Ultrazvučno zavarivanje u odnosu na otporno zavarivanje za električne kontaktne sklopove i sabirnice

Ultrazvučno zavarivanje spaja provodljive metale putem visoko-mehaničkih vibracija sa ograničenim zagrevanjem, dok otporno zavarivanje stvara lokalizovanu zonu fuzije kroz električnu struju i kontaktnu otpornost. Za sklopove električnih kontakata i sabirnica, izbor ovisi o kombinaciji materijala, debljini presjeka, dozvoljenoj toplinskoj izloženosti, potrebnoj čvrstoći na smicanje i električnom otporu gotovog spoja.

 

Inženjerska odluka nije samo "koji je proces zavarivanja jači". Spoj mora održavati nisku električnu otpornost, kontroliranu mehaničku čvrstoću, stabilno metalurško vezivanje, tačnost dimenzija i ponovljiv kvalitet proizvodnje nakon štancanja i montaže.

 

 

 

Nisko-Vezivanje za AgSnO₂-Cu kontaktne sklopove

Ultrazvučno zavarivanje je posebno primjenjivo kada električni kontakt sadrži leguru srebra, a podloga je bakar. Ultrazvučni sklop za kontaktno zavarivanje može stvoriti čvrstu-vezu bez potrebe da cijeli spoj spoja dostigne temperaturu topljenja osnovnih materijala.

 

Tipične primjene uključuju:

AgSnO₂-Cu kontaktni sklopovi koji zahtijevaju ograničeno termičko izlaganje leguri srebra.
Cu{0}}Cu pletene žičane veze kod kojih deformacija žice mora ostati kontrolirana.
Tanke bakrene ploče, folije, terminali i fleksibilni provodnici.
Baterijski i-elektronički priključci gdje prekomjerna toplina može oštetiti susjednu izolaciju.
Električni kontaktni mostovi koji zahtijevaju dosljedan kontaktni otpor nakon spajanja.

Mehanizam za zavarivanje kombinuje kontrolisani pritisak stezanja sa ultrazvučnim vibracijama. Površinski oksidi i kontaminanti su poremećeni na interfejsu, dok lokalizovana plastična deformacija povećava stvarnu metalnu kontaktnu površinu.

Za kvalifikaciju proizvodnje, kritične varijable nisu ograničene na ultrazvučnu frekvenciju. Amplituda zavarivanja, sila zavarivanja, energija, vrijeme ciklusa, tvrdoća materijala, površina preklapanja i stanje površine moraju se kontrolirati kao procesni prozor.

 

AgSnO₂-Bakarne varijable zglobova

Varijabilna	Inženjersko razmatranje	Tipičan fokus na kvalitetu
AgSnO₂ kontaktni materijal	Legura sa električnim kontaktom srebrnog{0}}kalaj{1}}oksida	Izbjegavajte pretjeranu termičku degradaciju
Bakarna podloga	C1100 / bakar visoke -provodljivosti	Održavajte provodljivost i stabilnost dimenzija
Debljina spoja	Tanke-slojevite strukture	Spriječite prekomjerne deformacije
Sila zavarivanja	Određuje pritisak na interfejsu	Stabilno spajanje bez gnječenja
Ultrazvučna amplituda	Kontroliše trenje i deformaciju interfejsa	Izbjegavajte preko-zavarivanje
Energija zavarivanja	Korelira sa konzistencijom vezivanja	Uspostavite prozor procesa kroz DOE
Električni otpor	Označava trenutni-kvalitet putanje	100% ili uzorkovanje{1}}provjera otpornosti
Sila smicanja	Ukazuje na mehanički integritet	Povezati podatke destruktivnog ispitivanja sa parametrima zavarivanja

 

 

 

Otporno zavarivanje koristi električnu struju koja prolazi kroz radni komad za generiranje lokaliziranog džulova zagrijavanja. Toplina koja se stvara na sučelju je približno povezana sa:

 

Q=I²Rt

 

gdje je I struja zavarivanja, R je električni otpor, a t je trajanje struje.

Ovo čini elektrodnu silu, struju, vrijeme zavarivanja, otpor materijala i kontaktnu geometriju direktno relevantnim za formiranje zavara.

Za deblje žigosane komponente, otporno točkasto zavarivanje može stvoriti definiranu zonu fuzije s većom penetracijom od mnogih procesa spajanja u čvrstom stanju. To ga čini pogodnim za otporno točkasto zavarivanje bakrenih kontakata, utisnutih električnih mostova, terminala i višeslojnih provodljivih komponenti.

 

Otporno zavarivanje bakrenih komponenti C1100

Bakar predstavlja specifičan izazov-zavarivanja otpora jer je njegova električna otpornost niska, a toplotna provodljivost visoka. Stoga može biti potrebna velika struja da bi se stvorila dovoljna lokalizirana toplina.

 

Proizvodni inženjering se obično fokusira na:

Geometrija elektrode i kontaktna površina.
Stabilnost sile elektrode.
Ponovljivost{0}}struje zavarivanja.
Karakteristike trenutnog uspona i pada.
Debljina lima i slaganje{0}}.
Površinska oksidacija i kontaminacija.
Istrošenost elektroda.
Prečnik grumena i penetracija.
Električni otpor nakon-zavarivanja.
Ispitivanje destruktivnog smicanja ili ljuštenja.

 

Otporni{0}}zavareni kontaktni most ne treba biti kvalifikovan samo vizuelnim pregledom. Formiranje grumena, mehanička čvrstoća, električni otpor i način kvara moraju biti u korelaciji s prozorom procesa zavarivanja.

 

Zatražite besplatnu DFM evaluaciju i ponudu

 

 

C1100 Bakar naspram AgSnO₂ Kontaktni materijali

Kombinacija materijala određuje da li je toplotni unos ili mehanička deformacija dominantno inženjersko ograničenje.

 

Parametar	Ultrazvučno zavarivanje	Otporno zavarivanje
Primarni mehanizam vezivanja	Čvrsto{0}}mehaničko vezivanje	Lokalizirano grijanje koje{0}}generira otpor
Topljenje rasutih materijala	Obično se izbjegava	Uobičajeno formirana zona fuzije
Područje{0}}zahvaćeno toplinom	Relativno ograničen	Lokaliziranije, ali viša vršna temperatura
Tanki bakarni limovi	Veoma pogodan	Pogodno sa optimizovanim parametrima
Bakarna pletenica	Veoma pogodan	Teže za fine-strukture
Debeli štancani bakar	Zavisno od aplikacije{0}	Well suited
AgSnO₂ kontakt	Pogodno tamo gdje termička izloženost mora biti ograničena	Moguće sa kontroliranim unosom topline
Weld nugget	Nije osnovna kvalifikaciona karakteristika	Primarna karakteristika{0}}kvaliteta zavara
Zahtjevi za elektrodom	Sistem rog/nakovanj	Potrebne su elektrode
Istrošenost elektroda	Habanje alata zavisi od materijala i amplitude	Značajna varijabla proizvodnje
Tipična validacija	Smicanje + električni otpor + metalografija	Nugget + smicanje/ljuštenje + električni otpor
Optimizacija procesa	Sila + amplituda + energija + vrijeme	Struja + sila + vrijeme + geometrija elektrode

 

Bakarna-na-bakarna opletena žica

Bakarna pletenica predstavlja drugačiji problem spajanja od štancanog lima. Pojedinačne niti imaju male poprečne-presjeke i oksidne slojeve, dok prekomjerni toplinski unos može uzrokovati lokalno žarenje ili neželjenu deformaciju.

Ultrazvučno zavarivanje može konsolidirati više bakarnih niti na bakarnom terminalu uz zadržavanje relativno kompaktnog područja{0}}zahvaćenog toplinom.

 

Inženjerski cilj je postići:

Nizak električni otpor + dovoljna čvrstoća na povlačenje/smicanje + kontrolirana konsolidacija niti.

Proizvodna specifikacija bi stoga trebala definirati prihvatljivu električnu otpornost i način mehaničkog kvara, a ne oslanjati se samo na izgled zavara.

 

 

Zavareni električni priključak ima dvije nezavisne funkcije:

Nosiva struja s kontroliranim električnim gubitkom.
Izdrži mehaničko opterećenje tokom montaže i servisiranja.

Spoj može imati prihvatljivu mehaničku čvrstoću dok pokazuje preveliki električni otpor. Suprotno tome, spoj niske{1}}otpornosti može imati nedovoljnu mehaničku čvrstoću.

 

Mjerenje električnog otpora

Četvorožično mjerenje Kelvina je poželjno kada je ciljni otpor dovoljno nizak da bi otpor elektrode i kontakta inače uticao na mjerenje.

Sistem za testiranje treba da kontroliše:

Ispitna struja.
Položaj sonde.
Smjer mjerenja.
Kontaktni pritisak.
Temperatura.
Vrijeme stabilizacije.
Frekvencija uzorkovanja.

Za jake{0}}bakrene veze, vrijednost otpora treba biti u korelaciji sa geometrijom provodnika i efektivnom strujom{1}}nošenom površinom umjesto da se tumači kao izolovani broj.

 

Ispitivanje na smicanje i povlačenje

Mehanička validacija može uključivati:

Testiranje na smicanje u krugu{0}}
Prekinite{0}}testiranje.
Ispitivanje ljuštenja slojevitih struktura.
Ispitivanje zatezanja terminala.
Destruktivna{0}}analiza poprečnog presjeka.

Način kvara pruža dodatne informacije. Prijelom kroz osnovni materijal ukazuje na drugačije stanje procesa od međufaznog razdvajanja.

 

 

 

IATF 16949 Kontrole procesa za zavarene kontakte

Za automobilske električne kontaktne komponente, zavarivanje treba tretirati kao kontrolirani poseban proces, a ne kao izoliranu operaciju sklapanja.

Plan kontrole proizvodnje može uključivati:

Verifikacija ulaznog materijala.
CMM dimenzionalna inspekcija.
Praćenje procesa štancanja{0}}.
Praćenje parametara zavarivanja.
Provjera stanja elektroda ili sirena.
Ispitivanje električnog otpora.
Potvrda{0}}smične sile.
Metalografska inspekcija.
Sljedivost po seriji ili proizvodnoj seriji.
MSA i mjerač R&R.
SPC za kritične dimenzije i karakteristike zavara.

Za podnošenje PPAP nivoa 3, dobavljač će možda morati da uspostavi dokumentovani odnos između DFMEA → PFMEA → Plana kontrole → Uputstava za rad → evidencije inspekcije → studija sposobnosti → rezultata validacije.

 

CMM inspekcija i ±0,01 mm kontrola dimenzija

Zavareni sklop mora zadržati kompatibilnost dimenzija sa sklopom nizvodnog kontaktora, releja, osigurača, sklopnog uređaja ili sabirnice.

Ovisno o geometriji proizvoda, kritične dimenzije mogu uključivati:

Kontakt{0}}centar pozicija.
Prečnik rupe.
Ravnost terminala.
Lokacija zavarivanja.
Visina kontakta.
Ugao savijanja.
Ukupna dužina.
Debljina bakrenog lima.

Za precizne žigosane komponente, odabrane dimenzije se mogu kontrolisati na ±0,01 mm, ovisno o stvarnom crtežu proizvoda i slaganju funkcionalnih tolerancija-.

 

 

Dobavljač zavarenog kontaktnog mosta bi trebao biti ocijenjen u odnosu na kompletan proizvodni lanac, a ne samo sposobnost zavarivanja.

 

Kvalifikaciona stavka	Preporučena verifikacija
Sirovina	Certifikat materijala i provjera sastava
Štancanje	Evidencija o kontroli dimenzija i{0}}procesu alata
Zavarivanje	Prozor parametara i validacija procesa
Električne performanse	Mjerenje niskog{0}}otpora
Mehaničke performanse	Ispitivanje smicanja/zatezanja/ljuštenja
metalurgija	Poprečni presjek i mikroskopski pregled
Preciznost dimenzija	CMM inspekcija
Sljedivost	Zapisi o proizvodnji na{0}} nivou
Kvalitet automobila	IATF 16949 sistem
Paket za predaju	Mogućnost PPAP nivoa 3
Ekološka usklađenost	RoHS / REACH dokumentacija
Sposobnost procesa	SPC / Cp / Cpk gdje je navedeno

 

Dobavljač koji je sposoban za štancanje, ali ne može povezati parametre zavarivanja sa otpornošću i mehaničkim rezultatima, stvara dodatni kvalifikacioni rad za kupca. Preferirani model izvora je onaj gdje se žigosanje, spajanje, inspekcija, sljedivost i PPAP dokumentacija upravljaju unutar jednog kontroliranog proizvodnog sistema.

 

 

Ultrazvučno zavarivanje: tanak bakar, pletenica i niska termička izloženost

Odaberite ultrazvučno zavarivanje kada dizajn zahtijeva:

Konsolidacija bakrenih pletenica.
Tanke provodljive ploče.
Ograničeno masovno grijanje.
Spajanje{0}}u čvrstom stanju.
Spajanje AgSnO₂-na-bakar kontakt.
Kompaktne električne priključne zone.
Kontrolirana deformacija tankih provodljivih materijala.

Otporno zavarivanje: Debele žigosane komponente i definirani zrnci za zavarivanje

Odaberite otporno zavarivanje kada dizajn zahtijeva:

Komponente od debelog štancanog bakra.
Visok lokalizirani unos topline.
Definirani fuzioni grumenčići.
Visoka propusnost proizvodnje.
Ponovljivo pozicioniranje elektroda.
Konstrukcijsko spajanje žigosanih kontaktnih mostova.

Konačna odluka o procesu treba biti zasnovana na naslaganju materijala-, debljini, geometriji spoja, cilju električnog otpora, zahtjevima mehaničkog-opterećenja, toplinskoj osjetljivosti i zapremini proizvodnje.

 

Preuzmite specifikaciju dizajna sklopa za kontakt

 

 

Kvalificirani sklop električnih kontakata trebao bi imati tri komplementarna oblika dokaza.

 

Električna validacija

Izmjerite završenu strujnu putanju i uspostavite prihvatljiv raspon otpora pod definiranim uvjetima ispitivanja.

Za bakrene spojeve niske{0}}otpornosti, sama metoda mjerenja postaje dio specifikacije.

 

Mehanička validacija

Ispitivanje na smicanje ili zatezanje utvrđuje može li spoj izdržati montažne sile, vibracije, termičke cikluse i radna opterećenja.

Kriterijum prihvatanja treba da specificira i minimalnu silu i prihvatljiv način kvara.

 

Metalografska validacija

Analiza poprečnog presjeka može identificirati:

Nepotpuno vezivanje.
Praznine.
Pukotine.
Prekomjerna deformacija.
Nedovoljna penetracija zavara.
Pretjerana toplina{0}}zahvaćena regije.
Nepravilna geometrija grumenčića.

 

 

 

Prije puštanja zavarenog kontaktnog sklopa za masovnu proizvodnju, inženjerski crtež i specifikacija dobavljača trebaju definirati:

 

Materijal: C1100, C2680, AgSnO₂ ili određena legura srebra.
Debljina materijala: stvarna debljina lima ili provodnika.
Konfiguracija spoja: preklop, stražnjica, preklapanje, pletenica-do-terminala ili kontakt-na-nosač.
Proces zavarivanja: Ultrazvučno ili otporno zavarivanje.
Električni zahtjevi: Maksimalni dozvoljeni otpor spoja.
Mehanički zahtjevi: Minimalna sila smicanja ili zatezanja.
Zahtjevi za dimenzije: Kritične dimenzije i tolerancija, kao što je ±0,01 mm gdje je primjenjivo.
Stanje površine: Zahtjevi za oblaganje, oksidaciju, kontaminaciju i čišćenje.
Metoda inspekcije: mjerenje otpora Kelvina, CMM, metalografija i ispitivanje razaranja.
Sistem kvaliteta: IATF 16949 gdje se primjenjuju zahtjevi za nabavku automobila.
Podnošenje: PPAP nivo 3 gdje je odredio kupac.
Usklađenost sa životnom sredinom: RoHS i REACH zahtjevi.

 

 

Za šta je potrebna tipična PPAP dokumentacija nivoa 3zavareni kontaktni sklopovi?

PPAP nivo 3 obično zahtijeva primjenjive zapise o dizajnu, tok procesa, PFMEA, kontrolni plan, rezultate dimenzija, rezultate ispitivanja materijala i performansi, MSA dokaze, podatke o sposobnostima procesa, dijelove uzoraka i PSW, u skladu sa specifičnim zahtjevima kupca za podnošenje.

 

Kako da izaberem ultrazvučno zavarivanje za bakrenu pletenicu umjesto otpornog zavarivanja?

Ultrazvučno zavarivanje se generalno razmatra kada bakarna pletenica zahteva konsolidaciju pramenova sa ograničenim zagrevanjem. Otporno zavarivanje je prikladnije kada spoj zahtijeva definiranu zonu fuzije u debljim štancanim komponentama.

 

Kako se ispituje električni otpor na zavarenom bakrenom kontaktu?

Metoda mjerenja Kelvina sa četiri-žice se obično koristi za spojeve niskog otpora{1}}. Specifikacija ispitivanja treba da definiše struju, lokaciju sonde, temperaturu, uslove stabilizacije, učestalost uzorkovanja i maksimalan dozvoljeni otpor spoja.