超聲波焊接在線束中應(yīng)用（全）
發(fā)布時(shí)間：03/21 —— 2022
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1955年美國航空部在登月項(xiàng)目中由美國Sonobond公司前身AerospaceProject發(fā)明超聲波金屬焊接技術(shù)80年代后，超聲波金屬焊接技術(shù)就廣泛應(yīng)用于線束焊接（重點(diǎn)是汽車行業(yè)的低壓及通訊線束）。小于30mm2的銅線與銅線焊接
2016年以后，由于電動(dòng)汽車行業(yè)的變革，高壓線在汽車?yán)飸?yīng)用已成為非常重要的領(lǐng)域。國際上先進(jìn)技術(shù)開始用超聲波焊接全面替代壓接，成為更穩(wěn)定，更安全的連接方式
2超聲波焊接與壓接技術(shù)對(duì)比
對(duì)比項(xiàng) | 超聲波焊接 | 壓接 |
原理 | 金屬分子晶格結(jié)構(gòu)重組 | 塑性變形 |
初態(tài)電阻（以70mm2線＋連接器為例） | 1-3 μΩ，刺穿表面氧化膜 | 10-20 μΩ，塑性變形，銅線絲是獨(dú)立的，銅絲表面氧化膜存在，膜電阻一直存在 |
長期熱（拉力/電阻）穩(wěn)定性 | 穩(wěn)定的一體化的結(jié)構(gòu)。
10000次熱循環(huán)后，沒有出現(xiàn)明顯變化 | 塑性變形在整個(gè)生命周期內(nèi)一直存在。
（銅線線絲變細(xì)變長變松=>電阻變大，發(fā)熱加劇一次熱循環(huán)=> 一次熱脹冷縮=> 一次壓接）
2000-3000次熱循環(huán)后電阻就會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)，是壓接極限 |
容差能力及量產(chǎn)要求
－材料影響
－尺寸影響 | 容差能力大
－材料特性微小變化對(duì)焊接無影響
－端子尺寸公差要求不高，線絲線徑容差能力大 | 容差能力小
－材料特性影響材料的延展性，延展性微小差異嚴(yán)重影響壓接一致性
－壓接套尺寸要求高，銅絲線徑尺寸公差影響壓接質(zhì)量大 |
長期外力震動(dòng)作用下的穩(wěn)定性
（Exp. Slow Motion測(cè)試） | 拉力/電阻穩(wěn)定 | 拉力/電阻不穩(wěn)定
－拉力會(huì)持續(xù)下降，電阻持續(xù)上升
－在長期受到外力和震動(dòng)下，壓接點(diǎn)銅線線絲變細(xì)變長變松 |
拉力
（以70mm2線＋連接器為例） | 大，且長期穩(wěn)定
USCAR 38 ，2700N | 小，且持續(xù)下降
UL486A，1235N
Exp. 有壓接拉力不夠，加錫焊以增加拉力的案例 |
工藝適用線材范圍 | 0.75-25mm2 ，16mm2-80mm2 ，70mm2-160mm2 | 0.25mm2-35mm2 ，50mm2 以上不適合壓接 |
工藝適用范圍 | 不同材質(zhì)：鋁＋銅，
不同形式：板材＋板材，線材＋線材
以上均適用于超聲波焊接 | 只能壓接同種材質(zhì)；
線材與線材的壓接必須通過壓接套；
板材與板材不可壓接
適用范圍窄／成本增加 |
1, 超聲波發(fā)生器（配件1）將電能通過內(nèi)部整流、變壓、專用功率管放大成20KHz的高壓電源，再設(shè)計(jì)低阻值導(dǎo)線，輸出給壓電陶瓷式換能器(配件2).2, 壓電換能器中的壓電陶瓷在高壓電源的電極下，產(chǎn)生徑面振動(dòng)，振動(dòng)通過上下金屬蓋板傳導(dǎo)到換能器工作面，根據(jù)工作需要換能器蓋板可做成放大形狀，將陶瓷的振動(dòng)振幅做初步放大。（如有需要可再連接變幅桿做振幅二次放大）。3, 換能器的振動(dòng)傳遞到專用耦合器（配件3）上，拉動(dòng)耦合器的運(yùn)動(dòng)桿（配件3）做橫向振動(dòng)。4, 焊頭安裝在橫向振動(dòng)端，超聲作用時(shí)，在振動(dòng)桿的垂直方向，向下施加壓力給耦合器、壓力方向與超聲振動(dòng)方向相互垂直，達(dá)到摩擦焊接的作用。來源杭州海頌4超聲波檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
首檢：采用一根短樣進(jìn)行拉力或撕拉力首檢。若首檢拉力或撕拉力值在表的綠色區(qū)域，開始生產(chǎn)；若首檢拉力或撕拉力值在表的黃色區(qū)域，重新采用一根短樣進(jìn)行拉力或撕拉力測(cè)試，若重測(cè)短樣數(shù)值落在綠色區(qū)域，可以開始生產(chǎn)；若重測(cè)短樣數(shù)值落在黃色區(qū)域，調(diào)整參數(shù)之后重新首檢；若重測(cè)短樣數(shù)值落在紅色區(qū)域，停產(chǎn)檢查，之后重新首檢。歐洲項(xiàng)目撕拉力值必須在綠色區(qū)域才可以生產(chǎn)；若首檢拉力或撕拉力值落在表的紅色區(qū)域，停產(chǎn)檢查，之后重新首檢。拉力測(cè)試：如該批次生產(chǎn)數(shù)量≤200pcs，不做例檢和末檢；如200pcs﹤該批次生產(chǎn)數(shù)量≤400pcs，需做末檢，不做例檢；如該批次生產(chǎn)數(shù)量>400pcs，需做例檢和末檢，且例檢頻率為每400pcs檢查一個(gè)短樣；撕拉力測(cè)試：例檢頻率為每400pcs檢查一個(gè)短樣，如該批次≤400pcs，需做末檢，不做例檢；例檢和末檢時(shí)，拉力和撕拉力值要在黃色或綠色區(qū)域，若發(fā)現(xiàn)在紅色區(qū)域，在此段時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品以紅牌控制，產(chǎn)品按評(píng)審意見處理；操作工完成首件后，若首件檢驗(yàn)合格，則將首件做好標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)上應(yīng)寫明日期、時(shí)間、看板號(hào)、操作工工號(hào)、機(jī)器號(hào)，質(zhì)量人員對(duì)無自檢資格員工的首件進(jìn)行確認(rèn)。如果確認(rèn)時(shí)發(fā)現(xiàn)問題則用紅牌標(biāo)識(shí)，并隔離產(chǎn)品，按《不合格品的控制》文件處理操作工在合格的成品看板標(biāo)簽上必須寫明日期、數(shù)量、看板號(hào)、操作者工號(hào)需注意：超聲波焊接兩端的線芯頭部均要與焊接工具頭平齊，且盡量保證大線徑在下，方可開始焊接4，熔焊邊緣到導(dǎo)線絕緣層之間距離為2.0-5.0mm（參考值）7，芯線沒有重復(fù)疊在導(dǎo)線絕緣層上8，導(dǎo)線沒有彎曲，導(dǎo)線自熔核處呈直線引出標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)允許的偏差一，小量焊瘤，其不會(huì)刺穿防護(hù)的覆蓋層
二，過燒/熔化的導(dǎo)線絕緣不嚴(yán)重（能被絕緣覆蓋膠帶，模壓塑模等蓋住）
三，對(duì)于16芯線或更多芯導(dǎo)線，每根導(dǎo)線缺失線數(shù)不超過10%（近似至最近整數(shù)）2，線芯末端伸展至復(fù)疊在導(dǎo)線絕緣層上
6，導(dǎo)線彎曲，導(dǎo)線自溶合處不是呈直線引出（僅用于壓接完成的瞬間）
7，對(duì)于16芯或者更多芯導(dǎo)線，缺失芯線數(shù)超過10%
8，一股或多股會(huì)刺穿壓接透覆蓋層的綻裂開的芯線（將綻裂開的芯線復(fù)回原位后是可接收的）
5超聲波工藝有效驗(yàn)證（參考USCAR 38）
1, 量產(chǎn)的工藝控制-CPK測(cè)試（拉力）
Cpk：ComplexProcess Capability Index 的縮寫，是現(xiàn)代企業(yè)用于表示支撐制程能力的指標(biāo)。制程能力強(qiáng)才可能穩(wěn)定地生產(chǎn)出質(zhì)量、可靠性高的產(chǎn)品。
Uscar38要求衡量過程能力，判斷過程是否可行。Cpk可以保證過程受控，1.67的Cpk值可以預(yù)測(cè)99.9999% 的制程良率。Cpk值計(jì)算公式：Cpk=（樣品平均值-要求最低拉力值）/樣品標(biāo)準(zhǔn)偏差，cpk必須大于1.67影響cpk高低的因素由樣品平均值及樣品標(biāo)準(zhǔn)偏差的大小決定，因此要想保證CPK達(dá)標(biāo)，拉力的平均值要達(dá)到要求最低拉力值的2~3倍。剖面分析可以提供直接證據(jù)證明超聲波焊接是否統(tǒng)一和牢固，以保證連接功能，將剖面分析和現(xiàn)有好的剖面進(jìn)行對(duì)比評(píng)估。它也可以作為輔助診斷工具來判定焊接為什么沒有通過該測(cè)試。若焊接不充分或焊接過度，都可能導(dǎo)致達(dá)不到本標(biāo)準(zhǔn)中的電氣和機(jī)械要求，這些可以通過10X 及以上放大鏡觀察識(shí)別出來
3, 量產(chǎn)的工藝控制-電壓降/電阻測(cè)試
4, 量產(chǎn)的工藝控制-加速環(huán)境測(cè)試測(cè)試
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