Influence of laser surface texturing on the joint strength of laser welded copper hairpins

With raising challenges in the automotive research, a newfangled technology has been developed named Hairpins. Its motive is to replace the conventional copper winding of stator of the motor of an electric engine with an enameled rectangular copper wire, later assembled to the stator lamination and then contacted through welding to produce the winding. Besides increase in copper fill ratios, rectangular cross section offers advantages in innovative potentials to produce the stator winding economically for electric drive trains and automated production. The aim of the research is to study the influence of surface texturing on the joint strength of laser welded copper hairpin. Surface texturing of copper hairpins is performed using a 50W nanosecond pulsed fiber laser source at a pulse repetition rate of 20KHz. A design of experiments is performed considering pulse overlapping, laser power, number of scanning repetitions, and pulse duration as independent parameters. Although pulse overlapping is the only varying parameter while performing surface texturing on the specimen. Study begins with investigating the properties of hairpin surface of nine specimens, all prepared with different laser technologies and process parameters. Wettability, surface morphology, chemical composition and roughness are the properties examined for copper hairpin surfaces. As the research progresses, focus get shift towards surface texturing. Surface texturing has been performed on newly prepared specimens with nanosecond pulsed fiber laser source. Specimens were grouped together according to pulse overlapping percentage used while performing texturing on them. 0%, 20%, 40% and non-textured are the group of specimens formed to gain an in-depth understanding of effect of surface texturing on surface properties and strength of the welds. Welding was performed on the grouped specimens with nano pulsed fiber laser. Afterwards, statistical analysis has been done on the collected data from each group with a software named Minitab to learn the effect of surface texturing.

Con le crescenti sfide nella ricerca automobilistica, è stata sviluppata una nuova tecnologia chiamata Hairpins. Il motivo è di sostituire il tradizionale avvolgimento di rame dello statore del motore di un motore elettrico con un filo di rame rettangolare smaltato, successivamente assemblato alla lamina dello statore e quindi contattato mediante saldatura per produrre l'avvolgimento. Oltre all'aumento dei rapporti di riempimento del rame, la sezione trasversale rettangolare offre vantaggi in termini di potenzialità innovative per produrre l'avvolgimento dello statore in modo economico per trasmissioni elettriche e produzione automatizzata. L'obiettivo della ricerca è studiare l'influenza della testurizzazione superficiale sulla resistenza del giunto di tornanti in rame saldati a laser. La testurizzazione superficiale delle forcine in rame viene eseguita utilizzando una sorgente laser a fibra pulsata nanosecondi da 50 W con una frequenza di ripetizione dell'impulso di 20 KHz. Viene eseguito un progetto di esperimenti considerando la sovrapposizione degli impulsi, la potenza del laser, il numero di ripetizioni di scansione e la durata dell'impulso come parametri indipendenti. Sebbene la sovrapposizione degli impulsi sia l'unico parametro variabile durante l'esecuzione della testurizzazione della superficie sul campione. Lo studio inizia con lo studio delle proprietà della superficie a forcina di nove campioni, tutti preparati con diverse tecnologie laser e parametri di processo. Bagnabilità, morfologia superficiale, composizione chimica e rugosità sono le proprietà esaminate per le superfici a forcina in rame. Con il progredire della ricerca, l'attenzione si sposta sulla struttura della superficie. La testurizzazione della superficie è stata eseguita su campioni appena preparati con una sorgente laser a fibra pulsata di nanosecondi. I campioni sono stati raggruppati in base alla percentuale di sovrapposizione degli impulsi utilizzata durante l'esecuzione della testurizzazione su di essi. 0%, 20%, 40% e non testurizzati sono il gruppo di provini formato per acquisire una comprensione approfondita dell'effetto della testurizzazione superficiale sulle proprietà della superficie e sulla resistenza delle saldature. La saldatura è stata eseguita sui campioni raggruppati con laser a fibra nano pulsata. Successivamente, è stata eseguita un'analisi statistica sui dati raccolti da ciascun gruppo con un software chiamato Minitab per apprendere l'effetto della texturizzazione della superficie.