Connaissez-vous le soudage de faisceaux de fils métalliques par ultrasons ?

Analyse complète du soudage de faisceaux de fils métalliques par ultrasons

Le soudage par ultrasons de faisceaux de câbles métalliques est une technologie d'assemblage à semi-conducteurs très efficace, largement utilisée dans les industries de l'automobile, de l'électronique et de l'électroménager. Il est utilisé pour souder de manière permanente plusieurs fils métalliques (faisceaux de câbles) ou tôles avec des conducteurs.

 Qu’est-ce que le soudage par ultrasons de faisceaux de fils métalliques ?

Il s'agit d'une méthode de soudage qui utilise une énergie de vibration ultrasonique à haute fréquence (généralement 20 kHz, 35 kHz ou 40 kHz) sous pression pour réaliser une liaison atomique entre deux ou plusieurs couches de matériaux métalliques à l'état solide.

1.Principe de base :

①Soudage à l'état solide : le métal ne fond pas tout au long du processus. C'est la différence fondamentale entre cette méthode et les méthodes de soudage par fusion telles que le brasage et le soudage à l'arc.

②Forme d'énergie : elle utilise l'énergie de vibration mécanique et non l'énergie thermique.

③ Mécanisme d'action : les vibrations ultrasoniques génèrent une force de cisaillement et une friction à l'interface de soudage, décomposant la couche d'oxyde et les contaminants sur la surface métallique, permettant aux atomes de métal pur d'entrer en contact étroit, formant une forte liaison métallurgique sous pression et forces interatomiques.

 Principe de fonctionnement et processus

Le processus de soudage est généralement terminé en un dixième à quelques secondes et peut être divisé en trois étapes :

1. Étape de pressurisation initiale :

①Le faisceau de câbles à souder est fixé entre un moule de soudage dédié (moule supérieur/tête de soudage et moule inférieur/enclume).

②La machine à souder applique une pression statique constante (force de serrage) pour comprimer le faisceau de câbles.

2. Étape de vibration ultrasonique :

①Un générateur à ultrasons convertit l'électricité à fréquence industrielle de 50/60 Hz en un signal électrique à haute fréquence.

②Un transducteur (céramique piézoélectrique ou magnétostrictif) convertit le signal électrique haute fréquence en vibration mécanique de même fréquence.

③Un modulateur d'amplitude amplifie l'amplitude de la vibration mécanique au niveau requis (généralement 5 à 50 µm).

④La tête de soudage transmet la vibration haute fréquence amplifiée à l'interface du faisceau de câbles métalliques à souder.

⑤Sous l'action combinée de la pression et des vibrations, l'interface subit :

a) Enlèvement de la couche d'oxyde : les vibrations et la friction grattent le film d'oxyde et la matière organique sur la surface métallique.

b) Écoulement plastique : Le métal subit une déformation plastique microscopique à l’interface.

c) Diffusion Atc)mique : Les surfaces métalliques pures se diffusent les unes dans les autres sous l'influence de forces interatomiques, formant une liaison.

3. Étape de maintien de la pression et de durcissement :

Les vibrations ultrasoniques s'arrêtent, mais la pression continue pendant un certain temps.

Cette étape permet à l’interface de soudure de refroidir et de se solidifier sous pression, assurant ainsi une structure de joint de soudure stable et formant une soudure dense et solide.

 

Principaux composants du système

Une machine de soudage par ultrasons typique des métaux comprend :

1. Générateur d'ultrasons : le « cerveau » du système, fournissant et contrôlant l'énergie électrique à haute fréquence.

2. Composants acoustiques (système de conversion d'énergie) :

a) Transducteur : Énergie électrique → énergie de vibration mécanique.

b)Amplificateur : Amplifie l’amplitude des vibrations.

c)Tête de soudage : transmet directement l’énergie ultrasonique à la pièce. Sa forme est spécifiquement conçue en fonction du produit.

3. Système de pressurisation pneumatique : fournit et contrôle la pression requise pour le soudage.

4. Cadre et boîtier : prend en charge l'ensemble du système et offre une protection de sécurité.

5. Moules de soudage dédiés (moules supérieurs et inférieurs) : utilisés pour fixer et positionner le faisceau de câbles, assurant un transfert d'énergie efficace.

Paramètres clés du processus

La qualité du soudage est déterminée par les paramètres clés suivants :

1. Puissance/énergie de soudage : la production d'énergie totale pendant le processus de soudage. Les machines à souder modernes utilisent souvent un « mode énergie » pour le contrôle afin de garantir la cohérence.

2. Pression de soudage : la force de serrage appliquée au faisceau de câbles.

3. Temps de soudage : La durée des vibrations ultrasoniques.

4.Amplitude : l'amplitude de vibration de la face d'extrémité de la tête de soudage. Différents matériaux et diamètres de fil nécessitent des amplitudes différentes.

5. Position/profondeur du déclencheur : le point auquel les ondes ultrasonores sont déclenchées lorsque la tête de soudage descend vers une position prédéfinie.

Avantages clés

Par rapport au soudage traditionnel (comme le brasage à l’étain), le soudage des métaux par ultrasons présente des avantages significatifs :

1. Aucune soudure ou flux requis :

a) Économiser les moules et éviter la contamination par les métaux lourds provenant de la soudure (comme l'étain).

b)Nb) risque b)f corrosion au niveau du joint de soudure, et meilleure conductivité (connexion en métal pur).

2. Connexion basse température : la température globale de la pièce est bien inférieure au point de fusion, empêchant le recuit et n'affectant pas les propriétés du matériau de base.

a) Très sûr pour le soudage autour de composants sensibles à la chaleur.

3.Économie d'énergie et respect de l'environnement :

a) L'énergie est appliquée uniquement à une petite zone de soudage, ce qui entraîne une consommation d'énergie extrêmement faible.

b)Nb) smb)ke ou émissions d'échappement, ce qui le rend respectueux de l'environnement.

4. Vitesse de soudage élevée : en règle générale, un joint de soudure est réalisé en 0,1 à 0,5 seconde, ce qui entraîne une efficacité extrêmement élevée et une aptitude à la production de masse automatisée.

5. Haute résistance de soudure et faible résistance : forme une liaison métallurgique, avec une résistance mécanique et une conductivité supérieures aux connexions de soudure fondues.

6. Haute cohérence : un contrôle précis des paramètres garantit une qualité de soudure stable et fiable.

7. Métaux différents soudables : capables de souder des combinaisons de matériaux différents qui sont difficiles à assembler par soudage par fusion, tels que le cuivre-aluminium et le cuivre-nickel.

Domaines d'application

1. Industrie automobile (plus grand domaine d’application) :

①Modules de batterie de puissance : connexions de barres omnibus entre les cellules, connexions entre les languettes et les faisceaux de câbles.

② Faisceaux de câbles : sertissage et soudage de fils internes dans les boîtes à fusibles, les relais, les connecteurs, etc.

2. Électronique et appareils électroménagers :

①Batteries au lithium : Soudage de languettes et de fils pour batteries cylindriques telles que 18650.

②Moteurs : Soudage des fils conducteurs des bobines d’enroulement.

③Relais et transformateurs : connexions de bobine internes.

④ Solaire Photovoltaïque : Connexions de jeux de barres pour panneaux solaires.

⑤Appareils électroménagers et électronique grand public : connexions de divers faisceaux de câbles internes.

 Limites

1. Épaisseur limitée de la pièce : actuellement principalement utilisée pour souder des feuilles minces, des fils fins et des feuilles. Le diamètre d'un fil unique ne dépasse généralement pas 25 mm⊃2 ; et l'épaisseur totale de plusieurs couches est limitée.

2. Coût élevé du moule : les têtes de soudage et les moules de base nécessitent une conception et une fabrication de précision pour des produits spécifiques, ce qui entraîne des coûts élevés et un manque de polyvalence.

3. Exigences élevées en matière de préparation des pièces : la zone à souder doit être maintenue propre ; Une contamination ou une oxydation grave par l’huile peut affecter la qualité de la soudure.

4. Parfois, des marques de soudure peuvent être laissées : de légères empreintes peuvent apparaître sur la surface en contact avec la tête de soudage.

En résumé, le soudage par ultrasons des faisceaux de câbles métalliques est une technologie de connexion « verte » rapide, propre, fiable et efficace. Avec le développement rapide des véhicules à énergie nouvelle, du stockage d'énergie et de l'industrie électronique, cela devient de plus en plus important, devenant un élément indispensable de la fabrication de précision moderne.