详解高电压连接器的超声焊接技术

超声焊接高电压连接器的技术在新能源汽车领域只是冰山一角，有很多待突破和创新的技术。本篇文章为您介绍高压连接器超声波焊接的工艺。
超声波焊接
超声焊是通过高频振动波向两个需要焊接的物体表面传递，在压力作用下，两个物体表面产生摩擦，从而形成分子层间的熔合。
超声焊将50/60Hz电流通过超声发生器转换为15.20.30kHz或40kHz。
经过变换后的高频电能再经过一个换能器再转换成相等频率的机械运动，然后由一组可改变振幅的变幅杆装置传送给焊头。
焊接头把接收到的振动能量传给焊接件的接合部，在那里振动能量通过摩擦作用转化为热能，使金属熔化。
超声焊接系统的主要部件包括超声发生器、换能器、变幅杆、焊头三组、模具和机架。
金属焊接原理
超音波的焊接原理是利用机械振动能量的超声频率(超过16KHz)，将同种或异种金属连接起来。
采用超声波焊接，金属框架在静压作用下，既没有向工件输送电流，也没有对工件施加高温热源，而是将线框振动能量转化为工件间的摩擦功、形变能和有限温升。
连接处的冶金结合是一种母材无熔解而实现的固态焊接。从而有效地克服了电焊过程中出现的飞溅、氧化等现象。
超声金属焊接机可单点焊接、多点焊接及短条焊接铜、银、铝、镍等有色金属的细丝或薄片材料。该焊接方法具有焊接时间短、成本低等优点。
金属焊接优缺点
超声金属焊具有快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、冷加工等优点；缺点是焊接金属件不能太厚(一般为5mm或更小)、焊点位置不能过大且需要加压。
超声金属焊接工艺是一种机械加工工艺，焊接过程中，没有电流通过被焊件，也没有出现类似电焊方式的焊弧。
因为超声波焊接没有导热和电阻率的问题，所以对有色材料而言，它无疑是一种理想的金属焊接方式，对不同厚度的薄片，可以有效地焊接。
超声波焊接技术VS传统压接技术：
1. 原理：
超声波焊接是金属分子晶格结构重组。
压接是塑性变形。
2. 初态电阻（以70mm²线+连接器为例）：
超声波焊接是1-3μΩ，刺穿表面氧化膜。
压接是10-20μΩ，塑性变形，铜线丝是独立的，铜丝表面氧化膜存在，膜电阻一直存在。
3. 长期热（拉力/电阻）稳定性：
超声波焊接是稳定的一体化的结构，10000次热循环后，没有出现明显变化。
压接是塑性变形，在整个生命周期内一直存在。（铜线线丝变细变长变松>>>电阻变大，发热加剧一次热循环>>>一次热胀冷缩>>>一次压接）2000-3000次热循环后电阻就会出现拐点，是压接极限。
4. 容差能力及产量要求（材料/尺寸影响）：
超声波焊接容差能力大。材料特性微小变化对焊接无影响；端子尺寸公差要求不高，线丝线径容差能力大。
压接容差能力小。材料特性影响延展性，延展性微小差异严重影响压接一致性；压接套尺寸要求高，铜丝线径尺寸公差影响压接质量大。
5. 长期外力震动作用下的稳定性（Exp.Slow Motion测试）：
超声波焊接拉力和电阻稳定。
压接拉力和电阻不稳定。拉力会持续下降，电阻持续上升；在长期外力震动作用下，压接点铜线线丝变细变长变松。
6. 拉力（以70mm²线+连接器为例）：
超声波焊接拉力大，且长期稳定（USCAR 38，2700N）。
压接拉力小，且持续下降（UL486A,1235N）,Exp.有压接拉力不够，加锡焊接以增加拉力的案例。
7. 工艺适用线材范围：
超声波焊接为0.75-25mm²，16mm²-80mm²，70mm²-160mm²。
压接为0.25mm²-35mm²，50mm²以上不适合压接。
8. 工艺适用范围：
超声波焊接适用于铝+铜（不同材质），板材+板材、线材+线材（不同形式）。
压接仅适用于压接同种材质；线材+线材压接必须通过压接套；板材+板材不可压接。适用范围窄，成本增加。
现在，一些企业通过反复试验，研制出一种可以有效克服超声波焊接技术缺陷的连接配对技术，同时在生产环节设置了高效的质量检测系统，保证了产品优良的性能指标。