超聲波汽車線束焊接機(jī)設(shè)備分析
汽車線束焊接機(jī)在生產(chǎn)工藝主要有搭接和成型：搭接是利用多根銅線與多根銅線搭接而成的；成型是利用超聲波振動(dòng)所產(chǎn)生的物理效應(yīng)將線頭結(jié)合起來(lái)。超聲波應(yīng)用于汽車線束生產(chǎn)，是從歐美開(kāi)始流行的，主要是超聲波焊接趨于零電阻。兩種技術(shù)比較：
線束搭接樣品如下：
超聲波線束成型樣品如下：
1. 搭接 優(yōu)點(diǎn)：
生產(chǎn)速度快；設(shè)備簡(jiǎn)單；節(jié)能環(huán)保，焊接后導(dǎo)電性好；焊接性能穩(wěn)定可靠。缺點(diǎn)：表面有一定的紋路，成本高。
2.成型 優(yōu)點(diǎn)：
對(duì)銅線表面焊接氧化不敏感。缺點(diǎn)：表面有一定的壓紋，成本高。
二．國(guó)內(nèi)合格產(chǎn)品：
無(wú)錫恒聲特超聲波焊接設(shè)備有限公司作為國(guó)內(nèi)先進(jìn)超聲波金屬焊接設(shè)備專業(yè)制造商，也推出了線束焊接機(jī)產(chǎn)品。
HST2020C超聲波線束焊機(jī)：
基本參數(shù)：①焊接線橫截面積為:0.35-15mm²;
②工作頻率：20 KHz;
③標(biāo)稱功率容量 : 2000W
HST2020C超聲波線束焊機(jī)：
基本參數(shù)：①焊接線橫截面積為:1-20mm²;
②工作頻率： 20 KHz;
③標(biāo)稱功率容量 : 2000W
HST2030C超聲波線束焊機(jī)：
基本參數(shù)：①最大焊接線橫截面積為:30mm²;
②工作頻率： 20 KHz;
③標(biāo)稱功率容量 : 3000 W
HST2040C超聲波線束焊機(jī)：
基本參數(shù)：①最大焊接線橫截面積為:40 mm²;
②工作頻率： 20 KHz;
③標(biāo)稱功率容量 : 4000W
HST2050C超聲波線束焊機(jī)：
基本參數(shù)：①最大焊接線橫截面積為:50 mm²;
②工作頻率： 20 KHz;
③標(biāo)稱功率容量 : 5000 W
作為超聲波線束焊機(jī)而言，雖然生產(chǎn)的廠家不多，但都有一些技術(shù)細(xì)節(jié)的區(qū)分，下面就針對(duì)其中的一些技術(shù)細(xì)節(jié)做一下分析：
A.焊頭區(qū)別：
焊頭結(jié)構(gòu)有兩種，一種是整體焊頭；一種是分體焊頭。整體焊頭被如下公司采用：TELSONIC、SCHUNK、TECHSONIC、恒聲特。分體焊頭被如下公司采用：AMTECH(BRANSON)、SONICS。分體焊頭其唯一優(yōu)點(diǎn)是更換成本低，其他全是技術(shù)上的缺點(diǎn)了，如：兩種材質(zhì)聲阻抗的不同造成的發(fā)熱；安裝扭力及端面接觸不好引致的發(fā)熱等。從技術(shù)角度出發(fā)，整體焊頭有不可比的優(yōu)勢(shì)。整體焊頭的缺點(diǎn)就是更換成本高些；但美國(guó)銷售的分體焊頭的配件價(jià)格還是比恒聲特的整體焊頭價(jià)格高。
B.紋路區(qū)別：
紋路有兩種，一種是直條紋；一種是網(wǎng)紋。直條紋對(duì)于超聲波所引入的加速度能量是有更多的好處的。對(duì)于線束這種松散的結(jié)構(gòu)，直紋和網(wǎng)紋對(duì)于焊接品質(zhì)均能保證。但是，在線束焊接中，所有夾具和焊頭形成的是一個(gè)方框，而且彼此之間需要相對(duì)滑動(dòng)，當(dāng)紋路磨損產(chǎn)生時(shí)，網(wǎng)紋就體現(xiàn)出一些缺點(diǎn)了：容易夾線。直紋的設(shè)計(jì)是齒對(duì)齒的，磨損對(duì)于底部的縫隙影響小。網(wǎng)紋一般被AMTECH(BRANSON)、SONICS所采用。
C.聲能元件及結(jié)構(gòu)區(qū)別：
AMTECH采用換能器+鈦焊頭+焊嘴結(jié)構(gòu)，不帶變幅桿，固定方式采用端面+節(jié)點(diǎn)輔助固定。優(yōu)點(diǎn)：體積小。缺點(diǎn)：鈦焊頭形狀奇異，當(dāng)焊頭損壞后，裝拆是個(gè)麻煩事。
對(duì)于這些細(xì)節(jié)，恒聲特經(jīng)過(guò)評(píng)估，采用的是整體焊頭及直條紋設(shè)計(jì)。我們和SCHUNK一樣，采用換能器+變幅桿+焊頭結(jié)構(gòu)，固定方式不一樣。
對(duì)于線束機(jī)的使用，我們咨詢過(guò)很多用戶，看他們對(duì)于這些細(xì)節(jié)如何評(píng)判，結(jié)果是不確定的，我們估計(jì)是使用習(xí)慣問(wèn)題吧。
對(duì)于線束焊接產(chǎn)品品質(zhì)分析：1.檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) ； 2.焊接設(shè)備上如何分析：
首先，我們來(lái)看看什么樣的焊接效果才是理想效果（見(jiàn)左圖）。實(shí)際上，很多客戶有誤區(qū)：認(rèn)為超聲波焊接是將所有電線壓成一個(gè)實(shí)體。這在技術(shù)上是能實(shí)現(xiàn)的，但有兩個(gè)副作用：A. 壓縮量比較大，減低拉力強(qiáng)度；B. 會(huì)需要較多的能量，會(huì)造成工件過(guò)熱，表象是發(fā)黑。
所以，焊接線與線之間的理想狀態(tài)是留有空余量的六角狀結(jié)構(gòu)，下面就詳細(xì)分析一下具體的數(shù)值：
松散的線所表現(xiàn)出來(lái)的橫截面積是真實(shí)橫截面積的1.11-1.28倍（見(jiàn)左圖排列）；通常超聲波焊接對(duì)產(chǎn)品的壓縮量一般為：0.8-0.9范圍；所以焊接出來(lái)成品的橫截面積基本為真實(shí)橫截面積的1.0-1.1倍范圍（測(cè)量時(shí)需考慮紋路深度的影響）。
1. 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)去針對(duì)于超聲波焊接的汽車線束；IPC/WHMA-A-620A(線纜及線束組件的要求及驗(yàn)收），是我們能找到的關(guān)于超聲波焊接線束的標(biāo)準(zhǔn)資料，但該標(biāo)準(zhǔn)也只是作了外觀等非具體量化的標(biāo)準(zhǔn)約束。IPC標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容：要求超聲波焊接的線束，寬厚比介于1:1和2:1之間；線材不得出現(xiàn)任何變色；③在加壓面可辨識(shí)股線的輪廓，但是沒(méi)有松散的股線。
外資及合資企業(yè)基本采用德國(guó)大眾標(biāo)準(zhǔn)VW60307-CN-2005
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)企業(yè)都是按德國(guó)大眾標(biāo)準(zhǔn)或自己制定企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)品，主要有兩個(gè)評(píng)判參數(shù)：1.拉力參數(shù)；2. 接觸電阻。
2. 焊接設(shè)備上如何分析：
超聲波線束焊機(jī)里有哪些參數(shù)調(diào)整、檢測(cè)及如何分析呢？可調(diào)整、檢測(cè)參數(shù)：壓力、焊接時(shí)間、焊接功率、焊接高度、焊接寬度。
焊接功率：焊接功率的確定首先根據(jù)所焊材料機(jī)械特性，材質(zhì)越軟，需要的焊接功率越低；其次根據(jù)所焊線的橫截面積，橫截面積越大，代表焊接厚度越厚，考慮超聲波在焊接方向上的衰減，所以橫截面積越大，焊接功率越高。同一臺(tái)機(jī)器，在焊接3mm²和焊接25mm²線束時(shí)，焊接每平方大概功率是100W左右。
壓力：橫截面積越大，焊接壓力越高。
焊接寬度：根據(jù)IPC標(biāo)準(zhǔn)和德國(guó)大眾標(biāo)準(zhǔn)VW60307-CN-2005，線結(jié)寬厚比介于1:1和2:1之間。橫截面積越大，線結(jié)寬厚越接近2:1。所以當(dāng)我們拿到一個(gè)線束產(chǎn)品時(shí)，首先根據(jù)這個(gè)規(guī)則確定焊接寬度；再根據(jù)寬度確定大致的焊接高度。焊接時(shí)間、焊接功率需根據(jù)所焊線橫截面積來(lái)試焊確定。
高度參數(shù)是重要的分析參數(shù)：當(dāng)我們確定好焊接寬度后，根據(jù)前面的分析，高度值就可計(jì)算出來(lái)，分焊前與焊后高度，作為沒(méi)有焊之前是否缺線和是否焊接好的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量分析，主要就指高度判斷；當(dāng)然，焊接能耗和時(shí)間可以作為另外的約束參數(shù)，看是否超過(guò)范圍。一般做法：設(shè)定一個(gè)高度值（可計(jì)算和實(shí)際試焊決定），然后設(shè)定偏差值，當(dāng)高度偏差超過(guò)范圍時(shí)，即可判定為不合格。焊前與焊后均是這樣。
3. 在評(píng)估超聲波設(shè)備的生產(chǎn)穩(wěn)定性上，拉力及撕拉力cmk及cpk是評(píng)判設(shè)備穩(wěn)定性的關(guān)鍵指標(biāo)。需強(qiáng)調(diào)一點(diǎn):歐美廠家形成的單線0.35平方撕拉力cmk評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)值得商榷。
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