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定子铁芯作为电机的关键部件，其磁性能得到了电机生产企业越来越广泛的关注。电工钢是定子铁芯的核心材料，多层电工钢片被叠装焊接，得到定子铁芯。激光焊接具有热输入集中，焊接变形小等优势，是替代传统电弧焊接电工钢叠片工艺的首选。然而，电工钢叠片激光焊接过程中，片与片之间的界面阻碍了热量的传递，焊缝特征尺寸及焊接过程引入的残余应力预测困难；残余应力作用下磁畴的运动特性发生变化，磁滞特性预测困难；焊接过程破坏了焊缝区的绝缘涂层，焊后结构中涡流分布不规则，涡流损耗预测困难。开展电工钢叠片激光焊接界面传热行为与磁性能劣化机理研究，分析界面对于热量传递的影响规律和焊接热输入对于磁性能的影响规律，对于降低焊接工艺导致的磁性能劣化具有重要意义。 本文以电工钢叠片激光焊接工艺为研究对象，采用理论分析、仿真建模和实验测试等手段，对电工钢叠片激光焊接界面传热行为及焊后磁性能劣化机理开展研究。具体研究过程如下：首先，搭建电工钢叠片激光焊接实验系统、扭转强度测试系统和电磁性能测试系统，研究焊接工艺参数对于定子铁芯综合性能的影响规律；其次，通过设计描述焊接过程界面演化规律的算法，并用用户子程序实现，建立了电工钢叠片激光焊接过程传热行为有限元仿真模型，开展界面对于热量传递的影响规律分析；在此基础上，基于热力耦合仿真获得的焊后叠片结构中的残余应力分布状态，建立了焊后磁滞特性预测数学模型；通过对含有不规则焊缝的叠片结构中的涡流状态进行分析，建立焊后涡流损耗预测数学模型；最后，建立考虑焊缝特征的扭转强度模型，确定满足定子铁芯强度要求的临界焊缝面积，为电工钢叠片激光焊工艺的推广应用提供指导。本文的主要研究内容和结论如下： （1）工艺参数对电工钢叠片激光焊接质量影响分析 针对焊接工艺参数显著影响焊后定子铁芯质量的问题，搭建了电工钢叠片激光焊接实验系统，扭转强度测试系统和电磁性能测试系统，以无取向电工钢B27ahv1500为研究对象，基于实验研究了焊接工艺参数对于焊缝特征、微观组织、扭转强度及电磁性能的影响规律。研究发现，随着焊接热输入的增大，焊缝横截面面积及焊后定子铁芯的扭转强度逐渐增大，电磁性能劣化加剧。相对于焊接之前的松散叠片，以10 mm/s的速度焊接得到的定子铁芯铁损增加了23.9%。 （2）电工钢叠片激光焊接界面传热行为建模 针对界面阻碍热量传递导致焊接过程中温度分布不连续的问题，设计了界面处理算法，对电工钢叠片激光焊接过程中的界面演化行为进行描述；建立了考虑界面演化行为的电工钢叠片激光焊接过程有限元仿真模型，分析了焊接过程中界面的演化规律和温度分布，研究了电工钢片的厚度及界面接触热导对于焊缝特征尺寸的影响规律。研究结果表明，随着电工钢片厚度的增大，相同热输入下焊缝特征尺寸逐渐减小，以0.18 mm的电工钢片为基准，厚度增大3倍，电工钢叠片焊缝面积将降低11%。 （3）电工钢叠片焊后磁滞特性建模 针对焊接过程引入的残余应力导致焊后磁滞特性劣化的问题，建立了电工钢叠片激光焊接过程热力耦合有限元仿真模型，开展焊后残余应力预测；采用优化算法对磁滞模型的参数进行整定，获得了准确描述无应力状态下电工钢片磁滞特性的参数；建立了考虑焊后不均匀分布的残余应力的磁滞特性数学模型，基于仿真得到的残余应力，预测了不同焊接参数下的磁滞特性，并与实验测得的磁滞特性进行对比，证明了本章建立的磁滞特性模型具有较高的准确性。研究结果表明，随着残余应力的增大，磁滞特性劣化加剧。 （4）电工钢叠片焊后涡流损耗建模 针对焊接过程破坏了焊缝区的绝缘涂层导致焊后涡流分布不规则的问题，采用分割法将通过焊缝的截面分成焊缝区和母材区，分别开展涡流损耗计算，建立了考虑焊缝特征的涡流损耗预测数学模型；通过对焊后叠片结构开展涡流有限元分析，预测涡流损耗，并与数学模型的结果进行对比分析；基于数学模型研究了板厚、磁通密度、工作频率和焊缝几何尺寸对于涡流损耗的影响规律。研究结果表明，随着焊缝特征尺寸的增大或电工钢片厚度的减薄，焊接过程导致的涡流损耗增量将会显著增大。 （5）满足强度要求的定子铁芯激光焊接临界焊缝面积 前面章节的研究结果表明：焊缝面积显著影响焊后定子铁芯的性能，过小的焊缝面积难以满足定子铁芯的强度要求，过大的焊缝面积会导致磁性能发生显著劣化。本章通过对激光焊接过程的热流平衡状态进行分析，推导了焊缝特征尺寸的计算公式，实现了焊缝特征及焊缝面积的快速预测；通过对焊后定子铁芯扭转过程的受力状态进行分析，建立了扭转强度与铁芯几何尺寸、焊缝数目、焊缝横截面面积和焊缝区材料属性的定量关系模型，实现了扭转强度快速预测；基于扭转强度预测模型，确定了满足强度要求的临界焊缝面积，为选择合理的电工钢叠片激光焊工艺参数提供指导。 综上所述，本文研究了界面对于电工钢叠片激光焊接中温度场分布的影响规律，揭示了焊接过程导致电工钢磁性能劣化的机理，获得了满足连接强度要求的临界焊缝面积，为激光焊工艺在电工钢叠片连接中的应用提供了指导。