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激光焊接,X-pin量产的「拦路虎」

NE时代新能源  · 公众号  ·  · 2024-04-20 07:00

主要观点总结

本文主要介绍了扁线电机绕组焊接中的X-pin绕组焊接技术及其难点,包括焊接夹持、焊接精度和热影响等问题。文章还介绍了不同企业在X-pin绕组焊接方面的技术突破和应用情况,包括华工激光、博格华纳、豪森和巨力自动化等。同时,文章也提到了X-pin技术在实际应用中的挑战,如绝缘要求和爬电距离等问题。

关键观点总结

关键观点1: X-pin绕组焊接技术的介绍与难点

X-pin绕组焊接技术因其独特的结构而具有一些难点,如焊接夹持和焊接精度热影响等。需要高精度的焊接设备和先进的视觉系统来辅助。在焊接过程中要保证不伤到漆皮,同时还要保证足够的焊接强度和拉拔力等可靠性因素。

关键观点2: 不同企业的技术突破和应用情况

华工激光采用高功率小芯径的中心光束进行深熔焊,实现低热影响、低飞溅等稳定焊接。博格华纳则选定低温纳米银合金作为X-Pin的焊接技术。豪森采用柔性化激光焊接架构方案,集成自主开发的先进视觉引导系统,提升焊接可靠性。巨力自动化已完成了X-pin量产关键工艺要素验证,其X-pin样件在焊接过过流面积和拉拔力方面表现优秀。

关键观点3: X-pin技术在实际应用中的挑战

X-pin技术在实际应用中面临一些挑战,如绝缘要求和爬电距离等问题。为了满足高压800V的绝缘要求,需要有足够的爬电距离,同时还要考虑焊接时的热影响,避免烧坏漆膜。


正文



绕组的焊接问题算是影响扁线电机大批量生产的 「拦路虎」 ,而且影响不容小觑。

目前,扁线绕组为保障高质量生产多数都是采用的 光焊接 ,主要在 去漆皮 绕组焊接 中应用激光焊接。

去漆皮方面, 目前多数都是采用的 四头剥漆 ,四个激光头同时进行剥离,可配合自动送料剪裁 自动化生产 ,这部分要保证 能够完全剥离绝缘层 ,无残留,还要配套灵活,可以将分离好的单个扁铜线进行去漆,也可以基于整条铜线进行去漆,这方面 Hair-pin和X-pin的技术区别不大, X-pin用 双面去漆 即可

绕组的激光焊接方面 ,它直接影响着电机的成品率,一般的激光焊接步骤都是先 扫描焊点 ,进行数据处理,然后进行焊接工艺。

基于现在的视觉系统,目前的激光焊接技术已经相对成熟了,有些焊缝过大的坏点都会自动跳过,矫直后进行二次焊接。

电机在组装过程中无法避免有间隙,单单去漆皮环节,间隙就达到 0.4mm, 治具加紧能减小一点,夹紧力过大也会伤到铜线,因此还是要靠激光工艺来兼容掉铜线之间的间隙。

X-pin 之所以被外界说的那么好 ,是因为其端部高度可以达到波绕一样的端部高度,但是它的可制造性又可以达到 Hair-pin 的可制造性,所以说它概念上是最好的。

但是难点也不少, 焊接的夹持 就是个问题, Hair-pin绕组焊接的时候是把前面的直线段抱夹,四面都可以夹住的,比较好操作。

X-pin的装夹是没有办法去抱夹的,因为两侧是斜面,只能从镜向夹面,这样操作空间就会非常小, 对工装设计要求非常高,还要考虑 整体夹持的方案。

其次,Hair-pin扁线的焊接通常是 将铜杆融化形成焊点 ,X-pin则要复杂的多,X-pin也是因为其焊点处两根铜线搭接呈“X”形而得名的,这需要在 铜线搭接处向内形成熔池 ,焊接区域距离绝缘漆皮很近,要保证 不伤到漆皮 ,还要保持足够的 焊接强度 拉拔力 这些可靠性因素。

这种直接斜面搭接就需要精度非常好的焊接设备,还要有先进的视觉系统来辅助,加之目前的扁线电机还要满足高压800V的绝缘要求,要想X-pin能够落地应用,绝缘的要求是必须要达到的,这就需要扁线绕组上要10-12个毫米的爬电距离,所以要考虑焊接时候的热影响,不能把漆膜烧坏。

X-pin绕组焊接和Hair-pin 绕组焊接

常规的Hair-pin绕组激光焊接的过程中遇到的问题也是很多的,比如 漏光、气孔、焊点偏、飞溅、漏焊、烧漆皮、尖角、虚焊、凹坑 等。

虽然X-pin端部不再形成焊球,是向下穿透的,但是问题也不少,需要实现超低热输入的深熔焊,产生稳定的熔池,要 无气孔、无炸焊、无飞溅以及无漆皮烧蚀

当前的电驱市场上 衍生了不少X-Pin技术流派,绕组成型工艺、焊点头部形状、焊点焊接工艺这些也是各有不同。

总结两点X-pin绕组焊接难点,一是 焊接的夹持 ,二是 焊接的精度和热影响 ,而市面上也有不少在X-pin绕组焊接方面有所突破的企业。

华工激光 研发团队是采用的 高功率小芯径的中心光束 ,配合相应的 环光功率 进行深熔焊,从而实现低热影响、低飞溅、无气孔、高强度的稳定焊接,目前已成功进行X-pin小批量试制,焊接效果好,且完全无漆皮烧灼。

熔球焊和深熔焊的加工效果对比

博格华纳 经过无数实验对比,从十几种焊接工艺中,选定了 低温纳米银合金 作为X-Pin的焊接技术,其特点是焊接温度低、浸润性好,导电性好,焊接强度高等,且焊接后不会烫伤漆膜,焊接后拉力可以达到 1000N 以上,完全能够满足X-Pin的焊接要求。

豪森 自主研发的创新X-pin定子高效稳定焊接技术,是采用的 柔性化激光焊接 架构方案,集成自主开发的先进 视觉引导系统 ,焊前视觉引导成功率已达到99.9%,大幅提升焊接可靠性。该技术可确保焊接热量不损伤漆皮,并使焊点在不吹保护气的条件下拉拔力达 300N 以上,冲击振动不断线,且能保证焊点导流面积大于铜线截面积75%以上,有效发挥电机性能

巨力自动化 已完成了X-pin量产关键工艺要素验证,目前已经交付多家OEMs及电机Tier1小批量多平台X-pin样件,其X-pin样件是采用的新型焊接工装配合创新焊接工艺,确保焊接过流面积、拉拔力并防止搭pin短剥漆段漆皮烧伤,其X-pin定子关键参数方面,焊接点的拉拔力超过 500N ,过流面积 超过110%。

联合电子 首批500件 X-Pin样件在太仓工厂下线,其X-Pin的焊接夹具是重新设计的,焊接技术用的是博世的控制系统和传感器技术,结合自主研发的光斑特性化处理和机器视觉技术,能够实时监测焊接位置和焊接质量。针对X-Pin技术爬电距离短可能导致在800V平台应用中出现绝缘失效的问题,联合电子已经解决该问题,其X-Pin电机技术在800V高电压平台中同样可以适用。

-END-







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