Soldadura por fricción con agitación robotizada para la E-mobility

Entre las variables futuras más decisivas en lo que respecta a la electromovilidad o "E-mobility" se encuentra no sólo el alcance y el rendimiento, sino también la propia fabricación económica de los vehículos incorporando conceptos innovadores.

Friction Stir Welding (FSW) para la electromovilidad

KUKA se ha convertido en un aliado importante de la industria del automóvil gracias a sus conocimientos del proceso de friction stir welding (FSW) o soldadura por fricción con agitación. Dicha tecnología permite, además de optimizar la gestión de calor de las baterías, implementar de forma económica la compleja estructura de la carcasa de almacenamiento.

Los coches eléctricos - o, al menos sus baterías- necesitan una «temperatura agradable». Las baterías solo ofrecen el rendimiento óptimo y alcanzan la máxima vida útil cuando operan a la temperatura correcta. Es decir, las baterías deben refrigerarse durante el funcionamiento y calentarse en caso de que la temperatura ambiente sea reducida. Por lo general, sobre todo en los vehículos híbridos, esto se logra con sistemas de refrigeración integrados en la parte inferior del soporte de la batería: una carcasa con una fabricación extremadamente compleja. Gracias a la dilatada experiencia en el proceso de soldadura por fricción con agitación KUKA aporta un know-how fundamental. 

El sistema de refrigeración de los vehículos híbridos se cierra soldando una chapa inferior a la carcasa de fundición. Durante este proceso de unión se ha de crear un circuito estanco que soporte la presión cambiante; ello exige una mayor sección de unión y un cordón de soldadura bien mezclado y compacto. Además, la deformación derivada del aporte de calor tiene que ser mínima. La soldadura por fricción con agitación ha demostrado ser la técnica de unión más adecuada.

Soldadura con tecnología verde

El procedimiento es especialmente indicado para procesos de unión de alta calidad de diversas aleaciones de aluminio y otros metales no ferrosos con una baja temperatura de fusión. En la soldadura por fricción con agitación, una herramienta rotativa es guiada a lo largo del área de unión de las piezas de trabajo, creando así calor por fricción entre las piezas de trabajo firmemente sujetas, de esta forma se consigue una unión más resistente y robusta que la obtenida con los procedimientos convencionales. Dependiendo del diseño del componente, las costuras se hacen como cordones a tope o de solape.

 

Friction Stir Welding_seam
Ejemplo de una costura de puntadas

Una ventaja adicional: el proceso apenas desprende emisiones y el consumo de energía es reducido. Tampoco se necesita un tratamiento previo de las piezas que se van a unir. Por esa razón a la soldadura por fricción con agitación también se la califica de tecnología verde.

Friction Stir Welding_Robot
Célula de soldadura por fricción y agitación para la carcasa de la batería

Conocimientos de proceso en la técnica de unión

Esta tecnología se utiliza cada vez más no solo en los sistemas de refrigeración de los coches híbridos, sino también en la fabricación de carcasas de almacenamiento en los coches totalmente eléctricos. En este caso, la carcasa ocupa una gran parte de la zona inferior de la carrocería y es habitual colocarla entre los ejes. Hay fabricantes que siguen montando la carcasa de almacenamiento independiente, pero los conceptos más modernos incluyen componentes estructurales que integran la carcasa de almacenamiento en el vehículo. Para ello, dichas estructuras deben ser extremadamente rígidas. Hay dos posibilidades: perfiles marco con elementos transversales que van soldados a una placa inferior hecha con chapa de aluminio o una placa inferior hecha con perfiles extrusionados de doble pared soldados entre sí.

En la unión de las zonas delanteras y traseras en la carcasa de almacenamiento ya se utilizan esporádicamente piezas fundidas a presión de aluminio, lo que plantea elevadas exigencias a la técnica de unión en las carcasas de almacenamiento. Y también aquí entra de nuevo en juego KUKA con sus conocimientos sobre el proceso, puesto que, ante estos requisitos, lo ideal es la soldadura por fricción con agitación. No obstante, en el diseño de los componentes y de las plantas de fabricación hay que tener en cuenta ciertas peculiaridades tales como la elevada fuerza de proceso y la reducción de las dimensiones de separaciones..

 

Soldadura por fricción con agitación de hombro fijo

Para realizar costuras complejas en las carcasas de aparatos electrónicos y de almacenamiento, KUKA confía, sobre todo para las necesidades de la industria del automóvil, en procesos de soldadura por fricción con agitación de hombro fijo (Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW). A diferencia de la soldadura por fricción con agitación clásica, aquí solo gira el pin o "lápiz" de soldadura en un hombro fijo. El hecho de que este elemento no se mueva permite obtener una superficie de la costura totalmente uniforme y plana durante el movimiento de avance a lo largo de la misma. Lo cual, a su vez, reduce la necesidad de procesos adicionales de acabado.

Friction Stir Welding_ESAB Licensed Technology
Soldadura por fricción y agitación robotizada

Sistema de documentación y de control de procesos

Los expertos están seguros: Con la creciente importancia de la electromovilidad en los próximos años también aumentará el mercado potencial para sistemas de producción con procedimientos de soldadura por fricción con agitación. KUKA le facilita a la industria del automóvil integrar este procedimiento de unión de modo rentable y eficiente dentro del proceso de fabricación. Al mismo tiempo, los clientes pueden hacer un seguimiento (trazabilidad) de todos los parámetros de proceso esenciales y registrar de modo transparente datos de calidad. El sistema de documentación y de control de procesos (PCD) de KUKA es la base para su integración en la Industria 4.0.

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