CN111774728A - 定子铜线焊接方法及控制器、激光加工机和可读程序载体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于焊接电动机的定子铜线的方法，所述方法至少包括以下步骤：在第一铜线端部(1)和第二铜线端部(2)处于准备焊接的待焊接状态下，使激光束以位置不变的光斑(4)照射第一铜线端部(1)和第二铜线端部(2)的待焊部位，以将第一铜线端部(1)和第二铜线端部(2)焊接在一起。还公开了一种相应的用于激光加工机的控制器、一种相应的激光加工机和一种相应的非易失性计算机可读程序载体。根据本发明，可以显著提高工艺窗口稳定性与焊接质量。

Description

定子铜线焊接方法及控制器、激光加工机和可读程序载体
技术领域
本发明涉及一种用于焊接电动机的定子铜线的方法、一种用于激光加工机的控制器、一种激光加工机和一种非易失性计算机可读程序载体。
背景技术
激光焊接是一种以聚焦的激光束照射焊件产生热量来对焊件进行焊接的方法。由于激光具有折射、聚焦等光学性质，使得激光焊接非常适合于微型零件和可达性很差的部位的焊接。激光焊接还具有热输入低，焊接变形小，不受电磁场影响等特点。
在电动机制造领域，定子铜线通常使用激光焊接。目前，所采用的是光束摆动的激光焊接方法。
然而，这种光束摆动的激光焊接方法存在飞溅较大、会形成气孔、相应的光学器件较为复杂等诸多不足。
为此，迫切需要对定子铜线的现有的激光焊接方法进行改进。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改进的用于焊接电动机的定子铜线的方法、一种相应的用于激光加工机的控制器、一种相应的激光加工机和一种相应的非易失性计算机可读程序载体。
根据本发明的第一个方面，提供了一种用于焊接电动机的定子铜线的方法，所述方法至少包括以下步骤：在第一铜线端部和第二铜线端部处于准备焊接的待焊接状态下，使激光束以位置不变的光斑照射第一铜线端部和第二铜线端部的待焊部位，以将第一铜线端部和第二铜线端部焊接在一起。
根据本发明的一个可选实施例，第一铜线端部和第二铜线端部具有大致矩形的横截面，在待焊接状态下，第一铜线端部的短边与第二铜线端部的短边对正地布置并被随后焊接在一起；和/或通过使用扫描焊接头或固态焊接头进行焊接。
根据本发明的一个可选实施例，通过热传导焊接工艺进行焊接；或通过深熔焊焊接工艺进行焊接。
根据本发明的一个可选实施例，当使用近红外激光进行焊接时，形成一个蒸气通道；或使用绿色激光以热传导焊接工艺进行焊接。
根据本发明的一个可选实施例，在焊接过程中，通过控制照射到待焊部位的激光功率来降低飞溅和/或气孔的形成；和/或基于第一铜线端部和/或第二铜线端部的尺寸控制光斑的大小。
根据本发明的一个可选实施例，激光功率随着时间而降低；和/或将光斑的大小控制为不超过第一铜线端部的横截面的短边和第二铜线端部的横截面的短边中的较小者。
根据本发明的一个可选实施例，激光功率至少以两个不同的梯度等级下降。
根据本发明的一个可选实施例，激光功率以第一下降速率下降，然后以比第一下降速率更快的第二下降速率下降。
根据本发明的第二个方面，提供了一种用于激光加工机的控制器，其中，所述控制器被配置成用于执行上述方法。
根据本发明的第三个方面，提供了一种激光加工机，其中，所述激光加工机包括：激光束产生器、激光焊接头以及所述控制器。
根据本发明的第四个方面，提供了一种非易失性计算机可读程序载体，其中，所述非易失性计算机可读程序载体存储有程序指令，所述程序指令在运行时用于执行上述方法。
根据本发明，可以显著提高工艺窗口稳定性(焦点位置范围)与焊接质量(尤其是飞溅和气孔较少)。对于焊接质量来说，实验证明具有高的抗拉强度。对于工艺窗口稳定性来说，在不同的焦点位置与表面质量时，也能获得良好的焊接质量，从而具有大的工艺窗口。
附图说明
下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：
图1以俯视图的形式示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施例的两根待焊接的定子铜线的端部在焊接时的状态。
图2示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施例的激光功率随着时间的变化。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。
图1以俯视图的形式示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施例的两根待焊接的定子铜线的端部在焊接时的状态。
如图1所示，第一定子铜线端部1和第二定子铜线端部2大致成矩形形状，它们在焊接时相应的边、优选短边彼此对正布置。图1中的虚线表示短边之间的界线3，圆点表示激光束的光斑4，其优选处于界线3的居中位置。
根据本发明，在激光焊接时，激光束的光斑4不在工件表面上、即不在第一定子铜线端部1和第二定子铜线端部2上移动，而是就位置而言静态地在工件表面、例如界限3上照射。换言之，在焊接过程中，激光束的光斑4不发生移动。显然，激光束的光斑4本身特性的改变、例如大小的改变不属于光斑4的移动。
此外，根据本发明的一个示例性实施例，铜线端部通过热传导进行焊接。在这种情况下，由于不是通过激光束的摆动在对接的工件表面上进行焊接，因此，匙孔的产生与否并不重要。
而且，对于本领域的技术人员来说，考虑到定子铜线的铜线结构的特点，使激光束如图1所示地向界线3处照射而向此处产生一维热导是非常有利的。
如上所述，本发明的静态聚焦焊接主要通过热传导进行，因此匙孔较弱地形成或无匙孔形成，这样，也会减少在焊接过程中产生的飞溅和/或形成的气孔，从而提高了焊接质量。当然，也可使用深熔焊。
根据本发明的一个示例性实施例，在焊接过程中，使激光功率随着照射时间而减弱。换言之，照射在定子铜线端部上的激光束强度随着照射时间而减弱。随着照射时间，熔池逐渐扩大，如果此时降低功率，可控制熔池的变化、尤其是防止其继续扩大，进而可避免由于匙孔波动形成的飞溅和/或防止气孔随着熔池的扩大而增加。
因此，通过控制激光功率可以减低飞溅和/或气孔的形成，这在带有蒸气通道的匙孔焊接时尤其有利。
根据本发明的一个示例性实施例，使激光功率以至少两种不同的下降速率(梯度)降低。
图2示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施例的激光功率P随着时间t的变化。
如图2所示，在焊接过程中，激光照射的总时长为t2，激光功率P的起始值为第一功率P1。在第一时段0-t1内，激光功率P从第一功率P1以第一下降速率降到第二功率P2，然后在第二时段t1-t2内，激光功率P从第二功率P2以比第一下降速率大的第二下降速率下降到第三功率P3。
图2示出了两级下降，每级的下降都是线性的，但对于本领域的技术人员来说，激光功率的下降方式并不局限于此，而是可以根据实际情况采用任何合适的方式，例如可以根据待焊接的工件的具体材质通过实验确定合适的下降方式。例如，可采用更多级的下降方式。
当然，原则上，也可在焊接过程中不对激光功率进行控制。
对于本领域的技术人员来说，本发明控制激光功率的主要目的是控制激光束最终在工件上产生的焊接热量、进而控制焊接过程。显然，也可通过其它方式控制激光束在工件上产生的焊接热量，例如通过改变激光束的焦点位置或者激光束的直径，从而也可控制激光束最终在工件上产生的焊接热量。在这种情况下，如上所述，虽然激光束本身可能发生了改变、例如光斑大小发生了变化，但其在工件上的位置并没有发生改变。
根据本发明的一个示例性实施例，为了尽可能最好地贴合两个需要进行焊接的对接表面，可以选择激光束的形式和/或焦点大小。显然，激光束的光斑4大小、即图1中的圆点大小必须小于对接表面的相应的边，即图1中的定子铜线端部的短边。
根据本发明的一个示例性实施例，在使用近红外激光进行焊接时，形成一个蒸气通道，以提高吸收率、工艺效率和工艺稳定性。
根据本发明的一个示例性实施例，在使用较短波长的激光、例如绿色激光焊接时，可采用热传导焊接工艺进行焊接。
本发明的工艺方法既可以通过扫描焊接头实施，也可通过固态焊接头实施。因此，本发明的方法可以很方便地在现有的激光焊接机上实施。
本发明还提供了一种用于实施这种激光焊接方法的控制器和包括这种控制器的激光加工机。这种激光焊接方法也可以以程序指令的方式存储在非易失性计算机可读程序载体上来控制激光焊接机的操作。
根据本发明，可以显著提高工艺窗口稳定性(焦点位置范围)与焊接质量(尤其是飞溅和气孔较少)。对于焊接质量来说，实验证明具有高的抗拉强度。对于工艺窗口稳定性来说，在不同的焦点位置与表面质量时，也能获得良好的焊接质量，从而具有大的工艺窗口。
尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。

Claims (11)

1.一种用于焊接电动机的定子铜线的方法，所述方法至少包括以下步骤：
在第一铜线端部(1)和第二铜线端部(2)处于准备焊接的待焊接状态下，使激光束以位置不变的光斑(4)照射第一铜线端部(1)和第二铜线端部(2)的待焊部位，以将第一铜线端部(1)和第二铜线端部(2)焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
第一铜线端部(1)和第二铜线端部(2)具有大致矩形的横截面，在待焊接状态下，第一铜线端部(1)的短边与第二铜线端部(2)的短边对正地布置并被随后焊接在一起；和/或
通过使用扫描焊接头或固态焊接头进行焊接。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，
通过热传导焊接工艺进行焊接；或
通过深熔焊焊接工艺进行焊接。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，
当使用近红外激光进行焊接时，形成一个蒸气通道；或
使用绿色激光以热传导焊接工艺进行焊接。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其中，
在焊接过程中，通过控制照射到待焊部位的激光功率来降低飞溅和/或气孔的形成；和/或
基于第一铜线端部(1)和/或第二铜线端部(2)的尺寸控制光斑(4)的大小。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，
激光功率随着时间而降低；和/或
将光斑(4)的大小控制为不超过第一铜线端部(1)的横截面的短边和第二铜线端部(2)的横截面的短边中的较小者。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，
激光功率至少以两个不同的梯度等级下降。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，
激光功率以第一下降速率下降，然后以比第一下降速率更快的第二下降速率下降。
9.一种用于激光加工机的控制器，其中，所述控制器被配置成用于执行根据权利要求1-8中任一所述的方法。
10.一种激光加工机，其中，所述激光加工机包括：激光束产生器、激光焊接头以及根据权利要求9所述的控制器。
11.一种非易失性计算机可读程序载体，其中，所述非易失性计算机可读程序载体存储有程序指令，所述程序指令在运行时用于执行根据权利要求1-8中任一所述的方法。
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