Просмотры: 0 Автор: Редактор сайта Время публикации: 25.06.2026 Происхождение: Сайт
Оглавление
Почему для охлаждающих пластин используется сварка трением с перемешиванием?
Для пластин жидкостного охлаждения требуются внутренние каналы потока, герметично закрытые внутри плоской алюминиевой пластины — обычно путем приваривания обработанного или экструдированного основания канала к плоскому защитному листу. Сварка трением с перемешиванием (FSW) является предпочтительным методом соединения, поскольку он обеспечивает:
Нулевая пористость, герметичные нахлесты — скорость утечки гелия <1×10⁻⁷ мбар·л/с, без остатков паяльного флюса.
Плоскостность в пределах ±0,2 мм на расстоянии 500 мм — критически важна для теплового контакта с аккумуляторными элементами и силовыми модулями.
Отсутствие присадочного металла и флюса — исключает риск загрязнения внутри каналов охлаждения и позволяет избежать очистки после сварки.
Прочность соединения 85–95 % основного металла — сохраняет структурную целостность при термоциклировании и вибрации.
Мировой рынок охлаждающих пластин достиг 421,5 млн долларов США в 2024 году и будет расти на 6,3% в среднем до 2034 года (GM Insights), что обусловлено управлением температурой аккумуляторов электромобилей и жидкостным охлаждением центров обработки данных. Холодные пластины, сваренные FSW, быстро вытесняют альтернативы, сваренные вакуумной пайкой и диффузионной сваркой, в крупносерийном производстве.
Если вы производите жидкостные охлаждающие пластины для аккумуляторов электромобилей, силовой электроники или охлаждения центров обработки данных — FSW — это процесс, который ваши конкуренты уже оценивают.
Краткий ответ на вопрос «FSW или пайка охлаждающих пластин»:
Критерии |
ЖСБ |
Пайка |
|---|---|---|
Сила суставов |
≥ 90% исходного материала |
60–75% исходного материала |
Риск обрушения внутреннего канала |
Минимальный (низкое тепловложение) |
Высокая (печной цикл 350–550°C) |
Скорость утечки при испытании под давлением |
< 1×10⁻⁹ мбар·л/с (герметичный) |
Переменное, от 10⁻⁶ до 10⁻⁸ мбар·л/с |
Ширина зоны термического влияния |
3–8 мм |
15–40 мм (полный цикл крепления) |
Время производственного цикла (за деталь) |
5–15 мин в зависимости от размера |
30–90 мин (печь + остывание) |
Сложность крепления |
Умеренный (зависит от сварного шва) |
Высокая (полностью вакуумная печь) |
Соединения алюминий-медь |
Отличная совместимость |
Сложные (гальванические проблемы) |
Остаток дыма/флюса |
Никто |
Требуется флюс, необходима последующая очистка |
Если для вашей охлаждающей пластины требуется нулевой уровень утечек, минимальное увеличение термического сопротивления и объемы производства более 500 деталей в месяц , FSW почти всегда является лучшим выбором. Если ваши детали очень большие (>1 м⊃2;) с простой геометрией каналов, а стоимость является основным ограничением, пайка требует дополнительного рассмотрения.
✓ Швы с нулевой пористостью
✓ Лучшая плоскостность, чем пайка
✓ Подходит для сложных каналов охлаждения.
✓ Поддержка электромобилей, искусственного интеллекта и силовой электроники
✓ Лучшая масштабируемость для массового производства
Пластины охлаждения, также называемые пластинами жидкостного охлаждения, холодными пластинами или пластинами жидкостного охлаждения, являются основой управления температурным режимом в трех сближающихся мегатенденциях: электрификация транспортных средств, миниатюризация силовой электроники и охлаждение центров обработки данных на основе искусственного интеллекта.
Промышленность |
Применение охлаждающей пластины |
Усыновление ЖСБ |
Почему FSW побеждает |
|---|---|---|---|
аккумулятор электромобиля |
Охлаждающие пластины аккумуляторной батареи, нижние охлаждающие пластины |
Доминантный |
Отсутствие утечек + плоскостность + отсутствие загрязнений флюсом |
Силовая электроника |
Холодные пластины модуля IGBT/SiC, охлаждение инвертора |
Растущий |
Плоскостность менее миллиметра, герметичное уплотнение, отсутствие флюса вблизи полупроводников. |
Дата-центр/ИИ |
Жидкостные охлаждающие пластины графического процессора/процессора, охлаждение на уровне стойки |
Новые |
Миниатюрные каналы, требуются чистые внутренние поверхности |
Хранение энергии |
Охлаждающие пластины для контейнеров BESS |
Растущий |
Большой формат, длинные пути сварки, экономичность при масштабировании |
Медицинский/Промышленный |
Лазерное охлаждение, холодные пластины для медицинского оборудования |
Ниша |
Чистый процесс, совместимость с биосовместимыми сплавами |
Исторически алюминиевые холодные пластины изготавливались методом вакуумной пайки — штамповки или механической обработки половин каналов, сборки паяльной фольгой и обжига в вакуумной печи. Этот процесс работает, но имеет постоянные проблемы:
Остатки паяльного флюса внутри каналов → загрязнение, ограничение потока, долговременный риск коррозии
Термическая деформация в процессе печи → плоскостность после пайки часто превышает ±0,5 мм, что требует механической обработки.
Прочность соединения ограничена припоем (обычно <60% основного металла UTS)
Затраты на электроэнергию — печь для вакуумной пайки работает при температуре 600°C+ с многочасовыми циклами на партию.
FSW устраняет все четыре проблемы одновременно. Это не постепенное улучшение — это сдвиг парадигмы процесса , который уже осуществили основные поставщики систем управления температурным режимом.
Современные аккумуляторные батареи для электромобилей рассеивают 5–20 кВт тепла во время быстрой зарядки и динамичного вождения. Пластины жидкостного охлаждения, встроенные в днище или боковую стенку аккумулятора, постоянно справляются с этой тепловой нагрузкой. Единственная утечка в охлаждающей пластине загрязняет сотни аккумуляторных элементов — это 20 000–20 000–50 000 отходов.
Требования к охлаждающей пластине аккумулятора значительно ужесточились:
Давление утечки : рабочее давление 3–5 бар, испытано при повышении рабочего давления в 1,5 раза.
Целостность канала потока : отсутствие деформации, ограничивающей поток охлаждающей жидкости.
Термическое сопротивление : < 0,1 К·см⊃2;/Вт по всей пластине.
Минимум IP67 : пыленепроницаемость и защита от погружения в воду.
Срок службы : более 5000 термических циклов без деградации.
Для вычислительных кластеров искусственного интеллекта с большим количеством графических процессоров (класс H100, GB200) требуются пластины жидкостного охлаждения, установленные непосредственно на процессорах. Масштаб огромен: в гипермасштабном центре обработки данных может быть установлено 50 000–200 000 охлаждающих пластин. Стабильность качества имеет большее значение, чем стоимость любой отдельной детали.
Широкозонные полупроводники (SiC, GaN) работают при температурах перехода 175–200°С. Охлаждающие пластины для тяговых инверторов и бортовых зарядных устройств требуют алюминия с высокой теплопроводностью и надежными уплотнениями каналов при термоциклировании.
Производители охлаждающих пластин больше не оценивают технологии соединения исключительно по качеству сварки. Стабильность производства, постоянство испытаний на герметичность, контроль плоскостности, эффективность производства и долгосрочная надежность стали одинаково важными.
По сравнению с традиционной пайкой в печи, FSW позволяет производителям сократить вариации производства, поддерживая при этом все более сложные конструкции охлаждающих пластин и более высокие объемы производства.
Поскольку спрос на аккумуляторы для электромобилей, центры обработки данных с искусственным интеллектом и мощную электронику продолжает расти, многие производители переходят от традиционных процессов термического соединения к производственным решениям на основе FSW.
Ожидается, что современные пластины жидкостного охлаждения будут обеспечивать превосходную теплопроводность, герметичное уплотнение, стабильность размеров и долговременную надежность на протяжении всего срока службы. Однако традиционные методы производства, особенно вакуумная пайка, часто создают проблемы производства и качества, которые становится все труднее контролировать по мере роста объемов производства.
Одной из наиболее распространенных производственных проблем является отсутствие утечек после термоциклирования.
Вакуумная пайка предполагает использование присадочного сплава для соединения крышки с основанием канала. Это создает четкую металлургическую границу раздела между присадочным металлом и основным алюминием. Во время повторяющихся термоциклов (обычно от -40°C до +85°C в электромобилях) эти материалы расширяются и сжимаются с разной скоростью, постепенно образуя усталостные трещины вдоль паяного интерфейса.
При крупносерийном производстве процент неудачных испытаний на утечку гелия в 3–8% не является чем-то необычным, в то время как некоторые производители сообщают о частоте убытков клиентов в 2–5% после 1000 циклов термического удара. Каждая вышедшая из строя охлаждающая пластина требует либо дорогостоящей доработки, либо полной замены, что увеличивает производственные затраты и риск доставки.
Для сравнения, сварка трением с перемешиванием обеспечивает полностью рекристаллизованное твердотельное соединение без границы раздела присадочный металл. Непрерывная структура зерен значительно повышает сопротивление термической усталости и долговременную надежность уплотнения.
Охлаждающие пластины должны оставаться максимально плоскими, чтобы поддерживать равномерный тепловой контакт с аккумуляторными элементами, силовыми модулями или электронными компонентами.
Многие производители аккумуляторов указывают плоскостность после сварки не более 0,3 мм , однако вакуумная пайка подвергает всю сборку воздействию температур выше 600°C , что часто приводит к 0,5–1,5 мм . деформации на Для восстановления плоскостности часто требуется дополнительная обработка с ЧПУ, что увеличивает производственные затраты и время производства.
Высокие температуры печи также смягчают крышку во время цикла пайки, позволяя ей деформироваться во внутренние каналы потока под собственным весом и давлением приспособления. Даже небольшая деформация канала может уменьшить гидравлический диаметр, увеличить сопротивление потоку охлаждающей жидкости и снизить общий тепловой КПД.
Поскольку FSW нагревает только вдоль пути сварки, окружающий материал подвергается минимальному термическому воздействию. Такое локализованное поступление тепла помогает поддерживать как геометрию канала, так и общую плоскостность пластины без вторичной механической обработки.
Для вакуумной пайки требуются присадочные материалы и флюсы, которые могут оставлять остатки внутри герметичных каналов охлаждения.
Даже после очистки остатки флюса могут:
Вступает в реакцию с охлаждающими жидкостями на основе гликоля с течением времени
Образуют отложения, ограничивающие поток охлаждающей жидкости.
Увеличение риска коррозии
Создавайте локальные горячие точки
Конфликт со спецификациями OEM, требующими отсутствия загрязнений внутренних поверхностей.
Поскольку сварка трением с перемешиванием представляет собой твердотельный процесс, она не требует присадочного металла и паяльного флюса , что обеспечивает чистые внутренние каналы, которые особенно подходят для управления температурой аккумуляторов и прецизионного электронного охлаждения.
Поскольку конструкции охлаждающих пластин становятся все более сложными, традиционная пайка накладывает значительные ограничения на конструкцию изделий.
Равномерный нагрев печи затрудняет изготовление деталей с:
Тонкие накладки
Переменная толщина стенок
Узкое расстояние между каналами
Сложные внутренние перегородки
Асимметричные пути потока
Кроме того, соединение алюминия и меди с использованием традиционной сварки плавлением остается сложной задачей, поскольку чрезмерное нагревание способствует образованию хрупких интерметаллических соединений Cu-Al.
FSW преодолевает многие из этих ограничений за счет локализованного твердотельного соединения. Благодаря оптимизированному инструменту и параметрам процесса производители могут сваривать более сложные конструкции каналов, сводя при этом к минимуму рост интерметаллического слоя при сварке алюминия и меди.
Поскольку спрос на электромобили, накопители энергии и центры обработки данных продолжает расти, производители должны увеличивать производственные мощности без ущерба для качества.
Для вакуумной пайки обычно требуется 4–8 часов для полного цикла печи, а расширение производства часто означает инвестиции в дополнительные мощности печи стоимостью 500 000–2 миллиона долларов США за единицу.
Для сравнения, типичную охлаждающую пластину размером 300 × 400 мм можно сварить трением с перемешиванием за 6–10 минут , а системы FSW с двумя станциями могут достигать производительности 8–12 деталей в час..
Для производителей, которые планируют выпускать 1000 или более охлаждающих пластин в месяц , FSW предлагает более масштабируемую модель производства, сочетающую в себе более короткое время цикла, более высокую согласованность процесса и меньшую скорость доработки.
Основным соединением холодной пластины является соединение внахлест : плоский защитный лист, приваренный к обработанному или экструдированному основанию швеллера. Инструмент FSW проникает через защитный лист в основание канала, смешивая два слоя вместе, не проникая в полость канала.
Прежде чем выбирать процесс или оборудование FSW, производители должны оценить, оптимизирована ли конструкция охлаждающей пластины для сварки в твердом состоянии. Конструктивные решения, принятые на ранней стадии разработки, оказывают непосредственное влияние на качество сварки, эффективность производства и долгосрочную надежность.
Ширина материала между соседними охлаждающими каналами (ширина площадки) должна обеспечивать достаточную поддержку инструмента FSW, сохраняя при этом эффективный поток охлаждающей жидкости.
В качестве общего руководства:
Стандартные инструменты FSW: минимальная ширина посадочной площадки 4 мм.
Применение микро-FSW: ширина площадки до 2,5 мм с помощью специального инструмента.
Недостаточная ширина контактной площадки может снизить стабильность сварного шва и увеличить риск деформации канала.
Толщина накладки напрямую влияет на тепловложение, проникновение инструмента и стабильность сварки.
Типичные рекомендации включают в себя:
Толщина крышки |
Типичное применение |
|---|---|
1,0–1,5 мм |
Компактные электронные охлаждающие пластины |
2,0–3,0 мм |
Охлаждающие пластины для аккумуляторов электромобилей |
3,0 мм+ |
Крупноформатные промышленные системы охлаждения |
Более тонкие крышки требуют более точного контроля силы, чтобы предотвратить чрезмерное проникновение в каналы охлаждения.
Стенки охлаждающего канала должны выдерживать сварочные усилия, не разрушаясь.
При проектировании продукта инженеры должны учитывать:
Толщина стенки канала
Реберная опорная конструкция
Требования к внутреннему давлению
Сопротивление потоку охлаждающей жидкости
Более прочная структура каналов повышает стабильность сварного шва и долговечность.
В разных отраслях действуют разные стандарты уплотнений.
Например:
Системы охлаждения аккумуляторов электромобилей: испытание на утечку гелием с соблюдением требований IP67/IP68
Силовая электроника: устойчивость к длительным циклическим изменениям давления
Жидкостное охлаждение центра обработки данных: непрерывная циркуляция охлаждающей жидкости с высокой надежностью
Понимание этих требований на раннем этапе помогает определить подходящую конструкцию сварного шва, методы контроля и параметры процесса.
Объем производства также должен влиять на конструкцию охлаждающей пластины.
Производители, производящие несколько сотен деталей в год, могут отдавать предпочтение гибкости, в то время как крупносерийное производство требует конструкций, которые поддерживают:
Автоматическая загрузка приспособлений
Стабильные сварочные пути
Постоянный контроль силы
Линейное испытание на утечку
Отслеживаемость процесса
Проектирование с учетом технологичности (DFM) с самого начала снижает производственные риски и сокращает переход от проверки прототипа к массовому производству.
При сварке внахлестку холодной пластиной контроль осевого усилия является единственной наиболее важной переменной. Инструмент должен проникнуть на точную глубину — обычно 0,1–0,3 мм — в основание канала, не прорываясь в расположенный ниже канал охлаждающей жидкости.
Параметр |
Типичный диапазон |
Почему это важно |
|---|---|---|
Осевая сила |
5–15 кН (требуется допуск ±2%) |
Контролирует глубину сварки; избыточная сила = нарушение канала |
Инструмент об/мин |
1000–2000 об/мин |
Более высокая частота вращения = более мелкая зернистая структура, лучшее уплотнение. |
Скорость перемещения |
400–1200 мм/мин |
Быстрее = более высокая пропускная способность; медленнее = лучшая консолидация на краях канала |
Диаметр уступа инструмента |
8–15 мм (компактный для узких участков) |
Должен помещаться между стенками канала; меньше = меньше тепловложения |
Глубина проникновения штифта |
Толщина обложки + 0,1–0,3 мм |
Самый важный параметр — контроль целостности суставов без нарушения канала. |
Производственный риск №1 при сварке холодной пластиной FSW — это проникновение инструмента через основание канала , что приводит к образованию пути утечки непосредственно в канал охлаждающей жидкости. Этот риск наиболее высок, когда:
Толщина стенки канала варьируется в зависимости от допусков экструзии (обычно ±0,2 мм).
Износ инструмента изменяет глубину проплавления в течение цикла сварки.
Податливость крепления позволяет заготовке отклоняться под действием осевой силы.
Решение: машины ZHFSW используют контроль осевой силы в реальном времени (±2%) с компенсацией высоты по оси Z , обеспечивая постоянную глубину проникновения независимо от этих переменных. Контур управления усилием работает на частоте 1 кГц — достаточно быстро, чтобы компенсировать изменение размеров экструзии за один проход сварки.
Сплав |
Типичное использование |
Свариваемость FSW |
Ключевое преимущество |
|---|---|---|---|
6061-Т6 |
Холодильные плиты общего назначения |
Отличный |
Лучший баланс прочности, коррозионной стойкости и обрабатываемости |
6063-Т5 |
Экструдированные основания каналов |
Отличный |
Превосходная экструдируемость для сложных профилей каналов |
3003 |
Холодные пластины теплообменника |
Отличный |
Высочайшая теплопроводность, отличная формуемость |
5052/5083 |
Морская/агрессивная среда |
Отличный |
Наилучшая коррозионная стойкость для гликолевых/водяных систем охлаждения. |
1100 |
Термические применения высокой чистоты |
Хороший |
Максимальная теплопроводность, самая низкая прочность |
Охлаждающие пластины, изготовленные методом экструзии: обработанные или экструдированные каналы, покрытые плоской или контурной крышкой. Обычно используется в управлении температурой аккумуляторов. Сварное соединение представляет собой соединение внахлестку элементов канала, требующее контроля направленной вниз силы, чтобы избежать разрушения канала.
Обработанные пластины прямого охлаждения (DiCu): изготовлены на станке с ЧПУ из цельных алюминиевых блоков — каналы представляют собой обработанное отрицательное пространство. Накладка-это отдельная деталь. Требуется сварка внахлест или стыковая сварка по всему периметру. Более высокая точность размеров, но более толстые стенки — более щадящий контроль силы.
Охлаждающие пластины из штампованных/гнутых листов: изготовлены из штампованных алюминиевых листов, обычно толщиной 1–2 мм. Каналы — это промежутки между сформировавшимися объектами. Очень низкая термостойкость — FSW — единственный возможный вариант сварки; Дуговые процессы вызывают сильные искажения.
[Крышка] ←── Сварка внахлест по периметру канала ──→ [Опорная пластина с каналами] ↓ Вращающийся инструмент FSW (плечик + штифт) перемещается вдоль пути сварки ↓ Пластифицированный алюминий обтекает штифт ↓ Консолидируется на отступающей стороне = прочная металлургическая связь ↓ Минимальный нагрев → стенки канала остаются жесткими → путь потока неповреждён Критический параметр: высота Z (глубина погружения). Плечо инструмента должно прилагать достаточную направленную вниз силу, чтобы обеспечить правильное перемешивание материала без чрезмерного погружения и разрушения канала ниже. Сервопривод ZHFSW поддерживает это значение с точностью до ±0,05 мм, что критично для охлаждающих пластин с тонким покрытием (1–1,5 мм).
Технология выдвижного штифта: для герметичных применений штифт инструмента втягивается в уступ перед выходом из сварного шва, устраняя замочную скважину. Без инструментов с выдвижными штифтами замочная скважина представляет собой гарантированный путь утечки на тонких соединениях внахлест.
При соединении Al (6061/3003) с Cu (C11000) ключевые параметры смещаются:
Скорость вращения : ниже, чем у Al-Al — 600–1200 об/мин (по сравнению с 1200–2500 у Al-Al) для снижения тепловложения.
Проникновение штифта : Для правильного смешивания он должен проникать в медную сторону на 0,3–0,5 мм.
Материал инструмента : инструментальная сталь H13; PCBN или вольфрамовые сплавы для крупносерийного производства
Скорость сварки : более медленная, 200–600 мм/мин.
Подготовка поверхности : Обе поверхности должны быть чистыми и не содержать оксидов; допускается тонкий медный заусенец на стороне Al.
Различные конструкции охлаждающих пластин требуют разных стратегий сварки. Вместо того, чтобы выбирать оборудование, основываясь только на размере детали, производители должны оценить геометрию канала охлаждения, объем производства, требования к герметичности и цели автоматизации.
В таблице ниже представлены общие рекомендации по выбору подходящего решения FSW.
Если ваше требование... |
Рекомендуемое решение FSW |
|---|---|
Тонкие накладки (1,0–1,5 мм) |
Высокоточное сервоуправление с помощью вакуумных приспособлений |
Узкое расстояние между каналами (<4 мм) |
Инструмент Micro-FSW с компактной конструкцией уступа |
Крупноформатные охлаждающие пластины для аккумуляторов |
Большие портальные системы FSW с конструкциями повышенной жесткости |
Охлаждающие пластины из алюминия и меди |
Специальные инструменты для сварки Al-Cu и оптимизированные параметры процесса. |
Крупносерийное производство (>1000 деталей в месяц) |
Двухстанционные системы FSW с автоматизированной загрузкой и разгрузкой |
Чрезвычайно низкие требования к скорости утечки |
Технология выдвижных штифтов с поточной проверкой на утечку гелием |
Несколько моделей охлаждающих пластин |
Гибкие приспособления с программируемыми рецептами сварки |
Полная отслеживаемость качества OEM |
Системы FSW, интегрированные с MES и записью технологических данных |
Не все геометрии каналов одинаково удобны для FSW. Основные правила оформления:
Ширина площадки (сплошная область между швеллерами): минимум 4 мм для стандартных инструментов FSW; 2,5 мм возможно с помощью инструментов micro-FSW.
Толщина стенки канала : минимум 1,0 мм ниже зоны сварки; 1,5 мм рекомендуется для запаса прочности производства
Толщина обложки : обычно 1,0–3,0 мм; тоньше = более жесткие требования к контролю силы
Крепления с холодной пластиной требуют плоского зажима с нулевой деформацией детали :
Вакуумное крепление : лучше всего подходит для тонких защитных листов (1–2 мм), обеспечивает равномерный зажим без точечных нагрузок.
Механический зажим : лучше подходит для более толстых пластин (3 мм и более), более высокая жесткость, более быстрая загрузка/разгрузка.
Гибрид : вакуумная фиксация + кромочные зажимы для комбинированного прижима и точности позиционирования.
Последовательность сварки влияет на деформацию и остаточное напряжение:
Сварите от центра наружу, чтобы минимизировать изгиб.
Чередование сторон на многопроходных пластинах для балансировки тепловложения
Параллельные пути, а не извилистые, чтобы избежать перекрестного загрязнения мест начала/остановки сварки через каналы.
Линейное качество для холодных плит:
Испытание на утечку гелием : встроенное 30-секундное испытание при давлении 0,3 бар — золотой стандарт
Сканирование плоскостности : лазер или контактный датчик после сварки — 100% проверка пластин охлаждения аккумулятора
Проверка глубины сварного шва : макросы поперечного сечения для первого изделия и периодический отбор проб (1 на 50–100 деталей)
Прежде чем приступить к производству, проверьте следующие параметры:
Тест |
Метод |
Критерии прохождения |
|---|---|---|
Тест на утечку |
Гелиевый масс-спектрометр или падение давления |
< 1×10⁻⁸ мбар·л/с или затухание ≤ 0,5 мбар/мин |
Растягивающий сдвиг |
Образец сварного шва в поперечном сечении, ISO 4136 |
≥ 85% более слабого исходного материала |
Микроструктура |
Сечение сварного шва, травленое |
Нет пористости, нет проплавленности, мелкие равноосные зерна. |
Размер канала |
КИМ или профилометр до/после |
Увеличение ограничения потока < 5% |
Термальный велоспорт |
От -40°C до +85°C, 1000 циклов |
Нулевые утечки после цикла |
Взрыв давления |
Гидростатический до 2× рабочего давления |
Отсутствие разрывов и остаточной деформации. |
Типичный процесс сварки трением с перемешиванием алюминиевых охлаждающих пластин включает следующие производственные этапы:
Шаг |
Процесс |
Ключевые виды деятельности |
|---|---|---|
1 |
Обзор конструкции охлаждающей пластины |
Проверьте расположение каналов, ширину площадки, толщину покрытия и путь сварки. |
2 |
Подготовка материала |
Осмотрите алюминиевый материал, очистите поверхности и подтвердите точность размеров. |
3 |
Настройка приспособления |
Установите вакуумные или механические приспособления, чтобы обеспечить полный контакт между крышкой и основанием канала. |
4 |
FSW Сварка |
Выполните программу сварки с контролируемым осевым усилием, скоростью шпинделя и скоростью перемещения. |
5 |
Текущий контроль |
Контролируйте параметры сварки, проверяйте стабильность сварки и записывайте данные процесса. |
6 |
Тестирование на утечки |
Выполните испытание на утечку гелием или испытание под давлением, чтобы проверить эффективность уплотнения. |
7 |
Постобработка |
Удалите заусенцы, очистите и при необходимости выполните дополнительную финишную обработку поверхности. |
8 |
Заключительная проверка |
Проверьте плоскостность, размеры, записи отслеживания и подготовьтесь к отправке. |
Хотя отдельные производственные процессы различаются в зависимости от конструкции продукта, большинство производственных линий следуют одинаковому рабочему процессу от проверки конструкции до окончательной проверки качества. Раннее планирование процесса помогает повысить стабильность производства и снизить квалификационные риски.
Различные применения охлаждающих пластин требуют разных конфигураций машины в зависимости от размера детали, сложности канала, объема производства и требований к качеству. Вместо того, чтобы выбирать оборудование, основываясь исключительно на размерах, производители должны оценить стабильность сварки, возможности управления усилием, интеграцию приспособлений и требования к автоматизации.
Модель |
Максимальный размер пластины |
Сила шпинделя |
Лучшее приложение |
|---|---|---|---|
ФСВ-А10/А10С |
Компактный / 600×600 мм |
20 кН |
Холодные пластины IGBT, охлаждение силового модуля, холодные пластины для центров обработки данных |
ФСВ-BL2520 |
2500х2000мм |
30 кН |
Нижние охлаждающие пластины аккумулятора электромобиля, охлаждающие пластины BESS |
FSW-BL3020 |
3000×2000 мм |
40 кН |
Крупноформатные охлаждающие пластины для аккумуляторов электромобилей, многомодульные блоки |
Поддержание стабильного осевого усилия является одним из наиболее важных требований к охлаждающей пластине FSW.
Даже небольшие изменения в силе могут повлиять на:
Стабильность проплавления сварного шва
Целостность канала
Герметичность
Качество термического контакта
Для промышленной сварки охлаждающей пластины современные системы FSW обычно используют сервоприводное управление с замкнутым контуром, способное автоматически компенсировать допуски экструзии, изменения крепления и постепенный износ инструмента.
Компания Zhihui Welding обеспечивает точность регулирования усилия ±2% на своих платформах охлаждающих пластин FSW для обеспечения стабильного качества продукции.
Охлаждающие пластины, используемые в аккумуляторах электромобилей, силовой электронике и серверах искусственного интеллекта, часто имеют узкое расстояние между каналами, которое не могут обеспечить стандартные инструменты FSW.
Производственные системы, предназначенные для этих применений, должны поддерживать компактную геометрию уступов и профили инструментов для конкретного применения, чтобы обеспечить достаточный поток материала, одновременно предотвращая деформацию канала.
Компания Zhihui Welding поддерживает инструменты микро-FSW с диаметром уступов всего 8 мм для компактных охлаждающих пластин.
Конструкция приспособления так же важна, как и сам процесс сварки.
Правильно спроектированное приспособление должно:
Обеспечьте полный контакт между крышкой и основанием канала.
Предотвратить локальную деформацию во время сварки
Улучшить однородность сварного шва
Уменьшите различия в настройке между производственными партиями
Для тонких охлаждающих пластин широко используются вакуумные приспособления, поскольку они обеспечивают равномерный зажим без создания чрезмерного локализованного напряжения.
Компания Zhihui Welding разрабатывает приспособления для конкретного применения вместе с каждым проектом сварки охлаждающей пластины.
Многие производители охлаждающих пластин интегрируют проверку герметичности непосредственно в сварочную камеру, чтобы снизить затраты на последующий контроль и повысить эффективность производства.
Типичная встроенная проверка включает в себя:
Испытание на утечку гелия
Проверка плоскостности
Запись параметров сварки
Отслеживаемость деталей
Компания Zhihui Welding предлагает дополнительную интеграцию встроенного тестирования на герметичность для клиентов, которым требуется автоматическая проверка качества.
Общие конфигурации охлаждающих пластин включают в себя:
6061 крышка + 6063 экструдированное основание канала
6061 крышка + 3003 обработанное основание
6061 крышка + 6061 обработанное основание
Перед массовым производством фактические параметры сварки всегда следует проверять в соответствии с геометрией канала, толщиной стенок, объемом производства и требованиями к качеству.
Zhihui Welding разрабатывает оптимизированные параметры процесса во время проверки проекта.
Результаты варьируются в зависимости от геометрии охлаждающей пластины, сочетания материалов, конструкции приспособления и производственных параметров.
✅ Процент прохождения теста на утечку гелия: >99,5% при объеме производства
✅ Плоскостность после сварки: <0,25 мм при длине пластины 1500 мм (обработка после сварки не требуется)
✅ Степень нарушения канала: <0,02% — контролируется компенсацией осевой силы.
✅ Время цикла сварки: 8–12 минут на пластину на типичной холодной пластине IGBT размером 400 × 300 мм.
✅ Срок службы инструмента: более 1500 метров при сварке холодной пластиной 6061/6063.
Для сварки охлаждающей пластины часто требуется инструмент, специально разработанный с учетом геометрии канала, толщины покрытия и комбинации материалов.
Типичные варианты инструментов включают в себя:
Инструменты с удлиненным плечом
Инструменты с выдвижными штифтами
Специальные профили инструментов Al-Cu
Износостойкая оснастка для непрерывного производства.
ZHFSW разрабатывает инструментальные решения в соответствии с индивидуальными конструкциями охлаждающих пластин и производственными требованиями.
Критерии оценки |
Сварка трением с перемешиванием (FSW) |
Вакуумная пайка |
Рекомендуемый выбор |
|---|---|---|---|
Герметичность |
Отлично (<1×10⁻⁷ мбар·л/с) |
Хорошо, зависит от качества наполнителя |
ЖСБ |
Совместная сила |
85–95% основного материала |
60–75% основного материала |
ЖСБ |
Контроль плоскостности |
Отлично (локальный нагрев) |
Часто требуется дополнительная механическая обработка |
ЖСБ |
Термическое искажение |
Очень низкий |
Высокая из-за печного нагрева |
ЖСБ |
Производственный цикл |
5–15 мин/часть |
4–8-часовой цикл печи |
ЖСБ |
Внутренняя чистота |
Отсутствие остатков флюса и наполнителя |
Требуется очистка флюса |
ЖСБ |
Гибкость дизайна |
Отлично подходит для сложных каналов |
Ограничено процессом печи |
ЖСБ |
Соединение алюминия и меди |
Подходит с оптимизированными параметрами |
Трудный |
ЖСБ |
Масштабируемость |
Легко расширить за счет дополнительных машин. |
Требуется дополнительная мощность печи. |
ЖСБ |
Первоначальная стоимость оборудования |
Умеренный |
Высокая (вакуумная печь) |
Зависит от объема производства |
Лучшее приложение |
Высокообъемные прецизионные охлаждающие пластины |
Большие простые детали или мелкосерийное производство |
Зависит от приложения |
Совет по выбору: Если ваш проект охлаждающей пластины требует высокой герметичности, минимальной деформации, сложной конструкции каналов или крупносерийного производства, FSW, как правило, является предпочтительным производственным процессом. Вакуумная пайка по-прежнему подходит для определенных применений в небольших объемах или больших форматах, где сложность конструкции и качество уплотнения менее требовательны.
Поскольку конструкции охлаждающих пластин становятся все более сложными, а объемы производства продолжают расти, производителям требуются технологии соединения, которые обеспечивают не только герметичные сварные швы, но также стабильное качество, стабильность размеров и масштабируемую эффективность производства.
Сварка трением с перемешиванием стала одним из наиболее надежных производственных решений для алюминиевых охлаждающих пластин, поскольку она сочетает в себе низкое тепловложение, высокую структурную целостность и отличную повторяемость процесса.
Для производителей, планирующих продукты терморегулирования нового поколения, выбор подходящего процесса сварки на ранних стадиях разработки продукта может значительно снизить квалификационный риск и одновременно улучшить долгосрочные производственные показатели.
Это зависит от ваших производственных требований. Для большинства аккумуляторов электромобилей, силовой электроники и пластин жидкостного охлаждения сварка трением с перемешиванием обеспечивает меньшую деформацию, более высокую прочность соединения и более стабильные характеристики утечки, чем вакуумная пайка. FSW также удаляет остатки припоя и флюса, снижая риск загрязнения внутри каналов охлаждающей жидкости. Однако очень большие или небольшие по объему детали все же могут быть пригодны для пайки.
Да. Правильно разработанные процессы FSW позволяют обычно достигать скорости утечки гелия ниже 1×10⁻⁷ мбар·л/с , что делает их пригодными для систем охлаждения аккумуляторов электромобилей, силовой электроники и других применений, требующих герметичной герметизации. Конечная производительность зависит от качества материала, конструкции соединения, оснастки и контроля процесса.
Да. FSW особенно подходит для охлаждающих пластин с обработанными или экструдированными каналами потока, поскольку он передает локальное тепло, а не нагревает всю сборку. Правильный контроль силы и конструкция приспособления помогают сохранить размеры канала и предотвратить деформацию во время сварки.
Наиболее распространенные сплавы включают 6061, 6063, 3003, 5052 и 5083 , в зависимости от теплопроводности, коррозионной стойкости и структурных требований. При выборе материала также следует учитывать геометрию канала, тип охлаждающей жидкости и долгосрочные термоциклические характеристики.
В отличие от пайки в печи или обычной сварки плавлением, FSW представляет собой твердотельный процесс со значительно меньшим подводом тепла. Это сводит к минимуму тепловое расширение и остаточное напряжение, позволяя производителям поддерживать более жесткие допуски на плоскостность и одновременно сокращать количество механической обработки после сварки.
Прежде чем выбирать оборудование, производители должны оценить:
Размеры охлаждающей пластины
Расположение канала и ширина суши
Материал и толщина крышки
Требования к проверке герметичности
Объем производства
Требуемый уровень автоматизации
Требования к отслеживаемости качества
Эти факторы определяют конфигурацию машины, инструменты, приспособления и параметры процесса.
Да. Большинство производственных систем могут поддерживать несколько моделей охлаждающих пластин путем замены приспособлений, программ сварки и инструментов. Уровень гибкости зависит от различий в размерах деталей, геометрии каналов и производственных требованиях.
Проверка производства обычно включает в себя испытание на утечку гелием, проверку размеров, измерение плоскостности, анализ поперечного сечения сварного шва, испытания под давлением и проверку термоциклирования. Многие производители также контролируют такие параметры сварки, как скорость шпинделя, осевое усилие и скорость перемещения, чтобы обеспечить стабильное качество продукции.
Это одно из самых сложных применений терморегулирования. Благодаря оптимизированным инструментам и параметрам процесса FSW может соединять алюминий и медь, ограничивая при этом образование хрупких интерметаллических соединений, что делает его пригодным для некоторых систем силовой электроники и высокопроизводительного охлаждения.
Решение зависит от нескольких факторов, включая объем производства, требования к герметичности, допуск плоскостности, сложность канала, сочетание материалов и стоимость производства. FSW обычно предпочтительнее для крупносерийного производства, требующего превосходных характеристик уплотнения и стабильности размеров, в то время как пайка твердым припоем может оставаться подходящей для некоторых мелкосерийных или очень крупноформатных применений.
