자동차 와이어링 하니스의 제조 과정에서 일반적으로 초음파 용접기는 접착이 필요한 와이어의 접합부를 용접하는 데 사용됩니다. 초음파 용접은 기계적 진동을 와이어링 하니스에 직접 전달하여 용접 헤드를 통해 압착됩니다. 와이어링 하니스 산업에서 초음파 용접의 적용은 이미 널리 보급되어 증가하고 있습니다.
초음파 금속용접의 유래
초음파 금속 용접은 1830년대에 우연히 발견되었습니다. 당시 전류 스폿 용접 전극과 초음파 진동 실험을 통해 전류 없이 용접이 가능하다는 사실을 발견하고 초음파 냉간 금속 용접 기술을 개발했습니다. 초음파 용접은 비교적 일찍 발견되었지만 그 작용 메커니즘은 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 마찰용접과 유사하지만 차이점이 있습니다. 초음파 용접은 시간이 매우 짧고 온도가 재결정보다 낮습니다. 또한 적용된 정압이 훨씬 작기 때문에 압력 용접과 다릅니다.
일반적으로 초음파 용접의 초기 단계에서는 접선 진동에 의해 금속 표면의 산화물이 제거되고 반복적으로 미세 용접이 이루어지며 거친 표면이 부서져 접촉 면적이 증가하고 용접 영역의 온도가 상승하여 공작물의 경계면에서 소성 변형이 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 접촉 압력 하에서 공작물이 원자 인력이 발생할 수 있는 거리까지 서로 접근하면 용접점이 형성됩니다. 과도한 용접 시간이나 과도한 초음파 진폭은 용접 강도를 감소시키거나 심지어 손상을 초래할 수 있습니다.
초음파 금속 용접 원리: 초음파 금속 용접은 용접할 두 금속 가공물의 표면에 전달되는 초당 수만 회 고주파 진동파를 활용합니다. 압력을 가하면 금속 표면이 서로 마찰되어 분자층 사이에 융합이 형성되어 용접 목적이 달성됩니다. 속도, 에너지 절약, 높은 융합 강도, 우수한 전도성, 스파크 없음 및 거의 저온 처리 등의 장점이 있습니다. 단점은 매우 두꺼운 금속 부품(일반적으로 5mm 이하)을 용접할 수 없고, 큰 용접 지점을 가질 수 없으며, 압력이 필요하다는 점입니다.
자동차 배선 하니스의 초음파 용접 헤드는 주로 용접 헤드, 앤빌 연결 블록, 앤빌 상단 블록 및 중합 모듈의 네 부분으로 구성됩니다. 용접하는 동안 와이어는 수직으로 정렬되고 앤빌 연결 블록에 단단히 밀착됩니다. 풋 스위치를 누르면 집합 모듈이 앤빌 블록 상단을 향해 이동하고, 앤빌 연결 블록과 앤빌 상단이 함께 아래쪽으로 이동하여 자동차 배선 하니스를 용접 영역에 단단히 밀어 넣습니다. 용접 헤드가 진동하여 에너지를 구리선에 전달하여 와이어링 하니스를 함께 용접합니다.
용접 중에는 용접 헤드만 진동합니다. 다른 도구 헤드는 고정된 상태로 유지됩니다. 용접 후 집합 모듈과 앤빌 상단이 수축되고 앤빌 연결 블록이 올라가면서 와이어링 하네스를 제거할 수 있습니다. 다른 공구 헤드는 정지된 상태에서 용접 헤드가 진동하므로, 공구 헤드와 용접 헤드 사이의 용접 및 용접 기계의 손상을 방지하기 위해 용접 헤드의 상면과 집합 모듈의 지면 사이, 앤빌 블록 상단 측면과 앤빌 연결 블록 측면 사이에 0.025mm의 간격을 유지합니다. 이는 용접 헤드가 다른 도구 헤드와 접촉하는 것을 방지합니다. 이러한 틈에는 구리 조각이나 기타 잔해물도 없어야 합니다. 그렇지 않으면 용접으로 인해 도구 헤드의 작업 표면이 부식되어 잠재적으로 회로 기판이 손상될 수 있습니다. 용접 헤드에서 초음파 진동이 발생하므로 그 에너지가 용접 헤드에서 앤빌 상단으로 전달됩니다. 따라서 용접 헤드에 가까울수록 에너지가 커지고 에너지는 위에서 아래로 전달됩니다. 따라서 와이어를 배치할 때 두꺼운 와이어는 용접 헤드 표면에 가까운 바닥에 배치하고 얇은 와이어는 수직으로 위쪽으로 배열해야 합니다. 이렇게 하면 두꺼운 와이어가 더 큰 에너지를 받을 수 있어 과도한 용접이나 과소 용접을 방지할 수 있습니다. 수직 배열은 측면 용접을 방지하여 용접 품질을 보장합니다.
초음파 금속용접의 장점과 단점
장점:
1. 초음파 금속 용접은 압력이 낮고 에너지 소비가 적으며 이종 금속 재료를 용접할 수 있습니다. 이러한 특성을 바탕으로 초음파 금속 용접 기술과 CNC 밀링 기술을 종합적으로 활용하여 금속 부품을 빠르게 성형할 수 있습니다. 지능형 금속 기반 복합 재료 등을 만들기 위해 성형 공정 중에 기능적 구성 요소를 내장할 수 있습니다.
2. 초음파 금속 용접기는 점용접과 연속용접이 가능합니다. 그들은 빠른 용접 속도를 가지고 있습니다. 적용 범위 측면에서 물리적 특성이 크게 다른 재료라도 잘 용접될 수 있습니다. 또한 다른 방법으로는 용접하기 어려운 다양한 두께의 금속박, 미세한 와이어, 작은 장치 및 다층 금속 시트를 용접할 수 있습니다.
3. 초음파 금속 용접은 안정성이 뛰어나고 피로 저항이 높은 고강도 용접을 생성합니다.
4. 용접 공정에는 수냉식이나 가스 차폐가 필요하지 않으므로 용접 작업물의 변형이 최소화됩니다. 용접 후 어닐링 등의 열처리가 필요하지 않습니다. 초음파 금속 용접 공정 자체는 용접물 표면의 산화물 층을 청소하고 분해합니다. 용접 표면은 깨끗하고 심미적으로 만족스럽기 때문에 다른 용접 방법과 마찬가지로 용접 후 청소가 필요하지 않습니다.
5. 초음파 금속 용접은 용접봉을 사용하지 않습니다. 용접 영역에는 전원이 공급되지 않으며 용접 금속은 직접 가열되지 않습니다. 차폐 금속 아크 용접 및 가스 용접과 비교하여 Suzhou의 초음파 플라스틱 용접기는 동일한 공작물을 용접할 때 훨씬 적은 에너지를 소비합니다.
6. 플럭스가 필요하지 않아 작업물을 오염시키지 않으며, 슬래그, 폐수, 유해가스, 기타 폐기물 오염이 발생하지 않아 에너지 절약형, 친환경적 용접공법입니다.
7. 초음파 발생기는 전력전자회로를 사용하므로 전기적 제어가 용이하고 용접제어용 컴퓨터와 잘 통합되어 고정밀 용접이 가능하며 용접공정의 정보화 및 자동화가 용이하다.
단점:
1. 금속 재료의 초음파 용접은 우수한 용접 결과를 얻을 수 있지만, 초음파 발생기와 음향 시스템을 기계 시스템과 결합하는 전체 시스템의 안정성, 작동성 및 신뢰성에는 여전히 문제가 있습니다. 따라서 음향시스템(변환기, 진폭변압기, 연결부)의 설계와 음향시스템과 시편의 연결방법이 중요한 문제이다.
2. 초음파 금속용접의 메커니즘에 대한 이해가 부족하다. 초음파 금속 용접이 금속 용융을 포함하지 않는지, 단순한 고체 용접 방법인지, 금속 간의 '결합' 공정인지 여부는 추가 연구가 필요합니다.
3. 많은 요인이 초음파 금속 용접의 공정 매개변수에 영향을 미치므로 요약하기가 어렵습니다.
4. 필요한 용접 파워는 공작물의 두께와 경도에 따라 기하급수적으로 증가하고 고출력 초음파 용접 기계는 제조가 어렵고 비용이 많이 들기 때문에 용접 파워를 더 높이면 음향 시스템의 설계 및 제조에 일련의 다루기 힘든 문제가 발생할 뿐만 아니라 원하는 공정 결과를 달성하지 못할 수도 있습니다. 따라서 현재는 와이어, 호일, 시트 등 얇은 부품의 용접에만 국한됩니다.
5. 초음파 용접기는 '개방성'이 상대적으로 좋지 않으며 공작물 삽입 치수는 용접 시스템에서 허용하는 범위를 초과할 수 없습니다. 현재 조인트 유형은 랩 조인트로 제한됩니다.
6. 용접 표면은 고주파 기계적 진동이 발생하기 쉽기 때문에 가장자리에 피로 손상이 발생할 수 있으므로 단단하고 부서지기 쉬운 재료의 용접에는 적합하지 않습니다.
