Ультразвуковая сварка и контактная сварка электрических контактов и шин

Ультразвуковая сварка соединяет проводящие металлы посредством высокочастотной механической вибрации-с ограниченным объемным нагревом, а контактная сварка создает локализованную зону плавления за счет электрического тока и контактного сопротивления. Для электрических контактных узлов и шин выбор зависит от сочетания материалов, толщины сечения, допустимого термического воздействия, требуемой прочности на сдвиг и электрического сопротивления готового соединения.

 

Инженерное решение заключается не просто в том, «какой процесс сварки прочнее». Соединение должно сохранять низкое электрическое сопротивление, контролируемую механическую прочность, стабильное металлургическое соединение, точность размеров и воспроизводимое качество продукции после штамповки и сборки.

 

 

 

Низко-Склеивание контактных узлов AgSnO₂-Cu

Ультразвуковая сварка особенно применима, когда электрический контакт содержит сплав серебра, а подложка — медь. Узел ультразвуковой контактной сварки может создать твердое-соединение, не требуя, чтобы весь интерфейс соединения достиг температуры плавления основных материалов.

 

Типичные области применения включают в себя:

Контактные узлы AgSnO₂-Cu, требующие ограниченного термического воздействия на сплав серебра.
Cu-Соединения проводов с медной оплеткой, где деформацию жил необходимо контролировать.
Тонкие медные листы, стопки фольги, клеммы и гибкие проводники.
Соединения аккумулятора и силовой-электроники, где чрезмерное нагревание может повредить прилегающую изоляцию.
Электрические контактные перемычки, требующие постоянного контактного сопротивления после соединения.

Сварочный механизм сочетает в себе контролируемое давление зажима с ультразвуковой вибрацией. Поверхностные оксиды и загрязнения разрушаются на границе раздела, а локализованная пластическая деформация увеличивает реальную площадь металлического контакта.

Для квалификации производства критические переменные не ограничиваются частотой ультразвука. Амплитуда сварки, сила сварки, энергия, время цикла, твердость материала, площадь перекрытия и состояние поверхности должны контролироваться как окно процесса.

 

AgSnO₂-Параметры медного соединения

Переменная	Инженерное рассмотрение	Типичный фокус на качество
Контактный материал AgSnO₂	Электроконтактный сплав с оксидом серебра-олова-	Избегайте чрезмерной термической деградации
Медная подложка	C1100 / медь с высокой-проводимостью	Сохранение проводимости и стабильности размеров
Толщина шва	Тонкие-листовые и слоистые конструкции	Предотвратить чрезмерную деформацию
Сила сварки	Определяет давление на границе раздела	Стабильное соединение без разрушения
Ультразвуковая амплитуда	Контролирует трение и деформацию интерфейса.	Избегайте чрезмерной-сварки
Энергия сварки	Коррелирует с консистенцией склеивания	Установить окно процесса через DOE
Электрическое сопротивление	Указывает текущее-качество пути.	100-процентная или выборочная проверка-сопротивления на основе
Сила сдвига	Указывает на механическую целостность	Корреляция данных разрушающих испытаний с параметрами сварки

 

 

 

При контактной сварке электрический ток, проходящий через детали, вызывает локальный джоулевый нагрев. Тепло, выделяемое на границе раздела, приблизительно связано с:

 

Вопрос=I²Rt

 

где I — сварочный ток, R — электрическое сопротивление, t — длительность тока.

Это делает силу электрода, ток, время сварки, сопротивление материала и геометрию контакта непосредственно значимыми для формирования сварного шва.

Для более толстых штампованных деталей контактная точечная сварка может создать определенную зону плавления с большей проплавляемостью, чем многие процессы соединения в твердом состоянии. Это делает его пригодным для контактной точечной сварки медных контактов, штампованных электрических мостов, клемм и многослойных проводящих компонентов.

 

Контактная сварка компонентов из меди C1100

Медь представляет собой особую проблему при сварке сопротивлением-, поскольку ее электрическое сопротивление низкое, а теплопроводность высокая. Поэтому для генерации достаточного локализованного тепла может потребоваться большой ток.

 

Технология производства обычно фокусируется на:

Геометрия электрода и площадь контакта.
Силовая стабильность электрода.
Повторяемость-сварочного тока.
Текущие характеристики роста и падения.
Толщина листа и стопка-вверх.
Окисление и загрязнение поверхности.
Износ электродов.
Диаметр самородка и проникающая способность.
Электрическое сопротивление после-сварки.
Разрушающее испытание на сдвиг или отслаивание.

 

Контактный мост, сваренный контактной сваркой-не следует проверять только путем визуального осмотра. Формирование самородков, механическая прочность, электрическое сопротивление и режим разрушения должны коррелировать с окном процесса сварки.

 

Запросить бесплатную оценку и предложение DFM

 

 

C1100 Медь в сравнении с контактными материалами AgSnO₂

Комбинация материалов определяет, является ли тепловое воздействие или механическая деформация доминирующим инженерным ограничением.

 

Параметр	Ультразвуковая сварка	Контактная сварка
Первичный механизм соединения	Твердотельное-механическое соединение	Локальный нагрев, вызванный-сопротивлением
Плавление сыпучего материала	Обычно избегают	Обычно образуется зона слияния
Зона,-пострадавшая от жары	Относительно ограничено	Более локализованная, но более высокая пиковая температура
Тонкие медные листы	Очень подходит	Подходит с оптимизированными параметрами
Медная оплетка	Очень подходит	Сложнее работать с тонкими-структурами прядей.
Толстая штампованная медь	Зависит от приложения-	Хорошо подходит
AgSnO₂ контакт	Подходит там, где тепловое воздействие должно быть ограничено.	Возможно с контролируемым подводом тепла
Сварной самородок	Не является основным квалификационным признаком	Основная характеристика качества-сварного шва
Требования к электродам	Система рог/наковальня	Требуются электроды
Износ электродов	Износ инструмента зависит от материала и амплитуды	Значительная производственная переменная
Типичная проверка	Сдвиг + электрическое сопротивление + металлография	Самородок + сдвиг/отслаивание + электрическое сопротивление
Оптимизация процесса	Сила + амплитуда + энергия + время	Ток + сила + время + геометрия электрода

 

Медная---медная плетеная проволока

Медная оплетка представляет собой другую проблему соединения, чем штампованный листовой металл. Отдельные жилы имеют небольшое поперечное-сечение и оксидные слои, а чрезмерное тепловое воздействие может вызвать локальный отжиг или нежелательную деформацию.

Ультразвуковая сварка позволяет объединить несколько медных жил с медной клеммой, сохраняя при этом относительно компактную область,-подвергающуюся термическому воздействию.

 

Инженерная цель состоит в том, чтобы добиться:

Низкое электрическое сопротивление + достаточная прочность на растяжение/срез + контролируемое уплотнение прядей.

Поэтому в производственных спецификациях следует определять приемлемое электрическое сопротивление и характер механических повреждений, а не полагаться исключительно на внешний вид сварного шва.

 

 

Сварное электрическое соединение выполняет две независимые функции:

Пропускайте ток с контролируемыми электрическими потерями.
Выдерживать механическую нагрузку во время сборки и обслуживания.

Соединение может иметь приемлемую механическую прочность, но при этом проявлять избыточное электрическое сопротивление. И наоборот, соединение с низким-сопротивлением может иметь недостаточную механическую прочность.

 

Измерение электрического сопротивления

Четырехпроводное-измерение в Кельвине предпочтительнее, когда целевое сопротивление достаточно низкое, иначе сопротивление проводов и контактов могло бы повлиять на результаты измерения.

Тест-система должна контролировать:

Тестовый ток.
Положение зонда.
Направление измерения.
Контактное давление.
Температура.
Время стабилизации.
Частота выборки.

Для сильных-медных соединений значение сопротивления следует соотносить с геометрией проводника и эффективной площадью передачи тока-, а не интерпретировать как изолированное число.

 

Испытание на сдвиг и растяжение

Механическая валидация может включать в себя:

Испытание на сдвиг-сдвигом.
Проведите-тестирование.
Пилинг-тестирование слоистых структур.
Испытание клемм на растяжение.
Разрушающий поперечный-анализ.

Режим отказа предоставляет дополнительную информацию. Разрушение исходного материала указывает на состояние процесса, отличное от межфазного разделения.

 

 

 

IATF 16949 Управление процессами для сварных контактов

Для автомобильных электрических контактных компонентов сварку следует рассматривать как контролируемый специальный процесс, а не изолированную операцию сборки.

План производственного контроля может включать в себя:

Входная проверка материалов.
Проверка размеров КИМ.
Мониторинг процесса штамповки-.
Контроль параметров сварки.
Проверка состояния электрода или звукового сигнала.
Испытание электрического сопротивления.
Проверка поперечной-силы.
Металлографический контроль.
Отслеживаемость по партии или производственной партии.
MSA и датчик R&R.
SPC для критических размеров и характеристик сварного шва.

Для подачи PPAP уровня 3 поставщику может потребоваться установить документированную связь между DFMEA → PFMEA → План управления → Рабочие инструкции → записи проверок → исследования возможностей → результаты проверки.

 

Проверка КИМ и контроль размеров ±0,01 мм

Сварной узел должен сохранять совместимость размеров с расположенным ниже контактором, реле, предохранителем, распределительным устройством или сборкой шин.

В зависимости от геометрии изделия критическими размерами могут быть:

Контактное-центральное положение.
Диаметр отверстия.
Конечная плоскостность.
Место сварки.
Высота контакта.
Угол изгиба.
Общая длина.
Толщина медного листа.

Для прецизионных штампованных компонентов выбранные размеры могут контролироваться с точностью до ±0,01 мм в зависимости от фактического чертежа изделия и набора функциональных допусков-вверх.

 

 

Поставщика сварных контактных мостов следует оценивать по всей производственной цепочке, а не только по возможностям сварки.

 

Квалификационный элемент	Рекомендуемая проверка
Сырье	Сертификат материала и проверка состава
Штамповка	Контроль размеров и записи процесса-инструмента
Сварка	Окно параметров и проверка процесса
Электрические характеристики	Измерение низкого-сопротивления
Механические характеристики	Испытание на сдвиг/растяжение/отслаивание
Металлургия	Поперечный-срез и микроскопический контроль
Точность размеров	Инспекция ШМ
Прослеживаемость	Записи о производстве-на уровне партии
Автомобильное качество	Система IATF 16949
Пакет подачи	Возможность PPAP уровня 3
Экологическое соответствие	Документация RoHS/REACH
Возможности процесса	SPC/Cp/Cpk, где указано

 

Поставщик, умеющий штамповать, но не умеющий соотносить параметры сварного шва с сопротивлением и механическими результатами, создает для покупателя дополнительную квалификационную работу. Предпочтительной моделью снабжения является та, в которой штамповка, соединение, проверка, отслеживание и документация PPAP управляются в рамках одной контролируемой производственной системы.

 

 

Ультразвуковая сварка: тонкая медь, оплетка и низкое тепловое воздействие

Выбирайте ультразвуковую сварку, если конструкция требует:

Уплотнение медной оплетки.
Тонкие проводящие листы.
Ограниченный объемный нагрев.
Твердотельное-соединение.
AgSnO₂-к-медному контактному соединению.
Компактные зоны электрического подключения.
Контролируемая деформация тонких проводящих материалов.

Контактная сварка: толстые штампованные детали и сварные точки определенной толщины

Выбирайте контактную сварку, если конструкция требует:

Толстые штампованные медные детали.
Высокое локальное тепловложение.
Определенные термоядерные самородки.
Высокая производительность.
Повторяемое позиционирование электродов.
Конструктивное соединение штампованных контактных перемычек.

Окончательное технологическое решение должно основываться на-составе материала, толщине, геометрии соединения, целевом электрическом сопротивлении, требованиях к механической-нагрузке, термической чувствительности и объеме производства.

 

Скачать спецификацию на проектирование контактного узла

 

 

Квалифицированный электрический контактный узел должен иметь три взаимодополняющих формы подтверждения.

 

Электрическая проверка

Измерьте полный путь тока и установите приемлемый диапазон сопротивления в определенных условиях испытаний.

Для медных соединений с низким-сопротивлением сам метод измерения становится частью спецификации.

 

Механическая проверка

Испытания на сдвиг или растяжение определяют, может ли соединение выдерживать монтажные усилия, вибрацию, термоциклирование и эксплуатационные нагрузки.

Критерий приемки должен определять как минимальную силу, так и приемлемый вид разрушения.

 

Металлографическая валидация

Перекрестный-анализ позволяет выявить:

Неполное соединение.
Пустоты.
Трещины.
Чрезмерная деформация.
Недостаточный провар сварного шва.
Регионы пострадали от чрезмерной жары-.
Неправильная геометрия самородка.

 

 

 

Прежде чем выпустить сварной контактный узел в серийное производство, в инженерном чертеже и спецификации поставщика должно быть указано:

 

Материал: C1100, C2680, AgSnO₂ или указанный сплав серебра.
Толщина материала: Фактическая толщина листа или проводника.
Конфигурация соединения: внахлест, встык, внахлест, оплетка-к-терминалу или контакт-с-держателем.
Процесс сварки: ультразвуковая или контактная сварка.
Электрические требования: Максимально допустимое сопротивление соединения.
Механические требования: Минимальная сила сдвига или растяжения.
Требования к размерам: критические размеры и допуски, например ±0,01 мм, где это применимо.
Состояние поверхности: требования к покрытию, окислению, загрязнению и очистке.
Метод контроля: измерение сопротивления по Кельвину, КИМ, металлография и разрушающий контроль.
Система качества: IATF 16949, где применяются требования к поставкам автомобилей.
Подача: уровень PPAP 3, если это указано заказчиком.
Экологическое соответствие: требования RoHS и REACH.

 

 

Какая типичная документация PPAP уровня 3 требуется длясварные контактные узлы?

Для уровня 3 PPAP обычно требуются соответствующие проектные записи, технологический процесс, PFMEA, план контроля, результаты размеров, результаты испытаний материалов и производительности, свидетельства MSA, данные о возможностях процесса, образцы деталей и PSW, при условии соблюдения конкретных требований заказчика к представлению.

 

Как выбрать ультразвуковую сварку медной оплетки вместо контактной сварки?

Ультразвуковая сварка обычно применяется, когда медная оплетка требует консолидации прядей с ограниченным объемным нагревом. Контактная сварка более подходит, когда для соединения требуется определенная зона плавления в более толстых штампованных деталях.

 

Как проверяется электрическое сопротивление приваренного медного контакта?

Четырехпроводной-метод измерения по шкале Кельвина обычно используется для соединений с низким-сопротивлением. В спецификациях испытаний должны быть указаны ток, расположение зонда, температура, условия стабилизации, частота выборки и максимально допустимое сопротивление соединения.