汽車電機激光焊接機的經濟和社會效益

發布時間：2016-04-22 | 來源：星鴻藝激光焊接運營部 | 分享：

   激光是一種能量極其集中的能源，在電子工業上的光刻技術、軍事上的激光瞄準、信息技術上的激光掃描，這些都是小能量激光的應用。在機械加工上，激光打孔、激光熱處理和激光焊接機則需要大能量的激光源。利用激光這個能量高度集中的能源，加之自動化的焊接輔助設備構成的激光焊，是更高效、更優質的熔焊技術。
   根據實際作用在工件上的功率密度，激光焊可分為熱傳導焊  (功率密度小于l05W／crn2)和深熔焊(功率密度大于或等于10s Wlcrn2)。
    (1)熱傳導焊  熱傳導焊時，激光將金屬表面加熱到熔點與沸點之間，金屬材料表面將所吸收的激光能轉變為熱能，使金屬表面溫度升高而熔化，然后通過熱傳導方式把熱能傳向金屬內部，使熔化區逐漸擴大，凝固后形成焊點或焊縫，其熔深輪廓近似為半球形。
    熱傳導焊的特點是激光光斑的功率密度小，很大一部分光被金屬表面所反射，光的吸收率較低，焊接熔深淺，焊接速度慢。熱傳導焊主要用于薄(厚度小于1mm)、小工件的焊接加工。
    (2)深熔焊  深熔焊時，當激光光斑上的功率密度足夠大，金屬表面在激光束作用下，溫度迅速上升到沸點，金屬迅速蒸發形成的蒸氣壓力、反沖力等能克服熔融金屬的表面張力以及液體的靜壓力等而形成小孔，激光束可直接深入材料內部，  因而能形成深寬比大的焊縫。

1.激光焊接機在制造中的應用
　　（1）電機定子和轉子沖片焊接電機的定子鐵心制作有鉚接、扣片、膠結、焊接等多種加工工藝，其中焊接件以質量高、成本低而得到廣泛應用。焊接件是將定子鐵心以硅鋼片為原料，經剪切、沖制等加工工藝后，再將疊片緊固疊壓，疊裝好的定子外壁上按一定距離縱向焊接幾條焊縫，使每片硅鋼片表面層互相熔接起來，成為一個定子整體(見圖1)。電機定子焊接工藝的發展過程中曾先后采用過焊條電弧焊、CO2氣體保護焊、氬弧焊、激光焊等。從焊接工藝性看，后兩種焊接方法比較理想，而前兩種工藝方法明顯存在成形差和飛濺大的不足。電機定子疊片材料一般采用冷軋或熱軋硅鋼片，其焊接性良好，如采用激光焊接，相對鎢極氬弧焊來說，不僅生產率有所提高，而且改善了生產環境的衛生安全條件，根除了氬弧焊時的強弧光和臭氧及其他不良氧化物對人身的危害。并且還可以采用計算機控制雙機或四機或單機多頭輸出激光束，分置于定子外圓壁周圍，這樣定子緊定所需的焊縫數，焊機運行一次或兩次即可完成，既可以使變形量大幅減少，又節省了加工時間。電機轉子的沖片焊接與定子的焊接類似，不同的是轉子焊縫在轉子內圓壁，采用激光焊接的方法也具有上述優點（見圖）。
 
　       　圖1
 
         圖2

　（2）電機轉子軸和轉子軸壓環的焊接電機轉子軸與壓環之前的環焊縫一般采用CO2氣體保護焊或者鎢極氬弧焊，焊接所產生的形變量大，并且熱影響區大，焊接產生的熱量亦會對裝配好的電機機體內的磁鋼產生影響。采用激光焊接的方式，能量集中、密度高、加熱效率高、速度快，因此母材的變形小，非熔化區金屬受熱影響小。
　（3）電機轉子軸與離合器的焊接電機轉子軸與離合器焊接時，焊縫熔深達到4mm以上，如采用CO2氣體保護焊或者鎢極氬弧焊，雖然熔深可以達到要求，但變形量很難控制。采用小功率填絲激光焊接的方法可以降低對工件坡口加工及裝配的精度要求，提高了焊縫成形質量；另外，通過調節填絲成分，可以控制焊縫區域的組織性能。
　（4）電機鋁合金殼體的密封焊接電機鋁合金殼體與機身的連接一般采用鉚釘或者螺栓，這樣就需要在電機殼體與機身之間添加墊圈起到密封的作用。這樣方式密封的效果會隨著墊圈的老化損壞而減弱，對電機整體性能產生影響。如果采用無縫焊接取代鉚接或者螺栓連接的方式，不但能減輕的機身重量、縮短生產周期，而且可以獲得良好的密封性能。相對于其他材料，鋁合金的焊接性差，一般采用鎢極氬弧焊或激光焊。

2.新能源車電機制造業應用激光焊的經濟和社會效益
　　電機生產中使用激光焊接方式，提升了焊接接頭的品質，增加其穩固性，很大程度上降低了因接頭產生事故帶來的損失，從一個角度來講能夠降低生產成本。另外，激光焊從根本上解決了傳統釬焊、焊接過程中的熱輻射、電磁輻射、弧光對環境的污染問題，具有良好的社會效益。
3.激光焊接的發展趨勢
　　為了滿足實際工業生產中對焊接精度和生產效率的要求，未來激光焊接技術將向著焊接系統小型化、集成化、智能化的方向發展。另外，隨著光纖激光器的開發和應用，未來激光焊也將逐步向光纖激光焊過渡。使用光纖激光器替代YAG激光器，焊接時精度進一步提高，其能量轉換率40倍與YAG激光器；同時由于光纖激光器內沒有可以拆除的光學器件，因此運行維護費用極低，每年每臺激光器可以節約數千美元的維護費用。
   隨著激光焊在新能源汽車電機生產中的應用，電機的性能及壽命也會隨之提升，而電機技術的突破又會為新能源汽車的不斷發展提供更好的支持，也將帶來更多的社會及經濟效益。

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