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新能源风口“激光焊接”乘风而上

                           发表日期:2022-2-20

都说激光焊接与激光切割、激光打标共同构成激光加工技术的“三驾马车”,在工业领域得到广泛应用。其中激光焊接具有精确度高、洁净环保、加工材质类型多样、效率高等优势,广泛应用于新能源汽车行业等高端精密制造领域。
激光焊接与激光切割和激光打标相比,前者的发展时间相对较短,其工艺难度也大于激光切割和激光打标。
激光切割和激光打标是利用激光将物质的表面结构或整体结构破坏,而激光焊接是利用激光将物质的结构进行加工熔融并重新构筑。物质构筑相较于简单的物质结构破坏,对激光器及加工工艺的要求更高。激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。

激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接,焊接过程属热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其独特的优点,已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。

电机的结构由定子和转子两大部分组成。运行时静止不动的部分称为定子,主要作用是产生磁场。运行时转动的部分则称为转子,主要作用是产生电磁转矩和感应电动势。

新能源风口“激光焊接”乘风而上

电机定子由导磁的定子铁心、导电的电枢绕组及固定铁心和绕组用的一些零部件、绝缘材料、引出部分等组成,如机壳、绝缘片、槽楔、引出线及环氧树脂等,其中,电机定子主要是由0.5mm厚的硅钢片一层一层叠加而组成,因此需要通过焊接,将硅钢片连接起来。

电机定子焊接难点
① 材料表面有绝缘层,焊接时产生的杂质,导致焊缝脆化;
② 材料表面有模具上带出的油污,导致焊缝脆化;
③ 焊接后变形量大,导致内应力很大;
④ 焊缝截面形状影响大,不同截面形状导致应力集中的程度不一样;
⑤ 焊缝内部气泡多,影响焊接强度;
⑥ 焊接时压力的大小影响内应力;
以上难点将导致:产生裂纹、焊缝凸起、焊缝鼓包。

电机定子焊接工艺先后采用过焊条电弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、激光焊等。其中,手工电弧焊电弧热量小焊缝热影响区大、焊缝不光滑且无法实现自动化、效率低,很少采用。而钨极氩弧焊尽管具备弧长稳定、电弧弹性好、不加填充金属、焊接参数容易控制等优势,但由于硅钢片的含硅量高,因此可焊性极差,焊接后容易开裂,焊接难度大。

相较而言,具备能量集中、密度高、加热效率高、速度快等优势的激光焊接应用到电机定子焊接上,能有效提高生产率,同时,还能改善生产环境的卫生安全条件,根除氩弧焊时的强弧光和臭氧及其它不良氧化物对人身的危害。除此之外,还可以采用计算机控制双机或四机或单机多头输出激光束,分置于定子外圆壁周围,这样定子紧定所需的焊缝数,焊机运行一次或两次即可完成,大幅减少变形量的同时,节省加工时间。

目前,激光焊接在电机定子上的焊接方式主要分为以下大类:

摆动头焊接:摆动焊接以覆盖较大的间隙。为了优化扁铜线焊接工艺,得到更好的焊点,需要对激光焊接光束的摆动路径进行优化。在这里,如果扁铜线在其短边连接,特别推荐线型摆动焊接轨迹;另一方面,如果要在长边连接,则要选择圆形或椭圆形摆动焊接轨迹。通过这种工艺,我们实现了高速焊接并最小化飞溅和气孔的形成,实现的焊缝具有很高的抗拉强度与良好的熔深,可使扁铜线获得最佳导电性。此外,激光焊点的悬垂几乎为零的特性给铁芯凹槽和扁铜线位置更加靠近提供可能。这意味着当电机的安装空间固定时,可实现更紧凑的电机设计。

新能源风口“激光焊接”乘风而上
新能源风口“激光焊接”乘风而上
左图:两个扁铜线短边链接的线型摆动焊几何示意图
右图:两个扁铜线长连接的圆形

复合焊焊接:激光复合焊接一般指将两不同状态(空间位置、光束质量、光斑形态、光束能量、光波长、作用时间等)的光束作用在焊接位置完成激光焊接;比较常用的是两种波长不同的光束进行同轴合成之后同时作用于焊接位置。

新能源风口“激光焊接”乘风而上

中心光束:能量密度高、光斑区域小,进行深熔焊接、提供主要焊接能量

周边光束:能量密度小、光斑区域大,主要进行预热冷却缓冲、提升中心光束吸收辅助焊接

新能源风口“激光焊接”乘风而上

来源:旺材电机与电控

       
   
 

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