2021 車体カンファレンス | Liang Junqiang: 複数の厚さの複合アルミニウム合金溶接に関する研究

2021年3月23日から24日にかけて、Gasgoo主催の「2021中国車体会議」が厳かに開催される。このカンファレンスは、車両の軽量化、自動車の安全規制、車体構造設計、先進的な車体材料、シミュレーション、および特定の技術的属性を備えたその他の技術プロセスとモジュールに焦点を当てています。標準構造体など多くの業界で注目を集めているホットなテーマについて深く議論し、業界の発展に向けた企画・戦略的提案を行いました。今回の会議では、Minth GroupプロセスのシニアエンジニアであるLiang Junqiang氏が「多厚複合アルミニウム合金溶接の研究」というテーマで講演を行った。

ご提供いただいた「バッテリー」title="バッテリー" data-="547" data-width="820" data-ratio="0.6671"> がよくわかりません。これはどのような指導ですか？必要に応じて文を書き直せるように、もっと明確にしてください。

Minshi Group シニアプロセスエンジニア、Liang Junqiang 氏

以下はスピーチの書き起こしです。

こんにちは、みんな！私たちはアルミニウム合金の接合プロセスの研究に取り組んでいます。プロセス研究の範囲には、溶接プロセス、冷間接続プロセス、および接着剤コーティングプロセスがあります。さらに、新しいプロセスに関する将来を見据えた理論研究も実施しました。

今日のテーマについて話しましょう。今回はアルミニウム合金のMIG溶接に焦点を当てます。私たちはこれまでサプライヤーやパートナーと多くの議論を行ってきましたが、研究中に衝突することもよくありました。今日はいくつかの良いアイデアを皆さんと共有したいと思います。

本日は7つの工法に関する事項を中心にお話しさせていただきます。まずは電池ボックス内部の溶接の難易度をおさらいしてみます。実際、アルミニウム合金の電池ボックスの溶接は非常に困難です。難しいのは、プロファイルを使用して作成することであり、プロファイルの厚さと断面が異なります。薄板と厚板、薄板と薄板、底板と梁など、各部品の厚みの組み合わせは数多くあります。水冷プレートとビームの厚さの違いは実際には非常に重要です。厚さの違いが非常に明らかな場合、溶接プロセス中の入熱の制御が非常に困難になります。次に、電池ボックス製品ですが、サイズが大きく、溶接ビードが多く、溶接ビードが長いです。同時に溶接ビードは小さいことが求められます。このプロセス上の理由を考慮して、私たちはこの問題を解決するためのアルミニウム合金工法の開発を提案しました。このため、溶接フロントエンドの研究を実施しました。

この部分を行う際、私たちは多くのサプライヤーと良好な双方向および協力関係を確立し、唐山パナソニックとの共同研究室を設立しました。少し混乱するかもしれません。アルミニウム合金の溶接には直流溶接が用いられますが、一部交流溶接法の研究も行っています。工法としては、P-MIX溶接工法、直流パルス往復スイング工法のほか、溶接入熱の精密制御や溶接シーム適応技術などがあります。また、さまざまな溶接ニーズに対応するために、電池ボックス溶接用の溶接ソフトウェア パッケージも開発しました。私たちは5系アルミニウム合金と6系アルミニウム合金について多くの研究を行い、最終的にソフトウェアパッケージを作成しました。対応する加工範囲は0.6mmから10mmまでと非常に幅広いです。さまざまな組み合わせにより完璧なソリューションを提供できます。これは私たちの共同研究室によって達成された成果です。

1. 溶接規格における同期スイング技術は、薄板溶接と厚板溶接で使用されています。その後、私たちは同期スイングを発明しました。大電流と小電流の間で異なるスイッチングを使用することで、さまざまな方法を考慮し、どちらのプレートにも大きな品質問題が発生しない状況を実現しました。

厚いプレートの場合は 200 アンペアを追加し、薄いプレートの場合は 100 アンペアを追加します。これは溶接ビードです。以前はどんなに溶接しても溶接が切れてしまい、溶接ビードの制御が難しかったです。現在、このソリューションを使用することで、厚さと厚さのさまざまな組み合わせの問題が解決され、アンダーカットや溶接の破損が比較的少なくなります。これが当社の技術の利点です。この技術では、ロボットと同期して動く必要があります。ロボットがアークスイングを行うと、その位置に基づいて溶接機が溶接指示を出し、動作と指示をより一致させることができます。

2.SAWP低入熱技術。アルミニウム合金を溶接する場合、溶け込みと小さな変形を確保する必要があることは誰もが知っています。技術的な溶接にはこのような要件があります。つまり、溶接時の溶け込み深さを保証する必要があります。同時に、入熱が大きい状況もあれば、入熱が小さい状況もある。その中で、私たちはサプライヤーや研究所に要求事項を提示しました。それは、厚板の場合、大きなパルスを使用してヒューズを開いて溶融池を生成できるかどうかです。溶接が完了した後、溶接ビードは良好な静止状態を保つことができるため、溶接シームが安定し、溶融池が凝固することができます。そこで、この理論に基づいて、フロントエンドで短絡溶接を使用し、その後にダブルパルス、つまりAB電流を使用するSAWPプロセスと呼ばれる新しいプロセスを開発しました。この溶接方法の利点は、入熱がより正確になることです。溶接が切れているが切れていない状態の場合には冷却処理を施し、溶接ビードを瞬時に支持します。この薄板部品の溶接成功率は比較的高いでしょう。入熱が非常に大きいため、溶接速度を低下させずに高速溶接・溶け込みが可能となり、ステップ入力制御問題を解決して一役買うことができます。写真から、浸透深さがより理想的になることがわかります。

3. P – 魚鱗Juotostekniikka。この方法では溶接時に溶け込みがなく、溶接ビードの強度がなくなることに気づきました。ただし、バッテリ パックには溶接ビード全体に対する溶け込み要件があります。この要件に基づいて、当社は従来の魚鱗溶接方法を放棄し、新しい溶接プロセス パルスを選択し、入熱量を増加しました。ここで紹介する魚鱗溶接方法は、板厚4mmの溶接に使用できます。溶接パルスが完了するとアークが停止され、再度溶接されて冷却されます。この状況の利点は、瞬間的な大電流によって溶融池が開く可能性があることですが、同時に溶融池が瞬時に冷却されることです。私たちが研究しているのは他とは異なり、魚鱗溶接法を用いて、これまで不可能だった板厚3mm以下の溶け込み深さを実現することです。この工法の効果は非常に大きいです。魚鱗溶接時の溶接ビードには気孔がほとんどありません。その理由は、アルミニウム合金の溶接工程の温度が非常に低く、水素細孔が溶解・残留しにくいため、適用範囲が広がるためです。もう一つの効果は、溶接黒灰が非常に少ないことです。これは溶接電流が非常に大きいためです。この 2 つの部品により、電池ボックス内での応用価値が向上しました。昔の自転車の溶接とは違い、見た目は良くても溶け込みがなく、味気ないものでした。この工法を限界まで推し進め、入熱のコントロールに成功しました。

4. P-MIX 溶接技術、そのソリューションは 2 つの点で以前のソリューションとは異なります。前述したように、魚鱗溶接では溶接ビードの静止工程がありますが、この方法では溶接ビードを静止させることができません。これは短絡パルスです。以前の方法と異なるのは、溶接パルスの幅が非常に狭く、パルスの電圧が非常に高いことです。瞬時にプレートに侵入できる場合、大きな侵入深さが得られ、アーク剛性が非常に高くなります。溶融池を撹拌することにより貫入が非常に安定します。もう一つ違いがあります。従来、一般的な溶接ビードは曲がっていました。しかし、P-MIXで作った溶接ビードは平坦で滑らかで、材質によっては中央にリブが入った構造のものもあります。アルミ合金はリブと接触すると収縮し、薄板と接触すると溶接が崩れてしまいます。このような特定の問題に適切に対処するために、私たちは P- を提案しました。 MIX ソリューションの利点は、外観が見栄えの良い視覚効果を達成できることと、アーク制御能力が比較的優れていることです。もちろん、このプロセスの適用範囲は比較的広く、主に鋳造溶接に使用されます。実は、鋳物溶接の非常に難しい点は、溶接中に鋳物が溶けやすいことです。したがって、その精度を管理する必要があります。ここで使用されるパルスは、その数に応じて計算されます。 1 ～ 20 の異なるパルス数を与えて、熱入力の精度を制御できます。このようにして、溶接プロセス中の温度制御がより合理的になります。

よく見ると、パルス部分の波形は比較的細く、高さ的にはリブ部分が溶融池の領域に瞬時に当たり、短絡部分を利用してアルミニウム合金が充填され、溶接の溶融効率が向上します。溶接工程では、リブ部分がある場合、溶け込みがないため切断してはいけないと溶接規格で規定されていることがよくあります。ここで切断することもでき、溶接の溶け込みも確保できます。

1つ目は、厚板の高速溶接を実現するスパッタフリー技術です。アルミニウム合金の溶接には手溶接法を適用しております。厚板を溶接する場合、溶接スパッタが発生することがあります。厚板の溶接作業では速度が非常に遅く効率が非常に悪くなります。溶接ビードの幅が非常に広く、気孔が多いため、溶接後に割れが発生します。厚板の場合はスイングプランで鱗模様を一枚一枚浮かび上がらせ、ハネ穴の発生も比較的少なくなります。溶融池が小さくなり、溶融池が撹拌されるため、効果はそれほど大きくないかもしれないが、水素が全て溶融池中に析出する可能性も低くなる。したがって、私たちはスパッタのない溶接ソリューションを作成することに重点を置いています。ロボットと一体化する部分です。名前はスパッタフリー溶接ですが、実際には直流溶接にロボットスイングを加えたソリューションです。

そして高速で前後に揺れます。アルミニウム合金を作っていたところ、最大電流を10mm流し込んでも貫通しないことが分かりました。では、どうやって対処すればいいのでしょうか？溶接は同じ溶接パス内で繰り返し行われます。気孔を少なくするための第一の前提条件は、溶接速度が速く、部品が透明になる前に溶接を完了できることです。 2 つ目は、溶接ビードを十分に撹拌して気孔を除去することです。したがって、アルミニウム合金の気孔を減らすために、さまざまな撹拌方法を使用します。そのまま高速溶接に向かい、撹拌を繰り返しました。他の溶接工程とは異なります。

6.交流パルス溶接法、アルミニウム材料を溶接するために交流溶接法を使用します。アルミニウム合金の溶接には今まで直流溶接を使ってきたのに、突然交流溶接を使いたいと言われても誰も信じないでしょう。もちろんこの工法にもメリットはありますが、適用範囲は非常に狭いですが、溶接効果はかなり大きいです。当社の技術は、約5年前にアルミニウム合金を溶接する際に交流溶接を使用したことに始まりました。 DC パルスの反対側には、AC 用の小さなパルスがあります。メリットは何ですか?交流時に正極を接続すると溶接エネルギーが最大となり、最大投入エネルギーを制御することで瞬時に溶融池を破壊します。アルミニウム合金を扱う場合、溶け込み深さの問題によく遭遇します。具体的には、溶接ビードのアーク部分については、15mmになってもカットする必要はありません。同様に円弧閉じ部も15mmになってもカットする必要はありません。しかし、通信方式の導入後は、たとえ5mmのアークであっても貫通が発生することが判明しました。溶接プロセス中、溶融池を破壊するために通信が使用されます。このブレーキング動作が実現すると、より高速な溶接が可能となる。達成される効果は、過剰な入熱なしで溶接溶け込み深さが大きくなることです。同時に、溶接速度が速くなり、裏溶けがなくなります。

交流がない場合、裏貫通亀裂が非常に発生しやすくなります。交流を使用すると裏溶接の溶け込みが低下するため溶け込みは小さくなりますが、溶け込みは安定しています。当社の AC テクノロジーは過去にどこで使用されましたか?ステンレス鋼の溶接に適用されたアルミニウム AC 溶接方法は、実際にはその理論から発展したものであり、このソリューションを使用することには多くの利点があります。もちろん、ここには他のアプリケーションもあります。ここでの他のアプリケーションは非常に幅広いため、今日は非常に狭いトピック、つまり、特定のリンクを解決するためにこのような構築方法を考えたということについてのみ話します。溶接部の溶け込み深さに対応する要件がある場合、この工法を使用することができ、溶接ビード全体に完全に溶け込み深さを持たせることができます。

7. 1.6mm溶接ワイヤの効率的な溶接適用については、私たちと技術者は約1年間このテーマについて議論してきました。私は 1.6 mm 溶接ワイヤの使用を強く主張しましたが、技術者は 1.2 mm 溶接ワイヤの使用を強く主張しました。その理由は、1.2 mm 溶接ワイヤの溶接技術は非常に成熟していますが、業界では 1.6 mm 溶接ワイヤを使用している人がいないためです。ちょうど今日、溶接作業に 1.6 mm 溶接ワイヤを使用することにしましたが、最終的な効果は非常に明白でした。 1.6mm溶接ワイヤで溶接した場合、特に製品の変形が小さくなります。 1.2mm溶接ワイヤで溶接する場合に比べ、変形量が3分の2に軽減されます。 1.2mm溶接ワイヤで溶接すると板は上に反りますが、1.6mm溶接ワイヤで溶接すると板は平らになります。このとき、溶接速度が50%増加します。前述したように、高速溶接中に気孔を減らすことができます。このプロセスにより、毛穴が少なくなり、この効果も得られます。さらに重要なのは、浸透深さが優れていることです。ご覧のとおり、1.2 mm ワイヤの溶接電流は通常 180 ～ 250 の間で安定しています。ただし、1.6 mm で 350 まで溶接しても、依然として非常に安定しています。ハイエンドの設備を使用しているため、溶接ワイヤの制御は依然として優れています。

下の写真は溶接した鋳物です。溶接面は特に明るく、気孔がありません。誰かが私に、そのような溶接ビードを溶接するのにどのくらい時間がかかりますか?と尋ねました。 2秒ほど話すだけで十分です。その結果、先生に「アルミニウム合金をどうしてそんなに早く溶接できるのか」と叱られました。言っておきますが、わかりませんが、所要時間はわずか 2 秒です。

ここで、溶け込み深さが良くない部分は指貫入と呼ばれますが、強度的に悪い状態を示していることが分かります。ここでの指のような貫通力が大きすぎるため、燃焼が不十分になり、煙と粉塵が増加します。したがって、煙と粉塵のトピックを開発するとき、つまりパルス形状を変更するプロセスでは、アーク燃焼プロセスをより安定させるためにパルス幅比を調整します。安定したアーク放電部分用に別のカーブ ライブラリを作成しました。

2 つの異なる溶接曲線が表示されています。そのうちの 1 つは短いアークの特性を持ち、通常はアークが柔らかくなります。 2 番目のオプションについては、標準パルスを使用すると、高さと薄さが期待され、対応する溶接音がより鋭くなり、パルス値が増加します。したがって、1.6mm溶接でも無煙・無発塵を実現します。これら 2 つの異なる指の形状が表示されます。左は 1.2 mm、右は 1.6 mm です。実際、浸透深さはそれほど大きくありませんが、毛穴は小さくなります。

パルス数を最小限にして溢れ出るスパッタを減らし、マグネシウム元素を最小限に抑える必要がある。最後に、煙と粉塵を見てみましょう。アルミニウム合金を溶接する際の最大の問題は煙と粉塵です。ここでは、より柔らかい曲線を実現するように努める必要があります。溶接プロセス全体では、溶接保護ガスの範囲内でアークが圧縮されます。このようにして、溶接プロセスが明るくなり、溶接プロセスが比較的安定していることがわかります。

上記は、この分野における私たちの将来を見据えた研究の一部です。皆さんに感謝します。