新能源汽車超聲波焊接設(shè)備選型要領(lǐng)

隨著超聲波金屬焊接技術(shù)在新能源汽車里的應(yīng)用越來越廣泛，越來越多的超聲波公司想進入這個行業(yè)，但本身技術(shù)水平的不足及在賺快錢的思想指引下，越來越多的虛假信息充斥在互聯(lián)網(wǎng)上，造成用戶不明就里選擇了不合用的設(shè)備，不能保證產(chǎn)品質(zhì)量，形成大量安全隱患。下面我們就來全面分析一下目前新能源汽車超聲波焊接設(shè)備選型要領(lǐng)：

在整個世界超聲波行業(yè)，目前能基本涵蓋新能源所有應(yīng)用的企業(yè)并不多，真正有技術(shù)研發(fā)能力及豐富技術(shù)經(jīng)驗積累的只有如下幾家公司：①瑞士telsonic﹑②德國schunk(stapla)﹑③美國branson(emerson)﹑④美國sonobond﹑⑤中國 楚鑫機電（sonictech）。此結(jié)論的得出根據(jù)為：①產(chǎn)品系列化水平；②核心技術(shù)水平（主要是換能器技術(shù)及綜合技術(shù)）；③市場占有率；④針對新能源應(yīng)用研發(fā)速度。像德國schunk在2020年推出了13KW換能器；楚鑫sonictech在2020年推出了12KW換能器，計劃2021年推出14KW換能器......


首先，我們按超聲波的應(yīng)用技術(shù)及參數(shù)來做一下描述：

A.工作頻率：
①小功率高頻：歐洲按35KHz標準，美國和中國按40KHz，功率容量基本在1000W左右；
②20KHz標準工作頻率，功率容量涵蓋2000W-15000W；
③15KHz標準工作頻率，15KHz實際已經(jīng)不能稱為超聲波了，由于噪音大，只是應(yīng)用于某些特殊情況，比如焊厚的鋁片，實際應(yīng)用中，能見到比如telsonic的15KHz﹑8000W機型。

B.工作振動模式：
①扭轉(zhuǎn)振動模式。目前這種模式為瑞士telsonic專有，用于環(huán)狀焊接是其特有優(yōu)勢，telsonic也將扭轉(zhuǎn)模式應(yīng)用于線+端子上了。扭轉(zhuǎn)振動模式的振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故大多數(shù)情況下需多個換能器組合。


②彎曲振動模式。目前，美國sonobond﹑美國branson(emerson)﹑中國 楚鑫機電（sonictech）都有推出彎曲振動模式的焊機。美國sonobond是最早應(yīng)用這種模式的，其還推出了雙系統(tǒng)焊機。美國branson(emerson)﹑中國 楚鑫機電（sonictech）均是近年推出，也都申請了專利保護。彎曲振動模式的獨特優(yōu)點是：工件可操作范圍大（即異形的端子應(yīng)用不易產(chǎn)生機械干涉）；加壓系統(tǒng)效率高，沒有焊頭翹曲現(xiàn)象。彎曲振動模式的焊機，功率可以涵蓋2000-15000W。


③縱向振動系統(tǒng)?？v向振動系統(tǒng)是目前最主流的超聲波金屬焊接系統(tǒng)，生產(chǎn)的廠家最多。縱向振動系統(tǒng)按焊頭的結(jié)構(gòu)，分為半波焊頭系統(tǒng)和全波焊頭系統(tǒng)。半波系統(tǒng)，由于側(cè)向加壓力容易引致焊頭翹曲，故超過7000W功率輸出時就較難應(yīng)用了；全波焊頭系統(tǒng)，是因為大功率化及雙節(jié)點加大壓力而形成的系統(tǒng)，但縱向全波系統(tǒng)容易引起機械干涉，應(yīng)用方便度不理想，人手操作危險性大，像德國schunk推出的LS-9KW線+端子焊機，就采用了機械手送線。


下面，我們具體到應(yīng)用產(chǎn)品來詳細說明：
目前，對于超聲波焊接的標準不算很完善，對于低壓線束，采用較多的是大眾標準VW60307-CN-2005；對于線+端子，采用的是SAE標準：SAE/USCAR38-1 ; 對于片材和極柱焊接，采用的是龍頭企業(yè)自己制定標準，比如CATL的企標。


這種軟連接片，采用20KHz ; 3000W左右的縱向振動半波點焊機即可。需要注意的是：這種產(chǎn)品對于變形量及超聲波振動的破壞作用（泛白的微裂紋）要求比較高，造成其撕拉力的評估標準比較特殊。


1.電壓檢測線，目前應(yīng)用的有：0.22﹑0.35﹑0.5 mm2單線，以及 2X0.35 mm2雙線。   單線焊接，采用40KHz（或者歐洲35KHz） ; 1000W左右的縱向振動半波點焊機一次性焊接 ； 2X0.35 mm2雙線或者大于0.5 mm2單線，采用40KHz（或者歐洲35KHz） ; 1000W左右的縱向振動半波線束機先成型（焊成一個線結(jié)），再用20KHz ; 2-3000W左右的縱向振動半波點焊機點焊。

電池的正極材料為鋁，所以檢測線基本為銅線焊接到鋁片上，對于這樣的應(yīng)用可以認為為鋁銅連接，拉力撕拉力應(yīng)參照鋁線焊接，按USCAR38-1標準，0.22﹑0.35 mm2線的標準是缺失的。具體可以參照我司楚鑫sonictech的企業(yè)標準。


2.溫度檢測線，采用20KHz ; 2-3000W左右的縱向振動半波點焊機點焊。需注意的重點是：避免超聲波振動對傳感器的破壞。


1.環(huán)狀鋁片焊接


這種首選為：瑞士telsonic的扭轉(zhuǎn)焊機。

2.銅鋁巴焊接

銅鋁巴焊接，通常采用20KHz縱向振動半波點焊機點焊，也可采用20KHz的彎曲振動點焊機點焊?；具x型按焊點面積：小于100mm2焊點面積的，選擇5000W機器；大于100mm2焊點面積的，選擇7000W機器。

鋁材焊接里，超聲波存在一個難點：焊頭粘鋁。在像CATL制定更嚴格的撕裂殘留指標技術(shù)要求下，對于設(shè)備的穩(wěn)定性要求就更高了。銅巴鍍鎳層的要求，使底砧耐磨損特性要求也相應(yīng)提高。

在銅鋁巴的焊接經(jīng)驗積累過程中，我們發(fā)現(xiàn)很多電池包設(shè)計人員在設(shè)計銅鋁巴時，考慮得最多的是功能結(jié)構(gòu)設(shè)計，沒有考慮到采用超聲波焊接時，工件受到焊頭振動源驅(qū)動時的受迫振動狀態(tài)而引致的工件裂紋和焊接難度增加問題。另外，鋁件增厚，是超聲波行業(yè)需提升適應(yīng)的另一個難點。

1.設(shè)備功率容量選型：
經(jīng)驗公式是：線平方數(shù)x 100+2000=設(shè)備功率容量。例如：50mm2電線+端子，選擇7000W設(shè)備規(guī)格。需注意的是：端子會消耗功率，端子越厚和越大消耗的功率也就越大。
特別說明：sonobond的雙系統(tǒng)設(shè)備，不按此經(jīng)驗公式，因為雙系統(tǒng)是上下都有超聲波焊頭驅(qū)動，振動傳遞厚度理論上加倍，故不適用此公式。

2.工作振動模式選型：
A.半波縱向振動系統(tǒng)，適合≦50mm2電線，最大應(yīng)用至70mm2電線。由于加壓翹曲問題，故不能超過70mm2。
B.全波縱向振動系統(tǒng)，能涵蓋所有線范圍，但有操作不便問題。對于異形（焊頭需避空）端子，適應(yīng)性不強。
C.扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)，能涵蓋所有線范圍，操作不便問題優(yōu)于全波縱向振動系統(tǒng)，空間避讓問題差于彎曲振動系統(tǒng)。
D.彎曲振動系統(tǒng)，能涵蓋所有線范圍，操作方便度﹑端子適應(yīng)性（避空特性）最優(yōu)。缺點是目前設(shè)備及配件價格較高。

3.技術(shù)指標：




在中國，很多造假的人都沒有很用心去造假，這從工商局通常查假從外包裝就可看出是明證。超聲波行業(yè)的人，為了吸引客戶，會在網(wǎng)站上放很多的設(shè)備照片和應(yīng)用照片，但可惜的是：很多抄襲。試想一下，一個連設(shè)備照片和應(yīng)用照片都要抄別人的企業(yè)，你會認為它會花心思把產(chǎn)品做好嗎？所以建議大家在買設(shè)備前看看這幾家正規(guī)做超聲波金屬焊接設(shè)備的企業(yè)網(wǎng)站，因為絕大部分的抄襲照片源自這幾家：
1.瑞士telsonic         http://www.telsonic.com 
2.德國 schunk         https://www.schunk-sonosystems.com 
3.美國 branson         https://www.emerson.com  
4.美國 sonobond       https://www.sonobondultrasonics.com
5.中國 楚鑫sonictech   http://www.sonictech.com.cn