펄스 Nd:YAG레이저를 이용한 전기모터 적층코어의 용접성에 관한 연구

Abstract

현재 모터의 적층코어 고정을 위한 방법으로는 크게 기계적인 방법과 용접에 의한 방법이 채용되고 있다. 그러나 이러한 방법들은 고정치수의 한계나 변형 및 용접불량등과 같은 한계점들을 갖고 있다. 특히 소형·경량화 및 다품종·소량생산이라는 시장의 요구에 대응하기 어렵다는 문제점도 있다.

따라서 시장의 요구를 충족하는 동시에 기존 고정법의 문제점들을 해결하기 위해 레이저의 도입이 검토되고 있다. 특히 레이저의 높은 파워밀도에 의해 적층전의 탈지나 절연피막의 제거 및 후가공등과 같은 전·후처리공정을 생략할 수 있다는 장점도 갖고 있다. 그러나 아직 국내에는 모터제조공정에 레이저의 도입이 전무한 실정이며, 공정상의 후진성을 면치 못하고 있는 실정이다.

이에 본 논문에서는 모터의 핵심부품인 적층코어의 제조공정에 레이저의 적용을 목표로 하고 있다. 특히, 일반적인 용접과 달리 적층에 따른 형상인자와 자기적 특성을 유지하기 위해 도포된 절연피막층은 레이저용접시 매우 중요한 인자로서, 그 영향은 매우 크다. 때문에 적절한 레이저가공조건을 도출하기 위해서는 피크파워의 제어가 핵심이며, 이를 위해 레이저의 펄스폭을 조절함으로써 건전한 용접결과를 얻을 수 있었다. 또한 레이저용접은 기존의 고정법에 비해 매우 우수한 용접결과를 나타내었다. 뿐만 아니라, 레이저용접과 기존의 용접법을 비교·분석하여 결함발생의 메카니즘을 도출함으로서 적층코어의 고정시 지배인자를 가시화하고 실제의 공정 적용시 기초적인 지침을 제공하고자 하였다.

The laser joining technology is one of the most important subject today to be studied, and intensive researches and developments are presently undertaken world widely. There were some successful examples that the laser welding was introduced into production line. However, the spread of laser welding is not sufficient in many industries. There are several reasons why it is difficults to penetrate the laser welding into production lines. There still left many problems to be in high power oscillator. Moreover, there are significant problems in the peripheral equipment such as the beam delivery and condensing optics, work table and robot, and control system. Namely, the immature peripheral systems restrict to extract the full potential of laser, and hence the laser welding is not flexible process. Therefore, laser welding is only used in mass-production lines.

In this paper will be described the results of welding of stator core for electric motor.

Several kind of welding methods used for fixing the stator core for electric motor. At the beginning an arc welding was employed but the rolled core was wet with oil and degreasing was necessary before welding. However, the oil between the laminated core was very difficult to remove and the formation of weld defect was a serious problem. Then, the resistance projection welding was used and the problems were slightly improved but it was not able to meet the demand to reduce the thickness of rim to make a lighter weight generator.

Therefore, heat source of pulsed Nd:YAG laser was introduced to welding of the stator cores. The advantages of Nd:YAG laser welding were the elimination of degreasing before welding and machining after welding as well as the increase in productivity due to high speed welding. The reason why degreasing is unnecessary is because that oil film evaporates perfectly before metal melts and a kind of surface cleaning take place. The weld bead was sound and the actual strength of it was strong enough.