A solda por fricção e mistura com robôs eleva a produção de veículos elétricos a um novo patamar

Desde 2022 oito robôs da KUKA, dos quais três módulos de aplicação para Friction Stir Welding com o KR FORTEC em três células cell4_FSW, se encontram em um grande fornecedor automotivo em Portugal. Eles se ocupam com aquilo que provavelmente será o futuro da locomoção com automóveis: os compartimentos de baterias para o carro elétrico, que são fabricados a partir de diferentes ligas de alumínio, para tornar o veículo o mais leve possível. Essa temática tem uma importância especial, principalmente no que se refere ao processo FSW. Pois o processo baseado em robô não apenas fornece máxima qualidade de solda com boa economia, mas também é considerado como tecnologia verde, graças ao baixo consumo de energia. A fabricação do suporte para a bateria do carro elétrico é elevada a um patamar totalmente novo. Segundo o cliente, atualmente os custos de um metro de linha de solda por fricção e mistura já são mais baixos do que o consumo de arame equivalente na solda com gás de proteção.

A eletromobilidade vem crescendo no mundo todo. O componente principal no carro elétrico, a bateria, é fixada no assoalho dos veículos com um compartimento, que consiste em um quadro de perfis de extrusão soldado com gás de proteção, que são fechados com uma chapa metálica ou com perfis de extrusão de alumínio de parede dupla. A KUKA acompanha os clientes há vários anos na fabricação destes compartimentos e já forneceu três diferentes instalações. "Crescemos junto com os requisitos do cliente – desde a função de solda em si até a linha de produção totalmente automatizada", diz Patxi Blanco, Global Key Account Manager na KUKA, que acompanhou o processo dos compartimentos de baterias de construção leve desde o início.

Tudo começou em 2019 quando o cliente ainda usava um tipo de instalação de outro fabricante, e não estava satisfeito com a qualidade da solda. Pois em compartimentos de baterias de carros elétricos, os requisitos ao cordão de solda são muito especiais. Ao contrário dos veículos híbridos, a bateria do carro puramente elétrico é maior e mais pesada, e é integrada diretamente no assoalho. "Isso requer uma alta rigidez e, através da integração no assoalho, os compartimentos são resistentes a impactos (crash). Isso significa que eles precisam resistir a enormes forças", explica Stefan Fröhlke, Senior Manager Process Solution na KUKA.

"Por meio dessa solução é possível economizar duas instalações, bem como os respectivos custos envolvidos para pessoal e área de produção, com a mesma quantidade produzida", diz Patxi Blanco. A solução da KUKA também é extremamente econômica: o robô de solda por fricção e mistura pode ser usado até 95 por cento, uma vez que durante o processo de solda os dispositivos já podem ser carregados e descarregados em uma área de segurança própria. Outra vantagem: através do robô, o processo não é apenas mais dinâmico, mas requer também uma área menor.

Por conseguinte, não se limitou aos dois sistemas. Três anos mais tarde, não apenas o processo de solda simples ocorre com a ajuda de robôs, mas toda a produção está automatizada. Atualmente oito robôs, em três células KUKA cell4_FSW, trabalham em quatro passos para produzir os compartimentos de baterias de diferentes ligas de alumínio, de acordo com os elevados requisitos. Primeiramente é soldado o painel do assoalho e, no segundo passo, é feito o rebarbamento. Quando o painel está pronto, os robôs soldam o quadro no painel do assoalho e, finalmente, no passo quatro rebarbam toda a caixa de baterias. "Realizamos em nossa fábrica em Augsburg a montagem e a colocação em funcionamento. Lá o cliente fez a aceitação do equipamento, motivo pelo qual a instalação no local ocorreu de forma rápida e sem problemas", diz Patxi Blanco sobre o projeto de longa data na eletromobilidade.

Desenvolvida especialmente para o mercado em expansão da eletromobilidade, a célula de solda por fricção e mistura KUKA cell4_FSW, além da excepcional eficiência econômica, oferece máxima versatilidade e possibilidades de configuração. "Graças a uma precisão de trajetória menor que 0,5 milímetros, são possíveis cordões de solda altamente precisos e perfeitos", explica Stefan Fröhlke. A condução exata da trajetória baseia-se, por um lado, no uso do KR FORTEC 500 R2830 MT, que convence através de uma alta rigidez e vida útil. Por outro lado, a calibração de trajetória exata baseada em laser, para compensar desvios de trajetória, tem uma parcela significativa no fato do cordão de solda na solda por fricção e mistura atender aos elevados requisitos de estanqueidade e processo de colisão.

Através do projeto de longo prazo surgiu uma boa parceria entre a KUKA e o fornecedor automotivo, e continuamos em contato para novas plataformas de baterias. Com isso a KUKA não apenas fornece o sistema e a engenharia, mas também o know-how de processo necessário para apoiar ativamente os novos desenvolvimentos. Uma coisa é certa: a demanda por carros elétricos e respectivamente com um suporte para a bateria, continuará a aumentar no futuro. Os especialistas preveem que em 2032, pela primeira vez, serão registrados mais veículos elétricos do que com motores a combustão na Alemanha. Não por último, devido às baixas emissões de CO2. Consequentemente, também aumenta a demanda de compartimentos de baterias, que não apenas são leves, mas também apresentam a robustez correspondente.