基于110,000fps高速攝像機(jī)的引腳焊接電弧微秒級(jí)行為解析
新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率模塊引腳焊接質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的電氣性能與機(jī)械穩(wěn)定性。 傳統(tǒng)焊接工藝的局限性 傳統(tǒng)焊接工藝中，電弧放電時(shí)間微秒***，且伴隨強(qiáng)烈弧光，導(dǎo)致工藝人員無法借助常規(guī)檢測(cè)設(shè)備準(zhǔn)確判斷電弧實(shí)際位置與形態(tài)。電弧位置偏移、熱輸入不均勻容易導(dǎo)致虛焊、飛濺等焊接缺陷。 引入超高速攝像機(jī)觀測(cè) 某精密電機(jī)廠的工藝工程師們引入了千眼狼Revealer 高靈敏度超高速攝像機(jī)NEO 25，以26萬像素分辨率下11萬幀/秒高速采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)放電弧光演化全過程的微秒***解析，揭示引腳接觸界面微區(qū)能量分布特征與焊縫形變的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)制。 實(shí)驗(yàn)過程及解析
實(shí)驗(yàn)設(shè)置
實(shí)驗(yàn)拍攝對(duì)象為功率模塊的金屬引腳，直徑10mm，視場(chǎng)范圍100mm×100mm，工作距離為15cm。選用千眼狼NEO 25高速攝像機(jī)，進(jìn)行ROI裁剪，幀率高達(dá)110,000fps，采用圖像智能觸發(fā)方式鎖定放電瞬間。
電弧放電動(dòng)態(tài)特性
電弧起始階段（0~0.2ms）：焊接電流通過引腳間隙時(shí)，極高的電場(chǎng)強(qiáng)度促使引腳周圍氣體分子發(fā)生電離，釋放出自由電子與離子。自由電子進(jìn)***步與氣體分子碰撞發(fā)生鏈?zhǔn)诫婋x反應(yīng)，氣體瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子態(tài)物質(zhì)，形成明亮的等離子柱，但體積較小且集中在引腳尖端附近（見下圖）。
穩(wěn)定燃燒階段（0.2~0.8ms）：隨著能量持續(xù)輸入，等離子迅速向外擴(kuò)張，形態(tài)由細(xì)長(zhǎng)狀演變?yōu)榍驙罨蚰⒐綘?。在電磁力熱碰撞力等因素影響下，等離子柱內(nèi)部能量分布不均勻，內(nèi)部離子和電子發(fā)生定向遷移，進(jìn)***步加劇形態(tài)跳動(dòng)與擴(kuò)散（見下圖）。
衰減熄滅階段（0.8~1.2ms）：當(dāng)焊接電流逐漸減小，等離子柱能量降低，內(nèi)部離子與電子復(fù)合反應(yīng)速率加快，部分區(qū)域回到中性氣體狀態(tài)，等離子柱在表面張力與氣體阻力作用下，逐漸向電極間隙收縮，逐步消失，焊接過程結(jié)束（見下圖）。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論 本次實(shí)驗(yàn)利用千眼狼超高速攝像機(jī)NEO 25細(xì)致捕捉到整個(gè)引腳焊接中的電弧放電過程，量化了電弧的時(shí)空分布特征和不穩(wěn)定性，為提升焊接質(zhì)量、推動(dòng)精密電機(jī)制造工藝進(jìn)步提供可視化的圖像依據(jù)。
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