隨著國家汽車工業的蓬勃發展和一系列環保政策的出臺，用戶對汽車的安全性、舒適性和經濟性的要求不斷提高，各汽車制造廠商對汽車零部件的環保要求和質量要求也越來越嚴格。超聲波焊接作為一種新興的特種加工技術，已經逐步應用到了汽車線束加工中。相比傳統的焊接和壓接技術，超聲波焊接具有諸多優點 : 焊接材料不熔融、不弱化導體性能; 焊接后導電性能好，電阻系數極低;焊接時間短、效率高; 焊接無火花、煙霧、殘錫等。

眾周所知，超聲波焊接是超聲波傳遞到需焊接的金屬導體表面，然后施加一定的壓力，使兩個金屬導體的表面相互摩擦，形成分子層之間的熔合。而接點位置的撕裂力大小便是衡量分子層之間熔合效果的參數，分子間熔合效果越好，撕裂力就越大; 反之，撕裂力就越小，汽車在顛簸行駛中焊接處的幾根電線就越容易脫落分離，最終影響汽車的信號傳輸。

1 撕裂力的標準及試驗方法

1.1 撕裂力的標準

撕裂力是指將導體接點處撕裂開所需要的力。一般取實驗過程中的最大力值，單位為N。

目前國內汽車線束的生產及檢驗標準主要采用QC /T 29106—2014《汽車電線束技術條件》。標準中的4. 5. 3 條款明確規定，接點采用無焊料焊接方法時，接點的撕裂力應符合表1 的規定。

表1 接點的撕裂力要求值

汽車線束作為汽車電路的網絡主體，在焊接完成后，接點位置不會再做其它加固處理，直接裝入波紋管中，需要經受住各種復雜環境特別是顛簸行駛的考驗。 因此，汽車線束焊接后撕裂力的大小對汽車電路的正常運行起著至關重要的作用。

1.2 撕裂力的試驗方法

接點的撕裂力試驗在拉力試驗機上進行，量程應根據需要確定，示值誤差不大于±1%，樣件夾具應均勻運動，夾具移動速度為20～200 mm/min 的恒定值。本文所涉及到的試驗統一采用100 mm/min的拉伸速度，該拉伸速度已被大多數的線束廠認可。

在測量汽車電線束的接點撕裂力時，一般取焊接接點寬度方向的、位于焊點表面、截面較小的電線上測量撕裂力。樣件長度應保證固定到拉力試驗機上的最小長度。本文所涉及到的試驗統一采用200 mm樣件長度。

如圖1 所示，將樣件固定在拉力試驗機夾具上，沿電線軸線放線并施加拉力，記錄接點拉出過程中的最大拉力示值F。

圖1 撕裂力試驗示意圖

2 影響接點撕裂力的因素及解決方法

汽車線束在超聲波焊接后接點撕裂力的大小受多種因素影響，但起決定性作用的主要為焊接的工藝參數、導體的排列方式、導體表面附著物的處理等三個關鍵因素。

2.1 導體焊接的工藝參數

影響超聲波焊接質量的主要工藝參數有振幅、寬度、焊接能量和氣壓。振幅過小，寬度過大，能量太少，氣壓不足，容易導致焊接不牢，撕裂力就達不到要求; 振幅過大，寬度過小，能量偏多，氣壓太高，則又容易造成導體熔化的“過焊”現象。因此，針對不同焊接面積的導體，需要通過大量試驗，從小振幅、少能量、低氣壓開始，逐步加大參數，同步做撕裂力試驗，找出焊接效果最佳的工藝參數。

表2 是根據長期大量試驗數據的積累，總結出的適合不同截面的汽車線束焊接工藝參數，可供參考。

表2 超聲波線束焊接參數表

另外，超聲波焊接時焊頭會產生熱量，因此在批量焊接過程中還應注意焊頭的冷卻，可采用壓縮空氣風冷的方式對焊頭進行降溫，防止因焊頭溫度過高而造成焊接質量不好。

2.2 焊接時導體的排列方式

同樣結構的導體，在焊接時排列方式不同，其焊接效果也有很大差異。在沃爾沃汽車線束制造過程中，三根0.35 mm² 的電線需要以1+2 的結構用超聲波進行導體焊接，其排列方式見圖2(中間為焊接區，兩邊是電線) 。

圖2 三種焊接電線的排列方式

取型號、規格、顏色一樣的電線分三組，在同樣的焊接工藝參數情況下，分別按圖2 所示的a、b、c三種排列方式進行超聲波焊接，各測20 個撕裂力數據(同一側兩根電線之間的撕裂力) ，結果見表3。

表3 不同排列方式的撕裂力數值( 單位: N)

由表3 可看出，a 排列方式焊接后的撕裂力普遍較小，甚至有部分小于標準( 12 N) 的要求; b 排列方式焊接后的撕裂力相對穩定，但操作不方便，焊接時需將一根電線插入到另外兩根電線的中間; c 排列方式焊接后的撕裂力全部符合要求，且比較穩定。

這主要是因為超聲波震動是由焊頭產生的，其能量是從焊頭傳遞到鐵砧頂塊的，故越靠近底部的焊頭，能量就越大，越容易造成過焊情況; 另外，焊頭附近容易堆積熔融物、灰塵等，也會影響導體焊接的效果。

因此，在超聲波焊接時，采用c 排列方式，可以達到最佳的焊接效果。多根相同截面的電線在超聲波焊接時，有撕裂力要求的兩根電線應放在中上層位置; 不同截面的電線在進行超聲波焊接時，應將截面大的電線依次放在最下層，截面小的電線依次垂直向上排列，從而防止過焊或焊接不足。

2.3 導體表面附著物的處理

由于超聲波焊接是將超聲波傳到金屬表面，在壓力作用下，通過導體表面相互摩擦形成分子層之間的熔合。如果導體表面有油污、氧化、雜質等，焊接質量將受到很大影響。

(1) 單絲表面殘留的潤滑液。 導體絞合前的單絲在生產時應盡量將拉絲液或退火液的濃度控制在工藝范圍的下限，以減少單絲表面殘留的潤滑液。通常拉絲液的濃度控制在5.5%，退火液的濃度控制在0.5%，即可保證銅單絲不氧化，同時將銅單絲表面殘留的潤滑液減少至最低程度。

(2) 導體表面氧化。 銅導體氧化后會在表面形成一層氧化銅，使導體表面發黃甚至發黑。這層氧化銅會阻礙銅分子之間的熔合，從而影響焊接后的撕裂力。通過對比試驗發現，導體表面氧化程度越深，則焊接后的撕裂力越小，因此在電線的整個生產過程中都要做好防氧化處理。若待焊接的汽車電線采用的是緊壓導體，最好在導體絞合緊壓時使用0.1%～0.4%的苯丙三氮唑酒精溶液，將抗氧劑溶解在工業酒精中，用輸液管滴入束絞的單絲或并絲中，以起潤滑和冷卻束絞線的作用，可防止緊壓導體在銅絞線過拉拔模時因溫度升高而引起的表面氧化，還可對拉絲過程中銅絲表面的殘留物起到清洗作用，進而可以達到更好的焊接效果。

(3) 塑料析出物。 待焊接的電線應遵循先進先出原則，盡量減少庫存時間。避免因長時間存放導致塑料的析出物粘附在導體表面，影響焊接質量。

圖3 是2TBD 0.35 電線超聲波焊接后的撕裂力隨電線存放時間的變化。從曲線的變化趨勢可以看出，電線存放時間越長，導體表面粘附的塑料析出物就越多，焊接質量越差，撕裂力越小; 反之則撕裂力越大。因此，需超聲波焊接的電線應在半年內使用，超過半年的電線再進行超聲波焊接時撕裂力會大大降低，甚至出現不合格的情況。

圖3 撕裂力隨存放時間的變化

(4) 雜質。 使用壓縮空氣冷卻焊頭時，應保證壓縮空氣干凈、干燥，避免水氣、油污等污染焊頭或導體表面，影響焊接質量; 需定期對焊頭進行清理，防止焊接時殘留的銅屑、灰塵等粘附在焊接區及焊頭表面，影響焊接質量; 電線在裁斷剝頭時，要確保將塑料層完全剝除，焊接段的導體上不能有殘留的塑料屑，防止其阻礙超聲波焊接時導體間分子的熔合。

3 結束語

目前，國內大多數線束廠家采用的壓接、錫焊等傳統連接方式存在諸多弊端，如導體壓接卷曲后接觸電阻較大，增加了助焊劑等輔助材料的使用，焊接過程還會產生煙霧及殘錫等，而超聲波導體焊接則有導電性能好、經濟高效、環保安全等優越性。盡管汽車線束的超聲波焊接對焊接工藝、焊接導體的排列方式及導體表面附著物的處理有更高的要求，但是隨著人們的不斷摸索實踐，這些問題將逐步得到解決，超聲波焊接在汽車線束行業中的應用也會越來越廣泛