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超声波金属焊接技术在汽车线束的应用

媒体:2013年中国汽车零部件电子电器行业年会  作者:刘晓兵
专业号:chenwei 2013/11/27 14:47:11

超声波金属焊接作为一种先进的电连接工艺,在汽车里得到了广泛应用,大家如果看到网状纹路或条状纹路,基本都是采用超声波焊接的。超声波金属焊接是19世纪30年代偶然发现的。它类似于摩擦焊,但有区别。一般认为在超声波焊接过程中的初始阶段,切向振动除去金属表面的氧化物,并是粗糙表面的突出部分产生反复的微焊和破坏的过程而使接触面积增大,同时使焊区温度升高,在焊件交界面产生塑性变形。这样在接触压力的作用下,相互接近到原子引力能够发生作用的距离时,即形成焊点。焊接时间过长,或超声波振幅过大会使焊接强度下降,甚至破坏。

超声波金属焊接工艺是介于冷压焊和摩擦焊之间的一种工艺,其利用的是高频机械振动产生的高密度能量。超声波金属焊接的焊头机械振动平行于工件表面。焊接时,静压力通过焊头垂直作用在焊接表面上,同时叠加着高频振动的剪切力,当剪切力超过材料弹性极限时,工件接触表面部分地区开始发生滑移,这个剪切力在焊接过程中以每秒钟几万次的频率不断地改变方向,破碎并清除工件表面的污物,纯净金属表面开始呈多点状接触,随着高频振动的延续,纯净金属接触面积不断扩大,直到扩展为整个焊接区,与此同时在接触面上发生原子扩散,金属再结晶生成细晶粒组织结构并且呈现金属冷变形的特性。

目前汽车线束焊接生产工艺主要有压接和超声波焊接两种:压接就是利用端子将多股电线压在一起形成接头;超声波焊接是利用超声波振动所产生的物理效应将线头结合起来。超声波应用于汽车线束焊接生产,最早于欧美流行,主要得益于国外超声波金属焊接技术的发展。二者相比较,压接生产速度快,设备简单,成本低,但是存在金属冲压反弹风险,并且在恶劣工况下存在氧化和生锈风险。所有这些风险均可导致接触不良。超声波虽然初始投资较高,但是压接存在的这些风险在超声波焊接这里都不存在,并且由超声波进行焊接的线束电阻极低,基本接近于零。

《汽车低压电线束技术条件QC/T29106-2004》是我国现在执行的汽车行业标准,该标准无明确规范超声波焊接工艺,将其归入“采用无焊料焊接方法”。根据我们在使用超声波焊接工艺的厂家所了解的情况,所有企业执行的标准都比国标高,以0.75平方的电线为例,国标规定端子连接拉力指标为80N;而一汽和德尔福采用超声波焊接标准为120N;李尔采用超声波焊接标准为90N。由此间接证明了超声波焊接比压端子具有更高的可靠性。

由于国外较为先进的超声波线束焊接技术,目前国内市场上有几家国外知名品牌和代理厂家,例如:德国SCHUNK(生产商是STAPLA)、瑞士TELSONIC、美国BRANSON(生产商是AMTECH)、美国SONICS和韩国TECHSONIC。近几年,国内超声波金属焊接技术取得了重大进展,其中代表厂家——佛山市顺德区楚鑫机电有限公司作为国内超声波金属焊接设备专业制造商,也推出了三种汽车线束焊接机产品。目前国内超声波线束焊接市场也存在着不少以假乱真、以次充好的产品。一些厂家利用现有的超声波塑料焊接技术的电路及换能器等来做超声波金属焊接设备。事实上,所做设备满足不了汽车线束批量生产的技术要求。

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