Ultrazvočno varjenje v primerjavi z uporovnim varjenjem za električne kontaktne sklope in zbiralke

Ultrazvočno varjenje spaja prevodne kovine z visoko-frekvenčnimi mehanskimi vibracijami z omejenim skupnim segrevanjem, medtem ko uporovno varjenje ustvari lokalno talilno območje z električnim tokom in kontaktnim uporom. Pri električnih kontaktnih sklopih in vodilih je izbira odvisna od kombinacije materiala, debeline preseka, dovoljene toplotne izpostavljenosti, zahtevane strižne trdnosti in električnega upora končnega spoja.

 

Inženirska odločitev ni zgolj "kateri varilni postopek je močnejši". Spoj mora ohraniti nizek električni upor, nadzorovano mehansko trdnost, stabilno metalurško vez, dimenzijsko natančnost in ponovljivo kakovost proizvodnje po vtiskovanju in sestavljanju.

 

 

 

Nizko-temperaturna vezava za AgSnO₂-Cu kontaktne sklope

Ultrazvočno varjenje je še posebej uporabno, če električni kontakt vsebuje srebrno zlitino in je substrat baker. Sklop za ultrazvočno kontaktno varjenje lahko ustvari -vez v trdnem stanju, ne da bi zahteval, da celoten vmesnik spoja doseže temperaturo taljenja osnovnih materialov.

 

Tipične aplikacije vključujejo:

AgSnO₂-Cu kontaktni sklopi, ki zahtevajo omejeno toplotno izpostavljenost srebrovi zlitini.
Cu-Cu pletene žične povezave, kjer mora ostati deformacija pramenov pod nadzorom.
Tanke bakrene plošče, nizi folij, sponke in gibljivi vodniki.
Povezave baterije in napajalne-elektronike, kjer lahko prekomerna toplota poškoduje sosednjo izolacijo.
Električni kontaktni mostovi, ki zahtevajo dosleden kontaktni upor po spajanju.

Varilni mehanizem združuje nadzorovan vpenjalni pritisk z ultrazvočnimi vibracijami. Površinski oksidi in onesnaževalci so moteni na vmesniku, medtem ko lokalizirana plastična deformacija poveča dejansko kovinsko kontaktno površino.

Za kvalifikacijo proizvodnje kritične spremenljivke niso omejene na ultrazvočno frekvenco. Amplitudo varjenja, silo varjenja, energijo, čas cikla, trdoto materiala, površino prekrivanja in stanje površine je treba nadzorovati kot procesno okno.

 

AgSnO₂-Spremenljivke bakrenih spojev

Spremenljivka	Inženirski premislek	Tipičen fokus kakovosti
Kontaktni material AgSnO₂	Srebro-kositr-oksidna električna kontaktna zlitina	Izogibajte se pretirani termični razgradnji
Bakrena podlaga	C1100 / visoko{1}}prevodni baker	Ohranite prevodnost in dimenzijsko stabilnost
Debelina spoja	Tanko{0}}plastne strukture	Preprečite pretirano deformacijo
Varilna sila	Določa mejni tlak	Stabilno lepljenje brez drobljenja
Ultrazvočna amplituda	Nadzoruje trenje in deformacijo vmesnika	Izogibajte se pre-varjenju
Varilna energija	Korelira s konsistenco lepljenja	Vzpostavite procesno okno prek DOE
Električni upor	Označuje trenutno kakovost-poti	100-odstotno ali vzorčno{1}}preverjanje odpornosti
Strižna sila	Označuje mehansko celovitost	Povežite podatke o destruktivnem preskusu s parametri zvara

 

 

 

Uporovno varjenje uporablja električni tok, ki teče skozi obdelovance, za ustvarjanje lokaliziranega Joulovega segrevanja. Toplota, ki nastane na vmesniku, je približno povezana z:

 

Q=I²Rt

 

kjer je I varilni tok, R je električni upor in t je trajanje toka.

Zaradi tega so sila elektrode, tok, čas varjenja, odpornost materiala in geometrija kontakta neposredno pomembni za nastanek zvara.

Pri debelejših žigosanih komponentah lahko uporovno točkovno varjenje ustvari definirano talilno območje z večjo penetracijo kot mnogi postopki spajanja v trdnem stanju. Zaradi tega je primeren za uporovno točkovno varjenje bakrenih kontaktov, žigosanih električnih mostov, sponk in večplastnih prevodnih komponent.

 

Uporovno varjenje bakrenih komponent C1100

Baker predstavlja poseben izziv pri-uporovnem varjenju, ker je njegova električna upornost nizka in njegova toplotna prevodnost visoka. Za ustvarjanje zadostne lokalizirane toplote je zato lahko potreben velik tok.

 

Proizvodni inženiring se običajno osredotoča na:

Geometrija elektrode in kontaktno območje.
Stabilnost sile elektrode.
Ponovljivost-varilnega toka.
Značilnosti trenutnega vzpona in padca.
Debelina pločevine in zlož{0}}.
Površinska oksidacija in kontaminacija.
Obraba elektrod.
Premer in penetracija zrnca.
Električni upor-po varjenju.
Destruktivno strižno testiranje ali testiranje lupljenja.

 

Uporovno{0}}varjeni kontaktni most se ne sme kvalificirati le z vizualnim pregledom. Oblikovanje zrnca, mehanska trdnost, električni upor in način okvare morajo biti povezani z oknom varilnega postopka.

 

Zahtevajte brezplačno oceno in ponudbo DFM

 

 

C1100 baker v primerjavi z kontaktnimi materiali AgSnO₂

Kombinacija materiala določa, ali je toplotni vnos ali mehanska deformacija prevladujoča inženirska omejitev.

 

Parameter	Ultrazvočno varjenje	Uporovno varjenje
Primarni vezni mehanizem	Polprevodni-mehanska vezava	Odpor{0}}ustvarjeno lokalizirano ogrevanje
Taljenje razsutega materiala	Običajno se izogiba	Običajno oblikovano fuzijsko območje
Območje,-prizadeto zaradi vročine	Relativno omejeno	Bolj lokalizirana, vendar višja najvišja temperatura
Tanke bakrene plošče	Zelo primeren	Primerno z optimiziranimi parametri
Bakrena pletenica	Zelo primeren	Težje za fine{0}}strukture pramenov
Debel vtisnjen baker	Odvisno-od aplikacije	Primerno
Kontakt AgSnO₂	Primerno tam, kjer je treba omejiti toplotno izpostavljenost	Možno z nadzorovanim dovodom toplote
Zvar zrna	Ni glavna značilnost kvalifikacije	Značilnost primarne kakovosti-vara
Zahteva za elektrode	Sistem rog/nakovalo	Potrebne so elektrode
Obraba elektrod	Obraba orodja je odvisna od materiala in amplitude	Pomembna proizvodna spremenljivka
Tipična validacija	Strižna + električna upornost + metalografija	Nugget + strig/lupljenje + električni upor
Optimizacija procesov	Sila + amplituda + energija + čas	Tok + sila + čas + geometrija elektrode

 

Bakrena-do-bakrena pletena žica

Bakrena pletenica predstavlja drugačen problem spajanja kot žigosana pločevina. Posamezne pramene imajo majhen presek-in oksidne plasti, medtem ko lahko čezmerni vnos toplote povzroči lokalno žarjenje ali neželeno deformacijo.

Ultrazvočno varjenje lahko utrdi več bakrenih pramenov proti bakrenemu terminalu, hkrati pa ohrani razmeroma kompaktno območje,-ki ga prizadene toplota.

 

Inženirski cilj je doseči:

Nizek električni upor + zadostna vlečna/strižna trdnost + nadzorovano utrjevanje pramenov.

Proizvodna specifikacija bi zato morala opredeliti sprejemljivo električno upornost in način mehanske okvare, namesto da bi se zanašala zgolj na videz zvara.

 

 

Varjeni električni priključek ima dve neodvisni funkciji:

Prenašajo tok z nadzorovano električno izgubo.
Preživite mehanske obremenitve med montažo in servisiranjem.

Spoj ima lahko sprejemljivo mehansko trdnost, medtem ko kaže prevelik električni upor. Nasprotno pa ima spoj z nizko-upornostjo lahko nezadostno mehansko trdnost.

 

Merjenje električnega upora

Štiri{0}}žično merjenje Kelvina je prednostno, kadar je ciljni upor dovolj nizek, da bi upornost kabla in kontakta sicer vplivala na meritev.

Testni sistem mora nadzorovati:

Testni tok.
Položaj sonde.
Smer merjenja.
Kontaktni pritisk.
Temperatura.
Čas stabilizacije.
Frekvenca vzorčenja.

Za visoko{0}}tokovne bakrene povezave je treba vrednost upora povezati z geometrijo prevodnika in efektivno tokovno-površino, namesto da bi jo interpretirali kot izolirano število.

 

Preskus striženja in vleke

Mehanska validacija lahko vključuje:

Presku-strižno preskušanje.
Preizkušanje-izklopa.
Testiranje luščenja za večplastne strukture.
Natezno testiranje sponk.
Destruktivna analiza preseka-.

Način napake zagotavlja dodatne informacije. Lom skozi matični material kaže drugačno stanje postopka kot medfazna ločitev.

 

 

 

IATF 16949 Kontrole procesov za varjene kontakte

Pri avtomobilskih električnih kontaktnih komponentah je treba varjenje obravnavati kot nadzorovan poseben postopek in ne kot izoliran postopek sestavljanja.

Načrt nadzora proizvodnje lahko vključuje:

Preverjanje vhodnega materiala.
Dimenzijski pregled CMM.
Spremljanje-postopka žigosanja.
Nadzor parametrov zvara.
Preverjanje stanja elektrod ali rogov.
Preskušanje električnega upora.
Validacija-strižne sile.
Metalografski pregled.
Sledljivost po seriji ali proizvodni seriji.
MSA in merilnik R&R.
SPC za kritične dimenzije in značilnosti zvara.

Za oddajo PPAP ravni 3 bo dobavitelj morda moral vzpostaviti dokumentirano razmerje med DFMEA → PFMEA → Nadzorni načrt → Delovna navodila → zapisniki o inšpekcijskih pregledih → študije zmogljivosti → rezultati validacije.

 

Pregled CMM in ±0,01 mm nadzor dimenzij

Varjeni sestav mora ohraniti dimenzijsko združljivost s kontaktorjem, relejem, varovalkami, stikalnimi napravami ali sklopom zbiralk.

Odvisno od geometrije izdelka lahko kritične dimenzije vključujejo:

Položaj kontaktnega-centra.
Premer luknje.
Ravnost terminala.
Lokacija zvara.
Kontaktna višina.
Kot upogiba.
Celotna dolžina.
Debelina bakrene pločevine.

Pri natančno vtisnjenih komponentah je mogoče izbrane mere nadzorovati na ±0,01 mm, odvisno od dejanske risbe izdelka in sklada-funkcionalnih toleranc.

 

 

Dobavitelja varjenih kontaktnih mostov je treba oceniti glede na celotno proizvodno verigo in ne le glede na varilno sposobnost.

 

Postavka kvalifikacije	Priporočeno preverjanje
Surovina	Certifikat materiala in preverjanje sestave
Žigosanje	Merski pregledi in zapisi-postopkov orodja
Varjenje	Okno parametrov in validacija procesa
Električna zmogljivost	Merjenje nizke{0}}upornosti
Mehanska zmogljivost	Preskušanje strižne/natezne trdnosti/luščenja
Metalurgija	Prerez-in mikroskopski pregled
Dimenzijska natančnost	Pregled CMM
Sledljivost	Zapisi o proizvodnji-na ravni serije
Avtomobilska kakovost	Sistem IATF 16949
Paket oddaje	Zmogljivost PPAP Level 3
Okoljska skladnost	RoHS / dokumentacija REACH
Zmogljivost procesa	SPC / Cp / Cpk, kjer je navedeno

 

Dobavitelj, ki je sposoben žigosanja, vendar ne more povezati parametrov zvara z odpornostjo in mehanskimi rezultati, ustvarja dodatno kvalifikacijsko delo za kupca. Prednostni model nabave je tisti, pri katerem se žigosanje, spajanje, pregled, sledljivost in dokumentacija PPAP upravljajo znotraj enega nadzorovanega proizvodnega sistema.

 

 

Ultrazvočno varjenje: tanek baker, pletenica in nizka toplotna izpostavljenost

Izberite ultrazvočno varjenje, ko konstrukcija zahteva:

Utrditev bakrene pletenice.
Tanke prevodne plošče.
Omejeno ogrevanje v razsutem stanju.
Polprevodniško spajanje-.
AgSnO₂-z-bakreno kontaktno spajanje.
Kompaktne električne priključne cone.
Kontrolirana deformacija tankih prevodnih materialov.

Uporovno varjenje: Debelo vtisnjene komponente in definirane zvarne kepe

Izberite uporovno varjenje, ko načrt zahteva:

Debelo vtisnjene bakrene komponente.
Visok lokaliziran vnos toplote.
Definirani fuzijski nuggets.
Visoka proizvodna zmogljivost.
Ponovljivo pozicioniranje elektrod.
Konstrukcijsko spajanje žigosanih kontaktnih mostov.

Končna odločitev o postopku mora temeljiti na zloženosti-materiala, debelini, geometriji spojev, ciljnem električnem uporu, zahtevani-mehanski obremenitvi, toplotni občutljivosti in obsegu proizvodnje.

 

Prenesite specifikacijo zasnove kontaktnega sklopa

 

 

Kvalificiran sklop električnih kontaktov mora imeti tri komplementarne oblike dokazov.

 

Električna validacija

Izmerite pretečeno tokovno pot in določite sprejemljivo območje upora pod določenimi preskusnimi pogoji.

Pri bakrenih spojih- z nizko upornostjo sama metoda merjenja postane del specifikacije.

 

Mehanska validacija

S strižnim ali nateznim preskusom se ugotovi, ali lahko spoj prenese montažne sile, vibracije, toplotno kroženje in delovne obremenitve.

Merilo sprejemljivosti mora določati tako najmanjšo silo kot sprejemljiv način odpovedi.

 

Metalografska validacija

Prečna-analiza lahko ugotovi:

Nepopolna vezava.
Praznine.
Razpoke.
Prekomerna deformacija.
Nezadostna penetracija zvara.
Območja,-prizadela čezmerno vročino.
Nepravilna geometrija zrnca.

 

 

 

Pred sprostitvijo varjenega kontaktnega sklopa v množično proizvodnjo morata inženirska risba in specifikacija dobavitelja opredeliti:

 

Material: C1100, C2680, AgSnO₂ ali določena srebrova zlitina.
Debelina materiala: Dejanska debelina pločevine ali prevodnika.
Konfiguracija spoja: naročje, zadnjica, prekrivanje, pletenica-na-terminal ali stik-na-nosilec.
Postopek varjenja: ultrazvočno ali uporovno varjenje.
Električne zahteve: Največja dovoljena upornost spoja.
Mehanske zahteve: najmanjša strižna ali natezna sila.
Merske zahteve: kritične mere in toleranca, kot je ±0,01 mm, kjer je primerno.
Površinsko stanje: zahteve glede prevleke, oksidacije, kontaminacije in čiščenja.
Inšpekcijska metoda: merjenje odpornosti po Kelvinu, CMM, metalografija in rušilno testiranje.
Sistem kakovosti: IATF 16949, kjer veljajo zahteve za dobavo avtomobilov.
Predložitev: 3. stopnja PPAP, kjer to določi stranka.
Okoljska skladnost: zahteve RoHS in REACH.

 

 

Za kaj je potrebna tipična dokumentacija PPAP Level 3varjeni kontaktni sklopi?

PPAP Level 3 običajno zahteva ustrezne zapise o načrtovanju, tok procesa, PFMEA, načrt nadzora, rezultate dimenzij, rezultate preskusov materialov in zmogljivosti, dokaze MSA, podatke o zmogljivosti procesa, vzorčne dele in PSW, odvisno od strankinih posebnih zahtev za predložitev.

 

Kako izberem ultrazvočno varjenje za bakreno pletenico namesto uporovnega varjenja?

Ultrazvočno varjenje se na splošno upošteva, kadar bakrena pletenica zahteva konsolidacijo niti z omejenim segrevanjem v razsutem stanju. Uporovno varjenje je bolj primerno, kadar spoj zahteva definirano talilno območje pri debelejših vtisnjenih komponentah.

 

Kako se preizkuša električni upor na varjenem bakrenem kontaktu?

Štiri{0}}žična merilna metoda po Kelvinu se običajno uporablja za nizko{1}}odporne spoje. Specifikacija preskusa mora opredeliti tok, lokacijo sonde, temperaturo, pogoje stabilizacije, frekvenco vzorčenja in največjo dovoljeno odpornost spoja.