L'application de la technologie ultrasonique dans le soudage de faisceaux de câbles
Dans le processus de fabrication des faisceaux de câbles automobiles, les machines de soudage par ultrasons sont généralement utilisées pour souder les joints des fils nécessitant une liaison. Le soudage par ultrasons transmet les vibrations mécaniques directement au faisceau de câbles à sertir au travers de la tête de soudage. L'application du soudage par ultrasons dans l'industrie des faisceaux de câbles est déjà répandue et augmente.
Origine du soudage des métaux par ultrasons
Le soudage des métaux par ultrasons a été découvert accidentellement dans les années 1830. À cette époque, lors d'expériences avec des électrodes de soudage par points actuelles et des vibrations ultrasoniques, il a été découvert que le soudage pouvait être réalisé sans courant, développant ainsi la technologie de soudage par ultrasons des métaux froids. Bien que le soudage par ultrasons ait été découvert relativement tôt, son mécanisme d’action n’est pas encore entièrement compris. C'est similaire au soudage par friction, mais il existe des différences. Le soudage par ultrasons a un temps très court et la température est inférieure à la recristallisation ; il diffère également du soudage sous pression car la pression statique appliquée est beaucoup plus faible.
On pense généralement que dans la phase initiale du soudage par ultrasons, les vibrations tangentielles éliminent les oxydes de la surface métallique, effectuent des micro-soudures répétées et décomposent les surfaces rugueuses, augmentant ainsi la zone de contact et augmentant la température de la zone de soudure, entraînant une déformation plastique à l'interface des pièces. Sous pression de contact, lorsque les pièces se rapprochent les unes des autres à une distance permettant une attraction atomique, un point de soudure se forme. Un temps de soudage excessif ou une amplitude ultrasonique excessive peut réduire la résistance de la soudure ou même causer des dommages.
Principe de soudage des métaux par ultrasons : Le soudage des métaux par ultrasons utilise des ondes de vibration à haute fréquence de dizaines de milliers de fois par seconde transmises aux surfaces de deux pièces métalliques à souder. L'application d'une pression provoque le frottement des surfaces métalliques les unes contre les autres, formant une fusion entre les couches moléculaires, permettant ainsi d'atteindre l'objectif de soudage. Ses avantages incluent la vitesse, les économies d'énergie, la force de fusion élevée, la bonne conductivité, l'absence d'étincelles et le traitement presque à froid ; ses inconvénients incluent l'impossibilité de souder des pièces métalliques très épaisses (généralement inférieures ou égales à 5 mm), l'impossibilité d'avoir un point de soudure important et la nécessité de mettre en pression.
La tête de soudage par ultrasons d'un faisceau de câbles automobile se compose principalement de quatre parties : une tête de soudage, un bloc de connexion d'enclume, un bloc supérieur d'enclume et un module de polymérisation. Pendant le soudage, les fils sont alignés verticalement et fermement pressés contre le bloc de connexion de l'enclume. Après avoir appuyé sur la pédale, le module d'agrégation se déplace vers le haut du bloc d'enclume, tandis que le bloc de connexion de l'enclume et le haut de l'enclume descendent ensemble, appuyant fermement le faisceau de câbles automobile dans la zone de soudage. La tête de soudage vibre, transférant de l'énergie aux fils de cuivre, soudant ainsi le faisceau de câbles ensemble.
Pendant le soudage, seule la tête de soudage vibre ; les autres têtes d'outils restent immobiles. Après soudage, le module d'agrégation et le haut de l'enclume se rétractent, tandis que le bloc de liaison de l'enclume se soulève, permettant de retirer le faisceau électrique. Étant donné que la tête de soudage vibre tandis que les autres têtes d'outils restent immobiles, pour empêcher le soudage entre les têtes d'outils et la tête de soudage et l'endommagement de la machine à souder, un espace de 0,025 mm est maintenu entre la surface supérieure de la tête de soudage et la masse du module d'agrégation, et entre le côté supérieur du bloc d'enclume et le côté du bloc de connexion d'enclume. Cela empêche la tête de soudage d'entrer en contact avec d'autres têtes d'outils. Ces espaces doivent également être exempts de débris de cuivre ou d’autres débris ; sinon, le soudage provoquera une érosion de la surface de travail de la tête de l'outil, endommageant potentiellement le circuit imprimé. Puisque la vibration ultrasonique est générée par la tête de soudage, son énergie est transférée de la tête de soudage au sommet de l'enclume. Par conséquent, plus la tête de soudage est proche, plus l'énergie est grande et l'énergie est transférée de haut en bas. Ainsi, lors du placement des fils, le fil le plus épais doit être placé en bas, près de la surface de la tête de soudage, les fils les plus fins étant disposés verticalement vers le haut. Cela permet au fil plus épais de recevoir une plus grande énergie, évitant ainsi un soudage excessif ou insuffisant. La disposition verticale empêche également le soudage latéral, garantissant ainsi la qualité de la soudure.
Avantages et inconvénients du soudage des métaux par ultrasons
Avantages :
1. Le soudage des métaux par ultrasons a une faible pression et une faible consommation d'énergie, et peut souder des matériaux métalliques différents. Sur la base de ces caractéristiques, les pièces métalliques peuvent être rapidement formées en utilisant largement la technologie de soudage des métaux par ultrasons et la technologie de fraisage CNC. Des composants fonctionnels peuvent être intégrés pendant le processus de formage pour créer des matériaux composites intelligents à base de métal, etc.
2. Les machines à souder les métaux par ultrasons peuvent effectuer du soudage par points et du soudage continu. Ils ont une vitesse de soudage rapide. En termes de domaine d'application, même des matériaux ayant des propriétés physiques très différentes peuvent être bien soudés ; il peut également souder des feuilles métalliques, des fils fins, de minuscules appareils et des tôles multicouches d'épaisseurs variables difficiles à souder avec d'autres méthodes.
3. Le soudage ultrasonique des métaux produit des soudures à haute résistance avec une excellente stabilité et une résistance élevée à la fatigue.
4. Le processus de soudage ne nécessite aucun refroidissement par eau ni protection contre les gaz, ce qui entraîne une déformation minimale de la pièce soudée. Aucun traitement thermique tel qu'un recuit n'est nécessaire après le soudage. Le processus de soudage des métaux par ultrasons lui-même nettoie et décompose la couche d'oxyde à la surface de la soudure. La surface de soudure est propre et esthétique, éliminant le besoin de nettoyage après soudage comme avec d’autres méthodes de soudage.
5. Le soudage des métaux par ultrasons n’utilise pas de baguettes de soudage. La zone de soudage n'est pas sous tension et le métal soudé n'est pas directement chauffé. Comparées au soudage à l'arc métallique blindé et au soudage au gaz, les machines de soudage plastique par ultrasons de Suzhou consomment beaucoup moins d'énergie lors du soudage de la même pièce.
6. Comme aucun flux n'est requis, il ne contamine pas la pièce et ne produit pas de scories, d'eaux usées, de gaz nocifs ou d'autres déchets polluants, ce qui en fait une méthode de soudage économe en énergie et respectueuse de l'environnement.
7. Étant donné que le générateur d'ultrasons utilise des circuits électroniques de puissance, il est facile de mettre en œuvre un contrôle électrique et peut être bien intégré aux ordinateurs pour le contrôle du soudage, réalisant ainsi un soudage de haute précision et facilitant l'informatisation et l'automatisation du processus de soudage.
Inconvénients :
1. Même si le soudage par ultrasons de matériaux métalliques permet d'obtenir d'excellents résultats de soudage, la stabilité, l'opérabilité et la fiabilité de l'ensemble du système, combinant le générateur d'ultrasons et le système acoustique avec le système mécanique, posent toujours des problèmes. Dès lors, la conception du système acoustique (transducteur, transformateur d’amplitude, pièces de liaison) et le mode de connexion entre le système acoustique et l’éprouvette sont des enjeux cruciaux.
2. Compréhension insuffisante du mécanisme de soudage des métaux par ultrasons. La question de savoir si le soudage des métaux par ultrasons n'implique aucune fusion du métal, ou s'il s'agit simplement d'une méthode de soudage à l'état solide, ou d'un processus de « liaison » entre métaux, nécessite des recherches plus approfondies.
3. De nombreux facteurs influencent les paramètres du processus de soudage des métaux par ultrasons, ce qui rend leur synthèse difficile.
4. Étant donné que la puissance de soudage requise augmente de façon exponentielle avec l'épaisseur et la dureté de la pièce à usiner et que les machines de soudage par ultrasons de haute puissance sont difficiles et coûteuses à fabriquer, de nouvelles augmentations de la puissance de soudage présenteront non seulement une série de problèmes insolubles dans la conception et la fabrication du système acoustique, mais pourraient également ne pas permettre d'obtenir les résultats de processus souhaités. Par conséquent, elle est actuellement limitée au soudage de pièces minces telles que des fils, des feuilles et des tôles.
5. Les machines de soudage par ultrasons ont une « ouverture » relativement faible et la dimension d'insertion de la pièce ne peut pas dépasser la plage autorisée par le système de soudage. Actuellement, le type de joint est limité aux joints à recouvrement.
6. La surface de soudure est sujette à des vibrations mécaniques à haute fréquence, qui peuvent provoquer des dommages par fatigue sur les bords, la rendant impropre au soudage de matériaux durs et cassants.
