CO₂ LASERS Gecombineerd met UV Solid-State Lasers Breng het lassen van elektrische voertuigen naar nieuwe hoogten naar nieuwe hoogten
Fabrikanten van elektrische voertuigen worden steeds meer druk om de activiteiten te optimaliseren, kosten te besparen en de productkwaliteit te verbeteren . Deze inspanningen zijn van cruciaal belang voor de noodzakelijke uitbreiding van het marktaandeel van het elektrische voertuigen, vooral in een markt met een hoog volume die zeer gevoelig is voor de totale eigendomskosten (TCO) en waar brandstofauto's nog steeds prevalent zijn.}
Een van de belangrijkste mogelijkheden voor het optimaliseren van de productie van elektrische voertuigen is het lassen van haarspeldwikkelingen, een proces dat van cruciaal belang is voor motorische betrouwbaarheid en prestaties . Traditionele methoden voor mechanische isolatie Strippen vallen vaak tekort, wat leidt tot procesinefficiënties zoals oppervlakteschade, gereedschapskleding en productieverschilingen en affectprocesvergoeding.}}}
Laser Stripping and Cleaning biedt een transformerend alternatief dat de beperkingen van mechanische strippen overwint, terwijl het behalen van superieure resultaten tegen een lagere totale kosten . Dit artikel beschrijft het innovatieve tweestapsproces van Coherent dat CO2-lasers combineert met ultraviolet (uv) lasers om schoon te maken, lasklare haarpijnwindende haarpinwindend, de gegevens die deze methode levert, een nieuwe, weldklare huiveringwekkende hairpin-winden kosteneffectieve manier voor fabrikanten van elektrische voertuigen om haarspeldmotorlassen van hogere kwaliteit te bereiken .
De wikkelingen in elektrische voertuigmotoren zijn meestal gemaakt van een enkele koperdraad . Deze koperen draden worden gebogen in een "u" -vorm (vandaar de naam "Haarspeldwikkeling") en vervolgens geplaatst in een assemblage . Volgen Alternatieve ontwerpen gebruiken een continue platte draad die wordt gevormd in een golvend patroon (een golfwikkeling of S-vormige wikkeling genoemd) en vervolgens in de statorsleuven ingevoegd voordat . wordt gelast
Alle elektrische motoren hebben wikkelingen met isolatie . In haarspeldwikkelmotoren moet de isolatie dikker en sterker zijn om tegemoet te komen aan hun compacte ontwerp en de hoogspanningsvereisten die meestal vereist zijn in elektrische voertuigen .
Voor het lassen moet een kleine hoeveelheid isolatie worden verwijderd uit beide uiteinden van elke haarspeldwikkeling . Dit is van cruciaal belang om een elektrische en mechanische verbinding van hoge kwaliteit te garanderen .
Traditioneel is deze taak voornamelijk volbracht met behulp van mechanische methoden, maar er zijn ook laserprocessen met één stap met behulp van infrarood (1 μm) gepulseerde lasers . mechanische strippen houdt in dat een snijgereedschap wordt gebruikt om direct contact op te nemen met het oppervlak van de draad van de draad van de insulatie {{3}. Voertuigen .
Het fysieke contact dat nodig is voor mechanische strippen kan bijvoorbeeld een laag koper van de haarspeldwikkeling schrapen, waardoor een gestructureerd oppervlak achterblijft dat gaten kan veroorzaken tussen wikkelingen en componentverplichtingsproblemen, het in gevaar brengen van de integriteit en consistentie van de las . Bovendien kunnen mechanische gereedschappen slijten, leidend tot insistente processen, onvoltooid, onvoltooid, onvoltooid, onvoltooid, onvoltooid, onvoltooid, onvoltooid, onvoltooid, onvoltooid, onvoltooid, onvoltooid, onvoltooid, en potentieel -interruptie. Problemen worden verergerd door de lage snelheid van het proces, waardoor het moeilijk is om te voldoen aan de hoogwaardige productiebehoeften van grootschalige elektrische voertuigproductie .
Lasers kunnen worden gebruikt voor een breed scala aan materiaalverwijdering, waaronder isolatie die . in isolatie -striptoepassingen stript, biedt laserstrippen de volgende voordelen:
- Betere laskwaliteit: Zorgt voor een schoon oppervlak voor een optimale laskwaliteit, terwijl de isolatie volledig wordt verwijderd zonder de koperdraad te beschadigen .
- Verminder onderhoud en downtime van apparatuur:Geen gereedschapsslijtage en elke mogelijkheid van machinaal jammen wordt geëlimineerd, waardoor een ononderbroken productieproces wordt gewaarborgd .
- Verhoog de productie -output:Continu strippen terwijl het voeden van de draad de productie -efficiëntie verbetert .
- Verhoogde consistentie:Zonder slijtage of contact is laserbewerking een stabiel en herhaalbaar proces .
Het is duidelijk dat laserbewerking kan leiden tot procesverbeteringen . Maar de echte vraag is: "Welke laser is het beste te gebruiken?" Met andere woorden, van de vele mogelijke laserbronnen en -implementaties die kunnen worden gebruikt om dit proces uit te voeren, wat men de beste balans biedt van hoge kwaliteit, hoge snelheid en lage kosten voor hoogvolume EV-motorproductietoepassingen?
Met een brede portfolio van industriële lasers kon Coherent deze toepassing objectief onderzoeken met behulp van een verscheidenheid aan lasers zonder inherente voorkeur voor de ene technologie boven de andere .
In plaats van een laser te vinden die het beste was voor haarspeld-strippende isolatie, ontwikkelde coherent een dual-laser-proces om geoptimaliseerde stripresultaten te bereiken . Deze aanpak biedt klanten de beste pre-lod surface-kwaliteit die vandaag beschikbaar is op de meest kosteneffectieve manier . Het primaire motivatie voor het onderzoek naar het dual-laser-proces was het overwinnen van het dual-laser-proces met het dual-laser-proces met het dual-laser-proces met het dual-laser-proces met het dual-laser-proces met het dual-laser-proces met het dual-laser-proces met het dual-laser-proces van het dual-laser-proces met het dual-laser-proces met het dual-laser.
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 Wikkeling, en kan in het systeem binnendringen, waardoor frequente downtime voor het reinigen . bovendien de penetrerende infraroodstraal van de Fiber Laser niet volledig polymeerresidu uit het koperoppervlak verwijdert . Het kan het koperoppervlak van het koperoppervlak en de koolstofoppervlakte melt en het koperoppervlak, het koperoppervlak, het koperoppervlak, wat het koperoppervlak op het koperoppervlak is en koolstof. Turn beïnvloedt de daaropvolgende laskwaliteit .
Coherent's dual-laser gebaseerde haarspeldwikkelbereiding tweestapsproces omvat:
Een CO2-laser met middelgrote kracht wordt gebruikt om de meerderheid van de isolatielaag . snel te verwijderen Dit type laser is goed geschikt voor high-throughput niet-metalen materiaalverwijdering .
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 copper.
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 De 10 . 6μm uitvoergolflengte . De laser is bovendien voor al deze materialen de absorptiesnelheid bij 10,6 μm hoger dan die van de andere beschikbare CO2 -lasergolflengten van Coherent, zoals 9,4 μm en 10,2 μm.
Coherent's J -5-10.6 μm laser heeft ook ideale praktische kenmerken . Het is een volledig verzegelde, gepulseerde CO2-laser met een gemiddeld vermogen van meer dan 400W, wat betekent dat het high-throughput stippen bewerkingen . bovendien, het zelfverzekerde en compactpakket in de Automated Equipment {}}}}}.
For the second step, final cleaning process, Coherent's Avia LX 355-30-60 HE demonstrated just the right combination of output parameters. It is a frequency-tripled, diode-pumped, solid-state laser that outputs 30W of average power at 355nm. Most importantly, it supports operation at repetition rates up to 300kHz and pulse energies up tot 500μj . Hiermee kan dit een zeer nauwkeurige ablaties uitvoeren met de snelheden die nodig zijn voor deze toepassing .
De Avia lx 355-30-60 Hij is ook ontworpen voor eenvoudige integratie . en integreert de PureUV ™ Active Laser Cleaning Engine van Coherent voor een uitzonderlijk lange levensduur en onderhoudsvrije werking .
Het coherente applicaties-lab onderzocht veel verschillende processen voordat het zich vestigde op de hierboven beschreven tweestapscombinatie . Verschillende lasers werden afzonderlijk onderzocht en in combinatie, inclusief CO2-lasers, nanoseconde gepulseerde infrarood vezel lasers en nanoseconde UV lasers . de resultaten van de verhandelde haarspinwinden. Laserbronnen werden geïdentificeerd, specifieke procesparameters werden geoptimaliseerd .
Als onderdeel van het testen werd röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) gebruikt om de oppervlaktechemie te analyseren om verontreinigingen te karakteriseren en te kwantificeren . Het was in dit stadium dat coherent vond dat een tweestap laserstipproces (CO2-laser gecombineerd met UV-laser) de meest effectieve manier was om alle residuen van het koper te verwijderen voor het laser-las-las-las-las-las-las-las-las-laser-laser-laser-laser-lasers (4 2-laser-laserlassen.
De reeks foto's in Afbeelding 3 vergelijkt de verschillende striptechnieken met CO2-lasers, nanoseconde infraroodvezel (FL) lasers en nanoseconde UV Solid-State Lasers . in de bovenste rij van foto's, het isolatiemateriaal is Polyamide (PA) en het is een polyamide (PA) en het is een polyamide (PA) en het is in de lagere rij, het is dat in de lagere reken (Poleetherket). Beide gevallen gaf de combinatie van CO2 -laser- en UV -laser de beste resultaten . Dit werd ook bevestigd door werkelijke lasproeven .
Natuurlijk is de belangrijkste metriek de laskwaliteit verkregen na het isolatie-stripproces . Afbeelding 4 toont een reeks röntgenafbeeldingen van de haarspeldwikkelingen na het lassen . Dit geeft aan dat de tweestap (CO2 laser + uv laser laser laser laser) het ultimateren van betere kwaliteitswas .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} Het tweestepco2 laser + us laser + uv-laser laser laser. Porositeit door polymeerresiduen op het oppervlak te verwijderen vóór het lassen . Het is bekend dat polymeerresiduen waterstof, koolstof en andere organische elementen bevatten, die de gesmolten pool kunnen binnenkomen wanneer vloeistof wordt gevormd en vervolgens poriën vormen tijdens het lasstollingsproces, die de mechanische en elektrische eigenschappen van de las. kunnen beïnvloeden.
