यूवी सॉलिड-स्टेट लेज़रों के साथ संयुक्त सीओटी लेज़र्स इलेक्ट्रिक वाहन मोटर वेल्डिंग को नई ऊंचाइयों पर ले जाते हैं

यूवी सॉलिड-स्टेट लेज़रों के साथ संयुक्त सीओटी लेज़र्स इलेक्ट्रिक वाहन मोटर वेल्डिंग को नई ऊंचाइयों पर ले जाते हैं

इलेक्ट्रिक वाहन निर्माता संचालन का अनुकूलन करने, लागत में कटौती करने और उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए दबाव बढ़ रहे हैं। ये प्रयास इलेक्ट्रिक वाहन बाजार हिस्सेदारी के आवश्यक विस्तार के लिए महत्वपूर्ण हैं, विशेष रूप से एक उच्च-मात्रा वाले बाजार में जो कि स्वामित्व की कुल लागत (TCO) के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है और जहां ईंधन-संचालित वाहन अभी भी प्रचलित हैं।

इलेक्ट्रिक वाहन मोटर उत्पादन को अनुकूलित करने के लिए प्रमुख अवसरों में से एक हेयरपिन वाइंडिंग की वेल्डिंग है, एक प्रक्रिया जो मोटर विश्वसनीयता और प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है। यांत्रिक इन्सुलेशन स्ट्रिपिंग के पारंपरिक तरीके अक्सर कम हो जाते हैं, जिससे सतह की क्षति, उपकरण पहनने और उत्पादन में देरी जैसी अक्षमताओं को संसाधित करने और प्रक्रिया विश्वसनीयता को प्रभावित करने में देरी होती है।

लेजर स्ट्रिपिंग और क्लीनिंग एक परिवर्तनकारी विकल्प प्रदान करता है जो कम समग्र लागत पर बेहतर परिणाम प्राप्त करते हुए यांत्रिक स्ट्रिपिंग की सीमाओं को पार करता है। यह लेख सुसंगत की अभिनव दो-चरण प्रक्रिया का वर्णन करता है जो CO2 लेज़रों को अल्ट्रावॉयलेट (UV) लेज़रों के साथ स्वच्छ, वेल्ड-तैयार हेयरपिन वाइंडिंग का उत्पादन करने के लिए जोड़ती है। प्रस्तुत आंकड़ों से पता चलता है कि यह विधि इलेक्ट्रिक वाहन निर्माताओं के लिए उच्च गुणवत्ता वाले हेयरपिन मोटर वेल्ड्स को प्राप्त करने के लिए एक नया, लागत प्रभावी तरीका प्रदान करती है।

इलेक्ट्रिक वाहन मोटर्स में वाइंडिंग आमतौर पर एक तांबे के तार से बनाई जाती है। ये तांबे के तारों को "यू" आकार (इसलिए नाम "हेयरपिन वाइंडिंग") में मुड़ा हुआ है और फिर एक विधानसभा में रखा गया है। इसके बाद, आसन्न हेयरपिन वाइंडिंग के सिरों को एक विद्युत कनेक्शन प्राप्त करने और एक एकल निरंतर घुमावदार बनाने के लिए एक साथ वेल्डेड करने की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, कुछ वैकल्पिक डिजाइन एक निरंतर फ्लैट तार का उपयोग करते हैं जो एक लहराती पैटर्न (एक लहर घुमावदार या एस-आकार की वाइंडिंग कहा जाता है) में बनता है और फिर वेल्डिंग से पहले स्टेटर स्लॉट्स में डाला जाता है।

सभी इलेक्ट्रिक मोटर्स में इन्सुलेशन के साथ वाइंडिंग होती है। हेयरपिन वाइंडिंग मोटर्स में, इन्सुलेशन को अपने कॉम्पैक्ट डिजाइन और उच्च वोल्टेज आवश्यकताओं को आम तौर पर इलेक्ट्रिक वाहनों में आवश्यक उच्च वोल्टेज आवश्यकताओं को समायोजित करने के लिए मोटा और मजबूत होना चाहिए।

वेल्डिंग से पहले, प्रत्येक हेयरपिन घुमावदार के दोनों सिरों से इन्सुलेशन की एक छोटी मात्रा को हटा दिया जाना चाहिए। उच्च गुणवत्ता वाले विद्युत और यांत्रिक संबंध सुनिश्चित करने के लिए यह महत्वपूर्ण है।

परंपरागत रूप से, यह कार्य मुख्य रूप से यांत्रिक तरीकों का उपयोग करके पूरा किया गया है, लेकिन इन्फ्रारेड (1μM) स्पंदित लेज़रों का उपयोग करके एकल-चरण लेजर प्रक्रियाएं भी हैं। मैकेनिकल स्ट्रिपिंग में इन्सुलेशन को बंद करने के लिए तार की सतह से सीधे संपर्क करने के लिए एक कटिंग टूल का उपयोग करना शामिल है। जबकि ये विधियाँ कई वर्षों से मानक अभ्यास हैं, वे इलेक्ट्रिक वाहनों के तेजी से पुस्तक उत्पादन में महत्वपूर्ण चुनौतियां पेश करते हैं।

उदाहरण के लिए, यांत्रिक स्ट्रिपिंग के लिए आवश्यक भौतिक संपर्क हेयरपिन घुमावदार से तांबे की एक परत को खुरच सकता है, एक बनावट वाली सतह को छोड़ सकता है जो वाइंडिंग और घटक फिटमेंट मुद्दों के बीच अंतराल का कारण बन सकता है, वेल्ड की अखंडता और स्थिरता से समझौता कर सकता है। इसके अलावा, यांत्रिक उपकरण पहन सकते हैं, जिससे असंगत प्रक्रियाएं, लगातार रखरखाव, अनियोजित डाउनटाइम और संभावित उत्पादन रुकावट हो सकती हैं। इन मुद्दों को प्रक्रिया की धीमी गति से बढ़ा दिया जाता है, जिससे बड़े पैमाने पर इलेक्ट्रिक वाहन उत्पादन की उच्च-मात्रा उत्पादन की जरूरतों को पूरा करना मुश्किल हो जाता है।

लेज़रों का उपयोग सामग्री हटाने की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए किया जा सकता है, जिसमें इन्सुलेशन स्ट्रिपिंग भी शामिल है। इन्सुलेशन स्ट्रिपिंग एप्लिकेशन में, लेजर स्ट्रिपिंग निम्नलिखित लाभ प्रदान करता है:

• बेहतर वेल्ड गुणवत्ता: तांबे के तार को नुकसान पहुंचाए बिना इन्सुलेशन को पूरी तरह से हटाते हुए इष्टतम वेल्ड गुणवत्ता के लिए एक साफ सतह सुनिश्चित करता है।
• रखरखाव और उपकरण डाउनटाइम कम करें:कोई टूल वियर और मशीन जाम की कोई संभावना समाप्त हो जाती है, जो एक निर्बाध उत्पादन प्रक्रिया को सुनिश्चित करती है।
• उत्पादन उत्पादन में वृद्धि:तार को खिलाते समय निरंतर स्ट्रिपिंग उत्पादन दक्षता में सुधार करती है।
• बढ़ी हुई स्थिरता:कोई पहनने या संपर्क नहीं होने के साथ, लेजर मशीनिंग एक स्थिर और दोहराने योग्य प्रक्रिया है।

जाहिर है, लेजर मशीनिंग से प्रक्रिया में सुधार हो सकता है। लेकिन असली सवाल यह है, "कौन सा लेजर सबसे अच्छा उपयोग करना है?" दूसरे शब्दों में, इस प्रक्रिया को करने के लिए कई संभावित लेजर स्रोतों और कार्यान्वयन का उपयोग किया जा सकता है, जो उच्च-मात्रा ईवी मोटर उत्पादन अनुप्रयोगों के लिए उच्च गुणवत्ता, उच्च गति और कम लागत का सबसे अच्छा संतुलन प्रदान करता है?

औद्योगिक लेज़रों के एक व्यापक पोर्टफोलियो के साथ, सुसंगत एक तकनीक के लिए किसी भी तकनीक के लिए किसी भी अंतर्निहित वरीयता के बिना विभिन्न प्रकार के लेज़रों का उपयोग करके इस एप्लिकेशन की निष्पक्ष रूप से जांच करने में सक्षम था।

वास्तव में, एक लेजर खोजने के बजाय जो हेयरपिन स्ट्रिपिंग इन्सुलेशन के लिए सबसे अच्छा था, सुसंगत ने अनुकूलित स्ट्रिपिंग परिणाम प्राप्त करने के लिए एक दोहरी-लेजर प्रक्रिया विकसित की। यह दृष्टिकोण ग्राहकों को सबसे अच्छी प्री-वेल्ड सतह की गुणवत्ता प्रदान करता है जो आज सबसे अधिक लागत प्रभावी तरीके से उपलब्ध है। दोहरे लेजर प्रक्रिया की जांच के लिए प्राथमिक प्रेरणा एकल-चरण लेजर स्ट्रिपिंग प्रक्रिया के साथ मुद्दों को दूर करना था।

सिंगल-स्टेप लेजर स्ट्रिपिंग कोटिंग अवशोषण और अंतर्निहित तांबे के अवशोषण के बीच एक समझौता है। 1μm के पास फाइबर लेजर के अवरक्त तरंग दैर्ध्य को कोटिंग द्वारा आसानी से अवशोषित नहीं किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप इंटरफ़ेस में गर्मी उत्पादन होता है, कोटिंग फ्लेकिंग और एयरबोर्न कणों का गठन होता है। ये कण घटना लेजर बीम के साथ हस्तक्षेप करते हैं, जो हेयरपिन वाइंडिंग की स्वच्छता को प्रभावित करते हैं, और सिस्टम में घुसपैठ कर सकते हैं, जिससे सफाई के लिए लगातार डाउनटाइम होता है। इसके अलावा, फाइबर लेजर के मर्मज्ञ इन्फ्रारेड बीम पूरी तरह से तांबे की सतह से बहुलक अवशेषों को नहीं हटा सकते हैं। यह तांबे के तार की सतह को पिघला सकता है और तांबे की सतह को हाइड्रोजन और कार्बन जैसे बहुलक घटकों को इन्सुलेट करने के लिए उजागर कर सकता है। यह तांबे की सतह को दूषित करता है, जो बदले में बाद की वेल्ड गुणवत्ता को प्रभावित करता है।

सुसंगत के दोहरे लेजर आधारित हेयरपिन वाइंडिंग तैयारी दो-चरण प्रक्रिया में शामिल हैं:

एक मध्यम-शक्ति CO2 लेजर का उपयोग इन्सुलेशन परत के बहुमत को जल्दी से हटाने के लिए किया जाता है। इस प्रकार का लेजर उच्च-थ्रूपुट गैर-धातु सामग्री हटाने के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है।

एक स्पंदित कम-शक्ति वाले नैनोसेकंड यूवी ठोस-राज्य लेजर का उपयोग तब मौजूद किसी भी इंसुलेटिंग अवशेषों को हटाने के लिए किया जाता है। यह वेल्डिंग के लिए एक साफ सतह प्रदान करता है। यूवी ठोस-राज्य लेजर की छोटी तरंग दैर्ध्य उच्च परिशुद्धता सामग्री प्रसंस्करण में उत्कृष्टता प्राप्त करती है, और विशेष रूप से पॉलिमर, अन्य कार्बनिक पदार्थों और तांबे सहित विभिन्न प्रकार की सामग्रियों को हटाने में प्रभावी है।

थोक स्ट्रिपिंग प्रक्रिया के पहले चरण के लिए, सुसंगत J -5-10। 6μM लेजर एक आदर्श स्रोत साबित हुआ। यद्यपि विभिन्न प्रकार की विभिन्न सामग्रियों का उपयोग हेयरपिन घुमावदार इन्सुलेशन परत में किया जाता है (पॉलीमाइड, पॉलीइथरिमाइड, पॉलिएस्टर, पॉलिसेरेमाइड, पॉलीमाइड, पॉलीथरिटेटोन, एपॉक्सी राल और विभिन्न फ्लोरोपॉलेमर सहित), ये सभी सामग्री लेजर के 10.6μM आउटपुट तरंगदंग को दृढ़ता से अवशोषित करती हैं। इसके अलावा, इन सभी सामग्रियों के लिए, 10.6μm पर अवशोषण दर सुसंगत के अन्य उपलब्ध CO2 लेजर तरंग दैर्ध्य की तुलना में अधिक है, जैसे कि 9.4μm और 10.2μm।

सुसंगत j -5-10। 6μM लेजर में भी आदर्श व्यावहारिक विशेषताएं हैं। यह 400W से अधिक की औसत शक्ति के साथ एक पूरी तरह से सील, स्पंदित CO2 लेजर है, जिसका अर्थ है कि यह उच्च-थ्रूपुट स्ट्रिपिंग ऑपरेशन कर सकता है। इसके अतिरिक्त, इसका स्व-निहित और कॉम्पैक्ट पैकेज इसे स्वचालित उपकरणों में एकीकरण के लिए आदर्श बनाता है।

दूसरे चरण के लिए, अंतिम सफाई प्रक्रिया, सुसंगत AVIA LX 355-30-60 उन्होंने आउटपुट मापदंडों के सही संयोजन का प्रदर्शन किया। यह एक आवृत्ति-ट्रिपल, डायोड-पंप, ठोस-राज्य लेजर है जो 355nm पर औसत शक्ति के 30W को आउटपुट करता है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि यह 300kHz तक पुनरावृत्ति दरों पर ऑपरेशन का समर्थन करता है और 500μJ तक पल्स ऊर्जा। यह इसे इस एप्लिकेशन के लिए आवश्यक गति पर उच्च-सटीकता अभिकर्मक करने में सक्षम बनाता है।

Avia lx 355-30-60 वह आसान एकीकरण के लिए भी डिज़ाइन किया गया है। और, यह असाधारण लंबे जीवन और रखरखाव-मुक्त संचालन के लिए सुसंगत Puruv ™ सक्रिय लेजर क्लीनिंग इंजन को एकीकृत करता है।

सुसंगत एप्लिकेशन लैब ने ऊपर वर्णित दो-चरण संयोजन पर बसने से पहले कई अलग-अलग प्रक्रियाओं की जांच की। विभिन्न लेज़रों की व्यक्तिगत रूप से और संयोजन में CO2 लेजर, नैनोसेकंड स्पंदित इन्फ्रारेड फाइबर लेजर, और नैनोसेकंड यूवी लेजर शामिल थे। इलाज किए गए अछूता हेयरपिन वाइंडिंग के परिणामों का विस्तार से विश्लेषण किया गया था और एक बार जब सबसे होनहार लेजर स्रोतों की पहचान की गई थी, तो विशिष्ट प्रक्रिया मापदंडों को अनुकूलित किया गया था।

परीक्षण के हिस्से के रूप में, एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) का उपयोग सतह रसायन विज्ञान का विश्लेषण करने के लिए किया गया था ताकि दूषित पदार्थों को चिह्नित और मात्रा निर्धारित किया जा सके। यह इस स्तर पर था कि सुसंगत ने पाया कि एक दो-चरणीय लेजर स्ट्रिपिंग प्रक्रिया (यूवी लेजर के साथ संयुक्त CO2 लेजर) लेजर वेल्डिंग से पहले तांबे की सतह से सभी अवशेषों को हटाने का सबसे प्रभावी तरीका था।

चित्र 3 में तस्वीरों की श्रृंखला CO2 लेज़रों, नैनोसेकंड इन्फ्रारेड फाइबर (FL) लेज़रों, और नैनोसेकंड यूवी ठोस-राज्य लेजर का उपयोग करके विभिन्न स्ट्रिपिंग तकनीकों की तुलना करती है। तस्वीरों की ऊपरी पंक्ति में, इन्सुलेशन सामग्री पॉलीमाइड (पीए) और निचली पंक्ति में, पॉलीथरथेटोन (पीक) है। यहां तक कि दृश्य निरीक्षण द्वारा, यह देखा जा सकता है कि दोनों मामलों में, CO2 लेजर और यूवी लेजर के संयोजन ने सबसे अच्छा परिणाम दिया। यह वास्तविक वेल्डिंग परीक्षणों द्वारा भी पुष्टि की गई थी।

बेशक, सबसे महत्वपूर्ण मीट्रिक इन्सुलेशन स्ट्रिपिंग प्रक्रिया के बाद प्राप्त वेल्ड गुणवत्ता है। चित्रा 4 वेल्डिंग के बाद हेयरपिन वाइंडिंग की एक्स-रे छवियों की एक श्रृंखला दिखाता है। यह इंगित करता है कि दो-चरण (CO2 लेजर + UV लेजर) प्रक्रिया अंततः बेहतर गुणवत्ता वाले वेल्ड्स को प्राप्त कर सकती है। दो-चरण CO2 लेजर + UV लेजर स्ट्रिपिंग प्रक्रिया वेल्डिंग से पहले सतह पर बहुलक अवशेषों को हटाकर वेल्ड पोरसिटी को कम करती है। यह सर्वविदित है कि बहुलक अवशेषों में हाइड्रोजन, कार्बन और अन्य कार्बनिक तत्व होते हैं, जो तरल होने पर पिघले हुए पूल में प्रवेश कर सकते हैं और फिर वेल्ड जमने की प्रक्रिया के दौरान छिद्र बनाते हैं, जो वेल्ड के यांत्रिक और विद्युत गुणों को प्रभावित कर सकते हैं।