超聲波焊接仿真的案例
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超聲波焊接在汽車線束生產(chǎn)中的應用
一、超聲波焊接原理：超聲波線束焊接是目前汽車線束焊接的一種常用工藝，原理是通過高頻的振動是焊接材料表面重新組合。超聲波焊接能耗低，無污染，焊接牢固且內阻低，不改變焊接件的化學性質。焊接導電性能優(yōu)良。
二、與傳統(tǒng)的壓接點焊相比，超聲波線束焊的優(yōu)點如下：
1、焊接時間短，效率大大提高，快速而節(jié)能；
2、焊接材料不熔融、不脆弱導體特性；
3、焊接后導電性能優(yōu)越，強度高，電阻系極低或近乎零；
4、不需要任何助焊劑、氣體、焊料；
5、焊接無火花、煙塵，環(huán)保安全；
6、焊接過程穩(wěn)定，在線檢測控制。
3.
三、超聲波線束焊接在汽車線束生產(chǎn)過程中的應用
汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡主體，汽車正常工作的神經(jīng)元。沒有線束也就不存在汽車電路。傳統(tǒng)的汽車線束是指由銅材沖制而成的接觸件端子（連接器）與電線電纜壓接后，外面再塑壓絕緣體或外加金屬殼體等，以線束捆扎形成連接電路的組件。
隨著汽車電子產(chǎn)品和各種通訊設備進入汽車，對汽車線束傳輸?shù)碾娦盘柕囊笠踩找婵量獭閼獙@些高精度電壓和信號傳輸?shù)囊螅瑐鹘y(tǒng)的線束制造工藝上采用了一些特殊材料，比如雙絞線、屏蔽線、鍍金端子等。然而，在多數(shù)的電子控制設備和一些特殊信號上仍然顯得無濟于事，例如CAN控制器信號傳輸線路、安全氣囊信號傳輸線路以及一些音頻信號傳輸線路。現(xiàn)有的端子導線對壓接工藝盡管采用了以上特殊材料，但在上述信號傳輸線路中，信號偶爾還是出現(xiàn)失真或較大衰減。
1 端子壓接工藝的研究
采用傳統(tǒng)壓接工藝壓接的汽車線纜，經(jīng)解剖放大發(fā)現(xiàn)在銅絲與銅絲之間、銅絲與端子壁之間形成空洞[1]。
展開 淺析汽車線束在超聲波焊接后的撕裂力
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(qū)，兩邊是電線) 。
圖2 三種焊接電線的排列方式
取型號、規(guī)格、顏色一樣的電線分三組，在同樣的焊接工藝參數(shù)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(shù)據(jù)(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(shù)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(wěn)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(wěn)定。
這主要是因為超聲波震動是由焊頭產(chǎn)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。
展開 淺析汽車線束在超聲波焊接后的撕裂力
3 結束語
目前，國內大多數(shù)線束廠家采用的壓接、錫焊等傳統(tǒng)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(chǎn)生煙霧及殘錫等，而超聲波導體焊接則有導電性能好、經(jīng)濟高效、環(huán)保安全等優(yōu)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(yè)中的應用也會越來越廣泛
經(jīng)典模擬案例9-超聲波焊接（結果展示）
本人長期從事ABAQUS軟件仿真模擬，擅長平板焊接（高斯面熱源、高斯體熱源、雙橢球熱源、圓臺柱熱源等），基于子程序的摩擦攪拌焊接，壓力電阻焊接，子程序二次開發(fā)（UEXPAN、USDFLD、UHARD、FILM、DISP、DFLUX、CREEP等），基于子程序的相變模擬，裂縫模擬（應力強度因子、J積分等），裂紋擴展（XFEM擴展有限元、cohesive element、cohesive surface、debond），水化熱（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等），復合材料固化（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等)，粉末燒結模擬（基于子程序），蠕變，彈塑性變形模擬，常規(guī)熱力耦合等。
本人只研究ABAQUS一個軟件，因此對軟件認識比較深入，對于ABAQUS軟件數(shù)值模擬非常有經(jīng)驗，目前已經(jīng)完成有2000+的模擬案例。
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展開 技術 | 一文秒懂超聲波焊接
一、超聲波焊接原理
超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。
一套超聲波焊接系統(tǒng)的主要組件包括超聲波發(fā)生器/換能器/變幅桿/焊頭三聯(lián)組/模具和機架。
超聲波焊接是通過超聲波發(fā)生器將50/60赫茲電流轉換成15、20、30或40 KHz 電能。被轉換的高頻電能通過換能器再次被轉換成為同等頻率的機械運動，隨后機械運動通過一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區(qū)域，振動能量被通過摩擦方式轉換成熱能，將需要焊接的部件區(qū)域熔化。超聲波不僅可以被用來焊接金屬、硬熱塑性塑料，還可以加工織物和薄膜等。本片文章主要介紹金屬和塑料焊接兩種。
1）超聲波金屬焊接原理
超聲波金屬焊接原理是利用超聲頻率（超過16KHz ）的機械振動能量，連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法．金屬在進行超聲波焊接時，既不向工件輸送電流，也不向工件施以高溫熱源，只是在靜壓力之下，將框框振動能量轉變?yōu)楣ぜg的摩擦功、形變能及有限的溫升．接頭間的冶金結合是母材不發(fā)生熔化的情況下實現(xiàn)的一種固態(tài)焊接．因此它有效地克服了電阻焊接時所產(chǎn)生的飛濺和氧化等現(xiàn)象．超聲金屬焊機能對銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細絲或薄片材料進行單點焊接、多點焊接和短條狀焊接．可廣泛應用于可控硅引線、熔斷器片、電器引線、鋰電池極片、極耳的焊接。
2）超聲波塑料焊接原理
超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時，會產(chǎn)生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū)，由于焊區(qū)即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產(chǎn)生局部高溫。又由于塑料導熱性差，一時還不能及時散發(fā)，聚集在焊區(qū)，致使兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。
展開 導線與端子超聲波焊接標準USCAR-38解讀
周邊區(qū)域損壞
焊接端子以及周邊零部件（500mm 以內）不允許受到損壞。檢查需包括材料是否有裂紋、端子間隙是否變大、點焊裂紋、端子折彎角度變化。圖4.2.5-8 為示例：常見缺陷—點焊出現(xiàn)裂紋。
三、超聲波焊接剖面分析
接受標準：
四、超聲波焊接拉力和剝離力測試
驗收標準：
五、電阻測量（干電路和電壓降）
接受標準：
塑膠件的結構設計：超聲波焊接篇（上）
由于效率高，人工成本低，同時省去了大量夾具、粘合劑或者機械緊固件等的使用，因此超聲波焊接是一種非常經(jīng)濟的塑膠件裝配方式；
3)強度高。超聲波焊接幾乎可以達到塑膠件本體強度的80%以上，在一些應用上甚至可以與注塑成型相媲美；
4）不改變塑料狀態(tài)，超聲波塑料焊接是一種固態(tài)工藝，可以通過精確控制，振動產(chǎn)生的高溫只會熔化塑膠而不會過度加熱導致降解，停止工作后會迅速冷卻固化，有助于保持塑料在連接前表現(xiàn)出的原始材料特性。
5)合理的塑膠件結構設計可以使得超聲波焊接達到一定程度的水密或氣密效果；
6)表面質量好，焊點美觀，可以實現(xiàn)無縫焊接；
7)工序簡潔，操作簡單，可以實現(xiàn)自動化焊接；
8)品質穩(wěn)定，產(chǎn)品質量穩(wěn)定可靠，焊接故障率低，適宜大批量生產(chǎn)；
9)超聲波焊接過程清潔，無需其他粘合劑，能源和材料效率高。
2、缺點：
1）超聲波焊接機的初始投資相對昂貴；
2）超聲波塑料焊機需要定制焊頭以及工裝，適應性差；
3）零件大小和形狀的限制，中小型的塑膠件適合超聲波焊接，常用的超聲波焊接機有尺寸限制（通常長度<250mm），形狀太過于復雜（主要指焊接區(qū)高度方向），焊接質量難以保證；
4）超聲波焊接是不可拆卸性連接，無法像螺絲卡扣等連接方式一樣進行反復拆卸。一旦兩個零件過超聲波焊接裝配成一體，之后如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在質量問題，那么也無法進行返工。
5）超聲波焊接會產(chǎn)生振動，振動會對塑膠某些應力集中部位產(chǎn)生不利影響（開裂），同時振動也可能會對內部裝配的電子元器件產(chǎn)生一定程度的傷害。
6）超聲波焊接對塑膠材料有一定的局限性，
超聲波焊接并不能夠焊接所有的塑料，這是超聲波焊接最大的局限性。有的塑料焊接性能好，有的塑料焊接性能差，而且超聲波焊接一般僅適合于—種或者相似塑料之間的焊接。
那些材料適合超聲波焊接？
展開 塑膠件的結構設計：超聲波焊接篇（中）
圖：鑿子型超聲線
4）超聲波焊接的配合結構
a）普通型
在實際的應用中，普通的超聲波焊接配合結構較簡單，存在一定的缺陷，有一定的風險產(chǎn)生溢膠，同時沒有止口限位，容易產(chǎn)生斷差，不能很好滿足外觀要求。(下圖為普通型超聲波焊接配合結構的簡圖，超聲線的尺寸可按上述介紹參考設計)
為了解決溢膠和斷差問題，以下有三種改善結構（較適用于一些高度較小的端蓋型零件焊接）：
圖1：有內部圍邊自定位，斷差可以得到一定改善，但是還是存在在外觀面溢膠風險。
圖2：有外部圍邊自定位，斷差得到改善（即使有在外觀上也不明顯），溢膠面在內部，外觀無溢膠。
圖3：有內外圍邊自定位，斷差得到改善，同時內部和外觀都無溢膠。
這種普通的超聲波焊接配合結構，其優(yōu)點是，由于不在外壁上設計止口，壁厚均勻性好，因此，除了應用在端蓋型產(chǎn)品焊接上，也適用于小型產(chǎn)品，這類產(chǎn)品壁厚本來就小，再切止口容易產(chǎn)生應力痕等外觀缺陷。比如，在蘋果公司的專利中，發(fā)現(xiàn)一項“無縫一體式結構”的專利，描述了如何將不同的零件焊接在一起以獲得無縫的外觀。
具體是對超聲波焊接后產(chǎn)生的溢出焊接環(huán)進行切割、打磨、拋光和清潔等工序后，可以制造出具有無縫、更美觀的“一體成型”外觀的耳機。
但是蘋果公司的設計成本高，一般的產(chǎn)品還是回歸常規(guī)設計，以下介紹幾種較常用的超聲波焊接配合結構。
b）階梯型
階梯型由于是在單止口的基礎上設計的，所以也叫單止口型。
優(yōu)點：
配合面采用止口式設計，可實現(xiàn)自定位，減少零件在焊接過程橫向移動，減小外觀斷差，通過設計美工線，即使有輕微變現(xiàn)，斷差也不明顯。
如有溢膠產(chǎn)生，也是在產(chǎn)品內側產(chǎn)生，不會在產(chǎn)品外側殘留，保證外觀質量。
展開 超聲波焊接在汽車線束加工中應用
1
超聲波焊接在汽車行業(yè)的發(fā)展
1955年美國航空部在登月項目中由美國Sonobond公司前身AerospaceProject發(fā)明超聲波金屬焊接技術。
80年代后，超聲波金屬焊接技術就廣泛應用于線束焊接（重點是汽車行業(yè)的低壓及通訊線束）。小于30mm2的銅線與銅線焊接。
2016年以后，由于電動汽車行業(yè)的變革，高壓線在汽車里應用已成為非常重要的領域。
【端子】高壓連接器之超聲波焊接的技術詳解
在新能源汽車領域，高壓連接器的超聲波焊接技術只是冰山一角，還有許多技術需要突破和創(chuàng)新。
超聲波焊接
超聲波焊接
是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。
超聲波焊接通過超聲波發(fā)生器將50/60赫茲電流轉換成15、20、30或40 KHz
電能
。
（某款超聲波焊接機）
被轉換的高頻電能通過換能器
再次被轉換成為同等頻率的
機械運動
，隨后機械運動通過一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。
焊頭將接收到的振動能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區(qū)域，振動能量被通過摩擦方式
轉換成熱能
，將金屬熔化。
一套超聲波焊接系統(tǒng)的主要組件包括超聲波發(fā)生器，換能器/變幅桿/焊頭三聯(lián)組，模具和機架 。
如上圖所示。
金屬焊接原理
超聲波金屬焊接原理是利用超聲頻率（超過16KHz ）的機械振動能量，連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法。
金屬在進行超聲波焊接時，既不向工件輸送電流，也不向工件施以高溫熱源，只是在靜壓力之下，將線框振動能量轉變?yōu)楣ぜg的摩擦功、形變能及有限的溫升。
展開 
TPU或EVA膠膜超聲波搭接焊接機
TPU或EVA膠膜超聲波搭接焊接機效率快，母材本體熔合，強度接近原材料，無耗材，無VOC排放。適用PBT，PA66，ABS，PC，PP，亞克力，PU，PS，POM，PPO，PPE，PTFE，PE等多種塑料材料的焊接。
電動汽車連接線束銅線鋁線超聲波焊接機設備介紹
電動汽車連接線束銅線鋁線超聲波焊接機適合焊接鋁和鎳、鎳和銅箔、鋁和鋁箔、多層銅箔、多層鋁箔、多層銅網(wǎng)、多層鋁網(wǎng)、鋁蓋板和鋁條、鋁鎳復合帶和鋁蓋板、鋁殼底部和鋁鎳復合帶雙點，80層銅箔、100層鋁箔、多層銀片、多層鎳片等產(chǎn)品。
結構組成：主要有機架、換能器系統(tǒng)、機頭、超聲波發(fā)生器等主要部件組成。
把高頻電能通過換能器轉換成機械振動能作用于金屬線束上，當振動摩擦生熱的溫度到達線束金屬熔點時，線束就會熔化，并且線束在融合的同時線束焊接裝置會施加一定的壓力，最后線束焊接裝置移開并停止機械振動，就會形成線束焊接效果。
展開 超聲波傳感器精確地識別和跟蹤焊縫的位置 提高焊接質量和效率
在焊接過程中，焊縫的準確跟蹤對于確保焊接質量至關重要。傳統(tǒng)的焊接方法可能需要人工干預以確保焊縫的準確對齊，但隨著技術的發(fā)展，焊縫自動跟蹤傳感器在焊接領域的應用越來越廣泛。這種傳感器能夠精確地識別和跟蹤焊縫的位置，從而提高焊接質量和效率。下面工采網(wǎng)小編和大家了解一下超聲波傳感器在焊接中的應用。
超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞來感知兩個需焊接的物體表面焊縫的位置，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。超聲波測距傳感器模塊 - HG-C40U特別適用于厚壁材料和難以直接觀察的焊縫。超聲波傳感器能夠穿透材料表面，檢測到焊縫的準確位置，為焊接作業(yè)提供有力的支持。
超聲波測距傳感器模塊 - HG-C40U是一款尺寸為50x22x25(mm)、Φ16傳感器的模塊，可測量到障礙物的距離為3.5m (at 5V)、5m (at 12V)，分辨率在5mm以內。另一方面HG-C40U 還具備兩個輸入電壓：5V 和 12V。出廠默認設為 12V。如果用戶想要更改，可以短接（焊接）JP1 變?yōu)?5V。
距離 1 測量
將物體放置在距離 HG-C40U 約 100mm 處 (用尺或其他測量裝置測量，盡量接近該距離)
打開 HGC40U 監(jiān)控器 1.11.0923-01 程序在 ‘Calibration’標簽下的‘Distance 1’ 方框①中輸入精確距離 (100mm)點擊② ‘Get’ 按鈕。
展開 超聲波振動破巖仿真分析
超聲波振動破巖仿真分析
