新能源汽車(chē)超聲波焊接設備選型要領(lǐng)

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

在整個(gè)世界超聲波行業(yè)，目前能基本涵蓋新能源所有應用的企業(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）。此結論的得出根據為：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(chǎng)占有率；④針對新能源應用研發(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，我們按超聲波的應用技術(shù)及參數來(lái)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(shí)際已經(jīng)不能稱(chēng)為超聲波了，由于噪音大，只是應用于某些特殊情況，比如焊厚的鋁片，實(shí)際應用中，能見(jiàn)到比如telsonic的15KHz﹑8000W機型。

B.工作振動(dòng)模式：
①扭轉振動(dòng)模式。目前這種模式為瑞士telsonic專(zhuān)有，用于環(huán)狀焊接是其特有優(yōu)勢，telsonic也將扭轉模式應用于線(xiàn)+端子上了。扭轉振動(dòng)模式的振動(dòng)系統結構較復雜，故大多數情況下需多個(gè)換能器組合。


②彎曲振動(dòng)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(dòng)模式的焊機。美國sonobond是最早應用這種模式的，其還推出了雙系統焊機。美國branson(emerson)﹑中國 楚鑫機電（sonictech）均是近年推出，也都申請了專(zhuān)利保護。彎曲振動(dòng)模式的獨特優(yōu)點(diǎn)是：工件可操作范圍大（即異形的端子應用不易產(chǎn)生機械干涉）；加壓系統效率高，沒(méi)有焊頭翹曲現象。彎曲振動(dòng)模式的焊機，功率可以涵蓋2000-15000W。


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


下面，我們具體到應用產(chǎn)品來(lái)詳細說(shuō)明：
目前，對于超聲波焊接的標準不算很完善，對于低壓線(xiàn)束，采用較多的是大眾標準VW60307-CN-2005；對于線(xiàn)+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(dòng)半波點(diǎn)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(dòng)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(xiàn)，目前應用的有：0.22﹑0.35﹑0.5 mm2單線(xiàn)，以及 2X0.35 mm2雙線(xiàn)。   單線(xiàn)焊接，采用40KHz（或者歐洲35KHz） ; 1000W左右的縱向振動(dòng)半波點(diǎn)焊機一次性焊接 ； 2X0.35 mm2雙線(xiàn)或者大于0.5 mm2單線(xiàn)，采用40KHz（或者歐洲35KHz） ; 1000W左右的縱向振動(dòng)半波線(xiàn)束機先成型（焊成一個(gè)線(xiàn)結），再用20KHz ; 2-3000W左右的縱向振動(dòng)半波點(diǎn)焊機點(diǎn)焊。

電池的正極材料為鋁，所以檢測線(xiàn)基本為銅線(xiàn)焊接到鋁片上，對于這樣的應用可以認為為鋁銅連接，拉力撕拉力應參照鋁線(xiàn)焊接，按USCAR38-1標準，0.22﹑0.35 mm2線(xiàn)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(xiàn)，采用20KHz ; 2-3000W左右的縱向振動(dòng)半波點(diǎn)焊機點(diǎn)焊。需注意的重點(diǎn)是：避免超聲波振動(dòng)對傳感器的破壞。


1.環(huán)狀鋁片焊接


這種首選為：瑞士telsonic的扭轉焊機。

2.銅鋁巴焊接

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

鋁材焊接里，超聲波存在一個(gè)難點(diǎn)：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，對于設備的穩定性要求就更高了。銅巴鍍鎳層的要求，使底砧耐磨損特性要求也相應提高。

在銅鋁巴的焊接經(jīng)驗積累過(guò)程中，我們發(fā)現很多電池包設計人員在設計銅鋁巴時(shí)，考慮得最多的是功能結構設計，沒(méi)有考慮到采用超聲波焊接時(shí)，工件受到焊頭振動(dòng)源驅動(dòng)時(shí)的受迫振動(dòng)狀態(tài)而引致的工件裂紋和焊接難度增加問(wèn)題。另外，鋁件增厚，是超聲波行業(yè)需提升適應的另一個(gè)難點(diǎn)。

1.設備功率容量選型：
經(jīng)驗公式是：線(xiàn)平方數x 100+2000=設備功率容量。例如：50mm2電線(xiàn)+端子，選擇7000W設備規格。需注意的是：端子會(huì )消耗功率，端子越厚和越大消耗的功率也就越大。
特別說(shuō)明：sonobond的雙系統設備，不按此經(jīng)驗公式，因為雙系統是上下都有超聲波焊頭驅動(dòng)，振動(dòng)傳遞厚度理論上加倍，故不適用此公式。

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

3.技術(shù)指標：




在中國，很多造假的人都沒(méi)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(hù)，會(huì )在網(wǎng)站上放很多的設備照片和應用照片，但可惜的是：很多抄襲。試想一下，一個(gè)連設備照片和應用照片都要抄別人的企業(yè)，你會(huì )認為它會(huì )花心思把產(chǎn)品做好嗎？所以建議大家在買(mǎi)設備前看看這幾家正規做超聲波金屬焊接設備的企業(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.www.ugg5815.com