超声波焊接是汽车电缆与连接器连接的一种快速,可靠的方法。
图1. 超声波焊接可以焊接同种或异种材料,例如铜和铝.
长期以来,自动驾驶存在于科幻中。而今,它越来越成为现实。在接下来的十年中,我们所了解的驾驶将比过去30年发生根本性的变化。 自动驾驶汽车让驾驶员变得多余。专家们已将实现这一目标的道路划分为五个连续的自治级别:辅助L1,半自动化L2,高度自动化L3,全自动L4和全自动驾驶L5。随着级别的升级,驾驶员的作用逐渐弱化,直到所有车辆乘客最终成为乘客,并且不需要驾驶执照。现在,所有汽车品牌均提供一级和二级标准。第三阶段和第四阶段处于测试阶段,汽车OEM厂商已开始为此类车辆的批量生产做准备。第五阶段正在进行初步测试。 在任何自动级别上,安全性和可靠性必须具有最高优先级。必须防止对车辆乘员和其他道路使用者的危险。为了达到这一安全水平,制造商依赖两种方法,类似于飞机技术中使用的方法:可靠技术和足够的安全余量。
传感器和摄像头系统是自动驾驶汽车的关键技术。但是,只有将这些系统可靠地连接至控制和调节单元,这些系统才能正常工作。因此,线束对于自动驾驶汽车的性能至关重要。 ISO 26262中详细介绍了用于生产型道路车辆的电气和电子系统的安全要求。该国际功能安全标准旨在解决由车辆中的电气和电子系统故障引起的潜在危害。 ISO 26262是基于风险的安全标准。对危险操作情况的风险进行了定性评估,并定义了安全措施,以避免或控制系统故障,并检测或控制随机硬件故障,或减轻其影响。
连接成为关键
无论是自动驾驶汽车还是传统汽车,确保汽车线束中可靠连接的一种方法是超声波焊接。该技术是一种可靠的方法,可用于将电线彼此连接或连接到端子。它提供了快速的处理时间和广泛的过程控制。纯金属连接不会老化或疲劳。牢固的粘合还可以确保组件之间的接触电阻非常低。 超声波焊接可用于连接相似和不相似的材料,例如铜和铝。不需要额外的耗材,例如套管,焊料或助焊剂,因为金属可以直接焊接在一起。另外,超声波焊接在零件上产生低的热应力和焊接温度。材料特性不会改变,相邻的材料(例如绝缘材料)将保持不变。 根据焊接系统的自动化水平,不良零件焊接时会立刻报警,并可以防止后续错误。
图2. 照片显示了裸铜杆和螺纹镀镍杆焊接在铝导体上。
图3. 使用超声波焊接的纯金属不会产生老化或疲劳。
最佳方案
尽管进行了过程控制和错误检测,但在设计接头和准备生产时仍应遵循正确的程序。 USCAR38(用于将绞线连接到端子)和USCAR45(用于将绞线连接到绞线)等行业标准为设计奠定了基础。但是,许多汽车供应商和电缆装配商都有自己的法规和准则,也必须予以考虑。 连接点的设计必须能承受车辆使用寿命内的机械,热和电负荷。例如,由于在一定数量以上插入变得困难,因此要连接在一起的导体股的数量起一定作用。为避免出现次品,最多只能连接八根电线。也可以通过使用超声波焊接系统来避免拒绝,该系统可以检测不正确插入的绞线。 为了可靠地检测出缺失的绞线,最小的导体横截面应至少为总横截面的7%。对于小于5平方毫米的接头横截面,该阈值为9%。最大横截面应不大于最小横截面的三倍。 焊接绞合线时的一种特殊情况是对称的接头设置。如果将两到四个具有相同横截面的导体彼此相邻焊接而不是重叠,则可能会发生垂直分裂的接头。通过非对称节点设计可以很容易地避免这种情况。但是,这种安排并不理想,最好在设计阶段避免。
材料选择
材料的选择会极大地影响焊接质量。纯度至少为99.9%的铜以及纯度至少为99.5%的铝最适合超声焊接。铅或锡涂层的污染会对焊接产生负面影响。单根丝及其间的油污和添加剂也会对焊接质量产生不利影响。 将铝电缆焊接到铜端子上时,在端子上镀3至6微米厚的镍镀层可确保高强度连接。此外,要连接的点必须没有油污,灰尘。 正确存放材料很重要。高温和长时间的存储会导致氧化增加,线材上的拉丝油和增塑剂积聚,所有这些都会对焊接产生不利影响。理想情况下,电线应在清洁,干燥,不受天气影响的地方保存六个月,并且不要直接暴露于阳光或紫外线下。温度应在15至35摄氏度之间,应保护电缆和接头在存储和运输过程中不受损坏。 (德国电气和电子制造商协会提供了技术指南TLF 0100,以及其他有用的信息。) 电缆套件的生产是半自动的过程。受过培训的人员可装卸焊接设备。为防止零件污染,操作员应戴手套。在将导线插入焊接区域之前,应去除绝缘层。 在新生产开始之初并随后定期进行应用程序测试是一个好的控制方法。供应链的变化会导致材料特性的改变,因此定期测试很重要。经过相关培训的人员才能使用或更改生产参数。
重复性
为确保过程稳定,必须以可重复的方式插入要连接的零件。超声波焊接设备必须按时维护保养。焊接设备记录所有焊接数据并将其保存。
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