超聲波焊接設備的案例
導線與端子超聲波焊接標準USCAR-38解讀
1.1超聲波焊接特性
1.1.1線到端子超聲波焊接性能特性如下：
1.拉力和剝離力衡量機械性能
2.導線到端子的電阻或電壓降衡量電性能
3.外觀通過以下內容判定：
1.1.2設備能力
驗證過程僅適用于直線超聲波焊接設備，該設備可以根據反饋對壓力/能量/振幅設置和輸入/焊接時間進行控制，以確保能量恒定。若使用的設備和標準規定的不一樣，則本標準可能不適用。這種情況下供應商需聯系客戶咨詢如何對焊接進行驗證。
二、外觀驗收標準：
所有提交的樣品必須滿足下面標準要求/表4.2.5 和圖4.2.5 中的要求。
1. 基本外觀和功能
焊接工序不允許影響端子或插件功能（焊接不允許造成導線和護蓋、孔式端子
或下道工序附件的干涉）。
2. 導線末端
a. 導線芯絲不能和與之連接的零部件、器件或端子發生干涉。如果有防水要求，
防水件決不能受到芯絲損壞（可以要求對剝頭長度進行控制以防止防水件損
壞）。芯絲翹起不能影響或刺穿保護套管。
b. 導線芯絲不允許與之焊接的部件發生干涉，也不允許焊接區域和絕緣末端之間的裸線發生短路。
c. 剝頭長度需合理，焊接區域不允許出現絕緣皮，必須確保所有芯絲末端穿過焊接區域。
3. 絕緣壓接
絕緣壓接（如果有的話）必須滿足SAE/USCAR-21 4.2.5#8 中的基本外觀要求以及4.3.5#3 中的剖面要求。（絕緣壓接可以給焊接提供應力消除，線徑≤6mm2 的端子制造商提供的端子需要有絕緣壓接翼。絕緣壓接翼可以將焊接和未焊接芯絲之間的最高應力點移出焊接區域。）
4. 焊接前的導體外觀
測試用的芯絲必須能反映生產中的最壞條件（也就是測試最壞情況）。允許漏芯絲的情況必須清晰注明在報告中。一般而言，只要客戶許可，大線徑上可以允許漏芯絲。
5.
展開 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、多層鋁網、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、多層鎳片等產品。
結構組成：主要有機架、換能器系統、機頭、超聲波發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 塑膠件的結構設計：超聲波焊接篇（上）
以上塑膠焊接的方法中，應用最多的是超聲波焊接，這是因為其有非常高的焊接效率，超聲波焊接的整個過程在短短幾秒完成，與其他焊接方式相比，無需事先加熱工具，也無需長時間等待接頭固化或干燥。
03 超聲波焊接的原理
超聲波：是指頻率超過人耳聽覺范圍上限（20000Hz）的聲波。由于其頻率高，因而具有許多特點：首先是功率大，其能量比一般聲波大得多，因而可以用來切削、焊接、鉆孔等。
圖：超聲波的頻率范圍
超聲波焊接所用的設備是超聲波焊接機，其結構組成如下圖：
圖：超聲波焊接機的組成
塑膠超聲波焊接的過程：
首先，超聲波發生器將50 Hz或60 Hz電能轉換成 20~40 kHz的電能，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振動，由于此時的機械振動不會產生足夠的振動能量來使得塑膠件的焊接部位產生熱量融化，隨后機械振動再通過一套可以改變振幅的變幅器，機械振動的振幅被放大并傳遞到焊頭。
圖：超聲波焊接機的結構簡圖
然后，焊頭將接收到的高頻振動傳遞到待焊接塑膠件的界面，在該區域即兩個焊接的交界面處由于振動引起摩擦，因此會產生局部高溫，由于塑料導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，當溫度達到此塑膠件本身的熔點時，兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，熔化的塑膠填充于接口間的空隙，使其融合成一體。當超聲波停止作用后，讓壓力持續幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，形成牢固的結合。
圖：塑膠焊接結合的過程
超聲波焊接的優缺點：
在實際應用中使用超聲波焊接工藝有幾個吸引人的好處；但是，在使用超聲波焊接工藝之前必須了解這項技術的優缺點。
1、優點：
1)焊接速度快，效率高。絕大部分超聲波焊接可以在幾秒之內完成；
2)成本低。
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超聲波焊接在汽車線束生產中的應用
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。焊接導電性能優良。
二、與傳統的壓接點焊相比，超聲波線束焊的優點如下：
1、焊接時間短，效率大大提高，快速而節能；
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，環保安全；
6、焊接過程穩定，在線檢測控制。
3.
三、超聲波線束焊接在汽車線束生產過程中的應用
汽車線束是汽車電路的網絡主體，汽車正常工作的神經元。沒有線束也就不存在汽車電路。傳統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。
隨著汽車電子產品和各種通訊設備進入汽車，對汽車線束傳輸的電信號的要求也日益苛刻。為應對這些高精度電壓和信號傳輸的要求，傳統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，信號偶爾還是出現失真或較大衰減。
1 端子壓接工藝的研究
采用傳統壓接工藝壓接的汽車線纜，經解剖放大發現在銅絲與銅絲之間、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
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
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，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。
展開 經典模擬案例9-超聲波焊接（結果展示）
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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的主要組件包括超聲波發生器/換能器/變幅桿/焊頭三聯組/模具和機架。
超聲波焊接是通過超聲波發生器將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為工件間的摩擦功、形變能及有限的溫升．接頭間的冶金結合是母材不發生熔化的情況下實現的一種固態焊接．因此它有效地克服了電阻焊接時所產生的飛濺和氧化等現象．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，由于焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高溫。又由于塑料導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，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 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，有一定的風險產生溢膠，同時沒有止口限位，容易產生斷差，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品焊接上，也適用于小型產品，這類產品壁厚本來就小，再切止口容易產生應力痕等外觀缺陷。比如，在蘋果公司的專利中，發現一項“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生的溢出焊接環進行切割、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，一般的產品還是回歸常規設計，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。
優點：
配合面采用止口式設計，可實現自定位，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，斷差也不明顯。
如有溢膠產生，也是在產品內側產生，不會在產品外側殘留，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的發展
1955年美國航空部在登月項目中由美國Sonobond公司前身AerospaceProject發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的主要組件包括超聲波發生器，換能器/變幅桿/焊頭三聯組，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為工件間的摩擦功、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。
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 變為 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。
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