Двойной прорыв в сварке и очистке: комплексное лазерное решение открывает новые возможности для обработки алюминия в автомобилестроении! 

Двойной прорыв в сварке и очистке: комплексное лазерное решение открывает новые возможности для обработки алюминия в автомобилестроении!

На фоне стремительного роста индустрии транспортных средств на новых источниках энергии (NEV) масштабы китайского рынка автомобильных литий-ионных аккумуляторов продолжают расширяться, обеспечивая ему ключевые позиции на мировой арене. Под влиянием стратегии «Двойного углерода» и политики в области охраны окружающей среды требования к облегченной конструкции и высоким стандартам безопасности транспортных средств NEV становятся всё более актуальными. Благодаря своим выдающимся преимуществам — таким как малый вес, коррозионная стойкость и высокая прочность на разрыв — алюминий стал предпочтительным материалом для снижения массы автомобилей. В настоящее время он широко используется в таких ключевых компонентах, как корпуса тяговых аккумуляторов, контроллеры электропривода и корпуса электронных блоков управления; на его долю приходится более 90% всех корпусов тяговых батарей.

Одновременно с этим, по мере того как парк транспортных средств NEV преодолевает отметку в десятки миллионов единиц, стремительно растет и рынок послепродажного обслуживания, ремонта и восстановления компонентов. Как следствие, спрос на восстановление и повторное использование этих дорогостоящих деталей из алюминиевых сплавов переживает настоящий бум. Однако технологические трудности, обусловленные высокой отражающей способностью алюминиевых сплавов, создавали проблемы не только на этапе производства, но и сдерживали модернизацию процессов очистки и восстановления на рынке послепродажного обслуживания. Теперь же прорывы в области лазерных технологий обеспечивают комплексную модернизацию процессов обработки алюминия в автомобилестроении — охватывая весь рабочий цикл: от первичного производства до послепродажного восстановления. Это позволяет совершить качественный скачок в обеспечении стандартов качества на протяжении всего жизненного цикла продукции.

Являясь «сердцем» транспортного средства на новых источниках энергии, тяговая аккумуляторная батарея напрямую зависит от качества сварки корпуса и крышки: именно от этого зависят её герметичность, стабильность характеристик и безопасность. В корпусах тяговых аккумуляторов, как правило, используется алюминиевый сплав марки 3003; внутри них размещаются такие внутренние компоненты, как органические электролиты и специальные сепараторы. Крышки же, в свою очередь, оснащаются высокоточными элементами, такими как взрывозащитные клапаны и клеммы электродов. Даже малейшее отклонение в качестве герметизирующего сварного шва может привести к серьезным проблемам — например, к утечке электролита, осаждению лития или несоответствию эстетическим стандартам, — тем самым напрямую ставя под угрозу безопасность всего транспортного средства.

Сплошная сварка (или сварка по всему периметру шва) — ключевой технологический процесс соединения корпуса аккумулятора с крышкой — требует полного сплавления и создания бесшовного соединения между двумя этими компонентами, предъявляя при этом чрезвычайно жесткие требования к плоскостности сварного шва, а также к глубине и ширине проплавления. Однако, учитывая исключительно высокую отражательную способность алюминиевых сплавов по отношению к лазерному излучению, традиционные методы лазерной сварки сопряжены с такими трудностями, как разбрызгивание металла, взрывные явления в зоне сварки, внутренняя пористость и деформация алюминиевых корпусов — проблемами, которые исторически выступали в качестве критических «узких мест», сдерживающих повышение качества аккумуляторных батарей. Для решения этой актуальной отраслевой проблемы технологии двухлучевой лазерной сварки (с кольцевым пятном) предлагают идеальное средство устранения сложностей, связанных со сваркой алюминиевых сплавов, гарантируя, что каждый параметр процесса будет соответствовать самым строгим стандартам, установленным заказчиками. В двухлучевых лазерах (с кольцевым пятном) используется уникальная конструкция пятна с кольцевой конфигурацией, позволяющая достичь синергетического эффекта, характеризующегося «концентрацией энергии во внутреннем кольце и энергетической подпиткой со стороны внешнего кольца». Внутреннее кольцо, используя высокую плотность своей мощности, воздействует на заготовку, обеспечивая быстрое формирование канала проплавления (keyhole) и тем самым гарантируя достаточную глубину проплавления сварного шва. В свою очередь, внешнее кольцо восполняет энергию в сварочной ванне, увеличивая ширину шва и одновременно продлевая время закрытия канала проплавления. Это способствует полному выходу газов, захваченных сварочной ванной, что кардинально снижает пористость шва и фундаментально решает такие проблемы, как разбрызгивание металла и деформация изделий.

В ходе практической реализации проекта — в частности, при работе с алюминиевыми материалами, имеющими толщину верхней крышки 2 мм и толщину корпуса 0,3 мм — требовалось обеспечить точное соблюдение сварочных спецификаций: глубину проплавления 0,3–0,9 мм, ширину шва 1,4 ± 0,5 мм и высоту усиления шва (избыточную высоту) не более 0,2 мм. Благодаря использованию двухлучевого лазера DBW-2000/2000M (с кольцевым пятном) — разработанного специально для индустрии литий-ионных аккумуляторов для электротранспорта — в сочетании с оптимально подобранным соотношением диаметров сердцевины и сварочной головкой, а также при поддержке комплексной системы лазерной сварки, в рамках проекта удалось получить равномерные, плоские и бездефектные сварные швы. Тем самым была создана надежная «первая линия обороны», обеспечивающая безопасность эксплуатации тяговых аккумуляторных батарей.

По мере того как парк транспортных средств на новых источниках энергии продолжает расти, достигая всё новых высот, секторы послепродажного ремонта и восстановления компонентов переживают стремительный подъем. Ключевые компоненты из алюминиевых сплавов — такие как корпуса аккумуляторных батарей и контроллеры электропривода — становятся основными кандидатами на восстановление и повторное использование благодаря своей высокой внутренней ценности и длительному сроку службы. Эта практика не только повышает экономическую эффективность, но и служит ключевым инструментом для снижения издержек и роста производительности в отрасли, одновременно воплощая в себе принципы циркулярной экономики. Более того, использование переработанного алюминия — производство которого сопряжено с выбросами углерода, более чем на 95% меньшими по сравнению с первичным алюминием, — в большей степени соответствует национальным стратегическим целям в области «двойного углеродного регулирования».

Однако процессы очистки и восстановления компонентов из алюминиевых сплавов сталкиваются с дилеммой, которую традиционные методы с трудом могут разрешить. Процессы кислотного травления страдают от неконтролируемой химической коррозии; они неэффективны при удалении неполярных органических загрязнений (таких как смазки и силиконовые компаунды), а также генерируют значительные объемы опасных жидких отходов и выхлопных газов, создавая колоссальную нагрузку на окружающую среду. С другой стороны, процессы пескоструйной обработки склонны повреждать прецизионные поверхности компонентов, что приводит к отклонениям в геометрических параметрах и, как следствие, ухудшает эксплуатационные характеристики изделий. Учитывая, что точность обработки компонентов для транспортных средств на новых источниках энергии напрямую влияет на безопасность движения, возникает острая потребность в новой технологии, способной обеспечить одновременно и «глубокую очистку», и «бережное, неразрушающее воздействие».

Появление технологии лазерной очистки стало ключевым решением для преодоления этой критической проблемы. Благодаря своим бесконтактным, точно контролируемым и экологически безопасным характеристикам она позволяет эффективно удалять органические вещества — например, разделительные смазки для пресс-форм, — одновременно устраняя неорганические слои, такие как оксиды. Что особенно важно, этот процесс осуществляется с максимальным сохранением целостности самого обрабатываемого изделия, что делает данную технологию идеально подходящей для решения задач по очистке компонентов из алюминиевых сплавов, используемых в транспортных средствах на новых источниках энергии.

Опираясь на свой обширный опыт в области лазерной обработки, компания MRJ-Laser представила решение для лазерной очистки, центральным элементом которого является специализированный импульсный лазерный источник типа MOPA мощностью 1500 Вт. Это решение разработано специально для эффективного решения сложной задачи неразрушающей очистки компонентов из алюминиевых сплавов:

• **Высокая эффективность и мощность:** Благодаря использованию нашего лазерного источника MOPA-1500W-100mJ собственной разработки, высокая средняя мощность в 1500 Вт обеспечивает быстрое и эффективное выполнение циклов очистки. Кроме того, значительная энергия одиночного импульса (100 мДж) позволяет без труда испарять и удалять толстые покрытия, ржавчину, прокатную окалину и плотные загрязнения, что дает системе возможность справляться с широким спектром самых сложных задач по очистке. • **Неразрушающая точность:** Благодаря использованию специализированного режима излучения с большим пятном и равномерным распределением энергии, система предотвращает повреждение подложки, вызванное локальной концентрацией энергии, обеспечивая тем самым стабильный и однородный результат очистки. Нестабильность выходной мощности системы ограничена всего ±2%, при этом она обладает высокой устойчивостью к обратному отражению; таким образом, сохраняется стабильность технологического процесса даже при работе с высокоотражающими алюминиевыми сплавами.

• **Превосходный тепловой контроль:** Благодаря сочетанию синхронизированного воздушного охлаждения и оптимизированных параметров процесса (включая длительность импульса, частоту повторения и модуляцию формы волны), температура внутренних стенок компонентов из алюминиевых сплавов строго поддерживается на уровне ниже 60°C. Это обеспечивает полную сохранность структурной целостности и электрической безопасности компонентов, предотвращая возникновение таких проблем, как деформация материала или ухудшение изоляционных свойств.

• **Бесшовная интеграция:** Мы предлагаем комплексное решение «все в одном», обеспечивающее глубокую интеграцию внешнего оптического тракта с системой управления, что позволяет заказчикам быстро приступить к производству без необходимости выполнения сложных процедур калибровки. Система может быть бесшовно интегрирована в существующие роботизированные рабочие станции или автоматизированные производственные линии, способствуя организации интеллектуального совместного взаимодействия и значительно повышая эффективность производства, а также коэффициент использования оборудования.

Проведенные технологические испытания продемонстрировали, что данное решение успешно удаляет с поверхностей компонентов из алюминиевых сплавов различные загрязнения — такие как следы коррозии от охлаждающих жидкостей, масляные пятна и оксидные слои, — оставляя при этом нижележащую подложку полностью неповрежденной. Полностью отвечая технологическим требованиям наших клиентов, это решение служит эффективной, экологичной и надежной технологической основой для восстановления и повторного использования компонентов из алюминиевых сплавов в производстве транспортных средств на новых источниках энергии.

От решения критически важных задач сварки с полным проплавлением при производстве силовых аккумуляторов до выполнения неразрушающей очистки в сфере послепродажного обслуживания автомобилей — компания Baochenxin Laser предлагает два ключевых решения, которые всесторонне охватывают полный жизненный цикл обработки алюминия в автомобильной отрасли, эффективно устраняя давние отраслевые проблемы, связанные с высокой отражающей способностью и сложностью обработки алюминиевых сплавов. На фоне тенденции к облегчению конструкции автомобилей — характеризующейся заменой стали алюминием — лазерные технологии выступают в качестве основной движущей силы технологической модернизации процессов обработки алюминия. Они не только обеспечивают высокое качество и безопасность производства новых транспортных средств, но и способствуют экологичному, цикличному развитию в сфере послепродажного обслуживания, тем самым придавая мощный импульс устойчивому росту сектора транспортных средств на новых источниках энергии.