王澤鵬 唱通 白正軍

1. 概述

激光焊接在航天航空、汽車工業(yè)、電子封裝、粉末冶金及生物醫(yī)學(xué)等方面有著廣泛的應(yīng)用。電機(jī)作為新能源汽車的核心部件，在其制造領(lǐng)域中，焊接試件要求焊接強(qiáng)度高、熱影響區(qū)小、焊接精密程度高、焊接操作空間角度有限制，與傳統(tǒng)焊接方法相比，激光焊接優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。

2. 激光焊接的特點(diǎn)

激光焊接主要是利用高能量密度激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。

相對(duì)于傳統(tǒng)焊接方法，激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn)：①可將熱入量降到最低，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦最低。②不需使用電極，沒(méi)有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程，機(jī)具的耗損及變形皆可降至最低。③激光束易于聚焦、對(duì)準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引，可放置在離工件適當(dāng)距離，且可在工件周圍的機(jī)具或障礙間再導(dǎo)引，不受空間限制。④工件可放置在封閉的空間（經(jīng)抽真空或內(nèi)部氣體環(huán)境在控制下）；激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件?？珊覆馁|(zhì)種類范圍大，亦可相互接合各種異質(zhì)材料。⑤易于以自動(dòng)化進(jìn)行高速焊接，亦可以數(shù)位或電腦控制。焊接薄材或細(xì)徑線材時(shí)，不會(huì)像電弧焊接易有回熔的困擾；不受磁場(chǎng)所影響，能精確的對(duì)準(zhǔn)焊件。⑥可焊接不同物性（如不同電阻）的兩種金屬。⑦不需真空，亦不需做X射線防護(hù)。⑧若以穿孔式焊接，焊道深寬比可達(dá)12:1。⑨可以切換裝置將激光束傳送至多個(gè)工作站。

3. 激光焊接在新能源汽車電機(jī)制造中的應(yīng)用

（1）電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子沖片焊接 電機(jī)的定子鐵心制作有鉚接、扣片、膠結(jié)、焊接等多種加工工藝, 其中焊接件以質(zhì)量高、成本低而得到廣泛應(yīng)用。焊接件是將定子鐵心以硅鋼片為原料, 經(jīng)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(lái)，成為一個(gè)定子整體(見(jiàn)圖1)。電機(jī)定子焊接工藝的發(fā)展過(guò)程中曾先后采用過(guò)焊條電弧焊、CO2氣體保護(hù)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(jī)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(duì)鎢極氬弧焊來(lái)說(shuō)，不僅生產(chǎn)率有所提高，而且改善了生產(chǎn)環(huán)境的衛(wèi)生安全條件，根除了氬弧焊時(shí)的強(qiáng)弧光和臭氧及其他不良氧化物對(duì)人身的危害。并且還可以采用計(jì)算機(jī)控制雙機(jī)或四機(jī)或單機(jī)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(shù)，焊機(jī)運(yùn)行一次或兩次即可完成，既可以使變形量大幅減少，又節(jié)省了加工時(shí)間。電機(jī)轉(zhuǎn)子的沖片焊接與定子的焊接類似，不同的是轉(zhuǎn)子焊縫在轉(zhuǎn)子內(nèi)圓壁，采用激光焊接的方法也具有上述優(yōu)點(diǎn)（見(jiàn)圖2）。

（2）電機(jī)轉(zhuǎn)子軸和轉(zhuǎn)子軸壓環(huán)的焊接 電機(jī)轉(zhuǎn)子軸與壓環(huán)之前的環(huán)焊縫一般采用CO2氣體保護(hù)焊或者鎢極氬弧焊，焊接所產(chǎn)生的形變量大，并且熱影響區(qū)大，焊接產(chǎn)生的熱量亦會(huì)對(duì)裝配好的電機(jī)機(jī)體內(nèi)的磁鋼產(chǎn)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(qū)金屬受熱影響小。

（3）電機(jī)轉(zhuǎn)子軸與離合器的焊接 電機(jī)轉(zhuǎn)子軸與離合器焊接時(shí)（焊接位置如圖3所示，轉(zhuǎn)子軸與離合器之間的環(huán)焊縫），焊縫熔深達(dá)到4mm以上，如采用CO2氣體保護(hù)焊或者鎢極氬弧焊，雖然熔深可以達(dá)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(duì)工件坡口加工及裝配的精度要求，提高了焊縫成形質(zhì)量；另外，通過(guò)調(diào)節(jié)填絲成分，可以控制焊縫區(qū)域的組織性能。

（4）電機(jī)鋁合金殼體的密封焊接 電機(jī)鋁合金殼體與機(jī)身的連接一般采用鉚釘或者螺栓，這樣就需要在電機(jī)殼體與機(jī)身之間添加墊圈起到密封的作用。這樣方式密封的效果會(huì)隨著墊圈的老化損壞而減弱，對(duì)電機(jī)整體性能產(chǎn)生影響。如果采用無(wú)縫焊接取代鉚接或者螺栓連接的方式，不但能減輕的機(jī)身重量、縮短生產(chǎn)周期，而且可以獲得良好的密封性能。相對(duì)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。

4. 新能源車電機(jī)制造業(yè)應(yīng)用激光焊的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

電機(jī)生產(chǎn)中使用激光焊接方式，提升了焊接接頭的品質(zhì)，增加其穩(wěn)固性，很大程度上降低了因接頭產(chǎn)生事故帶來(lái)的損失，從一個(gè)角度來(lái)講能夠降低生產(chǎn)成本。另外，激光焊從根本上解決了傳統(tǒng)釬焊、焊接過(guò)程中的熱輻射、電磁輻射、弧光對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，具有良好的社會(huì)效益。

5. 激光焊接的發(fā)展趨勢(shì)

為了滿足實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)焊接精度和生產(chǎn)效率的要求，未來(lái)激光焊接技術(shù)將向著焊接系統(tǒng)小型化、集成化、智能化的方向發(fā)展。另外，隨著光纖激光器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，未來(lái)激光焊也將逐步向光纖激光焊過(guò)渡。使用光纖激光器替代YAG激光器，焊接時(shí)精度進(jìn)一步提高，其能量轉(zhuǎn)換率40倍與YAG激光器；同時(shí)由于光纖激光器內(nèi)沒(méi)有可以拆除的光學(xué)器件，因此運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用極低，每年每臺(tái)激光器可以節(jié)約數(shù)千美元的維護(hù)費(fèi)用。

圖 1

圖 2 電機(jī)轉(zhuǎn)子

圖 3

圖 4

6. 結(jié)語(yǔ)

激光焊接技術(shù)的出現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)焊接技術(shù)所無(wú)法應(yīng)用領(lǐng)域的焊接，滿足不同材質(zhì)、金屬與非金屬等多種焊接需求，并且因?yàn)榧す獗旧淼拇┩感院驼凵湫?，使得其能夠依?jù)光速本身的運(yùn)行軌跡，實(shí)現(xiàn)360°范圍內(nèi)的隨意焦，而這無(wú)疑是傳統(tǒng)焊接技術(shù)發(fā)展下所無(wú)法想象的。

隨著激光焊在新能源汽車電機(jī)生產(chǎn)中的應(yīng)用，電機(jī)的性能及壽命也會(huì)隨之提升，而電機(jī)技術(shù)的突破又會(huì)為新能源汽車的不斷發(fā)展提供更好的支持，也將帶來(lái)更多的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳彥賓．現(xiàn)代激光焊接技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社, 2005．

[2]劉必利，謝頌京，姚建華．激光焊接技術(shù)應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)[J]．激光與光電子學(xué)進(jìn)展， 2005，42(9)： 43-46.