飞博激光：PAM在新能源Hairpin电机中的焊接应用

随着新能源汽车产业的逐年发展，电动汽车产销量爆发式增长，对高性能电机的需求也越来越大,扁线绕组以其相比圆线绕组具有的独特优势获得了快速发展，成为新能源汽车电机研究与发展的热点方向。

驱动电机是新能源汽车核心部件之一，Hairpin电机，顾名思义，就是“发卡”电机；当驱动电机从传统的圆漆包线结构变成扁铜线结构时，定子绕组的形状也变了，变得像发卡。在制造定子时，先把绕组做成像发卡一样的形状，再穿进定子槽内，从另一端穿出，并将发卡的端部焊接起来。

Hairpin电机以其小尺寸、高槽满率、高功率密度、良好NVH 性能、热传导和散热性能等性能优势，以及耗材成本降低的经济性优势，在新能源汽车中的应用不断增加，预计2025年中国扁线电机渗透率将达70%-80%。（数据来源于网络）

图片来源于网络

现有的焊接方式主要有激光焊或氩弧焊,这两种方法均是通过瞬间高温将铜熔化而形成焊点,从而实现绕组的电气连接。同时也有其他企业采用CMT冷焊或其他焊接方法。

HairPin焊接方式对比

激光焊接的优势：光束能量密度集中、加热效率高、焊接速度快，因此母材的变形小，非熔化区金属受热影响小，焊接强度高，能满足各项电机指标要求。

激光与铜的相互作用

激光与铜材料相互作用大致可以分为三个阶段：第一阶段，材料对激光的吸收率较低，为加热阶段；第二阶段，随着材料的温度升高，对激光的吸收率升高，为材料的熔化阶段；第三阶段，材料的温度继续升高，对激光的吸收率继续升高，达到熔池的建立及扩展效果，这一阶段直接影响着焊缝的宽度及深度，即影响焊接的强度。

扁铜线材料为紫铜，紫铜在激光焊接中属于比较难焊接的材料，在固态下对1μm波长的激光初始吸收率仅为5%，达到熔点之后吸收率瞬间变为15%左右，由于吸收率变高输入熔池的热量也增加，熔池内部反应剧烈，焊接飞溅也随之增加。

Hairpin的焊接难点：1、脆性相 2、气孔

脆性相

气孔

脆性相与气孔这两种焊接缺陷均会导致Hairpin焊后的拉力测试不达标。

减少或避免缺陷产生的方法：

采用小芯经或者点环光斑的激光器，振镜头的聚焦/准直比尽可能小，使得光斑处的能量密度更高，减少焊接缺陷的产生

合理优化焊接的轨迹和激光能量控制，重熔会更易产生脆性相

可适当加入保护气，减少铜焊接过程中的氧化，铜的氧化物及铜中杂质的氧化物大多数是在焊缝中以脆性相的形式存在

HairPin激光焊接要点

对发卡装配要求高，端子必须整齐一致，拼接靠紧，必要时采用裁剪工艺修理整齐

选对合适的光源和振镜光学配比，减少焊接缺陷的产生

控制蘑菇头的尺寸，蘑菇头太大容易造成焊接过程中熔池下淌，蘑菇头太小承载的面积不足，造成拉力测试不达标

采用气刀保护以减少镜片的损耗

采用专用治具，对发卡进行定位

两个pin角之间的间隙不能太大，否则激光会烧蚀掉hairpin下端的绝缘层

PAM系列产品技术特点

激光器两种外部控制模式方便客户应用选择：

① 双路模拟电压分别控制激光器“点”和“环”部分出光功率，可以在工作过程中实时变化功率

② 内部预设“点”“环”能量比例，单路模拟电压控制整体输出功率

激光器型号款式多样，选择灵活：

① 激光器有4kW、6kW、12kW、20kW四个功率段共计9款典型配置激光器
② 激光器的输出模式“点”、“环”和“点-环共生”三种模式

支持EtherCAT总线，低延迟高保真传输

光电分离设计，结构紧凑，安全可靠

自研高效信号合束器和光斑匀化器件，输出能量功率稳定、分布均匀

针对焊接轨迹始末“缓升缓降”处理，解决收尾弧坑问题

可实现不同焊接工艺参数及波形储存，最高可储存256组

飞博PAM激光器Hairpin焊接工艺

中心功率2800W、外环功率1800W，焊接速度250mm/s，焊接轨迹螺旋线，焊缝外观形成圆润的蘑菇头，均匀一致、无虚焊、拉力达到要求的力学性能。

焊接样件

飞博激光PAM激光器应用优势

飞博PAM 4000/2000激光器

飞博激光PAM点环能量可调激光器是专门针对新能源领域研发的新产品，外环能量在焊接时可以对材料表面起到预热的作用，可以增加材料对中心能量的吸收率，从而降低整体焊接功率，减小输入熔池的热量，起到抑制飞溅的作用；同时外环在熔池建立时能形成一个大熔池，可以起到稳定匙孔的作用，有效减少焊接缺陷，提高焊接质量。

因此飞博PAM激光器可解决新能源行业中的白车身、动力电池、电机等焊接伴随熔融金属匙孔不稳定问题，对抑制飞溅、降低气孔率、防止裂纹、提高焊缝表面质量等应用效果显著，可以满足电池、电机生产的工艺要求；采用飞博这款YDFL-4000/2000-PAM点环能量可调激光器，可通过调节激光器的点功率和环功率以及搭配焊接系统中的曲线异化等工艺参数，实现螺旋式实心圆焊缝，使Hairpin焊点形成圆润的蘑菇头，有效增加两个pin脚处的结合强度，提高焊缝质量。