لیزرهای Co₂ همراه با لیزرهای حالت جامد UV ، جوشکاری موتور الکتریکی را به ارتفاعات جدید می برند
تولید کنندگان وسایل نقلیه برقی برای بهینه سازی عملیات ، کاهش هزینه ها و بهبود کیفیت محصول تحت فشار فزاینده قرار دارند. این تلاش ها برای گسترش لازم سهم بازار وسایل نقلیه برقی بسیار مهم است ، به خصوص در یک بازار با حجم بالا که نسبت به کل هزینه مالکیت (TCO) بسیار حساس است و در آنجا وسایل نقلیه دارای سوخت هنوز شیوع دارند.
یکی از فرصت های مهم بهینه سازی تولید موتور وسیله نقلیه الکتریکی ، جوشکاری سیم پیچ های مو ، فرایندی است که برای قابلیت اطمینان و عملکرد حرکتی بسیار مهم است. روشهای سنتی سلب عایق مکانیکی اغلب کوتاه می آید و منجر به ناکارآمدی فرآیند مانند آسیب سطح ، سایش ابزار و تأخیر در تولید می شود که باعث افزایش هزینه ها می شود و بر قابلیت اطمینان روند تأثیر می گذارد.
سلب و تمیز کردن لیزر یک جایگزین تحول آمیز ارائه می دهد که ضمن دستیابی به نتایج برتر با هزینه کلی پایین تر ، محدودیت های سلب مکانیکی را غلبه می کند. در این مقاله فرآیند دو مرحله ای نوآورانه منسجم که ترکیبی از لیزرهای CO2 با لیزرهای ماوراء بنفش (UV) برای تولید سیم پیچ های موی تمیز و آماده جوش است. داده های ارائه شده نشان می دهد که این روش روشی جدید و مقرون به صرفه را برای تولید کنندگان وسایل نقلیه برقی برای دستیابی به جوش های موتور موی با کیفیت بالاتر فراهم می کند.
سیم پیچ در موتورهای برقی به طور معمول از یک سیم مسی ساخته شده است. این سیمهای مس به شکل "U" خم شده اند (از این رو نام "سیم پیچ مو") و سپس در یک مونتاژ قرار می گیرند. در مرحله بعد ، برای دستیابی به یک اتصال الکتریکی و ایجاد یک سیم پیچ مداوم ، باید انتهای سیم پیچ های موی مجاور در کنار هم جوش داده شود. علاوه بر این ، برخی از طرح های جایگزین از یک سیم مسطح مداوم استفاده می کنند که در یک الگوی موج دار (به نام سیم پیچ موج یا سیم پیچ S شکل) تشکیل می شود و سپس قبل از جوشکاری در شکاف های استاتور قرار می گیرند.
تمام موتورهای برقی دارای سیم پیچ با عایق هستند. در موتورهای سیم پیچ مو ، عایق باید ضخیم تر و قوی تر باشد تا بتواند طراحی جمع و جور خود را در خود جای دهد و نیازهای ولتاژ بالایی که معمولاً در وسایل نقلیه برقی مورد نیاز است.
قبل از جوشکاری ، باید مقدار کمی عایق از هر دو انتهای هر سیم پیچ مویی برداشته شود. این امر برای اطمینان از اتصال الکتریکی و مکانیکی با کیفیت بالا بسیار مهم است.
به طور سنتی ، این کار عمدتاً با استفاده از روشهای مکانیکی انجام شده است ، اما فرآیندهای لیزر تک مرحله ای با استفاده از لیزرهای پالس مادون قرمز (1μm) وجود دارد. سلب مکانیکی شامل استفاده از یک ابزار برش برای تماس مستقیم با سطح سیم برای از بین بردن عایق است. در حالی که این روش ها سالهاست که یک روش استاندارد بوده است ، اما آنها در تولید سریع وسایل نقلیه برقی چالش های مهمی را ارائه می دهند.
به عنوان مثال ، تماس فیزیکی مورد نیاز برای سلب مکانیکی می تواند لایه ای از مس را از سیم پیچ مویی بکشد و یک سطح بافتی باقی بماند که می تواند باعث ایجاد شکاف بین سیم پیچ ها و مسائل مربوط به اتصالات مؤلفه شود ، به خطر بیاندازد و یکپارچگی و قوام جوش را به خطر بیاندازد. علاوه بر این ، ابزارهای مکانیکی می توانند از بین بروند و منجر به فرآیندهای متناقض ، نگهداری مکرر ، خرابی بدون برنامه ریزی و وقفه های احتمالی تولید شوند. این مسائل با سرعت آهسته فرآیند تشدید می شود و این امر تأمین نیازهای تولید با حجم بالا تولید وسایل نقلیه برقی در مقیاس بزرگ را دشوار می کند.
از لیزرها می توان برای طیف گسترده ای از حذف مواد ، از جمله سلب عایق استفاده کرد. در برنامه های سلب عایق ، سلب لیزر مزایای زیر را ارائه می دهد:
- کیفیت جوش بهتر: یک سطح تمیز را برای کیفیت بهینه جوش تضمین می کند در حالی که کاملاً عایق را بدون آسیب رساندن به سیم مسی از بین می برد.
- کاهش تعمیر و نگهداری و تجهیزات را کاهش دهید:هیچ فرسودگی ابزاری و امکان جابجایی دستگاه از بین نمی رود و از یک فرآیند تولید بدون وقفه اطمینان حاصل می شود.
- افزایش تولید تولید:سلب مداوم هنگام تغذیه سیم ، راندمان تولید را بهبود می بخشد.
- افزایش قوام:بدون سایش و تماس ، ماشینکاری لیزر یک فرآیند پایدار و قابل تکرار است.
واضح است که ماشینکاری لیزر می تواند منجر به پیشرفت فرآیند شود. اما سوال واقعی این است که "کدام لیزر برای استفاده بهتر است؟" به عبارت دیگر ، از بسیاری از منابع و پیاده سازی های لیزر ممکن است که می تواند برای انجام این فرآیند استفاده شود ، کدام یک بهترین تعادل با کیفیت بالا ، سرعت بالا و هزینه کم برای برنامه های تولید موتور با حجم بالا را ارائه می دهد؟
منسجم با داشتن یک نمونه کارها گسترده از لیزرهای صنعتی ، قادر به بررسی عینی این برنامه با استفاده از انواع لیزرها و بدون هیچ گونه ترجیح ذاتی برای یک فناوری بر روی دیگری بود.
در حقیقت ، به جای پیدا کردن یک لیزر که برای عایق سلب کردن موها بهترین بود ، منسجم یک فرآیند لیزر دوگانه را برای دستیابی به نتایج بهینه سلب ایجاد کرد. این رویکرد بهترین کیفیت سطح پیش از جوش را که امروزه با مقرون به صرفه ترین روش در دسترس است ، به مشتریان ارائه می دهد. انگیزه اصلی برای بررسی فرآیند لیزر دوگانه ، غلبه بر مسائل مربوط به فرآیند سلب لیزر تک مرحله ای بود.
سلب لیزر تک مرحله ای سازش بین جذب پوشش و جذب مس زیر است. طول موج مادون قرمز لیزر فیبر در نزدیکی 1μm به راحتی توسط پوشش جذب نمی شود و در نتیجه باعث تولید گرما در رابط ، پوسته پوسته شدن و تشکیل ذرات موجود در هوا می شود. این ذرات در پرتو لیزر حادثه تداخل دارند و بر پاکیزگی سیم پیچ مو تأثیر می گذارند و ممکن است به سیستم حمله کنند و باعث خرابی مکرر برای تمیز کردن می شوند. علاوه بر این ، پرتوی مادون قرمز نافذ فیبر نمی تواند باقیمانده پلیمر را از سطح مس خارج کند. ممکن است سطح سیم مسی را ذوب کرده و سطح مس را در معرض عایق های پلیمری مانند هیدروژن و کربن قرار دهد. این سطح مس را آلوده می کند ، که به نوبه خود بر کیفیت جوش بعدی تأثیر می گذارد.
تهیه سیم پیچ موهای دو مرحله ای مبتنی بر لیزر دو مرحله ای شامل:
از لیزر CO2 با قدرت متوسط برای حذف سریع اکثر لایه عایق استفاده می شود. این نوع لیزر برای حذف مواد غیر فلزی با توان بالا مناسب است.
سپس از لیزر حالت جامد نانوذرات کم مصرف UV پالس ، برای از بین بردن هرگونه باقی مانده عایق موجود استفاده می شود. این یک سطح تمیز برای جوشکاری فراهم می کند. طول موج کوتاه لیزرهای حالت جامد UV در پردازش مواد با دقت بالا برتری دارد و به ویژه در از بین بردن انواع مواد از جمله پلیمرها ، سایر مواد آلی و مس مؤثر است.
برای اولین مرحله از فرآیند سلب فله ، لیزر J -5-10}. 6μm}. یک منبع ایده آل است. اگرچه انواع مختلفی از مواد مختلف در لایه عایق سیم پیچ مو (از جمله پلی آمید ، پلی اتریمید ، پلی استرید ، پلی استیمید ، پلی آمید ، پلی آترکتون ، رزین اپوکسی و فلوروپلیمرهای مختلف) استفاده می شود ، همه این مواد به شدت از طول موج خروجی 10.6μm لیزر جذب می کنند. علاوه بر این ، برای همه این مواد ، میزان جذب در 10.6μm بالاتر از طول موج لیزر CO2 موجود COHERENT ، مانند 9.4μm و 10.2μm است.
لیزر 6μm}}}}}}}}. همچنین دارای ویژگی های عملی ایده آل است. این یک لیزر CO2 کاملاً مهر و موم شده و پالس با قدرت متوسط بیش از 400W است ، به این معنی که می تواند عملیات سلب با توان بالا را انجام دهد. علاوه بر این ، بسته خود و جمع و جور آن را برای ادغام در تجهیزات خودکار ایده آل می کند.
برای مرحله دوم ، فرآیند تمیز کردن نهایی ، Avia LX 355-30-60} او فقط ترکیب مناسب پارامترهای خروجی را نشان داد. این یک لیزر با حالت جامد فرکانس ، پمپ و جامد است که 30 وات قدرت متوسط را در 355 نانومتر به دست می آورد. از همه مهمتر ، این عملکرد با نرخ تکرار تا 300kHz و انرژی پالس تا 500μJ پشتیبانی می کند. این امر باعث می شود تا با سرعت مورد نیاز برای این برنامه ، فرسایش های با دقت بالا را انجام دهد.
Avia lx 355-30-60 او همچنین برای ادغام آسان طراحی شده است. و ، موتور تمیز کردن لیزر فعال Pureuv ™ فعال را برای عمر فوق العاده طولانی و کار بدون نگهداری ادغام می کند.
آزمایشگاه برنامه های منسجم قبل از تسویه حساب در ترکیب دو مرحله ای که در بالا توضیح داده شد ، فرآیندهای مختلفی را مورد بررسی قرار داد. لیزرهای مختلف به صورت جداگانه و در ترکیب ، از جمله لیزر CO2 ، لیزرهای فیبر مادون قرمز پالس نانو ثانیه و لیزرهای UV نانو ثانیه مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج حاصل از سیم پیچ موهای عایق تحت درمان با جزئیات مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و پس از شناسایی امیدوار کننده ترین منابع لیزر ، پارامترهای فرآیند خاص بهینه شدند.
به عنوان بخشی از آزمایش ، از طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) برای تجزیه و تحلیل شیمی سطح به منظور توصیف و تعیین کمیت آلاینده ها استفاده شد. در این مرحله بود که منسجم دریافت که یک فرآیند سلب لیزر دو مرحله ای (لیزر CO2 همراه با لیزر UV) مؤثرترین روش برای از بین بردن تمام باقیمانده ها از سطح مس قبل از جوشکاری لیزر است.
سری عکس ها در شکل 3 تکنیک های مختلف سلب را با استفاده از لیزر CO2 ، لیزرهای فیبر مادون قرمز نانو ثانیه (FL) و لیزرهای حالت جامد UV نانو ثانیه مقایسه می کند. در ردیف فوقانی عکس ها ، مواد عایق پلی آمید (PA) و در ردیف پایین ، پلی اتاترکتون (PEEK) است. حتی با بازرسی بصری به تنهایی ، می توان دریافت که در هر دو مورد ، ترکیبی از لیزر CO2 و لیزر UV بهترین نتیجه را داده است. این همچنین توسط آزمایشات جوشکاری واقعی تأیید شد.
البته مهمترین متریک ، کیفیت جوش به دست آمده پس از فرآیند سلب عایق است. شکل 4 مجموعه ای از تصاویر اشعه ایکس از سیم پیچ موهای زائد بعد از جوشکاری را نشان می دهد. این نشان می دهد که فرآیند دو مرحله ای (لیزر CO2 + UV) در نهایت می تواند به جوش های با کیفیت بهتر دست یابد. فرآیند سلب لیزر دو مرحله ای CO2 + UV با برداشتن باقیمانده های پلیمری روی سطح قبل از جوشکاری ، تخلخل جوش را به حداقل می رساند. به خوبی شناخته شده است که باقیمانده های پلیمری حاوی هیدروژن ، کربن و سایر عناصر آلی هستند که ممکن است هنگام مایع وارد استخر مذاب شوند و سپس در طی فرآیند جامد سازی جوش منافذ تشکیل می دهند ، که می تواند بر خصوصیات مکانیکی و الکتریکی جوش تأثیر بگذارد.
