超聲波金屬焊接作為一種先進(jìn)的電連接工藝,在汽車?yán)锏玫搅藦V泛應(yīng)用,大家如果看到網(wǎng)狀紋路或條狀紋路,基本都是采用超聲波焊接的。超聲波金屬焊接是19世紀(jì)30年代偶然發(fā)現(xiàn)的。它類似于摩擦焊,但有區(qū)別。一般認(rèn)為在超聲波焊接過程中的初始階段,切向振動(dòng)除去金屬表面的氧化物,并是粗糙表面的突出部分產(chǎn)生反復(fù)的微焊和破壞的過程而使接觸面積增大,同時(shí)使焊區(qū)溫度升高,在焊件交界面產(chǎn)生塑性變形。這樣在接觸壓力的作用下,相互接近到原子引力能夠發(fā)生作用的距離時(shí),即形成焊點(diǎn)。焊接時(shí)間過長,或超聲波振幅過大會(huì)使焊接強(qiáng)度下降,甚至破壞。
超聲波金屬焊接工藝是介于冷壓焊和摩擦焊之間的一種工藝,其利用的是高頻機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的高密度能量。超聲波金屬焊接的焊頭機(jī)械振動(dòng)平行于工件表面。焊接時(shí),靜壓力通過焊頭垂直作用在焊接表面上,同時(shí)疊加著高頻振動(dòng)的剪切力,當(dāng)剪切力超過材料彈性極限時(shí),工件接觸表面部分地區(qū)開始發(fā)生滑移,這個(gè)剪切力在焊接過程中以每秒鐘幾萬次的頻率不斷地改變方向,破碎并清除工件表面的污物,純凈金屬表面開始呈多點(diǎn)狀接觸,隨著高頻振動(dòng)的延續(xù),純凈金屬接觸面積不斷擴(kuò)大,直到擴(kuò)展為整個(gè)焊接區(qū),與此同時(shí)在接觸面上發(fā)生原子擴(kuò)散,金屬再結(jié)晶生成細(xì)晶粒組織結(jié)構(gòu)并且呈現(xiàn)金屬冷變形的特性。
目前汽車線束焊接生產(chǎn)工藝主要有壓接和超聲波焊接兩種:壓接就是利用端子將多股電線壓在一起形成接頭;超聲波焊接是利用超聲波振動(dòng)所產(chǎn)生的物理效應(yīng)將線頭結(jié)合起來。超聲波應(yīng)用于汽車線束焊接生產(chǎn),最早于歐美流行,主要得益于國外超聲波金屬焊接技術(shù)的發(fā)展。二者相比較,壓接生產(chǎn)速度快,設(shè)備簡單,成本低,但是存在金屬?zèng)_壓反彈風(fēng)險(xiǎn),并且在惡劣工況下存在氧化和生銹風(fēng)險(xiǎn)。所有這些風(fēng)險(xiǎn)均可導(dǎo)致接觸不良。超聲波雖然初始投資較高,但是壓接存在的這些風(fēng)險(xiǎn)在超聲波焊接這里都不存在,并且由超聲波進(jìn)行焊接的線束電阻極低,基本接近于零。
《汽車低壓電線束技術(shù)條件QC/T29106-2004》是我國現(xiàn)在執(zhí)行的汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)無明確規(guī)范超聲波焊接工藝,將其歸入“采用無焊料焊接方法”。根據(jù)我們在使用超聲波焊接工藝的廠家所了解的情況,所有企業(yè)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)都比國標(biāo)高,以0.75平方的電線為例,國標(biāo)規(guī)定端子連接拉力指標(biāo)為80N;而一汽和德爾福采用超聲波焊接標(biāo)準(zhǔn)為120N;李爾采用超聲波焊接標(biāo)準(zhǔn)為90N。由此間接證明了超聲波焊接比壓端子具有更高的可靠性。
由于國外較為先進(jìn)的超聲波線束焊接技術(shù),目前國內(nèi)市場上有幾家國外知名品牌和代理廠家,例如:德國SCHUNK(生產(chǎn)商是STAPLA)、瑞士TELSONIC、美國BRANSON(生產(chǎn)商是AMTECH)、美國SONICS和韓國TECHSONIC。近幾年,國內(nèi)超聲波金屬焊接技術(shù)取得了重大進(jìn)展,其中代表廠家——佛山市順德區(qū)楚鑫機(jī)電有限公司作為國內(nèi)超聲波金屬焊接設(shè)備專業(yè)制造商,也推出了三種汽車線束焊接機(jī)產(chǎn)品。目前國內(nèi)超聲波線束焊接市場也存在著不少以假亂真、以次充好的產(chǎn)品。一些廠家利用現(xiàn)有的超聲波塑料焊接技術(shù)的電路及換能器等來做超聲波金屬焊接設(shè)備。事實(shí)上,所做設(shè)備滿足不了汽車線束批量生產(chǎn)的技術(shù)要求。
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