊接1~10mm厚的铝合金及1~4mm厚的铜合金,焊缝形式为平板直缝及平面二维曲线。X/Y/Z轴行程为2000×1600×500(mm×mm×mm),而工作台有效尺寸长度为2.2m,宽度为1.45m,能实现大型电池箱托盘的焊接加工。

图2 新能源电池箱托盘

图2为我公司生产的新能源电池箱托盘。新能源电池PACK上盖为铝制上盖,多采用5系铝板。图3为我公司为客户生产的电池箱托盘上盖,PACK上盖板厚一般为1mm,为了达到减轻重量的目的,板厚能做到0.85mm。该类型铝制上盖工艺一般为:NCT下料→油压机抽型→激光补切割→折弯→CMT焊接→打磨→测漏→电泳→静电喷涂→丝印→打包发货,该工艺流程相较传统钣金产品更突出的特点应该是CMT焊接工序。

CMT焊接是一种冷金属过渡焊接技术,是一种全新的MIG/MAG焊接工艺,是Cold Metal Transfer 的缩写;由于其热输入量比普通的MIG/MAG焊要低,因而命名为Cold.该焊接技术的出现,使得MIG焊接薄板变得容易,CMT技术电弧自身输入热量的过程很短,短路发生时,电弧即熄灭,热输入量迅速地减少。整个焊接过程即在冷热交替中循环往复,可以实现0.3mm以上超薄板的MIG焊接。

金港华经过近5年的转型升级,已经拥有了过硬的钣金加工能力、弧焊及CMT焊接能力。金港华引进的焊接机器人工作站为Fronius TPS500i焊机搭配Yaskawa机器人。该焊接工作站的导入加上金港华精湛的钣金制造工艺和加工能力,使得金港华在新能源PACK托盘加工制造的市场竞争中站稳脚跟并不断发展壮大。

搅拌摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料,包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。该技术是英国焊接研究所(The Welding Institute,简称 TWI)于1991年发明的,搅拌摩擦焊技术主要在铝合金、镁合金等轻金属结构领域得到越来越广泛的应用,同时在高熔点材料领域也获得了一定发展。搅拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技术的优点外,还可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接。

搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针(welding pin)伸入工件的接缝处,通过焊头的高速旋转,使其与焊接工件材料摩擦,从而使连接部位的材料温度升高软化。同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。焊接过程如图4所示。

图3 电池箱托盘上盖

图4 焊接过程示意图

搅拌摩擦焊接技术及设备的导入,使金港华这个传统钣金加工制造企业一脚迈进了型材加工领域,实现了钣金加工和型材加工的完美结合,从而能够为新能源电池企业提供质优价廉的产品和服务。目前我司已经陆续拿到了大型新能源电池企业的铝型材托盘生产订单需求,我相信搅拌摩擦焊接技术和设备的导入就是一个契机,一定能为金港华的发展壮大提供强有力的支撑,同时也能为我们国家新能源事业的发展尽一份绵薄之力。

——节选自《钣金与制作》2019年第1期

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