Ultrazvukové zváranie vs. odporové zváranie pre elektrické kontaktné zostavy a prípojnice

Ultrazvukové zváranie spája vodivé kovy prostredníctvom vysokofrekvenčných{0}}mechanických vibrácií s obmedzeným objemovým ohrevom, zatiaľ čo odporové zváranie vytvára lokalizovanú fúznu zónu prostredníctvom elektrického prúdu a odporu kontaktu. V prípade zostáv elektrických kontaktov a prípojníc závisí výber od kombinácie materiálu, hrúbky prierezu, prípustnej tepelnej expozície, požadovanej pevnosti v šmyku a elektrického odporu hotového spoja.

 

Technickým rozhodnutím nie je len to, „ktorý zvárací proces je silnejší“. Spoj si musí zachovať nízky elektrický odpor, kontrolovanú mechanickú pevnosť, stabilné metalurgické spojenie, rozmerovú presnosť a opakovateľnú kvalitu výroby po lisovaní a montáži.

 

 

 

Nízkoteplotné spojenie pre AgSnO₂-Cu kontaktné zostavy

Ultrazvukové zváranie je obzvlášť použiteľné, keď elektrický kontakt obsahuje zliatinu striebra a substrát je meď. Zostava na ultrazvukové kontaktné zváranie môže vytvoriť pevný-spoj bez toho, aby celé rozhranie spoja muselo dosiahnuť teplotu topenia základných materiálov.

 

Typické aplikácie zahŕňajú:

AgSnO₂-Cu kontaktné zostavy vyžadujúce obmedzené tepelné vystavenie zliatine striebra.
Cu-Cu opletené drôtové spojenia, kde deformácia prameňa musí zostať kontrolovaná.
Tenké medené plechy, zväzky fólií, svorky a ohybné vodiče.
Pripojenia batérie a napájacej{0}}elektroniky, kde nadmerné teplo môže poškodiť susednú izoláciu.
Elektrické kontaktné mostíky vyžadujúce konzistentný prechodový odpor po spojení.

Zvárací mechanizmus kombinuje kontrolovaný upínací tlak s ultrazvukovou vibráciou. Povrchové oxidy a kontaminanty sú narušené na rozhraní, zatiaľ čo lokalizovaná plastická deformácia zväčšuje skutočnú kovovú kontaktnú plochu.

Pre kvalifikáciu výroby nie sú kritické premenné obmedzené na ultrazvukovú frekvenciu. Amplitúda zvárania, sila zvárania, energia, čas cyklu, tvrdosť materiálu, oblasť prekrytia a stav povrchu musia byť kontrolované ako procesné okno.

 

AgSnO₂-Premenné medeného spoja

Variabilné	Technická úvaha	Typické kvalitné zaostrenie
Kontaktný materiál AgSnO₂	Zliatina s elektrickým kontaktom na báze oxidu strieborného-cínu-	Zabráňte nadmernej tepelnej degradácii
Medený substrát	C1100 / vysoko-vodivá meď	Udržujte vodivosť a rozmerovú stálosť
Hrúbka spoja	Tenký{0}}list a vrstvené štruktúry	Zabráňte nadmernej deformácii
Sila zvaru	Určuje tlak na rozhraní	Stabilné spojenie bez drvenia
Ultrazvuková amplitúda	Riadi trenie a deformáciu rozhrania	Vyhnite sa nadmernému{0}}zváraniu
Energia zvárania	Koreluje s lepiacou konzistenciou	Vytvorte procesné okno cez DOE
Elektrický odpor	Označuje aktuálnu{0}}kvalitu cesty	100 % alebo overenie odporu-založené na vzorkách
Šmyková sila	Označuje mechanickú integritu	Porovnajte údaje z deštruktívnej skúšky s parametrami zvaru

 

 

 

Odporové zváranie využíva elektrický prúd prechádzajúci cez obrobky na generovanie lokalizovaného ohrevu Joule. Teplo generované na rozhraní približne súvisí s:

 

Q=I²Rt

 

kde I je zvárací prúd, R je elektrický odpor a t je trvanie prúdu.

Vďaka tomu je sila elektródy, prúd, čas zvárania, odpor materiálu a geometria kontaktu priamo relevantné pre vytváranie zvaru.

Pri hrubších lisovaných súčiastkach môže odporové bodové zváranie generovať definovanú tavnú zónu s väčšou penetráciou ako mnohé spojovacie procesy v-pevnom stave. Vďaka tomu je vhodný na odporové bodové zváranie medených kontaktov, lisovaných elektrických mostíkov, svoriek a viacvrstvových vodivých komponentov.

 

Odporové zváranie medených komponentov C1100

Meď predstavuje špecifický odpor{0}}výzvu pri zváraní, pretože jej elektrický odpor je nízky a jej tepelná vodivosť je vysoká. Na vytvorenie dostatočného lokalizovaného tepla môže byť preto potrebný veľký prúd.

 

Výrobné inžinierstvo sa zvyčajne zameriava na:

Geometria elektród a kontaktná plocha.
Stabilita sily elektródy.
Opakovateľnosť-zváracieho prúdu.
Charakteristiky vzostupu a poklesu prúdu.
Hrúbka hárku a{0}}nahromadenie.
Povrchová oxidácia a kontaminácia.
Opotrebenie elektródy.
Priemer nugety a penetrácia.
Elektrický odpor zvaru-.
Deštruktívne skúšanie šmykom alebo odlupovaním.

 

Odporový-zváraný kontaktný mostík by sa nemal kvalifikovať iba vizuálnou kontrolou. Tvorba nugetov, mechanická pevnosť, elektrický odpor a spôsob poruchy musia byť v korelácii s oknom procesu zvárania.

 

Vyžiadajte si bezplatné hodnotenie a cenovú ponuku DFM

 

 

Kontaktné materiály C1100 Meď vs. AgSnO₂

Kombinácia materiálov určuje, či je dominantným technickým obmedzením tepelný vstup alebo mechanická deformácia.

 

Parameter	Ultrazvukové zváranie	Odporové zváranie
Primárny spojovací mechanizmus	Pevné-mechanické spojenie	Lokalizované vykurovanie-vytvárané odporom
Tavenie sypkého materiálu	Normálne sa vyhýba	Bežne vytvorená zóna fúzie
Teplom-ovplyvnená oblasť	Relatívne obmedzené	Lokalizovanejšia, ale vyššia špičková teplota
Tenké medené plechy	Veľmi vhodné	Vhodné s optimalizovanými parametrami
Medený vrkoč	Veľmi vhodné	Náročnejšie pre jemné-štruktúry prameňov
Hrubá lisovaná meď	Závisí{0}}na aplikácii	Dobre sa hodí
Kontakt AgSnO₂	Vhodné tam, kde musí byť obmedzená tepelná expozícia	Možné s riadeným prívodom tepla
Zvarte nugetu	Nie je to primárny kvalifikačný prvok	Primárna charakteristika kvality zvaru-
Požiadavka na elektródu	Systém roh/kovadlina	Potrebné elektródy
Opotrebenie elektródy	Opotrebenie nástroja závisí od materiálu a amplitúdy	Významná produkčná premenná
Typická validácia	Šmyk + elektrický odpor + metalografia	Nugget + šmyk/lúpanie + elektrický odpor
Optimalizácia procesov	Sila + amplitúda + energia + čas	Prúd + sila + čas + geometria elektródy

 

Medený-na{1}}medený pletený drôt

Medený oplet predstavuje iný problém spájania ako lisovaný plech. Jednotlivé pramene majú malý prierez-a oxidové vrstvy, zatiaľ čo nadmerný tepelný príkon môže spôsobiť lokálne žíhanie alebo neželanú deformáciu.

Ultrazvukové zváranie môže spevniť viacero medených prameňov oproti medenej koncovke a zároveň zachovať relatívne kompaktnú tepelne-ovplyvnenú oblasť.

 

Technickým cieľom je dosiahnuť:

Nízky elektrický odpor + dostatočná pevnosť v ťahu/šmyku + kontrolované spevnenie prameňa.

Výrobná špecifikácia by preto mala definovať prijateľný elektrický odpor a spôsob mechanického zlyhania, a nie spoliehať sa len na vzhľad zvaru.

 

 

Zvárané elektrické spojenie má dve nezávislé funkcie:

Prenášajte prúd s riadenou elektrickou stratou.
Prežite mechanické zaťaženie počas montáže a servisu.

Spoj môže mať prijateľnú mechanickú pevnosť, pričom vykazuje nadmerný elektrický odpor. Naopak, spoj s nízkym-odporom môže mať nedostatočnú mechanickú pevnosť.

 

Meranie elektrického odporu

Štvorvodičové meranie v Kelvinoch sa uprednostňuje, ak je cieľový odpor dostatočne nízky na to, aby odpor vodiča a kontaktu inak ovplyvnili meranie.

Testovací systém by mal kontrolovať:

Testovací prúd.
Poloha sondy.
Smer merania.
Kontaktný tlak.
Teplota.
Čas stabilizácie.
Vzorkovacia frekvencia.

Pre vysokoprúdové medené spoje by mala byť hodnota odporu korelovaná s geometriou vodiča a efektívnou prúdovou -plochou, a nie interpretovaná ako izolované číslo.

 

Testovanie šmykom a ťahom

Mechanická validácia môže zahŕňať:

Testovanie-šmyku.
Stiahnutie-testovania.
Testovanie odlupovania pre vrstvené štruktúry.
Ťahová skúška koncoviek.
Deštruktívna-analýza prierezov.

Režim zlyhania poskytuje ďalšie informácie. Zlom cez základný materiál naznačuje odlišné podmienky procesu ako pri medzifázovej separácii.

 

 

 

IATF 16949 Procesné kontroly pre zvárané kontakty

V prípade komponentov elektrických kontaktov v automobiloch by sa zváranie malo považovať za riadený špeciálny proces a nie za izolovanú montážnu operáciu.

Plán kontroly výroby môže zahŕňať:

Overenie prichádzajúceho materiálu.
Kontrola rozmerov CMM.
Monitorovanie{0}}procesu pečiatkovania.
Monitorovanie parametrov zvaru.
Kontrola stavu elektródy alebo klaksónu.
Testovanie elektrického odporu.
Overenie-šmykovej sily.
Metalografická kontrola.
Vysledovateľnosť podľa šarže alebo výrobnej šarže.
MSA a rozchod R&R.
SPC pre kritické rozmery a charakteristiky zvaru.

Pre predloženie PPAP úrovne 3 môže byť potrebné, aby dodávateľ vytvoril zdokumentovaný vzťah medzi DFMEA → PFMEA → Plán kontroly → Pracovné pokyny → záznamy o inšpekcii → štúdie spôsobilosti → výsledky validácie.

 

Kontrola CMM a rozmerová kontrola ±0,01 mm

Zváraná zostava si musí zachovať rozmerovú kompatibilitu so zostavou stýkača, relé, poistky, rozvádzača alebo zbernice.

V závislosti od geometrie produktu môžu kritické rozmery zahŕňať:

Pozícia kontaktného-centra.
Priemer otvoru.
Koncová rovinnosť.
Miesto zvaru.
Kontaktná výška.
Uhol ohybu.
Celková dĺžka.
Hrúbka medeného plechu.

V prípade presne vyrazených komponentov je možné vybrané rozmery regulovať s presnosťou ±0,01 mm, v závislosti od skutočného výkresu produktu a zostavy funkčných tolerancií-.

 

 

Dodávateľ zváraných kontaktných mostíkov by sa mal hodnotiť skôr podľa celého výrobného reťazca, než len podľa schopnosti zvárania.

 

Kvalifikačná položka	Odporúčané overenie
Surovina	Certifikát materiálu a overenie zloženia
Pečiatkovanie	Záznamy o procese kontroly rozmerov a-nástrojov
Zváranie	Okno parametrov a validácia procesu
Elektrický výkon	Nízko{0}}odporové meranie
Mechanický výkon	Testovanie šmykom / ťahom / odlupovaním
Hutníctvo	Prierez-a mikroskopická kontrola
Rozmerová presnosť	Kontrola CMM
Vysledovateľnosť	Produkčné záznamy na{0}}úrovni
Automobilová kvalita	Systém IATF 16949
Podávací balík	Schopnosť PPAP úrovne 3
Súlad so životným prostredím	RoHS / REACH dokumentácia
Schopnosť procesu	SPC / Cp / Cpk tam, kde je to špecifikované

 

Dodávateľ schopný lisovať, ale neschopný korelovať parametre zvaru s odolnosťou a mechanickými výsledkami, vytvára dodatočnú kvalifikačnú prácu pre kupujúceho. Uprednostňovaný model získavania je taký, kde sa lisovanie, spájanie, kontrola, sledovateľnosť a dokumentácia PPAP riadia v rámci jedného riadeného výrobného systému.

 

 

Ultrazvukové zváranie: Tenká meď, opletenie a nízka tepelná expozícia

Vyberte ultrazvukové zváranie, keď si dizajn vyžaduje:

Spevnenie medeného vrkoča.
Tenké vodivé plechy.
Obmedzené hromadné vykurovanie.
Pevné{0}}pripojenie.
AgSnO₂-na{1}}spojenie medených kontaktov.
Kompaktné zóny elektrického pripojenia.
Riadená deformácia tenkých vodivých materiálov.

Odporové zváranie: Hrubé lisované komponenty a definované zvarové nugety

Vyberte odporové zváranie, keď si konštrukcia vyžaduje:

Hrubé lisované medené komponenty.
Vysoký lokálny príkon tepla.
Definované fúzne nugety.
Vysoká výrobná priepustnosť.
Opakovateľné umiestnenie elektródy.
Konštrukčné spájanie lisovaných kontaktných mostíkov.

Konečné rozhodnutie o procese by malo vychádzať z nahromadenia-materiálu, hrúbky, geometrie spoja, cieľa elektrického odporu, požiadaviek na mechanické-zaťaženie, tepelnej citlivosti a objemu výroby.

 

Stiahnite si špecifikáciu návrhu zostavy kontaktu

 

 

Kvalifikovaná zostava elektrického kontaktu by mala mať tri doplnkové formy dôkazov.

 

Elektrické overenie

Zmerajte kompletnú dráhu prúdu a stanovte prijateľný rozsah odporu za definovaných testovacích podmienok.

V prípade medených spojov s nízkym{0}}odporom sa samotná metóda merania stáva súčasťou špecifikácie.

 

Mechanická validácia

Testovanie šmykom alebo ťahom stanovuje, či spoj vydrží montážne sily, vibrácie, tepelné cykly a prevádzkové zaťaženie.

Akceptačné kritérium by malo špecifikovať minimálnu silu a prijateľný spôsob poruchy.

 

Metalografické overenie

Prierezová{0}analýza môže identifikovať:

Neúplné spojenie.
Voids.
Trhliny.
Nadmerná deformácia.
Nedostatočná penetrácia zvaru.
Regióny ovplyvnené-nadmerným teplom.
Nepravidelná geometria nugetov.

 

 

 

Pred uvoľnením zostavy zváraného kontaktu na hromadnú výrobu by mal technický výkres a špecifikácia dodávateľa definovať:

 

Materiál: C1100, C2680, AgSnO₂ alebo špecifikovaná zliatina striebra.
Hrúbka materiálu: Skutočná hrúbka plechu alebo vodiča.
Konfigurácia spoja: Prekrytie, zadok, prekrytie, vrkoč-na-koncovku alebo kontakt-na-dopravcu.
Proces zvárania: Ultrazvukové alebo odporové zváranie.
Elektrická požiadavka: Maximálny povolený odpor spoja.
Mechanická požiadavka: Minimálna šmyková alebo ťahová sila.
Požiadavka na rozmery: Kritické rozmery a tolerancia, ako napríklad ±0,01 mm, ak je to možné.
Stav povrchu: Pokovovanie, oxidácia, kontaminácia a požiadavky na čistenie.
Inšpekčná metóda: meranie odporu Kelvina, CMM, metalografia a deštruktívne testovanie.
Systém kvality: IATF 16949, kde platia požiadavky na dodávky pre automobilový priemysel.
Podanie: PPAP úroveň 3, ak to zákazník špecifikuje.
Súlad so životným prostredím: Požiadavky RoHS a REACH.

 

 

Na čo sa vyžaduje typická dokumentácia PPAP úrovne 3zvárané kontaktné zostavy?

PPAP úroveň 3 bežne vyžaduje príslušné záznamy o návrhu, postupnosť procesu, PFMEA, plán kontroly, rozmerové výsledky, výsledky testov materiálu a výkonu, dôkazy MSA, údaje o spôsobilosti procesu, vzorové diely a PSW, podľa špecifických požiadaviek zákazníka na predloženie.

 

Ako si vybrať ultrazvukové zváranie pre medený oplet namiesto odporového zvárania?

Ultrazvukové zváranie sa vo všeobecnosti zvažuje, keď medený oplet vyžaduje konsolidáciu prameňov s obmedzeným objemovým ohrevom. Odporové zváranie je vhodnejšie, keď spoj vyžaduje definovanú tavnú zónu v hrubších lisovaných komponentoch.

 

Ako sa testuje elektrický odpor na zváranom medenom kontakte?

Štvorvodičová metóda merania v Kelvinoch sa bežne používa-pre spoje s nízkym odporom. Skúšobná špecifikácia by mala definovať prúd, umiestnenie sondy, teplotu, stabilizačné podmienky, vzorkovaciu frekvenciu a maximálny povolený odpor spoja.