随着电气设备对功率密度和空间效率的要求日益严苛,常规圆线漆包线在高电流承载和紧凑型设计场景中逐渐显露局限性,漆包铜扁线凭借其性能优势逐渐成为主流,成为高端电力电子领域的新一代导体解决方案。
1.漆包线应用背景:电力电子的 “神经脉络”
漆包线(Enameled Wire)作为电力传输与信号传递的核心载体,通过表面绝缘漆层实现导体间的电气隔离,广泛应用于传统家电电机、变压器绕组、继电器线圈等场景,满足基础电磁转换需求;在新能源产业中,也被应用于电动汽车驱动电机、光伏逆变器、储能系统等,承担着高功率密度与高效能量传输的使命。
从形状截面来看,漆包线可分为常规圆线漆包线和漆包铜扁线。相较于常规圆线漆包线,漆包铜扁线采用矩形截面紧密排列,槽满率显著提高,大幅提升了空间利用率,有助于实现电机小型化;其扁平结构增大了表面积,优化了散热性能(温升可降低 15%-20%);同时,电流承载能力增强,趋肤效应减弱,在高频工况下的损耗明显减少。
不过,漆包铜扁线在焊接过程中面临着精密与可靠的双重挑战。其主材为紫铜,对红外激光(1064nm)的反射率超过 90%,能量吸收率较低;同时,对热输入控制要求严苛,扁线薄壁(0.5-2mm)易因过热发生变形,需精准选择焊接功率。
在焊接工艺方面,需达到一定的焊接熔深以满足产品强度要求,接触面熔宽通常也需尽可能大,例如某项目中明确要求焊缝面积大于焊接面的 80%,以实现过流量和低电阻;此外,还需解决不伤漆皮、扁线对齐固定、不规则线端配合难度高等问题,这些都是激光技术在漆包铜扁线焊接应用中必须突破的难点。
2.工艺验证:双光束紫铜拼接焊的实践
针对漆包铜扁线的材料特性和应用难点,一直深耕在行业激光解决方案的深圳宝辰鑫激光公司的相关工艺团队基于在扁线电机、锂电池等领域的应用经验,选用实验室的双光束环形光斑激光器、定制振镜系统及定制控制系统开展了可靠的工艺验证。
△焊接方式示意图
此次验证针对客户来样采用拼接焊接方式,要求熔深>2.5mm,焊缝面积大于焊接面的 80%。工艺中,激光光源选用双光束环形光斑,内环功率不超过 2000W,外环功率不超过 4000W,采用螺旋线摆动方式,振镜速度不低于 500mm/s。实际焊接中,由于两条紫铜线材不规整,焊接难度较大;同时,因漆包线存在坡口和弧度,需要精密工装保证材料贴合度,避免漏光损伤焊缝下方的漆皮。
为确保焊接质量,可通过调整焊接头的摆动宽度实现大熔宽,满足焊缝占比面积要求;结合振镜的波形模式,能有效调整焊缝前后的宽度一致性;根据实际情况偏移焊缝轨迹,可提升焊缝外观的美观度。
△振镜波形编辑
经过多次调试验证,最终在激光器功率选择、外光路配置及软件等光学组件中确定了最优方案,实现了良好的焊接效果:焊接外观均匀饱满,未损伤漆皮,焊接熔深达 2.8mm(满足客户>2.5mm 的需求),熔宽 2.74mm。
△焊后外观图&焊后金相图
值得注意的是,若需直接通过激光器控制软件自带的波形编辑功能,可选用相关 P 系列连续光纤激光器,此举可省去振镜控制卡对激光器的信号输入,减少外部干扰,使输出激光功率更稳定。