CO₂-Laser in Kombination mit UV-Festkörperlasern bringen Elektrofahrzeugmotorschweißen in neue Höhen
Elektrofahrzeughersteller stehen im zunehmenden Druck, den Betrieb zu optimieren, die Kosten zu senken und die Produktqualität zu verbessern.
Eine der wichtigsten Möglichkeiten zur Optimierung der Motorproduktion von Elektrofahrzeugen ist das Schweißen von Haarnadelwicklungen, ein Prozess, der für die motorische Zuverlässigkeit und Leistung von entscheidender Bedeutung ist.
Das Laserrisiko und die Reinigung bietet eine transformative Alternative, die die Einschränkungen des mechanischen Streifens überwindet und gleichzeitig überlegene Ergebnisse zu einem niedrigeren Gesamtkosten {{}}} ermöglicht. Dieser Artikel beschreibt Kohärents innovatives Zwei-Schritt-Prozess, das CO2-Laser kombiniert, die CO2-Laser kombinieren. Möglichkeit für Hersteller von Elektrofahrzeugen, um mehr Qualitätshaarnadelmotorschweißungen zu erzielen. .
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, some Alternative Designs verwenden einen kontinuierlichen Flachdraht, der zu einem gewellten Muster (als Wellenwicklung oder S-förmige Wicklung bezeichnet wird) und dann vor dem Schweißen . in die Statorschlitze eingesetzt wird
Alle Elektromotoren haben Wicklungen mit Isolierung . In Haarnadel -Wickelmotoren müssen die Isolierung dicker und stärker sein, um ihr kompaktes Design zu berücksichtigen, und die Hochspannungsanforderungen, die typischerweise in Elektrofahrzeugen erforderlich sind, .}}}}}
Vor dem Schweißen muss eine geringe Isolierung an beiden Enden jeder Haarnadelwicklung . entfernt werden. Dies ist entscheidend, um eine hochwertige elektrische und mechanische Verbindung zu gewährleisten .
Traditionell wurde diese Aufgabe hauptsächlich mit mechanischen Methoden erledigt, aber es gibt auch einstufige Laserprozesse unter Verwendung von Infrarot (1 μm) gepulste Laser . Mit einem Schneidwerkzeug beinhaltet die Verwendung eines Schneidwerkzeugs, um die Oberfläche des Drahtes direkt zu kontaktieren, um die Isolierung .}}} zu kratzen. Fahrzeuge .
Zum Beispiel kann der physikalische Kontakt, der für das mechanische Streifen erforderlich ist, eine Kupferschicht aus der Haarnadelwicklung abkratzen und eine strukturierte Oberfläche hinterlassen, die Lücken zwischen Wicklungen und Komponentenausstattungsproblemen verursachen, wodurch die Integrität und Konsistenz des Schweißscheibens beeinträchtigt werden. verschärft durch die langsame Geschwindigkeit des Prozesses, was es schwierig macht, die Produktion von hochvolumigen Produktion der Produktion von Elektrofahrzeugen in großem Maßstab zu erfüllen .
Laser können für eine breite Palette der Materialentfernung verwendet werden, einschließlich Isolierabstripping . In Isolationsabstrippanwendungen bietet Laser -Stripping die folgenden Vorteile:
- Bessere Schweißqualität: Gewährleistet eine saubere Oberfläche für eine optimale Schweißqualität, während die Isolierung vollständig entfernt wird, ohne den Kupferdraht . zu beschädigen
- Ausfallzeiten für Wartung und Ausrüstung reduzieren:Es wird kein Werkzeugverschleiß und eine Möglichkeit der Maschinen -Jamming beseitigt, um einen ununterbrochenen Produktionsprozess zu gewährleisten. .
- Produktionsleistung erhöhen:Kontinuierliches Streifen während der Fütterung des Drahtes verbessert die Produktionseffizienz .
- Erhöhte Konsistenz:Ohne Verschleiß oder Kontakt ist die Laserbearbeitung ein stabiler und wiederholbarer Prozess .
Die Laserbearbeitung kann eindeutig zu Prozessverbesserungen führen ., aber die eigentliche Frage lautet: "Welcher Laser ist am besten zu verwenden?" Mit anderen Worten, von den vielen möglichen Laserquellen und -implementierungen, die für diesen Prozess verwendet werden könnten, bietet man das beste Gleichgewicht zwischen hoher Qualität, hoher Geschwindigkeit und niedrigen Kosten für hochvolumige EV-Motorproduktionsanwendungen?
Mit einem breiten Portfolio von Industrielasern konnte Kohärent diese Anwendung objektiv unter Verwendung einer Vielzahl von Lasern untersuchen, ohne dass eine Technologie gegenüber einer anderen . inhärente Präferenz für eine Technologie bevorzugt
Anstatt einen Laser zu finden, der am besten für Haarnadel-Striping-Isolierungen geeignet war, entwickelte Kohärent einen Dual-Laser-Prozess, um optimierte Striping-Ergebnisse zu erzielen. Prozess .
Einstufiges Laserabstreifen ist ein Kompromiss zwischen der Absorption von Beschichtungen und der darunter liegenden Kupferabsorption . Die Infrarotwellenlänge des Faserlasers in der Nähe von 1 & mgr; m wird durch die Beschichtung nicht leicht absorbiert. Dies führt zu einer Hitzeerzeugung an der Grenzfläche, die Beschichtung des Abblätterns und die Bildung des Airborne-Partikels, die die Säulen-Seins-Strümchen beeinflussen. 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. This contaminates the copper Oberfläche, was wiederum die nachfolgende Schweißqualität . beeinflusst
Der zweistufige Vorbereitungsvorbereitung auf dem Dual-Laser-basierten Haarnadel-Wickelvorbereitung umfasst:
Ein CO2-Laser mit mittlerer Leistung wird verwendet, um die Mehrheit der Isolationsschicht schnell zu entfernen. . Diese Art von Laser eignet sich gut für nicht metallische Materialentfernung mit hohem Durchsatz .
Ein gepulster Nanosekunden-UV-Festkörperlaser wird dann verwendet, um alle Isolierreste zu entfernen, die vorhanden sind.
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 fluoropolymers), all of these materials strongly absorb Die 10 . 6 & mgr; m -Ausgangswellenlänge des Lasers . Darüber hinaus ist die Absorptionsrate bei 10,6 & mgr; m höher als die der anderen verfügbaren CO2 -Laserwellenlängen von Kohärenten wie 9,4 oder 10,2 μm.
Coherents j -5-10.6 μm Laser hat auch ideale praktische Eigenschaften . Es ist ein vollständig versiegelter, gepulster CO2-Laser mit einer durchschnittlichen Leistung von mehr als 400W, was bedeutet, dass es mit hohem Durchsatz mit hohem Durchsatz von Stripping-Operationen .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} -Paket durchführen kann.
Für den zweiten Schritt, der endgültige Reinigungsprozess, zeigte Coherents Avia lx 355-30-60 Er zeigte genau die richtige Kombination von Ausgangsparametern ., es handelt sich um eine Frequenz-ausgefülltes, diodengepumptes Festkörper-Laser, die 30W ausgibt, was eine durchschnittliche Leistung von 355nm .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}. Energien bis zu 500 μj . Dadurch können hohe Präzisionsablationen mit den für diese Anwendung erforderlichen Geschwindigkeiten . durchgeführt werden. .
Die Avia LX 355-30-60 Er ist auch für die einfache Integration . ausgelegt und integriert Coherent's PureUv ™ Active Laser Cleaning Engine für eine außergewöhnlich lange Lebensdauer und wartungsfreie Operation .
Das kohärente Anwendungslabor untersuchte viele verschiedene Prozesse, bevor die oben beschriebene zweistufige Kombination {. Verschiedene Laser einzeln untersucht wurden, einschließlich CO2-Lasern, die Nanosekunden pulsierten Infrarot-Faserlaser, und Nanosekunden-UV-Laser .} Die häufigen Laser-Laser-Laser-Haare und die Ergebnisse der Folgungen der Laser, die die häufigen Laser-Laser waren, wurden die häufigen Laser-Laser analysiert. Quellen wurden identifiziert, spezifische Prozessparameter wurden optimiert .
Im Rahmen des Tests wurde die Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) verwendet, um die Oberflächenchemie zu analysieren, um Kontaminanten zu charakterisieren und zu quantifizieren. In diesem Stadium befand sich kohärent, dass ein zweistufiger Laser-Stripping-Prozess (CO2-Laser mit UV-Laser-Wall-teer-Wegen) die Effektivität war.
Die Reihe von Fotos in Abbildung 3 vergleicht die verschiedenen Stripping-Techniken mit CO2-Lasern, Nanosekunden-Infrarotfasern (FL) Lasern und Nanosekunden-UV-Festkörperlasern {{}}} In der oberen Reihe von Fotos, das Isoliermaterial ist Polyamid (pa) und in der unteren Reihe in der unteren Reihe. Beide Fälle, die Kombination aus CO2 -Laser und UV -Laser lieferte die besten Ergebnisse .. Dies wurde auch durch tatsächliche Schweißversuche . bestätigt
Of course, the most important metric is the weld quality obtained after the insulation stripping process. Figure 4 shows a series of X-ray images of the hairpin windings after welding. This indicates that the two-step (CO2 laser + UV laser) process can ultimately achieve better quality welds. The two-step CO2 laser + UV laser stripping process Minimiert die Schweißporosität, indem sie Polymerreste auf der Oberfläche entfernen
