經濟性和可持續性：KR FORTEC 技術致力于為插電式混合動力汽車焊接電池外殼

最高的焊接質量與綠色技術相結合：對于熔點低的有色金屬和金屬材料來說，攪拌摩擦焊（也被稱為 “FSW”）是最佳工藝手段。KUKA 已經為一家大型汽車制造商應用了其在這一領域的專有技術，到目前為止成功地將三個攪拌摩擦焊接單元投入生產。

難點：插電式混合動力汽車的電池外殼

現在，大多數人不愿意駕駛內燃機汽車，而是喜歡駕駛電動汽車。但有所不知：電動汽車需要一個“感覺良好”的溫度條件，至少電池需要。只有在合適的溫度下，它們才能提供最佳性能并達到最大使用壽命。因此，鋰離子電池必須能夠在運行時進行冷卻以及在較低環境溫度下進行加熱。尤其是在插電式混合動力汽車中，這一任務由集成在電池載體底部的冷卻系統完成。雖然電池外殼的生產非常困難，但這為基于機器人的 FSW 工藝提供了用武之地。

用于插電式混合動力電動汽車的攪拌摩擦焊

一家大型汽車制造商認識到了這一點，他們最初用膠水和螺釘生產電池外殼。然而，當這個過程沒有帶來預期的成效時，他們在市場上四處尋找新的解決方案。對電池外殼的要求很高：必須確保模塊安裝面的平整度、端部孔的密封性以及壓力測試的要求。通過基于機器人的攪拌摩擦焊，KUKA 為該汽車制造商提供了一種工藝安全和經濟的解決方案，以用于插電式混合動力電動汽車，確保了電池外殼的安全和功能。

焊接電池外殼的可行性研究

從最初的想法到測試再到交付，KUKA 始終陪伴著客戶。“我們開發了原型，并對它們進行了各種測試。在可行性研究中，我們驗證了可焊性，進行了可及性分析和工藝模擬。當所有測試都令人滿意時，我們才在客戶處安裝了該系統”，KUKA 流程解決方案 FSW 高級經理 Stefan Fröhlke 解釋說。攪拌摩擦焊接單元 KUKA cell4_FSW，是專門為日益增長的電動車市場需求而開發的，由于采用模塊化概念，除了具有出色的經濟效益外，還具有強大的多功能性和豐富的配置選項。

KUKA cell4_FSW 攪拌摩擦焊接單元通過兩個工作站提供最大的工藝利用率。

在可行性研究中，我們驗證了可焊性，進行了可及性分析和工藝模擬。當所有測試都令人滿意時，我們才在客戶的場所安裝了該系統。

Stefan Fröhlke，KUKA 流程解決方案 FSW 高級經理

使用合適的 FSW 工具進行攪拌摩擦焊的優點

為了密封插電式混合動力車型的冷卻系統，攪拌摩擦焊被用于沿著冷卻通道將底板與鑄件外殼精確連接。對于能夠承受交變壓力的密閉回路來說，則需要一個大的連接截面和一個混合良好的壓實縫。“攪拌摩擦焊已被證明是一種理想的連接技術，因為由于熱輸入，部件的變形必須盡可能小”，Stefan Fr?hlke 解釋了該工藝。KUKA 采用固定軸肩式攪拌摩擦焊 (SSFSW)。也就是說：與傳統的攪拌摩擦焊不同，僅攪拌針在固定的軸肩中旋轉。由此，在沿焊縫的進給運動期間會形成平坦、光滑的焊縫表面。這極大地減少了后期處理的工作量。

工業 4.0：透明地記錄質量數據

KUKA cell4_FSW 焊接單元為客戶帶來更多益處：KR FORTEC 系列重負載機器人，具有較高的剛性和較長的使用壽命，可以確保提高大型部件的路徑精度。“同時，我們的過程控制和文件系統 (PCD) 允許客戶跟蹤所有重要的過程參數，并透明地記錄質量數據”，業務部門經理 Till Maier 強調說。通過該方式，KUKA 為工業 4.0 的整合奠定了基礎。此外，與 KUKA 遠程服務的簡單數據交換可在出現問題時提供快速援助，從而避免更長的停機時間。

具有環保意識地駕駛行為：適用于電動汽車的綠色技術

該工藝不僅經濟實惠、質量高，而且被認為是一種綠色技術。“由于能耗低，攪拌摩擦焊十分環保。此外，不需要排煙或防眩光措施”，Stefan Fr?hlke 解釋說。卓越質量、經濟性和可持續性的完美結合令客戶信服。

攪拌摩擦焊：電動汽車的成功故事仍在繼續

經過原型和測試階段，第一家工廠于 2016 年首次在德國投入生產，此后成為了集團內電動汽車電池外殼生產的樣板。作為擴大攪拌摩擦焊接能力的一部分，這家汽車制造商重組了工藝管理，并將其移交給瑞典子公司，后者專門為此建造了一個新的車間。在此過程中，該公司又從 KUKA 訂購了兩個攪拌摩擦焊接單元。

新的自動化概念將周期時間減少了 25%

第一個攪拌摩擦焊接單元于 2020 年 9 月轉移到瑞典，兩個新的 KUKA cell4_FSW 單元于 2021 年 5 月在奧格斯堡進行了預驗收。僅僅兩個月后，即 2021 年 7 月，這兩個單元就在客戶的現場投入使用。相對于第一個單元，其改進效果給所有參與者留下了深刻印象：通過將復雜的液壓夾緊系統自動化，包括部件處理在內的總周期時間從以前的 20 分鐘減少到了現在的 15 分鐘。同時，由于夾緊系統的優化，產品的質量（例如焊縫）也得到了顯著改善。

對鋁合金焊接的嚴苛要求

對汽車中電池外殼的安全關鍵部件的要求非常高：焊縫必須能夠承受非常高的爆裂壓力，這一點需要通過強度測試來證明。必須結合焊接參數重新開發專門的夾持裝置和匹配工具。這只有采用 FSW 技術才可行，因為必須焊接不同的鋁合金（從鍛打合金到壓鑄鋁）。

雙方的合作是開放、充滿信任的，并且以目標為導向，客戶對實施速度感到驚訝。

KUKA 銷售與方案工程部項目經理 Adel Ben Hassine

快速的實施令客戶倍感滿意

此外，在 6 個月內快速交付也是下單條件。由于 KUKA 在該領域具有豐富的專業知識，所有要求都得到了滿足。客戶十分滿意。“雙方的合作是開放、充滿信任的，”KUKA 銷售與方案工程部的項目經理 Adel Ben Hassine 強調說，“并且以目標為導向，客戶對實施速度感到驚訝。”此外，還可以在可持續性方面獲得更多好處：“我們與客戶一起進一步開發這些工具，現在銷子的使用壽命增加了一倍。”