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

Ultrazvučno zavarivanje spaja vodljive metale visoko{0}}frekventnim mehaničkim vibracijama uz ograničeno zagrijavanje, dok otporno zavarivanje stvara lokaliziranu zonu taljenja putem električne struje i kontaktnog otpora. Za sklopove električnih kontakta i sabirnice, odabir ovisi o kombinaciji materijala, debljini presjeka, dopuštenoj toplinskoj izloženosti, potrebnoj čvrstoći na smicanje i električnom otporu gotovog spoja.

 

Inženjerska odluka nije samo "koji je postupak zavarivanja jači". Spoj mora održavati nizak električni otpor, kontroliranu mehaničku čvrstoću, stabilno metalurško spajanje, točnost dimenzija i ponovljivu kvalitetu proizvodnje nakon utiskivanja i sastavljanja.

 

 

 

Lijepljenje na niskim-temperaturama za AgSnO₂-Cu kontaktne sklopove

Ultrazvučno zavarivanje posebno je primjenjivo kada električni kontakt sadrži slitinu srebra, a podloga je bakar. Sklop za ultrazvučno kontaktno zavarivanje može stvoriti čvrstu -vezu bez potrebe da cijelo sučelje spoja dosegne temperaturu taljenja osnovnih materijala.

 

Tipične primjene uključuju:

AgSnO₂-Cu kontaktni sklopovi koji zahtijevaju ograničeno toplinsko izlaganje srebrnoj leguri.
Cu-Cu spojevi pletenih žica gdje deformacija niti mora ostati kontrolirana.
Tanke bakrene ploče, hrpe folije, stezaljke i savitljivi vodiči.
Spojevi baterije i napajanja-elektronike gdje pretjerana toplina može oštetiti susjednu izolaciju.
Električni kontaktni mostovi koji zahtijevaju dosljedan kontaktni otpor nakon spajanja.

Mehanizam za zavarivanje kombinira kontrolirani pritisak stezanja s ultrazvučnom vibracijom. Površinski oksidi i kontaminanti poremećeni su na sučelju, dok lokalizirana plastična deformacija povećava stvarno metalno kontaktno područje.

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

 

AgSnO₂-Varijable bakrenih spojeva

Varijabilna	Inženjersko razmatranje	Fokus tipične kvalitete
Kontaktni materijal AgSnO₂	Legura srebrnog-kositrenog-oksida za električni kontakt	Izbjegavajte pretjeranu toplinsku degradaciju
Bakrena podloga	C1100 / bakar visoke-vodljivosti	Održavajte vodljivost i dimenzijsku stabilnost
Debljina spoja	Tanko{0}}limene i slojevite strukture	Spriječite pretjeranu deformaciju
Sila zavarivanja	Određuje tlak na sučelju	Stabilno lijepljenje bez drobljenja
Ultrazvučna amplituda	Kontrolira trenje i deformaciju sučelja	Izbjegavajte pre-zavarivanje
Energija zavarivanja	U korelaciji je s konzistencijom lijepljenja	Uspostavite prozor procesa kroz DOE
Električni otpor	Označava trenutačnu-kvalitetu putanje	100% ili provjera otpornosti-na temelju uzorkovanja
Smična sila	Označava mehanički integritet	Povežite podatke ispitivanja razaranja s parametrima zavara

 

 

 

Otporno zavarivanje koristi električnu struju koja prolazi kroz obratke za stvaranje lokaliziranog Jouleovog zagrijavanja. Toplina koja se stvara na sučelju približno je povezana s:

 

Q=I²Rt

 

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

To čini silu elektrode, struju, vrijeme zavarivanja, otpornost materijala i geometriju kontakta izravno relevantnim za stvaranje zavara.

Za deblje utisnute komponente, otporno točkasto zavarivanje može generirati definiranu zonu taljenja s većim prodiranjem od mnogih postupaka spajanja-u čvrstom stanju. To ga čini prikladnim za otporno točkasto zavarivanje bakrenih kontakata, utisnutih električnih mostova, terminala i višeslojnih vodljivih komponenti.

 

Otporno zavarivanje C1100 bakrenih komponenti

Bakar predstavlja poseban izazov-otpornog zavarivanja jer je njegov električni otpor nizak, a toplinska vodljivost visoka. Stoga može biti potrebna velika struja za stvaranje dovoljno lokalizirane topline.

 

Proizvodno inženjerstvo obično se fokusira na:

Geometrija elektrode i kontaktna površina.
Stabilnost sile elektrode.
Ponovljivost-struje zavarivanja.
Karakteristike rasta i pada struje.
Debljina lima i hrpa-.
Površinska oksidacija i onečišćenje.
Trošenje elektroda.
Promjer i penetracija grumena.
Električni otpor-zavarivanja.
Destruktivno ispitivanje smicanjem ili ljuštenjem.

 

Otporno{0}}zavareni kontaktni most ne bi se trebao kvalificirati samo vizualnim pregledom. Formiranje grumena, mehanička čvrstoća, električni otpor i način kvara moraju biti u korelaciji s prozorom procesa zavarivanja.

 

Zatražite besplatnu DFM procjenu i ponudu

 

 

C1100 Bakar u odnosu na kontaktne materijale AgSnO₂

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

 

Parametar	Ultrazvučno zavarivanje	Otporno zavarivanje
Primarni mehanizam vezivanja	Mehaničko spajanje-u čvrstom stanju	Lokalno zagrijavanje-generirano otporom
Topljenje rasutog materijala	Obično se izbjegava	Uobičajeno formirana zona fuzije
Područje-zahvaćeno toplinom	Relativno ograničeno	Više lokaliziran, ali viša vršna temperatura
Tanki bakreni listovi	Vrlo pogodan	Prikladno s optimiziranim parametrima
Bakrena pletenica	Vrlo pogodan	Teže za fine-strukture niti
Debeli žigosani bakar	Ovisno- o aplikaciji	Dobro prikladan
AgSnO₂ kontakt	Prikladno tamo gdje mora biti ograničena izloženost toplini	Moguće s kontroliranim unosom topline
Grumen zavarivanja	Nije primarna značajka kvalifikacije	Karakteristika kvalitete-primarnog zavara
Zahtjev za elektrodu	Sustav rog/nakovanj	Potrebne elektrode
Trošenje elektroda	Trošenje alata ovisi o materijalu i amplitudi	Značajna proizvodna varijabla
Tipična provjera valjanosti	Smicanje + električni otpor + metalografija	Grumen + smicanje/ljuštenje + električni otpor
Optimizacija procesa	Sila + amplituda + energija + vrijeme	Struja + sila + vrijeme + geometrija elektrode

 

Bakrena-na-bakrena pletena žica

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

Ultrazvučno zavarivanje može konsolidirati više bakrenih žica uz bakreni terminal zadržavajući relativno kompaktno područje pod utjecajem topline-.

 

Inženjerski cilj je postići:

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

Proizvodna specifikacija bi stoga trebala definirati prihvatljivi električni otpor i način mehaničkog kvara, a ne oslanjati se samo na izgled zavara.

 

 

Zavareni električni spoj ima dvije neovisne funkcije:

Nose struju s kontroliranim električnim gubitkom.
Preživjeti mehanička opterećenja tijekom sastavljanja i servisiranja.

Spoj može imati prihvatljivu mehaničku čvrstoću dok pokazuje preveliki električni otpor. Suprotno tome, spoj s-niskim otporom može imati nedovoljnu mehaničku čvrstoću.

 

Mjerenje električnog otpora

Četvero{0}}žično mjerenje Kelvina poželjno je kada je ciljni otpor dovoljno nizak da bi otpor elektrode i kontakta inače utjecali na mjerenje.

Ispitni sustav treba kontrolirati:

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

Za bakrene spojeve velike-struje, vrijednost otpora trebala bi biti u korelaciji s geometrijom vodiča i efektivnim područjem-provođenja struje umjesto da se tumači kao izolirani broj.

 

Ispitivanje smicanja i povlačenja

Mehanička validacija može uključivati:

Preklopno{0}}ispitivanje smicanja.
Izvedi-testiranje.
Ispitivanje ljuštenja slojevitih struktura.
Ispitivanje stezaljki na zatezanje.
Destruktivna{0}}analiza presjeka.

Način kvara pruža dodatne informacije. Lom kroz matični materijal ukazuje na različito stanje procesa u odnosu na međupovršinsko odvajanje.

 

 

 

IATF 16949 Kontrole procesa za zavarene kontakte

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

Plan kontrole proizvodnje može uključivati:

Provjera ulaznog materijala.
CMM dimenzionalna inspekcija.
Praćenje-procesa žigosanja.
Praćenje parametara zavara.
Provjere stanja elektroda ili sirena.
Ispitivanje električnog otpora.
Provjera-sile smicanja.
Metalografski pregled.
Sljedivost po šarži ili proizvodnoj seriji.
MSA i mjerač R&R.
SPC za kritične dimenzije i karakteristike zavara.

Za podnošenje PPAP razine 3, dobavljač će možda trebati uspostaviti dokumentirani odnos između DFMEA → PFMEA → Plana kontrole → Radnih uputa → zapisa o inspekciji → studija sposobnosti → rezultata validacije.

 

CMM inspekcija i kontrola dimenzija od ±0,01 mm

Zavareni sklop mora zadržati dimenzionalnu kompatibilnost s nizvodnim sklopom sklopnika, releja, osigurača, sklopnog uređaja ili sabirnice.

Ovisno o geometriji proizvoda, kritične dimenzije mogu uključivati:

Položaj kontakt{0}}centra.
Promjer rupe.
Ravnost terminala.
Mjesto zavarivanja.
Kontaktna visina.
Kut savijanja.
Ukupna dužina.
Debljina bakrenog lima.

Za precizno otisnute komponente, odabrane dimenzije mogu se kontrolirati na ±0,01 mm, ovisno o stvarnom crtežu proizvoda i skupu-funkcionalnih tolerancija.

 

 

Dobavljač zavarenih kontaktnih mostova trebao bi se ocjenjivati ​​u odnosu na cijeli proizvodni lanac, a ne samu sposobnost zavarivanja.

 

Stavka kvalifikacije	Preporučena potvrda
Sirovina	Certifikat materijala i provjera sastava
Žigosanje	Pregled dimenzija i evidencija-procesa alata
Zavarivanje	Prozor parametara i validacija procesa
Električna izvedba	Mjerenje-niskog otpora
Mehanička izvedba	Ispitivanje smicanja/vlakanja/ljuštenja
Metalurgija	Popre-presjek i mikroskopski pregled
Dimenzijska točnost	CMM inspekcija
Sljedivost	Evidencija o proizvodnji-na razini serije
Automobilska kvaliteta	IATF 16949 sustav
Paket za podnošenje	Mogućnost PPAP razine 3
Usklađenost s okolišem	RoHS / REACH dokumentacija
Sposobnost procesa	SPC / Cp / Cpk gdje je navedeno

 

Dobavljač sposoban za žigosanje, ali nesposoban povezati parametre zavara s otpornošću i mehaničkim rezultatima stvara dodatni posao kvalifikacije za kupca. Preferirani model nabave je onaj gdje se žigosanjem, spajanjem, inspekcijom, sljedivošću i PPAP dokumentacijom upravlja unutar jednog kontroliranog proizvodnog sustava.

 

 

Ultrazvučno zavarivanje: tanki bakar, pletenica i niska toplinska izloženost

Odaberite ultrazvučno zavarivanje kada dizajn zahtijeva:

Konsolidacija bakrene pletenice.
Tanke vodljive ploče.
Ograničeno grijanje u rasutom stanju.
Spajanje-u čvrstom stanju.
AgSnO₂-na-bakreno kontaktno spajanje.
Kompaktne električne priključne zone.
Kontrolirana deformacija tankih vodljivih materijala.

Otporno zavarivanje: Debelo utisnute komponente i definirani zavareni komadi

Odaberite otporno zavarivanje kada dizajn zahtijeva:

Deblje utisnute bakrene komponente.
Visok lokalizirani unos topline.
Definirani fuzijski nuggets.
Visoka propusnost proizvodnje.
Ponovljivo pozicioniranje elektroda.
Konstrukcijsko spajanje žigosanih kontaktnih mostova.

Konačna odluka o procesu trebala bi se temeljiti na gomili-materijala, debljini, geometriji spojeva, ciljnom električnom otporu, mehaničkom-opterećenju, toplinskoj osjetljivosti i obujmu proizvodnje.

 

Preuzmite specifikaciju dizajna kontaktnog sklopa

 

 

Kvalificirani električni kontaktni sklop trebao bi imati tri komplementarna oblika dokaza.

 

Električna provjera valjanosti

Izmjerite dovršeni put struje i odredite prihvatljivi raspon otpora pod definiranim uvjetima ispitivanja.

Za bakrene spojeve -niskog otpora sama metoda mjerenja postaje dio specifikacije.

 

Mehanička provjera valjanosti

Ispitivanje smicanja ili zatezanja utvrđuje može li spoj izdržati sile sklapanja, vibracije, toplinske cikluse i radna opterećenja.

Kriterij prihvatljivosti treba specificirati i minimalnu silu i prihvatljivi način kvara.

 

Metalografska validacija

Analiza-presjeka može identificirati:

Nepotpuno spajanje.
Praznine.
Pukotine.
Pretjerana deformacija.
Nedovoljno prodiranje zavara.
Regije-pogođene prekomjernom vrućinom.
Nepravilna geometrija grumena.

 

 

 

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

 

Materijal: C1100, C2680, AgSnO₂ ili navedena legura srebra.
Debljina materijala: Stvarna debljina lima ili vodiča.
Konfiguracija spoja: preklop, stražnjica, preklapanje, pletenica-na-terminal ili kontakt-na-nosač.
Postupak zavarivanja: ultrazvučno ili otporno zavarivanje.
Električni zahtjevi: Maksimalni dopušteni otpor spoja.
Mehanički zahtjev: Minimalna posmična ili vlačna sila.
Dimenzionalni zahtjev: Kritične dimenzije i tolerancija, kao što je ±0,01 mm gdje je primjenjivo.
Stanje površine: Zahtjevi za oplatu, oksidaciju, kontaminaciju i čišćenje.
Metoda pregleda: mjerenje Kelvinove otpornosti, CMM, metalografija i ispitivanje razaranjem.
Sustav kvalitete: IATF 16949 gdje se primjenjuju zahtjevi za opskrbu automobilima.
Podnošenje: PPAP razina 3 ako je odredio kupac.
Sukladnost s okolišem: RoHS i REACH zahtjevi.

 

 

Za što je potrebna tipična dokumentacija PPAP razine 3zavareni kontaktni sklopovi?

PPAP Razina 3 obično zahtijeva primjenjive projektne zapise, tijek procesa, PFMEA, plan kontrole, rezultate dimenzija, rezultate ispitivanja materijala i performansi, MSA dokaze, podatke o mogućnostima procesa, uzorke dijelova i PSW, podložno specifičnim zahtjevima kupca za podnošenje.

 

Kako odabrati ultrazvučno zavarivanje bakrene pletenice umjesto otpornog zavarivanja?

Ultrazvučno zavarivanje općenito se razmatra kada bakrena pletenica zahtijeva konsolidaciju niti uz ograničeno zagrijavanje mase. Otporno zavarivanje je prikladnije kada spoj zahtijeva definiranu zonu taljenja u debljim utisnutim komponentama.

 

Kako se ispituje električni otpor na zavarenom bakrenom kontaktu?

Kelvinova metoda mjerenja s četiri- žice obično se koristi za spojeve-niskog otpora. Specifikacija ispitivanja treba definirati struju, mjesto sonde, temperaturu, uvjete stabilizacije, učestalost uzorkovanja i maksimalnu dopuštenu otpornost spojeva.