超声波焊接在汽车线束生产中的应用

一、超声波焊接原理：超声波线束焊接是目前汽车线束焊接的一种常用工艺，原理是通过高频的振动是焊接材料表面重新组合。超声波焊接能耗低，无污染，焊接牢固且内阻低，不改变焊接件的化学性质。焊接导电性能优良。

二、与传统的压接点焊相比，超声波线束焊的优点如下：

1、焊接时间短，效率大大提高，快速而节能；

2、焊接材料不熔融、不脆弱导体特性；

3、焊接后导电性能优越，强度高，电阻系极低或近乎零；

4、不需要任何助焊剂、气体、焊料；

5、焊接无火花、烟尘，环保安全；

6、焊接过程稳定，在线检测控制。

3.

三、超声波线束焊接在汽车线束生产过程中的应用

汽车线束是汽车电路的网络主体，汽车正常工作的神经元。没有线束也就不存在汽车电路。传统的汽车线束是指由铜材冲制而成的接触件端子（连接器）与电线电缆压接后，外面再塑压绝缘体或外加金属壳体等，以线束捆扎形成连接电路的组件。

随着汽车电子产品和各种通讯设备进入汽车，对汽车线束传输的电信号的要求也日益苛刻。为应对这些高精度电压和信号传输的要求，传统的线束制造工艺上采用了一些特殊材料，比如双绞线、屏蔽线、镀金端子等。然而，在多数的电子控制设备和一些特殊信号上仍然显得无济于事，例如CAN控制器信号传输线路、安全气囊信号传输线路以及一些音频信号传输线路。现有的端子导线对压接工艺尽管采用了以上特殊材料，但在上述信号传输线路中，信号偶尔还是出现失真或较大衰减。

1 端子压接工艺的研究

采用传统压接工艺压接的汽车线缆，经解剖放大发现在铜丝与铜丝之间、铜丝与端子壁之间形成空洞[1]。传统汽车线束生产工艺采用铜材冲制而成的接触件端子（连接器）与导线压接，仅对电线铜丝进行简单挤压，使铜丝产生物理变形，这样就有可能出现铜丝变形不足，在端子与导线进行压接后，必然形成上述空洞，这些空洞的存在，是不可避免的。而这些空洞的存在，必然导致压接部位电阻系数增加，导电性下降，从而影响电流和信号的传输质量，进而影响其他电器及电子设备的正常工作。同时，线束制作过程中因压接引起的质量缺陷[2]，必将导致使用耐久性降低，并且易发热产生高温，形成线束烧损质量隐患点。

2 超声波压接和端子压接工艺对比分析

超声波压接是通过电晶体功能设备将工频50/60 Hz的电频转变成20 kHz或40 kHz的高频电能，供应给转换器，转换器将电能转换成高频机械振动能，调压装置将高频机械能传至超声波焊接机的焊头。振动通过焊头传递到需要焊接的两个金属表面，两个金属表面相互摩擦形成热能使金属熔化，在短暂的压力下可以使熔化物在粘合面固化时产生强分子键， 终形成金属分子层之间的熔合，整个周期通常是不到一秒种便完成，但是其焊接强度却接近于一块连着的材料。而传统的端子压接是通过金属端子的U型部位对电线铜丝进行简单物理挤压，利用相邻铜丝之间的表面摩擦力来保证电线与端子之间的连接。

事实上，无论是经超声波压接的导线还是端子和导线，在压接处呈矩形状，无松散的芯线和断头或裂开的芯线；而且，导线没有弯曲，而是在自熔合处呈直线引出。超声波焊接是通过相邻金属表面熔化，形成金属分子层之间的熔合，相当于将相邻金属熔为一个整体，相比端子压接后相邻铜丝仍为独立金属个体而言，焊接部位的密实度更好，不会出现空洞。导电性好，电阻系数极低或近乎于零，有效提高了使用耐久性，不易发热，无质量隐患。如图1所示，为超声波压接截面[1]。

3 超声波压接和端子压接的试验数据分析

在进行压接处外观对比和截面分析基础上，笔者对两种压接工艺的导线进行了拉脱力和导电性能测试。测试分别选取了0.75mm2、4.0 mm2、16.0 mm2导线进行试验。试验方法和标准依据《QC/T29106-2004汽车用低压电线束技术条件》的要求进行，试验结果见表1[2]和表2[2]。

从表1可以看出，超声波压接和端子压接在拉脱力性能上，均可以满足使用要求，但由于压接工艺本身差异，端子压接截面往往出现空洞，芯线外漏、绝缘层破损等质量缺陷。

从表2可以看出，超声波压接比端子压接的电压降在同样条件下要低得多，因而对导电性能和信号传输性能比端子压接要优越得多。至少可以有以下3个方面的优点。

第一，解决端子压接形成的空洞，提高导电性能和整个电气系统的稳定性能[3]。

第二，减低因接触电阻引起的热量堆积[4]，防止了线束局部温度升高和线束烧毁的质量隐患。

第三，防止了线束中导线受外界水分、灰尘、油气等不良因素影响而造成铜丝锈蚀、氧化，从而引起导电性能下降和信号传输失真。

基于上述研究，笔者认为对信号要求很高或电流较大的线路，在其端子与导线、导线与导线间的压接，采用超声波压接，对提高信号传输质量或电流输送能力是非常有效的，而且也可以提高汽车电气系统的稳定性。

审核编辑 ：李倩