Các mối hàn được thực hiện bằng công nghệ xung điện từ (EMPT – Electromagnetic Pulse Technology) rất ổn định và kín khí heli (nghĩa là không có môi trường gây ăn mòn nào có thể xâm nhập được).

Xe điện cần được sạc an toàn và nhanh chóng, đồng thời các thiết bị điện cần đạt trọng lượng nhẹ với kích thước nhỏ gọn. Thanh cái (busbar) mang lại những lợi thế nổi trội so với dây điện thông thường và với công nghệ xung điện từ (EMPT), một phương pháp sản xuất tiết kiệm chi phí, phù hợp với sản xuất quy mô lớn.
(1) Thanh cái (busbar): đóng một vai trò quan trọng, cung cấp nguồn, dòng và áp lớn có các thiết bị tiêu thụ điện mà dây điện không đáp ứng được. Là cầu nối trung gian kết nối các thiết bị trong tủ điện, trạm điện như máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, biến điện áp, biến dòng điện…

Hình ảnh chi tiết thanh cái

Người lái xe điện không chỉ yêu cầu phạm vi hoạt động của xe mà còn về khả năng sạc nhanh. Đây là lý do tại sao các nhà sản xuất ô tô thường sử dụng cường độ dòng điện 1.000 A (Ampe). Các dây điện thường nóng lên trong quá trình sạc, chúng có trọng lượng nặng và cồng kềnh. Trong khi, thanh cái cung cấp những ưu điểm vượt trội.

Qua các cuộc thử nghiệm, cho thấy thanh cái luôn có khả năng chống ngắn mạch (khác với dây cáp). Đôi khi, việc thay đổi hướng của dây điện yêu cầu bán kính uốn cong lớn. Mặt khác, thanh cái có thể uốn cong với bán kính nhỏ. Hơn nữa, dây điện phải được đặt ở khoảng cách xa do có thể bị mất nhiệt. Với thanh cái, điều này là không cần thiết và việc sử dụng chúng giúp giảm đáng kể diện tích. Và quan trọng là thanh cái không bị cháy. Hơn nữa, việc lắp đặt thanh cái chỉ mất 1/3 thời gian so với lắp đặt dây điện và trong trường hợp hệ thống phân phối điện, thậm chí còn nhanh hơn 70% vì thanh cái cứng dễ lắp đặt tự động hơn so với dây điện mềm.

Thanh cái có độ tin cậy lâu dài khi hoạt động trong môi trường khắc nghiệt và có thể chịu được nhiệt độ từ -40 đến +125°C. Chúng có thể tản nhiệt và do đó giúp ngăn ngừa tình trạng quá nhiệt. Nhờ độ tự cảm thấp hơn và điện dung cao hơn so với dây điện, cho nên chúng giúp quá trình sạc trở nên hiệu quả hơn.

Kết nối nhôm và đồng hiệu quả với công nghệ EMPT
Vật liệu phù hợp nhất dùng làm thanh cái là nhôm và đồng. Phần lớn các thanh cái được làm bằng nhôm do chi phí thấp, nhưng vật liệu đồng có chi phí cao hơn lại cần thiết cho các công tắc. Tuy nhiên, khi hai kim loại và nước ngưng tụ kết hợp với nhau sẽ gây ra một phản ứng điện hóa. Đồng ăn mòn nhôm, điện trở tiếp xúc cùng với nhiệt độ tăng lên và có thể dẫn đến hỏa hoạn. Ngoài ra, hai kim loại này không dễ kết hợp.

Tiến sĩ Ralph Schäfer, Trưởng phòng Nghiên cứu và Phát triển tại công ty PSTproducts nói rằng: “Đây là nơi công nghệ EMPT phát huy tác dụng. Nó hoạt động nhanh chóng, có thể dễ dàng tự động hóa và an toàn. Các mối hàn được tạo ra bằng công nghệ này rất ổn định và kín khí heli; tức là không có môi trường ăn mòn nào có thể xâm nhập. So với các quy trình khác, hình dạng của các bộ phận cần ghép nối là đa dạng hơn”.

Khi hàn nhôm và đồng bằng công nghệ EMPT, điện trở tiếp xúc không tăng và độ dẫn điện tốt vẫn được duy trì của hai phôi kim loại trên mối hàn.

Các bộ phận chính của máy xung điện từ EMPT gồm: máy phát xung, hộp điều khiển và tùy thuộc vào ứng dụng, sẽ có thêm cuộn dây phẳng hoặc máy định hình kim loại bằng từ trường. Máy phát xung bao gồm các tụ điện được kết nối song song cung cấp dòng điện để tạo ra từ trường. Khi công tắc dòng điện cao áp được đóng giữa cuộn dây và tụ điện, dòng điện sẽ chạy vào cuộn dây theo từng xung. Có thể tạo ra dòng điện xung trong phạm vi từ vài 100 kA đến hơn 1.000 kA (kiloAmpe). Với cuộn dây và bộ định hình từ trường, áp suất từ ​​sẽ được hướng về phía các thiết bị dẫn điện. Cuộn dây bao gồm một hoặc nhiều cuộn dây điện và thường được làm bằng hợp kim đồng hoặc nhôm có độ bền cao. Tiết diện của cuộn dây từ 10 mm2 đến vài 100 mm2. Công suất cung cấp điện cần thiết bị giới hạn ở mức 380V/64A ngay cả đối với các hệ thống mạnh do phải mất từ ​​3 đến 8 giây để sạc tụ điện. Mức tiêu thụ điện năng dao động từ 0,015 đến 0,03 kWh (kilowatt giờ) cho mỗi xung, tùy thuộc vào kích thước của hệ thống.

Công nghệ hàn EMPT dựa trên xung điện từ, ngắn hơn 100 µs. Dòng điện xung có biên độ và tần số rất cao, thường là vài 100 kA và tần số phóng điện từ 10 đến 50 kHz, do đó tạo ra từ trường mạnh và tạo ra dòng điện xoáy tại một trong các phôi. Hai phôi được định vị chồng lên nhau, với khoảng cách gia tốc ở giữa. Cuộn dây tăng tốc một trong hai phôi về phía bộ phận nối. Khi vùng phôi này va chạm với phôi tiếp xúc của nó, lực Lorentz đẩy và áp suất từ ​​cao được tạo ra, vượt quá giới hạn chảy của vật liệu và cho phép phôi va chạm với bộ phận nối cố định với tốc độ lên tới 500 m/s. Trong vùng va chạm, ứng suất và biến dạng cơ học cực kỳ cao xảy ra.

Điện áp cực đại xảy ra tại điểm tiếp xúc và tạo ra một dạng sóng hình cung ở phía trước khu vực ghép của hai phôi. Biến dạng dẻo này phá vỡ các lớp oxit bề mặt của cả hai phôi tiếp xúc và để lại một cấu trúc gợn sóng. Khe hở không khí giữa các phôi bị nén và thổi bụi bẩn và các hạt oxit bị mẻ ra khỏi khu vực ghép.

Hai bề mặt được ép lại với nhau dưới áp suất cực lớn, khiến các nguyên tử của các thành phần nối tạo thành liên kết kim loại. Vì điểm nóng chảy của các thành phần nối không đạt đến, nên các kim loại có điểm nóng chảy khác nhau có thể được nối mà không bị cong vênh. Khu vực nối thường có độ bền cao hơn vật liệu nền yếu hơn. Công nghệ hàn EMPT hoạt động mà không làm tăng nhiệt độ và do đó không làm thay đổi cấu trúc vi mô, tức là không có vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

Một ưu điểm khác là điện trở chuyển tiếp không tăng trong quá trình hàn EMPT nhôm và đồng, và độ dẫn điện tốt của cả hai kim loại vẫn được giữ nguyên vẹn trên toàn bộ mối nối. Ngoài ra, theo các quy trình thử nghiệm thông thường trong trường hợp xảy ra sốc nhiệt và rung động, mối nối hàn EMPT có giá trị điện trở tốt hơn so với hàn điện trở hoặc hàn laser.

Công nghệ hàn EMPT tạo ra mối hàn chất lượng cao mà không cần sử dụng khí bảo vệ hoặc phụ gia hàn. Máy phát xung và cuộn dây của công ty PSTproducts đã được tối ưu hóa với hơn hai triệu xung trước khi cần thay tụ điện hoặc các bộ phận của cuộn dây.

Công nghệ hàn EMPT đã được khách hàng quốc tế sử dụng trong nhiều năm để sản xuất với số lượng lớn. Một nhà máy thường thực hiện từ 1 đến 5 triệu mối hàn mỗi năm. Ngoài ra, quy trình này thân thiện với môi trường vì không tạo ra khói hoặc bức xạ. Từ trường và các thông số hàn được kiểm soát rất chính xác, do đó cung cấp chất lượng hàn ổn định.

Với máy EMPT, có thể thực hiện tối đa 10 mối nối thanh cái cho mỗi xung với thời gian chu kỳ là năm giây trở lên. Điều này giúp cho quy trình hàn hiệu quả về chi phí thương mại. Phù hợp sản xuất hàng loạt với hàng chục triệu đơn vị mỗi tháng, độ dày vật liệu lên đến 4 mm. Hiện tại, độ dày vật liệu lên đến 8 mm là khả thi về mặt công nghệ.

Hàn EMPT phù hợp cho sản xuất quy mô lớn
Tiến sĩ Ralph đã công bố: “Công ty PSTproducts đã tăng cường tuổi thọ của máy phát xung và cuộn dây bằng cách lựa chọn vật liệu phù hợp và tối ưu hóa thiết bị sản xuất, do đó giúp tăng thời hạn bảo trì lên 500.000 đến 2.000.000 xung. Dẫn đến chi phí lắp ráp có thể giảm xuống chỉ còn vài xu. Tính khả dụng của máy EMPT đáp ứng các yêu cầu công nghiệp ngày nay với khả năng kiểm soát quy trình 100% và ứng dụng đã được chứng minh trong các dây chuyền sản xuất hoàn toàn tự động”.

Những thanh cái như vậy là chủ đề được quan tâm ở bất cứ lĩnh vực nào có dòng điện lớn được truyền đi, không chỉ trong xe điện mà còn trong các hệ thống điện gió và động cơ tàu điện.

Công ty PSTproducts sẽ cung cấp cho các khách hàng quan tâm một bản phân tích chi tiết, nguyên mẫu và sản xuất mẫu ban đầu cũng như một loạt sản phẩm cho mọi ứng dụng, nếu khách hàng có nhu cầu. Công ty sẽ tư vấn về việc xây dựng nhà máy, kế tiếp là chuyển đổi, nâng cấp và/ hoặc hiện đại hóa các nhà máy hiện có.

Thanh cái sẽ thay thế một phần hệ thống dây điện bên trong xe điện trong tương lai gần, giúp cho phương tiện trở nên an toàn hơn. Và chúng cũng mang lại những lợi thế lớn cho các hệ thống quang điện và năng lượng gió. Và với công nghệ hàn EMPT, các khách hàng sẽ có một quy trình đáng tin cậy để kết nối các vật liệu trong tương lai, chỉ với một hạn chế: các vật liệu cần có tính dẫn điện.

Để xem các tin bài khác về “Công nghệ hàn”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Fabricating & Metalworking