Los láseres de CO₂ combinados con láseres de estado sólido UV llevan soldadura por motor de vehículos eléctricos a nuevas alturas
Los fabricantes de vehículos eléctricos están bajo una presión cada vez mayor para optimizar las operaciones, reducir los costos y mejorar la calidad del producto . Estos esfuerzos son críticos para la expansión necesaria de la participación en el mercado de vehículos eléctricos, especialmente en un mercado de alto volumen que es altamente sensible al costo total de la propiedad (TCO) y donde los vehículos con combustible siguen siendo prevalentes {}}}
Una de las oportunidades clave para optimizar la producción de motores de vehículos eléctricos es la soldadura de los devanados de horquilla, un proceso que es fundamental para la confiabilidad del motor y el rendimiento . Los métodos tradicionales de la eliminación de aislamiento mecánico a menudo se quedan cortos, lo que lleva a ineficiencias del proceso como el daño de la superficie, el uso de la herramienta y los retrasos de producción que aumentan los costos y afectan la confiabilidad del proceso .}
La extracción y la limpieza del láser ofrece una alternativa transformadora que supera las limitaciones de la extracción mecánica mientras se logra resultados superiores a un costo general más bajo . Este artículo describe el innovador proceso innovador de dos pasos de Coherent que combina láseres de CO2 con láser ultraviolet (UV) para que los láser para producir limpios y listas para la peluquería de soldadura .}}}}}}}}} los datos de los datos que presentan los datos de los datos de los datos limpios que presentan los datos de los datos limpios, que presentan los datos de los datos de la peluquería. forma rentable para que los fabricantes de vehículos eléctricos logren soldaduras de motor de horquilla de mayor calidad .
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 Los diseños usan un alambre plano continuo que se forma en un patrón ondulado (llamado devanado de onda o devanado en forma de S) y luego se inserta en las ranuras del estator antes de soldar .
Todos los motores eléctricos tienen devanados con aislamiento . En los motores de devanado de horquilla, el aislamiento debe ser más grueso y más fuerte para acomodar su diseño compacto y los requisitos de alto voltaje se requieren típicamente en vehículos eléctricos .
Antes de soldar, se debe eliminar una pequeña cantidad de aislamiento de ambos extremos de cada devanado de horquilla . Esto es fundamental para garantizar una conexión eléctrica y mecánica de alta calidad .
Tradicionalmente, esta tarea se ha logrado principalmente utilizando métodos mecánicos, pero también hay procesos láser de un solo paso utilizando láseres pulsados infrarrojos (1 μm) . La extracción mecánica implica usar una herramienta de corte para contactar directamente la superficie del cable para raspar el aislamiento . mientras que estos métodos han sido prácticas estándar durante muchos años, presentan directamente la superficie del cable acelerado de la producción rápida. Vehículos .
Por ejemplo, el contacto físico requerido para la eliminación mecánica puede raspar una capa de cobre del devanado de horquilla, dejando una superficie texturizada que puede causar espacios entre los devanados y los problemas de ajuste de componentes, comprometiendo la integridad y la consistencia del . además, las herramientas mecánicas pueden desgastar, lo que conduce a procesos inconitorios, mantenimiento frecuente, un tiempo de inicio de potencial y potencial tiempo de producción y tiempo de producción potencial {1 {}}}}} Los problemas se exacerban por la velocidad lenta del proceso, lo que dificulta satisfacer las necesidades de producción de alto volumen de la producción de vehículos eléctricos a gran escala .
Los láseres se pueden utilizar para una amplia gama de eliminación de material, incluida la eliminación de aislamiento . en aplicaciones de extracción de aislamiento, la extracción de láser proporciona las siguientes ventajas:
- Mejor calidad de soldadura: Asegura una superficie limpia para una calidad de soldadura óptima mientras elimina completamente el aislamiento sin dañar el cable de cobre .
- Reducir el mantenimiento y el tiempo de inactividad del equipo:No se elimina el desgaste de la herramienta y ninguna posibilidad de interferencia de máquinas, asegurando un proceso de producción ininterrumpido .
- Aumentar la producción de producción:La extracción continua mientras alimenta el cable mejora la eficiencia de producción .
- Mayor consistencia:Sin desgaste o contacto, el mecanizado con láser es un proceso estable y repetible .
Claramente, el mecanizado con láser puede conducir a mejoras de procesos ., pero la verdadera pregunta es: "¿Qué láser es mejor usar?" En otras palabras, de las muchas posibles fuentes e implementaciones láser que podrían usarse para realizar este proceso, ¿cuál ofrece el mejor equilibrio de alta calidad, alta velocidad y bajo costo para aplicaciones de producción de motor EV de alto volumen?
Con una amplia cartera de láseres industriales, Coherent pudo investigar objetivamente esta aplicación utilizando una variedad de láseres sin ninguna preferencia inherente por una tecnología sobre otra .
De hecho, en lugar de encontrar un láser que fuera mejor para el aislamiento de despojo de horquilla, coherente desarrolló un proceso de doble láser para lograr resultados de extracción optimizados . Este enfoque proporciona a los clientes la mejor calidad de superficie previa a la sola proceso .
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 devanado de horquilla, y puede entrometerse en el sistema, lo que causa un tiempo de inactividad frecuente para la limpieza . Además, el haz infrarrojo penetrante del láser de fibra no puede eliminar completamente el residuo de polímero de la superficie de cobre de la superficie de cobre . que a su vez afecta la calidad de soldadura posterior .
La preparación de devolución de horquilla de doble láser de coherente incluye el proceso de dos pasos: incluye:
Se usa un láser CO2 de potencia media para eliminar rápidamente la mayoría de la capa de aislamiento . Este tipo de láser es muy adecuado para la eliminación de material no metálico de alto rendimiento .
Luego se usa un láser de estado sólido de nanosegundos de baja potencia pulsado para eliminar cualquier residuo aislante que esté presente . Esto proporciona una superficie limpia para soldadura . La longitud de onda corta de los láseres de estado sólido UV sobresale en el procesamiento de material de alta precisión, y es particular
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 Absorbe la longitud de onda de salida de 10 . 6} 6} 6} 6μm.
El láser J -5-10.6 μm de coherente también tiene características prácticas ideales . Es un láser CO2 completamente sellado y pulsado con una potencia promedio de más de 400W, lo que significa que puede realizar operaciones de extracción de alto rendimiento . adicionales, su paquete autónomo y compactado lo hace ideal para la integración de equipos automatizados a través de la automatización.
Para el segundo paso, el proceso de limpieza final, Avia LX de Coherent 355-30-60 demostró la combinación justa de parámetros de salida . Es un láser de estado de estado sólido, con triplicado, con pilso de diodos, que supera a 300khz de 355 nm ., es compatible con la operación de la operación de la operación a 300K Energías de hasta 500 μJ . Esto le permite realizar ablaciones de alta precisión a las velocidades requeridas para esta aplicación .
AVIA LX 355-30-60 También está diseñado para una fácil integración . e integra el motor de limpieza láser PureUV ™ activo de Coherent para una operación excepcionalmente larga y sin mantenimiento .
El laboratorio de aplicaciones coherentes investigó muchos procesos diferentes antes de establecerse en la combinación de dos pasos descrita anteriormente . Varios láseres se investigaron individualmente y en combinación, incluidos los láseres de CO2, los láseres infrarrojos pulsados de nanosegundos, y los láser de fibra de nanosegundos, y los detalles de los láser de nanosegundos se analizaron una vez los detalles de los detalles que se trataron con los detalles. Se identificaron fuentes láser prometedoras, se optimizaron los parámetros de proceso específicos .
Como parte de la prueba, se usó la espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) para analizar la química de la superficie para caracterizar y cuantificar los contaminantes . Es en esta etapa que coherente encontró que un proceso de extracción de láser de dos pasos (4}}}}}}}}}}}
The series of photos in Figure 3 compares the various stripping techniques using CO2 lasers, nanosecond infrared fiber (FL) lasers, and nanosecond UV solid-state lasers. In the upper row of photos, the insulation material is polyamide (PA) and in the lower row, polyetheretherketone (PEEK). Even by visual inspection alone, it can be seen that in Ambos casos, la combinación de láser de CO2 y láser UV dio los mejores resultados . esto también se confirmó mediante pruebas de soldadura reales .
Por supuesto, la métrica más importante es la calidad de la soldadura obtenida después del proceso de extracción de aislamiento . La Figura 4 muestra una serie de imágenes de rayos X de los devanados de horquilla después de soldar . Esto indica que el proceso de dos pasos de dos pasos (láser + láser UV) puede lograr finalmente de mejor calidad .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} Minimiza la porosidad de soldadura al eliminar los residuos de polímeros en la superficie antes de soldar . Es bien sabido que los residuos de polímeros contienen hidrógeno, carbono y otros elementos orgánicos, que pueden ingresar al grupo fundido cuando líquido y luego formar poros durante el proceso de solidificación de soldadura, que pueden afectar las propiedades mecánicas y eléctricas de las cosas bien.
