Ултразвуково заваряване срещу съпротивително заваряване за електрически контактни възли и шини

Ултразвуковото заваряване съединява проводими метали чрез високо-честотна механична вибрация с ограничено обемно нагряване, докато съпротивителното заваряване генерира локализирана зона на топене чрез електрически ток и контактно съпротивление. За електрически контактни възли и шини изборът зависи от комбинацията от материали, дебелината на сечението, допустимото термично излагане, необходимата якост на срязване и електрическото съпротивление на завършеното съединение.

 

Инженерното решение не е просто „кой процес на заваряване е по-силен“. Съединението трябва да поддържа ниско електрическо съпротивление, контролирана механична якост, стабилно металургично свързване, точност на размерите и повторяемо качество на производството след щамповане и сглобяване.

 

 

 

Ниско{0}}температурно свързване за AgSnO₂-Cu контактни възли

Ултразвуковото заваряване е особено приложимо, когато електрическият контакт съдържа сребърна сплав, а субстратът е мед. Монтажът за ултразвуково контактно заваряване може да създаде връзка в твърдо- състояние, без да е необходимо целият интерфейс на съединението да достигне температурата на топене на основните материали.

 

Типичните приложения включват:

AgSnO₂-Cu контактни възли, изискващи ограничено термично излагане на сребърната сплав.
Cu-Cu плетени жични връзки, при които деформацията на нишката трябва да остане контролирана.
Тънки медни листове, стекове от фолио, клеми и гъвкави проводници.
Връзки на батерията и захранващата-електроника, където прекомерната топлина може да повреди съседната изолация.
Електрически контактни мостове, изискващи постоянно контактно съпротивление след свързване.

Заваръчният механизъм съчетава контролиран натиск при затягане с ултразвукова вибрация. Повърхностните оксиди и замърсителите се разрушават на интерфейса, докато локализираната пластична деформация увеличава реалната метална контактна площ.

За квалификацията на производството критичните променливи не се ограничават до ултразвукова честота. Амплитудата на заваряване, силата на заваряване, енергията, времето на цикъла, твърдостта на материала, площта на припокриване и състоянието на повърхността трябва да се контролират като прозорец на процеса.

 

AgSnO₂-Променливи за медни съединения

Променлива	Инженерно съображение	Типичен качествен фокус
Контактен материал AgSnO₂	Електрическа контактна сплав от сребърен-калаен-оксид	Избягвайте прекомерното термично разграждане
Медна подложка	C1100 / мед с висока-проводимост	Поддържайте проводимостта и стабилността на размерите
Дебелина на фугата	Тънко{0}}листови и слоести структури	Предотвратете прекомерната деформация
Сила на заваряване	Определя повърхностното налягане	Стабилно залепване без смачкване
Ултразвукова амплитуда	Контролира триенето и деформацията на интерфейса	Избягвайте прекалено-заваряване
Заваръчна енергия	Корелира с консистенцията на свързване	Установете прозорец на процеса през DOE
Електрическо съпротивление	Показва текущото{0}}качество на пътя	100% или проверка на съпротивление-базирана на извадка
Сила на срязване	Показва механична цялост	Свържете данните от разрушителния тест с параметрите на заваръчния шев

 

 

 

Съпротивителното заваряване използва електрически ток, преминаващ през детайлите, за да генерира локализирано нагряване на Джаул. Топлината, генерирана на интерфейса, е приблизително свързана с:

 

Q=I²Rt

 

където I е заваръчният ток, R е електрическото съпротивление и t е продължителността на тока.

Това прави силата на електрода, тока, времето за заваряване, съпротивлението на материала и геометрията на контакта пряко свързани с образуването на заварка.

За по-дебели щамповани компоненти съпротивителното точково заваряване може да генерира дефинирана зона на топене с по-голямо проникване в сравнение с много-процеси на свързване в твърдо състояние. Това го прави подходящ за точково съпротивително заваряване на медни контакти, щамповани електрически мостове, клеми и многослойни проводими компоненти.

 

Съпротивително заваряване на C1100 медни компоненти

Медта представлява специфично предизвикателство при съпротивително{0}}заваряване, тъй като нейното електрическо съпротивление е ниско, а топлопроводимостта й е висока. Следователно може да е необходим голям ток за генериране на достатъчно локализирана топлина.

 

Производственият инженеринг обикновено се фокусира върху:

Геометрия на електрода и контактна площ.
Стабилност на силата на електрода.
Повторяемост-на заваръчния ток.
Характеристики на нарастване и спад на тока.
Дебелина на листа и подреждане-.
Повърхностно окисление и замърсяване.
Износване на електродите.
Диаметър и проникване на самородното парче.
Електрическо съпротивление след-заваряване.
Тестване за разрушително срязване или отлепване.

 

Контактен-мост със съпротивление не трябва да се квалифицира само чрез визуална проверка. Образуването на зърно, механичната якост, електрическото съпротивление и режимът на повреда трябва да бъдат свързани с прозореца на процеса на заваряване.

 

Поискайте безплатна DFM оценка и оферта

 

 

C1100 Мед срещу контактни материали AgSnO₂

Комбинацията от материали определя дали топлинното натоварване или механичната деформация е доминиращото инженерно ограничение.

 

Параметър	Ултразвуково заваряване	Съпротивително заваряване
Първичен свързващ механизъм	Механично-свързване в твърдо състояние	Генерирано{0}}съпротивление локализирано нагряване
Топене на насипни материали	Обикновено се избягва	Често образувана зона на сливане
Зона,-засегната от топлина	Сравнително ограничен	По-локализиран, но по-висока пикова температура
Тънки медни листове	Много подходящ	Подходящ с оптимизирани параметри
Медна оплетка	Много подходящ	По-трудно за фини{0}}нишкови структури
Дебела щампована мед	Зависи-от приложението	Добре подхожда
AgSnO₂ контакт	Подходящ там, където термичното излагане трябва да бъде ограничено	Възможност с контролирано подаване на топлина
Самородно заваряване	Не е основната характеристика на квалификацията	Качествена характеристика-на основния заваръчен шев
Изискване към електрода	Система рог/наковалня	Необходими са електроди
Износване на електродите	Износването на инструмента зависи от материала и амплитудата	Значителна производствена променлива
Типично валидиране	Срязване + електрическо съпротивление + металография	Самородно парче + срязване/отлепване + електрическо съпротивление
Оптимизация на процесите	Сила + амплитуда + енергия + време	Ток + сила + време + геометрия на електрода

 

Оплетка от мед-към-мед

Медната оплетка представлява различен проблем при свързването от щампованата ламарина. Отделните нишки имат малки напречни-сечения и оксидни слоеве, докато прекомерното внасяне на топлина може да причини локално отгряване или нежелана деформация.

Ултразвуковото заваряване може да консолидира множество медни нишки срещу медна клема, като същевременно запазва сравнително компактен засегнат от топлина-участък.

 

Инженерната цел е да се постигне:

Ниско електрическо съпротивление + достатъчна якост на издърпване/срязване + контролирана консолидация на нишката.

Поради това производствената спецификация трябва да дефинира приемливото електрическо съпротивление и режима на механична повреда, вместо да разчита единствено на външния вид на заваръчния шев.

 

 

Заварената електрическа връзка има две независими функции:

Пренасят ток с контролирани електрически загуби.
Издържат на механично натоварване по време на сглобяване и обслужване.

Съединението може да има приемлива механична якост, докато проявява прекомерно електрическо съпротивление. Обратно, съединение с ниско-съпротивление може да има недостатъчна механична якост.

 

Измерване на електрическо съпротивление

Четири{0}}жичното измерване на Келвин е за предпочитане, когато целевото съпротивление е достатъчно ниско, така че съпротивлението на проводника и контакта иначе биха повлияли на измерването.

Тестовата система трябва да контролира:

Тестови ток.
Позиция на сондата.
Посока на измерване.
Контактно налягане.
температура.
Време за стабилизиране.
Честота на вземане на проби.

За медни връзки с голям{0}}ток, стойността на съпротивлението трябва да бъде свързана с геометрията на проводника и площта на-ефективния ток, вместо да се тълкува като изолирано число.

 

Изпитване на срязване и издърпване

Механичното валидиране може да включва:

Изпитване-на срязване.
Тестване-на разстояние.
Тестване на отлепване за слоести структури.
Изпитване на опън на клеми.
Разрушителен{0}}напречен анализ.

Режимът на повреда предоставя допълнителна информация. Счупване през основния материал показва различно състояние на процеса от междуфазно разделяне.

 

 

 

IATF 16949 Контрол на процеса за заварени контакти

За автомобилни електрически контактни компоненти заваряването трябва да се третира като контролиран специален процес, а не като изолирана операция по сглобяване.

Планът за производствен контрол може да включва:

Проверка на входящия материал.
Проверка на размерите на CMM.
Мониторинг на-процеса на щамповане.
Мониторинг на параметрите на заваръчния шев.
Проверки на състоянието на електродите или клаксона.
Изпитване на електрическо съпротивление.
Валидиране на-силата на срязване.
Металографска проверка.
Проследимост по партида или производствена партида.
MSA и манометър R&R.
SPC за критични размери и характеристики на заваръчния шев.

За подаване на ниво 3 на PPAP може да се наложи доставчикът да установи документирана връзка между DFMEA → PFMEA → Контролен план → Работни инструкции → записи от инспекции → проучвания на способности → резултати от валидиране.

 

Инспекция на CMM и контрол на размерите ±0,01 mm

Завареният възел трябва да запази съвместимостта на размерите с контактора, релето, предпазителя, разпределителната апаратура или сборната шина надолу по веригата.

В зависимост от геометрията на продукта, критичните размери могат да включват:

Позиция-на контактния център.
Диаметър на отвора.
Плоскост на терминала.
Местоположение на заваръчния шев.
Контактна височина.
Ъгъл на огъване.
Обща дължина.
Дебелина на меден лист.

За прецизно щамповани компоненти, избраните размери могат да се контролират до ±0,01 mm, в зависимост от чертежа на действителния продукт и стека-на функционален толеранс.

 

 

Доставчикът на заварени контактни мостове трябва да бъде оценен спрямо цялата производствена верига, а не само по отношение на възможностите за заваряване.

 

Елемент за квалификация	Препоръчителна проверка
Суровина	Сертификат за материал и проверка на състава
Щамповане	Проверка на размерите и записи на процеса-на инструмента
Заваряване	Прозорец на параметрите и валидиране на процеса
Електрически характеристики	Измерване на ниско{0}}съпротивление
Механични характеристики	Изпитване на срязване / опън / отлепване
Металургия	Напречно-разрез и микроскопска проверка
Точност на размерите	Инспекция на CMM
Проследимост	Производствени записи-на ниво
Автомобилно качество	Система IATF 16949
Пакет за подаване	Възможност за PPAP ниво 3
Екологично съответствие	RoHS / REACH документация
Възможност за процес	SPC / Cp / Cpk, където е посочено

 

Доставчик, способен да щампова, но неспособен да свърже параметрите на заваръчния шев със съпротивлението и механичните резултати, създава допълнителна квалификационна работа за купувача. Предпочитаният модел на снабдяване е този, при който щамповането, съединяването, инспекцията, проследимостта и документацията за PPAP се управляват в рамките на една контролирана производствена система.

 

 

Ултразвуково заваряване: тънка мед, оплетка и ниско термично излагане

Изберете ултразвуково заваряване, когато дизайнът изисква:

Консолидация на медна оплетка.
Тънки проводими листове.
Ограничено насипно отопление.
Свързване-в твърдо състояние.
Контактно свързване на AgSnO₂-към-мед.
Компактни електрически свързващи зони.
Контролирана деформация на тънки проводими материали.

Съпротивително заваряване: Дебели щамповани компоненти и дефинирани заваръчни елементи

Изберете съпротивително заваряване, когато проектът изисква:

Дебели щамповани медни компоненти.
Висока локализирана топлина.
Дефинирани късчета синтез.
Висока производителност.
Повтарящо се позициониране на електрода.
Конструктивно съединяване на щамповани контактни мостове.

Окончателното решение за процеса трябва да се основава на наслагването на материала, дебелината, геометрията на фугата, целевото електрическо съпротивление, изискването за механично-натоварване, термичната чувствителност и производствения обем.

 

Изтеглете спецификацията на дизайна на монтажния възел на Contact

 

 

Квалифицираният електрически контактен комплект трябва да има три допълващи се форми на доказателство.

 

Електрическо валидиране

Измерете завършения път на тока и установете допустимия диапазон на съпротивление при определени условия на изпитване.

За медни съединения с ниско{0}}съпротивление самият метод на измерване става част от спецификацията.

 

Механично валидиране

Изпитването на срязване или опън установява дали съединението може да издържи на сили на сглобяване, вибрации, термични цикли и експлоатационни натоварвания.

Критерият за приемане трябва да определя както минималната сила, така и приемливия режим на отказ.

 

Металографско валидиране

Напречният{0}}анализ може да идентифицира:

Непълно залепване.
Празнини.
Пукнатини.
Прекомерна деформация.
Недостатъчно проникване на заваръчния шев.
Прекомерната топлина-засегнати региони.
Неправилна геометрия на самородно късче.

 

 

 

Преди да се пусне заварен контактен възел за масово производство, инженерният чертеж и спецификацията на доставчика трябва да определят:

 

Материал: C1100, C2680, AgSnO₂ или определена сребърна сплав.
Дебелина на материала: Действителна дебелина на листа или проводника.
Конфигурация на съединение: скута, задник, припокриване, оплетка-към-терминал или контакт-към-носач.
Процес на заваряване: ултразвуково или съпротивително заваряване.
Електрически изисквания: Максимално допустимо съпротивление на съединението.
Механично изискване: Минимална сила на срязване или опън.
Изискване за размери: Критични размери и толеранс, като ±0,01 mm, където е приложимо.
Състояние на повърхността: Изисквания за покритие, окисление, замърсяване и почистване.
Метод на проверка: измерване на съпротивлението по Келвин, CMM, металография и разрушителен тест.
Система за качество: IATF 16949, където се прилагат изискванията за доставка на автомобили.
Подаване: PPAP ниво 3, където е посочено от клиента.
Съответствие с околната среда: изисквания на RoHS и REACH.

 

 

За какво се изисква типичната документация за ниво 3 на PPAPзаварени контактни възли?

PPAP ниво 3 обикновено изисква приложимите записи на дизайна, потока на процеса, PFMEA, плана за контрол, резултатите от размерите, резултатите от изпитванията на материалите и производителността, MSA доказателства, данни за възможностите на процеса, примерни части и PSW, в зависимост от специфичните изисквания на клиента за подаване.

 

Как да избера ултразвуково заваряване за медна оплетка вместо съпротивително заваряване?

Ултразвуковото заваряване обикновено се разглежда, когато медната оплетка изисква консолидация на нишка с ограничено обемно нагряване. Съпротивителното заваряване е по-подходящо, когато съединението изисква определена зона на топене в по-дебели щамповани компоненти.

 

Как се тества електрическото съпротивление на заварен меден контакт?

Четири{0}}проводният метод за измерване на Келвин обикновено се използва за съединения с ниско-съпротивление. Спецификацията на изпитването трябва да определя тока, местоположението на сондата, температурата, условията на стабилизиране, честотата на вземане на проби и максимално допустимото съпротивление на съединението.