Co₂ Lasers v kombinaciji z UV trdnimi laserji odpeljejo varjenje z električnim vozilom na nove višine
Proizvajalci električnih vozil so pod vse večjim pritiskom, da optimizirajo operacije, zmanjšajo stroške in izboljšajo kakovost izdelka . Ta prizadevanja so ključnega pomena za potrebno širitev tržnega deleža električnih vozil, zlasti na trgu z visokim količino, ki je zelo občutljiva na skupne stroške lastništva (TCO) in kjer so vozila z gorivom še vedno razširjena .
Ena ključnih možnosti za optimizacijo proizvodnje motornih motoric električnih vozil je varjenje navitij za lase, postopek, ki je ključnega pomena za motorično zanesljivost in zmogljivost . Tradicionalne metode odstranjevanja mehanske izolacije, ki pogosto primanjkuje, kar vodi do neučinkovitosti, kot so poškodbe površin, obraba na površini in proizvodnja, ki povečajo stroške in vplivajo na proizvodnjo in vplivajo na uspešnost procesa .
Laser stripping and cleaning offers a transformative alternative that overcomes the limitations of mechanical stripping while achieving superior results at a lower overall cost. This article describes Coherent's innovative two-step process that combines CO2 lasers with ultraviolet (UV) lasers to produce clean, weld-ready hairpin windings. The data presented show that this method provides a new, Stroškovno učinkovit način za proizvajalce električnih vozil za doseganje bolj kakovostnih motoričnih zvarov .
The windings in electric vehicle motors are typically made from a single copper wire. These copper wires are bent into a "U" shape (hence the name "hairpin winding") and then placed into an assembly. Next, the ends of adjacent hairpin windings need to be welded together to achieve an electrical connection and form a single continuous winding. In addition, Nekateri alternativni modeli uporabljajo neprekinjeno ravno žico, ki je oblikovana v valoviti vzorec (imenovana valovno navijanje ali navijanje v obliki črke) in nato vstavljeno v reže statorja pred varjenjem .
Vsi električni motorji imajo navitja z izolacijo . v motorjev za navijanje las, mora biti izolacija debelejša in močnejša, da se lahko sprejmejo v kompaktnem dizajnu in visoke napetostne zahteve, ki se običajno zahtevajo v električnih vozilih .
Pred varjenjem je treba odstraniti majhno količino izolacije z obeh koncev vsakega navijanja las . To je ključnega pomena za zagotovitev kakovostne električne in mehanske povezave .
Traditionally, this task has been mainly accomplished using mechanical methods, but there are also single-step laser processes using infrared (1μm) pulsed lasers. Mechanical stripping involves using a cutting tool to directly contact the surface of the wire to scrape off the insulation. While these methods have been standard practice for many years, they present significant challenges in the fast-paced production of electric vozila .
Na primer, fizični stik, potreben za mehansko odstranjevanje, lahko strga plast bakra iz navitja las, pri čemer lahko pusti teksturirano površino, ki lahko povzroči vrzeli med navijanjem in težavami s komponento, kar ogroža integriteto in doslednost zvara . Poleg tega lahko mehanske orodja izpraznijo, kar lahko izpadejo, in pogostijo, da se pojasnijo, in se pogostijo, in se pojasnijo, in se pojasnijo, in se pojasnijo, če se pojasnijo, in pogostijo, da se pojasnijo, in se pogostijo, in pogostijo, da se pojasnijo, in pogostijo, da se pojasnijo, in pogostijo, da se pojasnijo, in pogostijo, da se pojasnijo, in pogostijo, da se pojasnijo, in pogostijo, da se pojasnijo, in pogostijo, da se pojasnijo, in pogostijo, da se pojasnijo, in pogostijo, da se pojasnijo, in pogostijo, da se pojasnijo in pogostijo, in se pojavijo, neskladne procesi se poslabšajo s počasno hitrostjo postopka, kar otežuje zadovoljevanje potreb z veliko količino proizvodnje velikega obsega proizvodnje električnih vozil .
Laserji se lahko uporabljajo za široko paleto odstranjevanja materiala, vključno z odstranjevanjem izolacije . v aplikacijah za odstranjevanje izolacije, laserski odstranjevanje zagotavlja naslednje prednosti:
- Boljša kakovost zvara: Zagotavlja čisto površino za optimalno kakovost zvara, hkrati pa popolnoma odstrani izolacijo, ne da bi poškodoval bakreno žico .
- Zmanjšajte čas vzdrževanja in opreme:Nobena obraba orodja in kakršna koli možnost zamakanja stroja se ne odpravlja, kar zagotavlja neprekinjen proizvodni postopek .
- Povečati proizvodno proizvodnjo:Nenehno odstranjevanje med hranjenjem žice izboljšuje učinkovitost proizvodnje .
- Povečana doslednost:Brez obrabe ali stika je laserska obdelava stabilen in ponovljiv postopek .
Jasno je, da lahko laserska obdelava privede do izboljšav procesov ., vendar je resnično vprašanje: "Kateri laser je najbolje uporabiti?" Z drugimi besedami, od številnih možnih laserskih virov in izvedb, ki bi jih lahko uporabili za izvajanje tega procesa, ki ponuja najboljše ravnovesje visoke kakovosti, visoke hitrosti in nizkih stroškov za aplikacije za proizvodnjo motoričnih motoric z visokimi količinami?
S širokim portfeljem industrijskih laserjev je Coherent uspel objektivno raziskati to aplikacijo z uporabo različnih laserjev brez kakršne koli lastne naklonjenosti eni tehnologiji nad drugo .
Pravzaprav je, namesto da bi našel enega laserja, ki je bil najboljši za izolacijo odstranjevanja las, razvil dvojno-laserski postopek za dosego optimiziranih rezultatov odstranjevanja . Ta pristop strankam zagotavlja najboljšo kakovost predhodne površine, ki je danes na najbolj stroškovno učinkovit način ., da bi bil sam podoba, ki je bil preplavljen postopek, ki je bila enaka-postanka za preiskavo dvoranerja. postopek .
Single-step laser stripping is a compromise between coating absorption and underlying copper absorption. The fiber laser's infrared wavelength near 1μm is not easily absorbed by the coating, resulting in heat generation at the interface, coating flaking and the formation of airborne particles. These particles interfere with the incident laser beam, affecting the cleanliness of the hairpin winding, and may intrude into the system, causing frequent downtime for cleaning. In addition, the fiber laser's penetrating infrared beam cannot completely remove polymer residue from the copper surface. It may melt the copper wire surface and expose the copper surface to insulating polymer components such as hydrogen and carbon. To kontaminira bakreno površino, kar posledično vpliva na naslednjo kakovost zvara .
Koherentov dvostopenjski postopek na dvostopenjskem postopku pripravlja na dvostopenjsko pripravo na osnovi laserja:
Laser srednje moči CO2 se uporablja za hitro odstranjevanje večine izolacijske plasti . Ta vrsta laserja je dobro primerna za odstranjevanje nededaličnega materiala z visokim pretokom .
A pulsed low-power nanosecond UV solid-state laser is then used to remove any insulating residue that is present. This provides a clean surface for welding. The short wavelength of UV solid-state lasers excels at high-precision material processing, and is particularly effective at removing a variety of materials including polymers, other organic materials, and baker .
For the first step of the bulk stripping process, Coherent's J-5-10.6μm laser proved to be an ideal source. Although a variety of different materials are used in the hairpin winding insulation layer (including polyimide, polyetherimide, polyester, polyesterimide, polyamide, polyetheretherketone, epoxy resin, and various Fluoropolimeri), vsi ti materiali močno absorbirajo lasersko 10 . 6μm izhodne valovne dolžine . Poleg tega je za vse te materiale hitrost absorpcije pri 10,6 μm višja od stopnje koherentovih drugih razpoložljivih valovnih valov CO2, kot je 9,4μm, kot je 9,4μm in 10,2 ur.
Koherentni J -5-10.6 µm Laser ima tudi idealne praktične značilnosti . To je popolnoma zapečaten, impulzni CO2 laser s povprečno močjo več kot 400 W, kar pomeni
Za drugi korak, končni postopek čiščenja, koherentni Avia LX 355-30-60 je pokazal ravno pravo kombinacijo izhodnih parametrov . To je frekvenčna, ki je bila potapljana, trdna laser, ki oddaja 30W povprečne moči na 355nm. najpomembnejše, na najpomembnejše, najpomembnejše, najpomembnejše, najpomembnejše, najpomembnejše, najpomembnejše, kar je najpomembnejše, kar najpomembnejše, najpomembnejše, kar je najpomembnejše, kar najpomembnejše, na najpomembnejše, kar najpomembnejše, najpomembnejše, najpomembnejše impulzne energije do 500μJ . To mu omogoča, da pri hitrosti, potrebnih za to aplikacijo
Avia lx 355-30-60 Zasnovan je tudi za enostavno integracijo . in integrira koherentov aktivni laserski čistilni motor PureUV ™ za izjemno dolgo življenje in brez vzdrževanja .
The Coherent Applications Lab investigated many different processes before settling on the two-step combination described above. Various lasers were investigated individually and in combination, including CO2 lasers, nanosecond pulsed infrared fiber lasers, and nanosecond UV lasers. The results of the treated insulated hairpin windings were analyzed in detail and once the most Obetavni laserski viri so bili opredeljeni, specifični parametri procesa so bili optimizirani .
Kot del testiranja je bila za analizo površinske kemije uporabljena rentgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS), da bi označila in količinsko opredelila onesnaževalce . Prav v tej fazi je bil koherenten, da je dvostopenjski postopek odstranjevanja laserja (CO2 Laser z UV laserjem) na tej stopnji odstraniti vse ostanke, da bi odstranili vse ostanke, da bi odstranili najbolj učinkovit način, da bi odstranili vse, kar je najbolj učinkovit način, da bi odstranil vse ostanke površine COPPER) varjenje .
Serija fotografij na sliki 3 primerja različne tehnike odstranjevanja z uporabo laserjev CO2, nanosekundnih infrardečih vlaken (FL) in nanosekundnih UV trdnih laserjev . v zgornji vrsti fotografij je izolacijski material poliamid (PA) in v spodnji vrsti, polievencene (PEAK) Videla, da je v obeh primerih kombinacija CO2 laser in UV laser dala najboljše rezultate . to so potrdili tudi dejanski varilni preskusi .
Seveda je najpomembnejša metrika kakovost zvara, pridobljena po postopku odstranjevanja izolacije . Slika 4 prikazuje serijo rentgenskih slik navitja las po varjenju . to kaže stripping process minimizes weld porosity by removing polymer residues on the surface before welding. It is well known that polymer residues contain hydrogen, carbon, and other organic elements, which may enter the molten pool when liquid and then form pores during the weld solidification process, which can affect the mechanical and electrical properties of the weld.
