汽車線束焊接設(shè)備解析

一、汽車線束焊接方式：壓接和超聲波焊接

汽車線束焊接目前生產(chǎn)工藝主要有壓接和超聲波焊接兩種：壓接就是利用端子將多股電線壓在一起形成接頭;超聲波焊是利用超聲波振動(dòng)所產(chǎn)生的物理效應(yīng)將線頭結(jié)合起來。超聲波應(yīng)用于汽車線束焊接生產(chǎn)，最早于歐美開始流行，主要得益于國(guó)外超聲波金屬焊接技術(shù)的發(fā)展。兩種焊接技術(shù)比較：

(一)壓接

優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)速度快;設(shè)備簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：金屬?zèng)_壓存在反彈風(fēng)險(xiǎn);惡劣工況下存在氧化和生銹風(fēng)險(xiǎn)，所有風(fēng)險(xiǎn)均可導(dǎo)致接觸不良。

(二)超聲波焊接

優(yōu)點(diǎn)：超強(qiáng)的電連接特性(基本零電阻);對(duì)于惡劣工況下存在氧化和生銹風(fēng)險(xiǎn)不敏感。

缺點(diǎn)：設(shè)備昂貴;消耗件也較貴。

二、目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)超聲波線束焊接廠家及產(chǎn)品分析

(一)進(jìn)口產(chǎn)品

由于國(guó)外較為先進(jìn)的超聲波線束焊接技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上有幾家國(guó)外知名品牌和代理廠家，例如：

1、bbbSONIC(瑞士)：其產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)并不多見。

據(jù)稱其產(chǎn)品最大焊接橫截面積：160mm²。

2、SCHUNK(德國(guó))：該公司產(chǎn)品由庫(kù)邁思精密機(jī)械(上海)有限公司代理。

主要型號(hào)：Minic-II標(biāo)稱：0.5-30mm²;bbbbbb-Splicer-40最大標(biāo)稱：40mm²。

3、AMTECH(美國(guó))：該公司被BRANSON收購(gòu);SONICS(美國(guó))：經(jīng)銷商是上海幸義。

主要型號(hào)：Ultrasplice®XL0.7-2 標(biāo)稱：0.7-28mm²;Ultrasplice®MOD-10最大標(biāo)稱：35mm²。

4、TECHSONIC(韓國(guó))：由北京特聲公司銷售。

主要型號(hào)：US-3020WS 標(biāo)稱：0.5-32mm²。

(二)國(guó)內(nèi)合格產(chǎn)品

近幾年，國(guó)內(nèi)超聲波金屬焊接技術(shù)取得了重大進(jìn)展，其中代表廠家——無(wú)錫尼可超聲波設(shè)備有限公司作為國(guó)內(nèi)超聲波金屬焊接設(shè)備專業(yè)制造商，也推出了兩款超聲波線束焊接機(jī)產(chǎn)品。

1、NC-2020P超聲波線束焊機(jī)

基本參數(shù)：①焊接線橫截面積為:0.3-10mm²;②工作頻率20 KHz;③標(biāo)稱功率容量: 2000W。

2、NC-2032P超聲波線束焊機(jī)

基本參數(shù)：①焊接線橫截面積為:5-30mm²;②工作頻率：20 KHz;③標(biāo)稱功率容量: 3200W。

以上所列為滿足汽車線束生產(chǎn)技術(shù)要求的產(chǎn)品，其具有明顯的技術(shù)特征：①超聲波發(fā)生器均是頻率自動(dòng)跟蹤(沒有調(diào)頻率的旋鈕);②線寬調(diào)整手工調(diào)整;

(三)國(guó)內(nèi)不合格產(chǎn)品

目前國(guó)內(nèi)超聲波線束焊接市場(chǎng)存在著不少以假亂真、以次充好的產(chǎn)品。一些廠家利用現(xiàn)有的超聲波塑料焊接技術(shù)的電路及換能器等來做超聲波金屬焊接設(shè)備，所做設(shè)備滿足不了汽車線束批量生產(chǎn)的技術(shù)要求。

以某廠家產(chǎn)品為例分析：①超聲波發(fā)生器，顯而易見用的超聲波塑料焊B類半橋功放，不具備頻率自動(dòng)跟蹤功能;②線寬手動(dòng)調(diào)整，焊高手動(dòng)調(diào)整限位;③焊接氣壓手動(dòng)調(diào)整;④ 沒有品控軟件。

問題：①焊頭發(fā)熱及帶不同負(fù)載時(shí)所產(chǎn)生的頻率漂移，怎么辦?由此引致的焊頭振幅下降，怎么辦?②不同方數(shù)的電線焊接參數(shù)每種都要手工調(diào)節(jié)?③如何判斷每次焊接的產(chǎn)品是否合格?要知道，汽車線束生產(chǎn)可是大批量的。對(duì)于這種產(chǎn)品，好比載重貨車上裝配的是一臺(tái)手扶拖拉機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，如何讓它能夠穩(wěn)定載貨?

三、線束焊接市場(chǎng)分析

(一)線束焊接機(jī)品牌分析

縱觀國(guó)內(nèi)外，目前線束焊機(jī)的第一品牌應(yīng)是：SCHUNK;排名第二的應(yīng)是：AMTECH(BRANSON);2008年后，韓國(guó)TECHSONIC也進(jìn)入中國(guó);美國(guó)SONICS在2011年通過上海幸義進(jìn)入中國(guó)。

隨著2008年無(wú)錫尼可成功研制出國(guó)內(nèi)第一代超聲波線束焊接機(jī)，歐美品牌對(duì)超聲波金屬焊接技術(shù)的壟斷局面被打破，國(guó)內(nèi)超聲波金屬焊接品牌和歐美知名品牌開始同臺(tái)競(jìng)技。無(wú)錫尼可超聲波從一開始就確立了成為中國(guó)超聲波線束焊接市場(chǎng)第一品牌的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，這一目標(biāo)的制定源自無(wú)錫尼可的三大獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：擁有和SCHUNK等進(jìn)口產(chǎn)品品質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)的核心技術(shù);基于進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格一半的定價(jià);本土服務(wù)的快捷、周到。

(二)尼可超聲波線束焊接技術(shù)細(xì)節(jié)分析

作為超聲波線束焊機(jī)而言，雖然生產(chǎn)的廠家不多，但都有一些技術(shù)細(xì)節(jié)的區(qū)分，下面就針對(duì)其中的一些技術(shù)細(xì)節(jié)做一分析：

1、焊頭區(qū)別：焊頭結(jié)構(gòu)有兩種，一種是整體焊頭;一種是分體焊頭。整體焊頭被如下公司采用：bbbSONIC、SCHUNK、TECHSONIC、無(wú)錫尼可。分體焊頭被如下公司采用：AMTECH(BRANSON)、SONICS。分體焊頭其唯一優(yōu)點(diǎn)是更換成本低，其他全是技術(shù)上的缺點(diǎn)了，如：兩種材質(zhì)聲速的不同造成的發(fā)熱;安裝扭力及端面接觸不好引致的發(fā)熱等。從技術(shù)角度出發(fā)，整體焊頭有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。整體焊頭的缺點(diǎn)就是更換成本高些，但美國(guó)銷售的分體焊頭的配件價(jià)格還是比無(wú)錫尼可的整體焊頭價(jià)格高。

2、紋路區(qū)別：紋路有兩種，一種是直條紋;一種是網(wǎng)紋。直條紋對(duì)于超聲波所引入的加速度能量是有更多的好處的。對(duì)于線束這種松散的結(jié)構(gòu)，直紋和網(wǎng)紋對(duì)于焊接品質(zhì)均能保證。但是，在線束焊接中，所有夾具和焊頭形成的是一個(gè)方框，而且彼此之間需要相對(duì)滑動(dòng)，當(dāng)紋路磨損產(chǎn)生時(shí)，網(wǎng)紋就體現(xiàn)出一些缺點(diǎn)了：容易夾線。直紋的設(shè)計(jì)是齒對(duì)齒的，磨損對(duì)于底部的縫隙影響小。網(wǎng)紋一般被AMTECH(BRANSON)、SONICS所采用。

3、聲能元件及結(jié)構(gòu)區(qū)別：AMTECH采用換能器+鈦焊頭+焊嘴結(jié)構(gòu)，不帶變幅桿，固定方式采用端面+節(jié)點(diǎn)輔助固定。其優(yōu)點(diǎn)是體積小，缺點(diǎn)是鈦焊頭形狀奇異，當(dāng)焊頭損壞后，裝拆是個(gè)麻煩事。

對(duì)于這些技術(shù)細(xì)節(jié)，無(wú)錫尼可經(jīng)過評(píng)估，采用的是整體焊頭及直條紋設(shè)計(jì)。無(wú)錫尼可和SCHUNK一樣，采用換能器+變幅桿+焊頭結(jié)構(gòu)，固定方式和AMTECH差不多。

對(duì)于線束機(jī)的使用，無(wú)錫尼可咨詢過很多用戶，看他們對(duì)于這些細(xì)節(jié)如何評(píng)判，結(jié)果是不確定的，估計(jì)是使用習(xí)慣的問題吧。

(三)線束焊接產(chǎn)品品質(zhì)分析

對(duì)于線束焊接產(chǎn)品品質(zhì)的分析，主要體現(xiàn)在兩方面：檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和焊接設(shè)備上如何分析。

首先，我們來看看什么樣的焊接效果才是理想效果(見下圖)。實(shí)際上，很多客戶有誤區(qū)：認(rèn)為超聲波焊接是將所有電線壓成一個(gè)實(shí)體。這在技術(shù)上是能實(shí)現(xiàn)的，但有兩個(gè)副作用：①壓縮量比較大，減低拉力強(qiáng)度;②會(huì)需要較多的能量，會(huì)造成工件過熱，表象是發(fā)黑。

所以，焊接線與線之間的理想狀態(tài)是留有空余量的六角狀結(jié)構(gòu)，下面就詳細(xì)分析一下具體的數(shù)值：

松散的線所表現(xiàn)出來的橫截面積是真實(shí)橫截面積的1.11-1.28倍(見左圖排列);通常超聲波焊接對(duì)產(chǎn)品的壓縮量一般為：0.8-0.9范圍;所以焊接出來成品的橫截面積基本為真實(shí)橫截面積的1.0-1.1倍范圍(測(cè)量時(shí)需考慮紋路深度的影響)。

1、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)家目前還沒有出臺(tái)針對(duì)于超聲波汽車線束焊接的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn);IPC/WHMA-A-620A(線纜及線束組件的要求及驗(yàn)收)，是我們能找到的關(guān)于超聲波焊接線束的標(biāo)準(zhǔn)資料，但該標(biāo)準(zhǔn)也只是作了外觀等非具體量化的標(biāo)準(zhǔn)約束。IPC標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容：①要求超聲波焊接的線束，寬厚比介于1:1和2:1之間;②線材不得出現(xiàn)任何變色;③在加壓面可辨識(shí)股線的輪廓，但是沒有松散的股線。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)企業(yè)都是自己制定企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)來檢驗(yàn)產(chǎn)品，主要有兩個(gè)評(píng)判參數(shù)：①拉力參數(shù);②接觸電阻。

2、焊接設(shè)備上如何分析

超聲波線束焊機(jī)里有哪些參數(shù)調(diào)整、檢測(cè)及如何分析呢?可調(diào)整、檢測(cè)參數(shù)：振幅、壓力、焊接時(shí)間、焊接能量、焊接高度、焊接寬度。

振幅：振幅的確定首先根據(jù)所焊材料機(jī)械特性，材質(zhì)越軟，需要的振幅越低;其次根據(jù)所焊線的橫截面積，橫截面積越大，代表焊接厚度越厚，考慮超聲波在焊接方向上的衰減，所以橫截面積越大，振幅越高。同一臺(tái)機(jī)器，在焊接3mm²和焊接25mm²線束時(shí)，振幅參數(shù)基本要相差30%左右(所以超聲波設(shè)備如果不具備振幅連續(xù)可調(diào)的功能，如何能適應(yīng)線束焊接?)。

壓力：橫截面積越大，焊接壓力越高。好的設(shè)備都是通過電氣比例閥數(shù)字控制。

焊接寬度：根據(jù)IPC標(biāo)準(zhǔn)，線結(jié)寬厚比介于1:1和2:1之間。橫截面積越大，線結(jié)寬厚越接近2:1。所以當(dāng)我們拿到一個(gè)線束產(chǎn)品時(shí)，首先根據(jù)這個(gè)規(guī)則確定焊接寬度;再根據(jù)寬度確定大致的焊接高度。優(yōu)質(zhì)焊機(jī)都是通過步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)來調(diào)整焊接寬度。

焊接時(shí)間、焊接能量需根據(jù)所焊線橫截面積來試焊確定。

高度參數(shù)是重要的分析參數(shù)：當(dāng)我們確定好焊接寬度后，根據(jù)前面的分析，高度值就可計(jì)算出來，分焊前與焊后高度，作為沒有焊之前是否缺線和是否焊接好的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量分析，主要就指高度判斷;當(dāng)然，焊接能耗和時(shí)間可以作為另外的約束參數(shù)，看是否超過范圍。一般做法：設(shè)定一個(gè)高度值(可計(jì)算和實(shí)際試焊決定)，然后設(shè)定偏差值，當(dāng)高度偏差超過范圍時(shí)，即可判定為不合格，焊前與焊后均是這樣。

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