초음파 금속 와이어 하니스 용접을 아시나요?

초음파 금속 와이어 하니스 용접에 대한 종합 분석

초음파 금속 와이어 하니스 용접은 자동차, 전자, 가전 산업에서 널리 사용되는 고효율 고체 접합 기술입니다. 여러 개의 금속 와이어(와이어 하니스) 또는 금속 시트를 도체와 함께 영구적으로 용접하는 데 사용됩니다.

 초음파 금속 와이어 하네스 용접이란 무엇입니까?

고주파 초음파 진동 에너지(일반적으로 20kHz, 35kHz, 40kHz)를 압력 하에서 활용하여 고체 상태의 두 개 이상의 금속 재료 층 사이에 원자 결합을 이루는 용접 방법입니다.

1.핵심 원리:

①고체용접 : 전체 공정에서 금속이 녹지 않습니다. 이것이 솔더링, 아크용접 등의 융합용접 방식과 근본적인 차이점이다.

②에너지형태 : 열에너지가 아닌 기계적 진동에너지를 활용한다.

③작용 메커니즘: 초음파 진동은 용접 계면에서 전단력과 마찰을 발생시켜 금속 표면의 산화물 층과 오염 물질을 분해하여 순수한 금속 원자가 밀착되도록 하여 압력과 원자간 힘에 의해 강한 야금학적 결합을 형성합니다.

 작동 원리 및 프로세스

용접 공정은 일반적으로 1~10초에서 몇 초 내에 완료되며 세 단계로 나눌 수 있습니다.

1. 초기 가압 단계:

①용접할 와이어 하네스를 전용 용접 금형(상부 금형/용접 헤드와 하단 금형/앤빌) 사이에 고정합니다.

②용접기는 와이어 하니스를 압축하기 위해 일정한 정압(클램핑력)을 가합니다.

2. 초음파 진동 단계:

①초음파 발생기는 50/60Hz 상용주파 전기를 고주파 전기신호로 변환합니다.

② 변환기(압전 세라믹 또는 자기 변형)는 고주파 전기 신호를 동일한 주파수의 기계적 진동으로 변환합니다.

③진폭 변조기는 기계적 진동의 진폭을 필요한 수준(일반적으로 5 - 50μm)으로 증폭시킵니다.

④용접 헤드는 증폭된 고주파 진동을 용접할 금속 와이어 하니스의 경계면에 전달합니다.

⑤압력과 진동의 결합 작용으로 인터페이스는 다음을 겪습니다.

a) 산화층 제거 : 금속 표면의 산화막과 유기물을 진동과 마찰로 긁어냅니다.

b) 소성 흐름: 금속은 경계면에서 미세한 소성 변형을 겪습니다.

c) Atc)mic 확산: 순수한 금속 표면은 원자간 힘의 영향으로 서로 확산되어 결합을 형성합니다.

3. 압력 유지 및 경화 단계:

초음파 진동은 멈췄지만 일정 시간 동안 압력이 지속됩니다.

이 단계에서는 용접 인터페이스가 압력 하에서 냉각 및 응고되어 안정적인 용접 접합 구조를 보장하고 조밀하고 강한 용접을 형성할 수 있습니다.

 

주요 시스템 구성요소

일반적인 초음파 금속 용접기에는 다음이 포함됩니다.

1.초음파 발생기: 고주파 전기 에너지를 제공하고 제어하는 ​​시스템의 '두뇌'입니다.

2. 음향 부품(에너지 변환 시스템):

a) 변환기: 전기 에너지 → 기계적 진동 에너지.

b) 증폭기: 진동 진폭을 증폭시킵니다.

c) 용접 헤드: 초음파 에너지를 공작물에 직접 전달합니다. 그 모양은 제품에 따라 특별히 설계되었습니다.

3. 공압 가압 시스템 : 용접에 필요한 압력을 제공하고 제어합니다.

4. 프레임 및 하우징: 전체 시스템을 지원하고 안전 보호 기능을 제공합니다.

5. 전용 용접 금형(상하 금형): 와이어 하네스를 고정하고 위치를 지정하는 데 사용되어 효율적인 에너지 전달을 보장합니다.

주요 프로세스 매개변수

용접 품질은 다음 주요 매개변수에 의해 결정됩니다.

1.용접 전력/에너지: 용접 공정 중 출력되는 총 에너지입니다. 현대 용접 기계는 일관성을 보장하기 위해 제어에 '에너지 모드'를 사용하는 경우가 많습니다.

2.용접 압력: 와이어 하니스에 적용되는 클램핑 힘.

3.용접 시간: 초음파 진동의 지속 시간.

4. 진폭: 용접 헤드 끝면의 진동 진폭. 재료와 와이어 직경이 다르면 진폭도 달라야 합니다.

5.트리거 위치/깊이: 용접 헤드가 미리 설정된 위치로 하강할 때 초음파가 트리거되는 지점입니다.

주요 장점

전통적인 용접(예: 주석 납땜)과 비교하여 초음파 금속 용접은 다음과 같은 중요한 장점을 가지고 있습니다.

1. 땜납이나 플럭스가 필요하지 않습니다.

a) 비용을 절감하고 땜납(예: 주석)으로 인한 중금속 오염을 방지합니다.

b)Nb) 위험 b)f 솔더 조인트의 부식 및 더 나은 전도성(순수 금속 연결).

2. 저온 연결 : 전체 공작물 온도가 융점보다 훨씬 낮아 어닐링을 방지하고 모재의 특성에 영향을 미치지 않습니다.

a) 열에 민감한 부품 주위의 용접에 매우 안전합니다.

3.에너지 - 절약 및 환경 친화적:

a)에너지는 아주 작은 용접 면적에만 적용되므로 에너지 소비가 매우 적습니다.

b)Nb) smb)ke 또는 배기가스 배출이 없어 환경 친화적입니다.

4. 높은 용접 속도: 일반적으로 용접 접합은 0.1~0.5초 내에 완료되므로 효율성이 매우 높고 자동화된 대량 생산에 적합합니다.

5. 높은 용접 강도 및 낮은 저항: 용융된 납땜 연결보다 기계적 강도와 전도성이 우수한 야금학적 결합을 형성합니다.

6. 높은 일관성: 정확한 매개변수 제어로 안정적이고 신뢰할 수 있는 용접 품질을 보장합니다.

7. 용접 가능한 이종 금속 : 구리-알루미늄, 구리-니켈 등 융합 용접으로 접합하기 어려운 이종 재료 조합을 용접할 수 있습니다.

응용 분야

1.자동차 산업(가장 큰 응용 분야):

①전원 배터리 모듈: 셀 간 버스바 연결, 탭 및 배선 하니스 간 연결.

②와이어 하네스 : 퓨즈 박스, 릴레이, 커넥터 등의 내부 와이어 압착 및 용접.

2.전자제품 및 가전제품:

①리튬전지 : 18650 등 원통형 전지의 탭 및 와이어 용접.

②모터 : 권선 코일의 리드선 용접.

③릴레이 및 변압기: 내부 코일 연결.

④태양광 발전: 태양광 패널용 부스바 연결.

⑤가전제품 및 가전제품: 다양한 내부 와이어 하네스 연결.

 제한사항

1. 제한된 공작물 두께 : 현재 주로 얇은 시트, 미세한 와이어 및 포일 용접에 사용됩니다. 단일 와이어 직경은 일반적으로 25mm⊃2를 넘지 않으며 여러 레이어의 총 두께가 제한됩니다.

2. 높은 금형 비용: 용접 헤드 및 베이스 금형은 특정 제품에 대한 정밀한 설계 및 제조가 필요하므로 비용이 많이 들고 다양성이 부족합니다.

3. 공작물 준비에 대한 높은 요구 사항: 용접할 영역을 깨끗하게 유지해야 합니다. 심각한 오일 오염이나 산화는 용접 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.

4.때때로 용접 흔적이 남을 수 있습니다: 용접 헤드와 접촉하는 표면에 약간의 움푹 들어간 부분이 나타날 수 있습니다.

요약하면, 초음파 금속 와이어 하니스 용접은 빠르고 깨끗하며 안정적이고 효율적인 '친환경' 연결 기술입니다. 신에너지 차량, 에너지 저장 및 전자 산업의 급속한 발전으로 인해 이는 점점 더 중요해지고 있으며 현대 정밀 제조에 없어서는 안 될 부분이 되었습니다.