Ultrazvukové svařování vs. odporové svařování pro sestavy elektrických kontaktů a přípojnic

Ultrazvukové svařování spojuje vodivé kovy pomocí vysokofrekvenčních{0}}mechanických vibrací s omezeným objemovým ohřevem, zatímco odporové svařování vytváří lokalizovanou tavnou zónu prostřednictvím elektrického proudu a odporu kontaktů. U sestav elektrických kontaktů a přípojnic závisí výběr na kombinaci materiálu, tloušťce průřezu, dovolené tepelné expozici, požadované pevnosti ve smyku a elektrickém odporu hotového spoje.

 

Technické rozhodnutí není jen "který svařovací proces je silnější." Spoj musí zachovat nízký elektrický odpor, kontrolovanou mechanickou pevnost, stabilní metalurgické spojení, rozměrovou přesnost a opakovatelnou kvalitu výroby po lisování a montáži.

 

 

 

Nízkoteplotní lepení pro AgSnO₂-Cu kontaktní sestavy

Ultrazvukové svařování je zvláště použitelné, když elektrický kontakt obsahuje slitinu stříbra a substrát je měď. Sestava pro ultrazvukové kontaktní svařování může vytvořit pevné-spojení, aniž by bylo nutné, aby celé rozhraní spoje dosáhlo teploty tání základních materiálů.

 

Mezi typické aplikace patří:

AgSnO₂-Cu kontaktní sestavy vyžadující omezené tepelné vystavení slitině stříbra.
Cu-Cu pletené drátěné spoje, kde deformace pramene musí zůstat pod kontrolou.
Tenké měděné plechy, svazky fólií, svorky a ohebné vodiče.
Připojení baterie a{0}}elektroniky, kde nadměrné teplo může poškodit sousední izolaci.
Elektrické kontaktní můstky vyžadující stálý přechodový odpor po spojení.

Svařovací mechanismus kombinuje řízený upínací tlak s ultrazvukovou vibrací. Povrchové oxidy a kontaminanty jsou narušeny na rozhraní, zatímco lokalizovaná plastická deformace zvětšuje skutečnou kovovou kontaktní plochu.

Pro kvalifikaci výroby nejsou kritické proměnné omezeny na ultrazvukovou frekvenci. Amplituda svařování, síla svařování, energie, doba cyklu, tvrdost materiálu, oblast překrytí a stav povrchu musí být řízeny jako procesní okno.

 

AgSnO₂-Proměnné měděného kloubu

Variabilní	Technická úvaha	Typické kvalitní zaměření
Kontaktní materiál AgSnO₂	Slitina elektrických kontaktů z oxidu stříbra-cínu-	Zabraňte nadměrné tepelné degradaci
Měděný substrát	C1100 / měď s vysokou-vodivostí	Udržujte vodivost a rozměrovou stálost
Tloušťka spáry	Tenký-list a vrstvené struktury	Zabraňte nadměrné deformaci
Svařovací síla	Určuje tlak na rozhraní	Stabilní lepení bez drcení
Ultrazvuková amplituda	Řídí tření a deformaci rozhraní	Vyvarujte se příliš{0}}svařování
Svařovací energie	Koreluje s konzistencí lepení	Vytvořte procesní okno pomocí DOE
Elektrický odpor	Označuje aktuální-kvalitu cesty	100% nebo ověření odporu-na vzorkování
Smyková síla	Označuje mechanickou integritu	Porovnejte data destruktivní zkoušky s parametry svaru

 

 

 

Odporové svařování využívá elektrický proud procházející obrobky k vytvoření lokalizovaného Jouleova ohřevu. Teplo generované na rozhraní přibližně souvisí s:

 

Q=I²Rt

 

kde I je svařovací proud, R je elektrický odpor a t je trvání proudu.

Díky tomu je síla elektrody, proud, doba svařování, odpor materiálu a geometrie kontaktu přímo relevantní pro tvorbu svaru.

U silnějších lisovaných součástí může odporové bodové svařování generovat definovanou tavnou zónu s větší penetrací než mnoho-spojování v pevné fázi. Díky tomu je vhodný pro odporové bodové svařování měděných kontaktů, lisovaných elektrických můstků, svorek a vícevrstvých vodivých součástí.

 

Odporové svařování měděných součástí C1100

Měď představuje specifický odpor{0}}pro svařování, protože její elektrický odpor je nízký a její tepelná vodivost je vysoká. K vytvoření dostatečného lokalizovaného tepla může být proto zapotřebí velký proud.

 

Výrobní inženýrství se obvykle zaměřuje na:

Geometrie elektrody a kontaktní plocha.
Sílová stabilita elektrody.
Opakovatelnost-svařovacího proudu.
Charakteristiky vzestupu a poklesu proudu.
Tloušťka plechu a{0}}na sebe.
Povrchová oxidace a kontaminace.
Opotřebení elektrody.
Průměr nugety a penetrace.
Elektrický odpor při svařování-.
Destruktivní testování smykem nebo odlupováním.

 

Odporový-svařovaný kontaktní můstek by neměl být kvalifikován pouze vizuální kontrolou. Tvorba nugetů, mechanická pevnost, elektrický odpor a způsob selhání musí být v korelaci s oknem procesu svařování.

 

Vyžádejte si bezplatné hodnocení a cenovou nabídku DFM

 

 

Kontaktní materiály C1100 měď vs. AgSnO₂

Kombinace materiálů určuje, zda je dominantním technickým omezením tepelný vstup nebo mechanická deformace.

 

Parametr	Ultrazvukové svařování	Odporové svařování
Primární spojovací mechanismus	Pevné-mechanické lepení	Lokalizované vytápění{0}}generované odporem
Tavení sypkého materiálu	Normálně se vyhýbá	Běžně vytvořená fúzní zóna
Oblast zasažená teplem-	Relativně omezené	Lokalizovanější, ale vyšší špičková teplota
Tenké měděné plechy	Velmi vhodné	Vhodné s optimalizovanými parametry
Měděný cop	Velmi vhodné	Obtížnější pro jemné-vláknové struktury
Silná lisovaná měď	Závisí-na aplikaci	Dobře se hodí
Kontakt AgSnO₂	Vhodné tam, kde musí být omezena tepelná expozice	Možné s řízeným přívodem tepla
Svařte nugetu	Není to primární kvalifikační prvek	Primární-charakteristika kvality svaru
Požadavek na elektrodu	Systém roh/kovadlina	Jsou nutné elektrody
Opotřebení elektrody	Opotřebení nástroje závisí na materiálu a amplitudě	Významná produkční proměnná
Typická validace	Smyk + elektrický odpor + metalografie	Nugget + smyk/loupání + elektrický odpor
Optimalizace procesů	Síla + amplituda + energie + čas	Proud + síla + čas + geometrie elektrody

 

Měděný-na{1}}měděný pletený drát

Měděný oplet představuje jiný problém se spojováním než lisovaný plech. Jednotlivé prameny mají malý průřez-a oxidové vrstvy, zatímco nadměrný tepelný příkon může způsobit místní žíhání nebo nežádoucí deformaci.

Ultrazvukové svařování může konsolidovat několik měděných pramenů proti měděné koncovce a zároveň zachovat relativně kompaktní tepelně-ovlivněnou oblast.

 

Technickým cílem je dosáhnout:

Nízký elektrický odpor + dostatečná pevnost v tahu/smyku + kontrolovaná konsolidace pramenů.

Výrobní specifikace by proto měla definovat přijatelný elektrický odpor a způsob mechanické poruchy spíše než spoléhat pouze na vzhled svaru.

 

 

Svařovaný elektrický spoj má dvě nezávislé funkce:

Proud s řízenou elektrickou ztrátou.
Přežijte mechanické zatížení během montáže a servisu.

Spoj může mít přijatelnou mechanickou pevnost a zároveň vykazovat nadměrný elektrický odpor. Naopak spoj s nízkým-odporem může mít nedostatečnou mechanickou pevnost.

 

Měření elektrického odporu

Čtyřvodičové měření v Kelvinech se upřednostňuje, když je cílový odpor dostatečně nízký, aby odpor vodiče a kontaktu jinak ovlivnil měření.

Testovací systém by měl kontrolovat:

Testovací proud.
Poloha sondy.
Směr měření.
Kontaktní tlak.
Teplota.
Doba stabilizace.
Vzorkovací frekvence.

U vysokoproudých měděných spojů by měla být hodnota odporu korelována s geometrií vodiče a efektivní proudovou-plochou, nikoli interpretována jako izolované číslo.

 

Smykové a tahové zkoušky

Mechanická validace může zahrnovat:

Testování-smyku na kola.
Stažení-testování.
Testování odlupování pro vrstvené struktury.
Zkoušky tahem svorek.
Destruktivní průřezová-analýza.

Režim selhání poskytuje další informace. Lom přes základní materiál ukazuje na jiné podmínky procesu než při separaci na rozhraní.

 

 

 

IATF 16949 Řízení procesů pro svařované kontakty

U součástek elektrických kontaktů v automobilech by se svařování mělo považovat spíše za řízený speciální proces než za izolovanou montážní operaci.

Plán řízení výroby může zahrnovat:

Ověření příchozího materiálu.
Kontrola rozměrů CMM.
Sledování-procesu razítkování.
Monitorování parametrů svařování.
Kontrola stavu elektrody nebo houkačky.
Testování elektrického odporu.
Ověření-smykové síly.
Metalografická kontrola.
Sledovatelnost podle šarže nebo výrobní šarže.
MSA a rozchod R&R.
SPC pro kritické rozměry a svarové charakteristiky.

Pro předložení PPAP úrovně 3 může dodavatel potřebovat vytvořit zdokumentovaný vztah mezi DFMEA → PFMEA → Kontrolní plán → Pracovní pokyny → záznamy o kontrole → studie způsobilosti → výsledky validace.

 

Kontrola souřadnicového měřicího stroje a kontrola rozměrů ±0,01 mm

Svařovaná sestava si musí zachovat rozměrovou kompatibilitu s výstupním stykačem, relé, pojistkou, spínacím zařízením nebo sestavou přípojnic.

V závislosti na geometrii produktu mohou kritické rozměry zahrnovat:

Kontaktní-pozice centra.
Průměr otvoru.
Koncová rovinnost.
Umístění svaru.
Kontaktní výška.
Úhel ohybu.
Celková délka.
Tloušťka měděného plechu.

U precizně lisovaných součástí lze vybrané rozměry řídit na ±0,01 mm v závislosti na skutečném výkresu produktu a nahromadění funkčních tolerancí-.

 

 

Dodavatel svařovaných kontaktních můstků by měl být posuzován podle celého výrobního řetězce spíše než pouze podle schopnosti svařování.

 

Kvalifikační položka	Doporučené ověření
Surovina	Materiálový certifikát a ověření složení
Lisování	Záznamy o rozměrové kontrole a procesu-nástroje
Svařování	Okno parametrů a validace procesu
Elektrický výkon	Nízký{0}}odpor měření
Mechanický výkon	Zkoušky smykem / tahem / odlupováním
Hutnictví	Průřez-a mikroskopická kontrola
Rozměrová přesnost	Kontrola CMM
Sledovatelnost	Produkční záznamy na-úrovni řady
Automobilová kvalita	Systém IATF 16949
Podací balíček	Schopnost PPAP úrovně 3
Soulad s životním prostředím	Dokumentace RoHS / REACH
Schopnost procesu	SPC / Cp / Cpk tam, kde je uvedeno

 

Dodavatel schopný lisovat, ale neschopný korelovat parametry svaru s odolností a mechanickými výsledky, vytváří další kvalifikační práci pro kupujícího. Upřednostňovaný model získávání zdrojů je takový, kde jsou lisování, spojování, kontrola, sledovatelnost a dokumentace PPAP spravovány v rámci jednoho řízeného výrobního systému.

 

 

Ultrazvukové svařování: Tenká měď, opletení a nízká tepelná expozice

Vyberte ultrazvukové svařování, když konstrukce vyžaduje:

Zpevnění měděného copu.
Tenké vodivé plechy.
Omezené hromadné vytápění.
Pevné-připojení.
AgSnO₂-k-spojení měděných kontaktů.
Kompaktní zóny elektrického připojení.
Řízená deformace tenkých vodivých materiálů.

Odporové svařování: Silné lisované součásti a definované svarové nugety

Vyberte odporové svařování, když konstrukce vyžaduje:

Silné lisované měděné komponenty.
Vysoký lokální přívod tepla.
Definované fúzní nugety.
Vysoká propustnost výroby.
Opakovatelné umístění elektrod.
Konstrukční spojování lisovaných kontaktních můstků.

Konečné rozhodnutí o procesu by mělo vycházet z nahromadění-materiálu, tloušťky, geometrie spoje, cílového elektrického odporu, požadavků na mechanické-zátěže, tepelné citlivosti a objemu výroby.

 

Stáhnout Specifikace návrhu sestavy kontaktu

 

 

Kvalifikovaná sestava elektrických kontaktů by měla mít tři doplňkové formy důkazů.

 

Elektrické ověření

Změřte kompletní proudovou dráhu a stanovte přijatelný rozsah odporu za definovaných testovacích podmínek.

U měděných spojů s nízkým{0}}odporem se samotná metoda měření stává součástí specifikace.

 

Mechanické ověření

Testování smykem nebo tahem stanoví, zda spoj vydrží montážní síly, vibrace, tepelné cykly a provozní zatížení.

Kritérium přijatelnosti by mělo specifikovat jak minimální sílu, tak přijatelný způsob porušení.

 

Metalografické ověření

Průřezová{0}analýza může identifikovat:

Neúplné spojení.
Prázdniny.
Trhliny.
Nadměrná deformace.
Nedostatečná penetrace svaru.
Oblasti zasažené-nadměrným teplem.
Nepravidelná geometrie nugetů.

 

 

 

Před uvolněním sestavy svařovaných kontaktů pro hromadnou výrobu by měl technický výkres a specifikace dodavatele definovat:

 

Materiál: C1100, C2680, AgSnO₂ nebo specifikovaná slitina stříbra.
Tloušťka materiálu: Skutečná tloušťka plechu nebo vodiče.
Konfigurace spoje: Překrytí, tupo, překrytí, splétání-k-konci nebo kontakt-k-dopravci.
Proces svařování: Ultrazvukové nebo odporové svařování.
Elektrický požadavek: Maximální přípustný odpor spoje.
Mechanický požadavek: Minimální smyková nebo tažná síla.
Požadavek na rozměry: Kritické rozměry a tolerance, např. ±0,01 mm, kde je to vhodné.
Stav povrchu: Požadavky na pokovování, oxidaci, kontaminaci a čištění.
Metoda kontroly: Měření odporu Kelvina, CMM, metalografie a destruktivní testování.
Systém kvality: IATF 16949, kde platí požadavky na dodávky pro automobilový průmysl.
Odevzdání: PPAP Level 3, pokud je specifikováno zákazníkem.
Shoda s životním prostředím: Požadavky RoHS a REACH.

 

 

K čemu je vyžadována typická dokumentace PPAP úrovně 3svařované kontaktní sestavy?

PPAP Level 3 normálně vyžaduje příslušné záznamy o návrhu, tok procesu, PFMEA, kontrolní plán, rozměrové výsledky, výsledky testů materiálu a výkonu, důkazy MSA, údaje o způsobilosti procesu, vzorové díly a PSW, s výhradou specifických požadavků zákazníka na předložení.

 

Jak zvolit ultrazvukové svařování pro měděný oplet místo odporového svařování?

Ultrazvukové svařování je obecně zvažováno, když měděné opletení vyžaduje konsolidaci pramenů s omezeným ohřevem. Odporové svařování je vhodnější, když spoj vyžaduje definovanou tavnou zónu u silnějších lisovaných součástí.

 

Jak se testuje elektrický odpor na svařovaném měděném kontaktu?

Pro spoje s nízkým odporem se běžně používá-čtyřvodičová Kelvinova metoda měření. Specifikace zkoušky by měla definovat proud, umístění sondy, teplotu, stabilizační podmínky, vzorkovací frekvenci a maximální přípustný odpor spoje.