Laser CO₂ dikombinasikan dengan laser solid-state UV mengambil pengelasan motor kendaraan listrik ke ketinggian baru
Produsen kendaraan listrik berada di bawah tekanan yang meningkat untuk mengoptimalkan operasi, memotong biaya, dan meningkatkan kualitas produk. Upaya-upaya ini sangat penting untuk perluasan pangsa pasar kendaraan listrik yang diperlukan, terutama di pasar volume tinggi yang sangat sensitif terhadap total biaya kepemilikan (TCO) dan di mana kendaraan bertenaga bahan bakar masih lazim.
Salah satu peluang utama untuk mengoptimalkan produksi motor kendaraan listrik adalah pengelasan belitan jepit rambut, suatu proses yang sangat penting untuk keandalan dan kinerja motorik. Metode tradisional pengupasan isolasi mekanis sering gagal, yang mengarah ke inefisiensi proses seperti kerusakan permukaan, keausan pahat, dan penundaan produksi yang meningkatkan biaya dan mempengaruhi keandalan proses.
Pengupasan dan pembersihan laser menawarkan alternatif transformatif yang mengatasi keterbatasan pengupasan mekanis sambil mencapai hasil yang unggul dengan biaya keseluruhan yang lebih rendah. Artikel ini menjelaskan proses dua langkah inovatif Coherent yang menggabungkan laser CO2 dengan laser ultraviolet (UV) untuk menghasilkan belitan jepit rambut yang bersih dan siap dilas. Data yang disajikan menunjukkan bahwa metode ini menyediakan cara baru yang hemat biaya bagi produsen kendaraan listrik untuk mencapai lasan motor jepit rambut berkualitas lebih tinggi.
Gulungan pada motor kendaraan listrik biasanya dibuat dari kawat tembaga tunggal. Kabel tembaga ini ditekuk menjadi bentuk "U" (karenanya nama "belitan jepit rambut") dan kemudian ditempatkan ke dalam perakitan. Selanjutnya, ujung belitan jepit rambut yang berdekatan perlu dilas bersama untuk mencapai sambungan listrik dan membentuk belitan kontinu tunggal. Selain itu, beberapa desain alternatif menggunakan kawat datar kontinu yang dibentuk menjadi pola bergelombang (disebut belitan gelombang atau belitan berbentuk S) dan kemudian dimasukkan ke dalam slot stator sebelum pengelasan.
Semua motor listrik memiliki belitan dengan isolasi. Dalam motor belitan jepit rambut, isolasi harus lebih tebal dan lebih kuat untuk mengakomodasi desain kompaknya dan persyaratan tegangan tinggi yang biasanya diperlukan dalam kendaraan listrik.
Sebelum pengelasan, sejumlah kecil isolasi harus dikeluarkan dari kedua ujung masing -masing belitan jepit rambut. Ini sangat penting untuk memastikan koneksi listrik dan mekanik berkualitas tinggi.
Secara tradisional, tugas ini terutama diselesaikan dengan menggunakan metode mekanis, tetapi ada juga proses laser satu langkah menggunakan laser berdenyut inframerah (1μM). Pengupasan mekanis melibatkan penggunaan alat pemotong untuk secara langsung menghubungi permukaan kawat untuk mengikis isolasi. Sementara metode ini telah menjadi praktik standar selama bertahun-tahun, mereka menghadirkan tantangan yang signifikan dalam produksi kendaraan listrik yang bergerak cepat.
Misalnya, kontak fisik yang diperlukan untuk pengupasan mekanis dapat mengikis lapisan tembaga dari belitan jepit rambut, meninggalkan permukaan bertekstur yang dapat menyebabkan celah antara belitan dan masalah kesesuaian komponen, mengkompromikan integritas dan konsistensi lasan. Selain itu, alat mekanis dapat aus, yang mengarah ke proses yang tidak konsisten, pemeliharaan yang sering, downtime yang tidak direncanakan, dan potensi gangguan produksi. Masalah-masalah ini diperburuk oleh kecepatan proses yang lambat, yang membuatnya sulit untuk memenuhi kebutuhan produksi volume tinggi dari produksi kendaraan listrik skala besar.
Laser dapat digunakan untuk berbagai penghapusan material, termasuk pengupasan isolasi. Dalam aplikasi pengupasan isolasi, stripping laser memberikan keuntungan berikut:
- Kualitas las yang lebih baik: Memastikan permukaan yang bersih untuk kualitas lasan yang optimal sambil melepas isolasi sepenuhnya tanpa merusak kawat tembaga.
- Kurangi waktu henti perawatan dan peralatan:Tidak ada keausan pahat dan kemungkinan gangguan mesin dihilangkan, memastikan proses produksi yang tidak terputus.
- Tingkatkan Output Produksi:Pengupasan terus menerus sambil memberi makan kawat meningkatkan efisiensi produksi.
- Peningkatan konsistensi:Tanpa keausan atau kontak, pemesinan laser adalah proses yang stabil dan berulang.
Jelas, pemesinan laser dapat menyebabkan peningkatan proses. Tapi pertanyaan sebenarnya adalah, "Laser mana yang paling baik digunakan?" Dengan kata lain, dari banyak kemungkinan sumber laser dan implementasi yang dapat digunakan untuk melakukan proses ini, mana yang menawarkan keseimbangan terbaik dengan kualitas tinggi, kecepatan tinggi, dan biaya rendah untuk aplikasi produksi motor EV volume tinggi?
Dengan portofolio laser industri yang luas, koheren mampu menyelidiki aplikasi ini secara objektif menggunakan berbagai laser tanpa preferensi yang melekat pada satu teknologi di atas yang lain.
Faktanya, alih-alih menemukan satu laser yang terbaik untuk isolasi pengupasan jepit rambut, koheren mengembangkan proses laser ganda untuk mencapai hasil pengupasan yang dioptimalkan. Pendekatan ini memberi pelanggan kualitas permukaan pre-weld terbaik yang tersedia saat ini dengan cara yang paling hemat biaya. Motivasi utama untuk menyelidiki proses dual-laser adalah mengatasi masalah dengan proses pengupasan laser satu langkah.
Pengupasan laser satu langkah adalah kompromi antara penyerapan lapisan dan penyerapan tembaga yang mendasarinya. Panjang gelombang inframerah laser serat di dekat 1μm tidak mudah diserap oleh lapisan, menghasilkan generasi panas pada antarmuka, pengelupasan pelapis dan pembentukan partikel di udara. Partikel -partikel ini mengganggu balok laser insiden, mempengaruhi kebersihan belitan jepit rambut, dan dapat mengganggu sistem, menyebabkan downtime yang sering untuk dibersihkan. Selain itu, balok inframerah penembus laser serat tidak dapat sepenuhnya menghilangkan residu polimer dari permukaan tembaga. Ini dapat melelehkan permukaan kawat tembaga dan mengekspos permukaan tembaga ke komponen polimer isolasi seperti hidrogen dan karbon. Ini mencemari permukaan tembaga, yang pada gilirannya mempengaruhi kualitas las berikutnya.
Coherent's Dual-Laser-Laser Berbasis Persiapan Hairpin Proses Dua Langkah Termasuk:
Laser CO2 daya sedang digunakan untuk dengan cepat menghilangkan sebagian besar lapisan isolasi. Jenis laser ini sangat cocok untuk penghapusan material non-logam throughput tinggi.
Laser solid-state nanosecond dower nanosecond berdaya rendah kemudian digunakan untuk menghilangkan residu isolasi yang ada. Ini memberikan permukaan yang bersih untuk pengelasan. Panjang gelombang pendek laser solid-state UV unggul pada pemrosesan bahan presisi tinggi, dan sangat efektif dalam menghilangkan berbagai bahan termasuk polimer, bahan organik lainnya, dan tembaga.
Untuk langkah pertama dari proses pengupasan curah, laser Coherent J -5-10. 6μm terbukti menjadi sumber yang ideal. Meskipun berbagai bahan yang berbeda digunakan dalam lapisan isolasi belitan jepit rambut (termasuk poliimida, polieterimida, poliester, poliesterimida, poliamida, polietereterketon, resin epoksi, dan berbagai fluoropolimer), semua bahan ini sangat menyerap panjang gelombang output 10.6μm laser. Selain itu, untuk semua bahan ini, laju penyerapan pada 10,6μm lebih tinggi dari panjang gelombang laser CO2 koheren yang tersedia, seperti 9,4μm dan 10,2μm.
Coherent's J -5-10. Laser 6μm juga memiliki karakteristik praktis yang ideal. Ini adalah laser CO2 yang sepenuhnya tertutup, berdenyut dengan kekuatan rata-rata lebih dari 400W, yang berarti dapat melakukan operasi pengupasan throughput tinggi. Selain itu, paket mandiri dan kompak membuatnya ideal untuk integrasi ke dalam peralatan otomatis.
Untuk langkah kedua, proses pembersihan akhir, Avia LX 355-30-60 Coherent ia menunjukkan kombinasi yang tepat dari parameter output. Ini adalah laser solid-state frekuensi-tripled, dipompa dioda, yang menghasilkan daya rata-rata 30W pada 355nm. Yang paling penting, ini mendukung operasi pada tingkat pengulangan hingga 300kHz dan energi pulsa hingga 500μJ. Ini memungkinkannya untuk melakukan ablasi presisi tinggi pada kecepatan yang diperlukan untuk aplikasi ini.
Avia lx 355-30-60 ia juga dirancang untuk integrasi yang mudah. Dan, ini mengintegrasikan mesin pembersih laser aktif PureUV ™ Coherent untuk operasi hidup yang sangat panjang dan bebas perawatan.
Laboratorium aplikasi yang koheren menyelidiki banyak proses yang berbeda sebelum menyelesaikan kombinasi dua langkah yang dijelaskan di atas. Berbagai laser diselidiki secara individual dan dalam kombinasi, termasuk laser CO2, laser serat inframerah berdenyut nanosecond, dan laser UV nanosecond. Hasil dari belitan jepit rambut terisolasi yang dirawat dianalisis secara rinci dan begitu sumber laser yang paling menjanjikan diidentifikasi, parameter proses spesifik dioptimalkan.
Sebagai bagian dari pengujian, spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) digunakan untuk menganalisis kimia permukaan untuk mengkarakterisasi dan mengukur kontaminan. Pada tahap inilah koheren menemukan bahwa proses pengupasan laser dua langkah (laser CO2 dikombinasikan dengan laser UV) adalah cara paling efektif untuk menghilangkan semua residu dari permukaan tembaga sebelum pengelasan laser.
Serangkaian foto pada Gambar 3 membandingkan berbagai teknik pengupasan menggunakan laser CO2, laser serat inframerah nanosecond (FL), dan laser solid-state UV nanosecond. Di baris atas foto, bahan isolasi adalah poliamida (PA) dan di baris bawah, polyetheretherketone (Peek). Bahkan dengan inspeksi visual saja, dapat dilihat bahwa dalam kedua kasus, kombinasi laser CO2 dan laser UV memberikan hasil terbaik. Ini juga dikonfirmasi oleh uji coba pengelasan yang sebenarnya.
Tentu saja, metrik terpenting adalah kualitas lasan yang diperoleh setelah proses pengupasan isolasi. Gambar 4 menunjukkan serangkaian gambar sinar-X dari belitan jepit rambut setelah pengelasan. Ini menunjukkan bahwa proses dua langkah (CO2 laser + laser UV) pada akhirnya dapat mencapai lasan kualitas yang lebih baik. Proses stripping laser CO2 dua langkah + UV meminimalkan porositas las dengan menghilangkan residu polimer di permukaan sebelum pengelasan. Telah diketahui bahwa residu polimer mengandung hidrogen, karbon, dan elemen organik lainnya, yang dapat memasuki kolam cair ketika cair dan kemudian membentuk pori -pori selama proses pemadatan las, yang dapat mempengaruhi sifat mekanik dan listrik dari lasan.
