EV組立用磁気パルス溶接

この銅とアルミニウムのバスバーは磁気パルス溶接で組み立てられました。 写真提供：PSTproducts GmbH

磁気パルス溶接では、高圧縮、高強度、低抵抗の太いケーブルに頑丈な端子を取り付けることができます。 写真提供：PSTproducts GmbH

一般的な磁気パルス溶接システムには、一連のコンデンサ、高速スイッチング システム、およびコイルを含む電源が含まれています。 写真提供：PSTproducts GmbH

磁気パルス溶接では、アセンブリ用にカスタムメイドされたコイルにコンデンサが放電されます。 これにより、強力な過渡磁場が発生します。 この磁場は、近くの導電性材料に一次電流とは逆方向の渦電流を誘導します。 反対の磁場により高い反発力が発生し、コイルに最も近いワークピースが静止ワークピースに向かって高速で駆動され、2 つの金属間に大きな衝撃が生じます。 写真提供：PSTproducts GmbH

電気自動車革命は、異種金属を接合する方法や太いケーブルに大きな端子を取り付ける方法など、エンジニアに数多くの組み立て上の課題を突きつけています。 皮肉なことに、100 年前の技術である磁気パルス溶接 (MPW) がこれらの問題の解決策となる可能性があります。

非接触プロセスである MPW は、電磁圧力を使用して 1 つの金属部品を加速し、別の金属部品に衝撃を与えます。 このプロセスによって作成される原子結合は、爆発溶接によって作成される結合に似ています。 この技術は、類似した金属と異なる金属の両方を接合するために使用できます。

MPW はもともと 1800 年代後半に板金を成形する方法として開発されました。 1960 年代には、この成形プロセスが核燃料棒の端部閉鎖部を溶接するプロセスに適応されました。

一般的な磁気パルス溶接システムには、一連のコンデンサ、高速スイッチング システム、およびコイルを含む電源が含まれています。 接合される部品がコイルに挿入され、コンデンサバンクが充電され、高速スイッチが作動します。 コイルに電流が流れると磁場が発生し、外側のコンポーネントが内側のコンポーネントの上に押しつぶされます。

かなりの量のエネルギー (5 ～ 200 キロジュール) がコンデンサに蓄えられ、高電圧 (3,000 ～ 30,000 ボルト) に充電されます。 次に、コンデンサは、低インダクタンスで導電性の高いバスバーを介して、アセンブリ用にカスタムメイドされたコイルに放電されます。 結果として生じる電流は、減衰された正弦波の形になります。 このプロセス中のピーク電流は数万アンペアから数百万アンペアの範囲にあり、パルス幅はマイクロ秒単位で測定されます。

これにより、コイルの近くに非常に強力な過渡磁場が生成されます。 磁場は、近くの導電性材料に一次電流とは逆方向の渦電流を誘導します。 コイルとワークピースの反対の磁場により、高い反発力が生じます。 この力により、コイルに最も近いワークピースがターゲットである静止ワークピースに向かって高速で駆動され、その結果、2 つの金属間に大きな衝撃が生じます。

衝撃圧力により、部品の表面汚染物質や酸化物が除去され、接合界面全体に緊密な接触がもたらされ、材料を溶かすことなく固体状態の接合が形成されます。 熱影響部がなく、表面および表面下の金属の純度が保たれます。

その結果、金属間化合物がほとんどまたはまったく生成されないため、このプロセスは銅とアルミニウムなどの異種金属の接合に特に適しています。 接合部は気密性があり、母材よりも強度があります。

ワーク材料の磁気特性は関係ありません。 電磁場は、どんな導電性金属でも機能するほど強力です。

加速できるように、接合する部品は互いに 1 ～ 2 ミリメートル離して配置する必要があります。 距離が短いにもかかわらず、衝突時の部品の速度は 1 秒あたり 300 メートルをはるかに超える場合があります。