Kender du ultralydssvejsning af metaltråd?

Omfattende analyse af ultralydssvejsning af metaltråd

Ultralydssvejsning af metaltråd er en højeffektiv solid-state-forbindelsesteknologi, der er meget udbredt i bilindustrien, elektronikindustrien og husholdningsapparater. Den bruges til permanent at svejse flere metaltråde (ledningsnet) eller metalplader sammen med ledere.

 Hvad er ultralydssvejsning af metaltråd?

Det er en svejsemetode, der udnytter højfrekvent ultralydsvibrationsenergi (typisk 20kHz, 35kHz eller 40kHz) under tryk for at opnå atombinding mellem to eller flere lag af metalmaterialer i fast tilstand.

1. Grundprincip:

①Solid state-svejsning: Metallet smelter ikke under hele processen. Dette er den grundlæggende forskel mellem det og fusionssvejsemetoder såsom lodning og lysbuesvejsning.

②Energiform: Den bruger mekanisk vibrationsenergi, ikke termisk energi.

③ Virkningsmekanisme: Ultralydsvibrationer genererer forskydningskraft og friktion ved svejsegrænsefladen, nedbryder oxidlaget og forurenende stoffer på metaloverfladen, hvilket tillader rene metalatomer at komme i tæt kontakt og danner en stærk metallurgisk binding under tryk og interatomiske kræfter.

 Arbejdsprincip og proces

Svejseprocessen afsluttes typisk inden for en tiendedel til et par sekunder og kan opdeles i tre trin:

1. Indledende tryksætningsfase:

①Trådselen, der skal svejses, er fastgjort mellem en dedikeret svejseform (øvre form/svejsehoved og nedre form/ambolt).

②Svejsemaskinen anvender et konstant statisk tryk (spændekraft) for at komprimere ledningsnettet.

2. Ultrasonisk vibrationstrin:

①En ultralydsgenerator konverterer 50/60Hz strømfrekvenselektricitet til et højfrekvent elektrisk signal.

②En transducer (piezoelektrisk keramisk eller magnetostriktiv) konverterer det højfrekvente elektriske signal til mekanisk vibration af samme frekvens.

③En amplitudemodulator forstærker amplituden af ​​den mekaniske vibration til det krævede niveau (typisk 5 - 50 µm).

④Svejsehovedet overfører den forstærkede højfrekvente vibration til grænsefladen af ​​metaltrådsnettet, der skal svejses.

⑤ Under den kombinerede virkning af tryk og vibrationer gennemgår grænsefladen:

a) Fjernelse af oxidlag: Vibrationer og friktion skraber oxidfilmen og organisk materiale på metaloverfladen væk.

b) Plastflow: Metallet gennemgår mikroskopisk plastisk deformation ved grænsefladen.

c)Atc)misk diffusion: Rene metaloverflader diffunderer ind i hinanden under påvirkning af interatomiske kræfter og danner en binding.

3. Trykholdende og hærdningstrin:

Ultralydsvibration stopper, men trykket fortsætter i en periode.

Dette trin tillader svejsegrænsefladen at afkøle og størkne under tryk, hvilket sikrer en stabil svejsefugestruktur og danner en tæt, stærk svejsning.

 

Hovedsystemkomponenter

En typisk ultralydsmetalsvejsemaskine inkluderer:

1. Ultralydsgenerator: Systemets 'hjerne', der leverer og kontrollerer højfrekvent elektrisk energi.

2.Akustiske komponenter (energikonverteringssystem):

a) Transducer: Elektrisk energi → mekanisk vibrationsenergi.

b)Forstærker: Forstærker vibrationsamplituden.

c) Svejsehoved: Sender ultralydsenergi direkte til emnet. Dens form er specifikt designet efter produktet.

3.Pneumatisk tryksystem: Giver og styrer det tryk, der kræves til svejsning.

4. Ramme og hus: Understøtter hele systemet og giver sikkerhedsbeskyttelse.

5.Dedikerede svejseforme (øvre og nedre forme): Bruges til at fastgøre og placere ledningsnettet, hvilket sikrer effektiv energioverførsel.

Nøgleprocesparametre

Svejsekvaliteten bestemmes af følgende nøgleparametre:

1.Svejsekraft/energi: Den samlede energiproduktion under svejseprocessen. Moderne svejsemaskiner bruger ofte en 'energitilstand' til kontrol for at sikre ensartethed.

2.Svejsetryk: Den klemkraft, der påføres ledningsnettet.

3.Svejsetid: Varigheden af ​​ultralydsvibrationer.

4. Amplitude: Vibrationsamplituden af ​​svejsehovedets endeflade. Forskellige materialer og tråddiametre kræver forskellige amplituder.

5.Trigger Position/Depth: Det punkt, hvor ultralydsbølgerne udløses, når svejsehovedet falder til en forudindstillet position.

Vigtige fordele

Sammenlignet med traditionel svejsning (såsom tinlodning) har ultralydsmetalsvejsning betydelige fordele:

1.Ingen lodde eller flusmiddel påkrævet:

a) Besparelse af støbninger og undgåelse af tungmetalforurening fra lodning (såsom tin).

b)Nb) risiko b)f korrosion ved loddesamlingen, og bedre ledningsevne (ren metalforbindelse).

2.Lavtemperaturforbindelse: Den samlede emnetemperatur er langt under smeltepunktet, hvilket forhindrer udglødning og påvirker ikke grundmaterialets egenskaber.

a) Meget sikker til svejsning omkring varmefølsomme komponenter.

3.Energi - besparende og miljøvenlig:

a) Energi tilføres kun til et lille svejseområde, hvilket resulterer i ekstremt lavt energiforbrug.

b)Nb) smb)ke eller udstødningsemissioner, hvilket gør det miljøvenligt.

4.Høj svejsehastighed: Typisk afsluttes en svejsesamling inden for 0,1 - 0,5 sekunder, hvilket resulterer i ekstrem høj effektivitet og egnethed til automatiseret masseproduktion.

5.Høj svejsestyrke og lav modstand: Danner en metallurgisk binding, med mekanisk styrke og ledningsevne overlegen i forhold til smeltede loddeforbindelser.

6.Høj konsistens: Præcis parameterkontrol sikrer stabil og pålidelig svejsekvalitet.

7.Svejsbare uens metaller: I stand til at svejse uens materialekombinationer, som er svære at forbinde ved brug af smeltesvejsning, såsom kobber - aluminium og kobber - nikkel.

Anvendelsesområder

1. Bilindustrien (største anvendelsesområde):

①Strømbatterimoduler: Samleskinneforbindelser mellem celler, forbindelser mellem tapper og ledningsnet.

② Ledningsnet: Krympning og svejsning af interne ledninger i sikringsbokse, relæer, stik osv.

2. Elektronik og apparater:

①Lithium-batterier: Svejsning af tapper og ledninger til cylindriske batterier såsom 18650.

②Motorer: Svejsning af blytråde fra viklingsspoler.

③Relæer og transformere: Interne spoleforbindelser.

④Solar Photovoltaics: Samleskinneforbindelser til solpaneler.

⑤Husholdningsapparater og forbrugerelektronik: Tilslutninger af forskellige interne ledningsnet.

 Begrænsninger

1. Begrænset emnetykkelse: Bruges i øjeblikket hovedsageligt til svejsning af tynde plader, fine tråde og folier. En enkelt tråddiameter er typisk ikke mere end 25 mm², og den samlede tykkelse af flere lag er begrænset.

2.Høje formomkostninger: Svejsehoveder og basisforme kræver præcisionsdesign og fremstilling af specifikke produkter, hvilket resulterer i høje omkostninger og mangel på alsidighed.

3.Høje krav til forberedelse af emnet: Området, der skal svejses, skal holdes rent; alvorlig olieforurening eller oxidation kan påvirke svejsekvaliteten.

4. Nogle gange kan der efterlades svejsemærker: Små fordybninger kan forekomme på overfladen, som berøres af svejsehovedet.

Sammenfattende er ultralydssvejsning af metaltråd en hurtig, ren, pålidelig og effektiv 'grøn' forbindelsesteknologi. Med den hurtige udvikling af nye energikøretøjer, energilagring og elektronikindustrien bliver det stadig vigtigere og bliver en uundværlig del af moderne præcisionsfremstilling.