Comparación de soldadura ultrasónica y arneses de alambre en forma de U

Comparación completa de soldadura ultrasónica y mazo de cables de engarzado tipo U
I. Principio de funcionamiento

Soldadura ultrasónica
Mediante vibración mecánica de alta frecuencia. (normalmente 20kHz o 40kHz), la superficie de contacto del metal se frota para generar calor, y la fusión molecular se logra en estado sólido. Pertenece a la tecnología de soldadura en fase sólida.. No se requiere ninguna fuente de calor actual o de alta temperatura para evitar problemas de oxidación y salpicaduras..

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engarzado tipo U
Estampado en frío de múltiples cables usando terminales en forma de U, Conexión mecánica a través de fricción generada por deformación física.. El proceso es sencillo, pero puede haber pequeñas cavidades en el interior debido a una deformación insuficiente.

III. Proceso y costo

Inversión en equipos
El costo inicial de la máquina de soldadura ultrasónica es alto. (Se requiere un cabezal de soldadura especial y un ajuste de parámetros de alta precisión.), pero el costo de mantenimiento a largo plazo es bajo; El equipo de prensado tipo U tiene un bajo costo, pero los terminales y moldes deben reemplazarse con frecuencia.

Eficiencia de producción
La soldadura ultrasónica tiene una velocidad rápida. (<1 segundo/punto), que es adecuado para la producción en masa; El engarzado tipo U requiere asistencia manual para ajustar la posición del cable, y la eficiencia es ligeramente menor.
‌Requisitos de materiales‌
Los cabezales de soldadura ultrasónica requieren aleaciones especiales con alta resistencia al desgaste (como aleaciones de titanio), y el proceso de fabricación es complejo; Los terminales en forma de U son en su mayoría aleaciones de cobre o aluminio., con un alto grado de estandarización.

IV. ‌Protección y seguridad del medio ambiente‌
La soldadura ultrasónica no produce chispas., no requiere soldadura ni fundente, y está en línea con la tendencia de la fabricación ecológica‌;
El engarzado en forma de U depende de la deformación física, y aunque no tiene emisiones, requiere el tratamiento de residuos metálicos.

V. ‌Escenarios de aplicación típicos‌
‌Soldadura ultrasónica priorizada‌:
Arneses de cableado de alta tensión para vehículos de nuevas energías, líneas de comunicación a bordo (como Can Bus BuS), mazos de cables del sensor de precisión, Y otros campos que tienen requisitos estrictos de baja resistencia y alta confiabilidad.. ‌Engarzado prioritario en forma de U‌:
Arneses de cableado ordinarios de baja tensión, mazos de cables para vehículos de bajo coste, y escenarios de reparación temporal.

Resumen
La soldadura ultrasónica tiene más ventajas en el rendimiento, durabilidad, y protección del medio ambiente, Pero el costo es mayor; El enrollamiento en forma de U es conocido por su economía y flexibilidad, y es adecuado para escenarios convencionales. La selección real debe evaluarse de manera integral en combinación con requisitos de proceso específicos, Presupuestos de costos, y posicionamiento del producto.

Aislamiento de la horquilla de color U Red Terminal Conjunto de terminal de cable eléctrico Conector de anillo de espado de alambre eléctrico

Soldadura ultrasónica de metales de terminales con engarzado de aislamiento. – máquina de soldadura terminal, Máquina peladora y prensadora

El valor neto del proceso de soldadura ultrasónica de metales

La soldadura ultrasónica y el engarzado en forma de U se utilizan ampliamente en la empresa como los dos métodos principales para conectar los cables del mazo de cables de los automóviles.. El ingeniero de mazos de cables de este artículo presenta principalmente los dos métodos de conexión entre cables., Soldadura ultrasónica y engarzado en forma de U., en la producción y fabricación de mazos de cables para automóviles. Se realizó un análisis comparativo de las ventajas y desventajas de estos dos métodos., que puede proporcionar una referencia para la selección de métodos de conexión entre cables en el proceso de producción de mazos de cables de automóviles.

A medida que las funciones de los aparatos eléctricos del automóvil se vuelven cada vez más complejas, y cada vez hay más variedades, El mazo de cables sirve como medio para la transmisión de señales entre varios aparatos eléctricos en el automóvil.. Las relaciones de bucle entre los cables del mazo de cables son cada vez más complejas., y cada vez hay más puntos de control entre cables. Por ejemplo, Hay cientos de puntos atascados en el cableado de la cabina de los camiones pesados..
Por lo tanto, El proceso de punzonado es una parte muy importante del proceso de prensado del mazo de cables.. Cuestiones como la selección de métodos de punzonado y la selección de equipos de punzonado deben ser consideradas por los diseñadores de procesos de mazos de cables e incluso por la producción de la empresa..

1 – Los principales métodos y la introducción del control del mazo de cables del automóvil.
En la industria de mazos de cables para automóviles, El punzonado se refiere a conectar los cables de cobre expuestos después de quitar el aislamiento de cada cable soldándolos o engarzándolos para formar un bucle.. El punto atascado se refiere a la posición donde está atascado cada mazo de cables.. Según la posición del punto atascado entre los cables., el método de perforación se puede dividir en perforación de apertura y perforación de acoplamiento.
Perforación abierta significa que la línea principal es un conductor completo y el punto de sujeción está en la línea principal pero no en ambos extremos de la línea principal.. Los cables restantes se sueldan en la posición donde se quita el aislamiento del cable principal., por eso también se le llama punzón de extracción media.
Perforación a tope significa que el punto de sujeción está al final del cable., y un extremo del cable está conectado a un extremo de otros cables que deben perforarse mediante engarce o soldadura.. Puede ser un conductor y varios conductores., o dos o más conductores y múltiples conductores. Los alambres en los que ambos extremos participan en el punzonado se denominan alambres de transición.. El punzonado de un solo lado es una forma especial de punzonar a tope., eso es, todos los cables están soldados o engarzados en el mismo lado. El pinchado de apertura y el pinchado de acoplamiento se muestran en la Figura 1.
Cifra 1, Diagrama esquemático de pelado y acoplamiento de cables..
Dependiendo del equipo y principios., El punzonado se puede dividir en dos tipos.: Soldadura ultrasónica y prensado de piezas en forma de U..
La soldadura ultrasónica es un método de soldadura que utiliza vibración mecánica de alta frecuencia para recombinar la superficie del material de soldadura.. Es un proceso entre la soldadura por presión en frío y la soldadura por fricción.. Convierte electricidad de baja frecuencia en electricidad de alta frecuencia., Luego convierte la energía eléctrica de alta frecuencia en energía de vibración mecánica de alta frecuencia., y luego transmite la energía de vibración mecánica de alta frecuencia a las superficies de los dos metales que deben soldarse. Y aplicar una presión vertical sobre la superficie de soldadura., haciendo que las dos superficies metálicas se froten entre sí para generar energía térmica para derretir el metal, y bajo la corta presión, La masa fundida formará una fusión entre las capas moleculares cuando la superficie de unión se solidifique..
El principio de la soldadura ultrasónica se muestra en la Figura. 2. Para engarzar piezas en forma de U, Las piezas en forma de U y la máquina prensadora se seleccionan en función del diámetro total del cable de los contactos.. Se desarrollan una matriz de engarzado y mordazas especiales para cada tipo de pieza en forma de U., y luego se estampan en frío dos o más cables con la ayuda de un equipo de prensado de piezas en forma de U. El engarzado de una pieza en forma de U es una simple compresión física del cable de cobre del cable a través de la parte en forma de U de la pieza de metal., y la fricción superficial entre cables de cobre adyacentes se utiliza para asegurar la conexión entre el cable y la pieza en forma de U.
Cifra 2 Diagrama esquemático del principio de soldadura ultrasónica.

2 – Análisis comparativo de soldadura por ultrasonidos y prensado de piezas en forma de U
2.1 Análisis comparativo de propiedades conductoras.
La caída de voltaje es un indicador importante del rendimiento conductivo de un cable.. La llamada caída de voltaje se refiere a la diferencia de potencial que se forma a través de la resistencia cuando fluye corriente.. Según la ley de Ohm U=RI, cuando la corriente del circuito es constante, el voltaje es proporcional a la resistencia, eso es, cuanto mayor sea la resistencia, cuanto mayor sea la caída de tensión, y cuanto menor sea la resistencia, cuanto menor sea la caída de voltaje. La caída de tensión U de un conductor aislado se calcula como:
U=IPL/A
(1) En la fórmula, U—caída de voltaje; P—resistividad; L—longitud del cable; A—área de la sección transversal del cable.
El engarzado en forma de U es una simple extrusión del alambre de cobre del conductor para provocar la deformación física del alambre de cobre para crear una conexión mediante fricción.. Los alambres de cobre adyacentes en el alambre siguen siendo entidades metálicas independientes y no pueden estar en contacto completo para formar agujeros.. La existencia de estos vacíos es inevitable., lo que hará que la resistividad P de la parte engarzada aumente, la caída de tensión U aumenta, y la conductividad disminuirá, reduciendo así la calidad de transmisión de señales eléctricas. Afecta el funcionamiento normal de equipos eléctricos y electrónicos.. Después de la soldadura ultrasónica, los metales adyacentes se fusionan en un todo, lo que resulta en una mejor densidad que la parte soldada de piezas en forma de U. No habrá vacíos, La resistividad es baja y cercana a cero., La caída de voltaje de la soldadura ultrasónica es menor en las mismas condiciones., Y la conductividad y la calidad de transmisión de la señal son mejores.. Además, la parte de soldadura ultrasónica tiene una resistencia menor que la parte en forma de U que engarza, lo que reduce la acumulación de calor causada por la resistencia de contacto. Hasta cierto punto, Se evita el riesgo de calidad de quema del mazo de cables causado por el aumento de temperatura local del mazo de cables..

2.2 Análisis comparativo del alcance de uso.
La soldadura ultrasónica es muy eficaz para mejorar la calidad de transmisión de la señal y la capacidad de transmisión de corriente de los cables., y también puede mejorar la estabilidad de los sistemas eléctricos del automóvil.. Por ejemplo, alambres con una sección transversal de 10 mm2 o más y red de área del controlador (PODER) Los cables generalmente requieren soldadura ultrasónica.. Sin embargo, La vibración ultrasónica destruirá el recubrimiento.. Recubrimientos de superficies de cobre como el plateado., galvanizado, estañado, etc.. Puede prevenir la oxidación y mejorar la conductividad.. El estañado de alambre de cobre tiene un gran impacto en la soldadura ultrasónica. Los puntos de fusión del estaño y el cobre son muy diferentes.. Durante la soldadura, la capa de estaño se funde rápidamente, bloqueando así la combinación de átomos de cobre y afectando la calidad de la soldadura. Para alambres recubiertos, Generalmente se requiere un engarce en forma de U.

2.3 Análisis comparativo de la calidad de la soldadura.
Los materiales de soldadura ultrasónica tienen propiedades metálicas que no se funden ni son quebradizas., y se ven mínimamente afectados por la humedad externa., polvo, petróleo y gas. No es fácil causar corrosión., Oxidación y otras condiciones indeseables en el alambre de cobre., evitando así la degradación de la conductividad del mazo de cables y el rendimiento de transmisión de señales, y la confiabilidad de la conexión atascada es alta. Hay tensiones residuales en el núcleo del alambre en la parte de engarzado de las piezas en forma de U., y existe el riesgo de que el estampado de metal rebote, y existe riesgo de oxidación y herrumbre en condiciones de trabajo duras.. No tan confiable como la soldadura ultrasónica. La soldadura ultrasónica tiene forma rectangular en el punto de soldadura., sin cables centrales sueltos, extremos rotos o alambres centrales agrietados, y los cables no están doblados y salen directamente desde el punto de fusión. La soldadura ultrasónica puede causar un exceso de soldadura y perforar el tubo protector termorretráctil.; el extremo del núcleo del cable se extiende para superponerse a la capa de aislamiento del cable; El cable no sale en línea recta desde el punto de fusión.; el núcleo del cable sale volando y perfora el tubo protector termocontraíble. Un producto defectuoso causado por uno o más alambres centrales rotos debido al proceso de soldadura. (generalmente, se requiere que el número de cables centrales faltantes para cada cable no exceda 10%). Cuando se engarzan piezas en forma de U, el núcleo del cable puede salir disparado y perforar el tubo termorretráctil protector; el extremo del núcleo del cable se estira para superponerse a la capa de aislamiento del cable; La funda de alambre es presionada por la pieza de perforación.; el diámetro total del alambre de perforación no coincide con la pieza de perforación, etc..

2.4 Análisis comparativo de costos.
La soldadura ultrasónica requiere materiales metálicos con buena tenacidad. (Pequeña pérdida mecánica durante la transmisión de ondas sonoras.). Por lo tanto, Los materiales más utilizados son la aleación de aluminio y la aleación de titanio.. Sin embargo, La soldadura ultrasónica de metales requiere que el cabezal de soldadura sea resistente al desgaste. (se requiere mayor dureza), lo que dificulta la selección de materiales, porque la dureza y la tenacidad son inherentemente opuestas, lo que requiere la selección de materiales de acero de muy alta calidad. Para maximizar la vida efectiva del cabezal de soldadura., el costo es muy alto. El precio de las máquinas de soldar por ultrasonidos es generalmente más alto que el de las máquinas de engarce., y la inversión inicial es mayor. Cuando se utiliza engarce en forma de U, Se requiere una pieza en forma de U para cada punto de sujeción del arnés.. Los productos de mazos de cables con muchos puntos atascados y lotes grandes utilizan una gran cantidad de piezas en forma de U, resultando en altos costos acumulativos. Por ejemplo, el precio de las piezas en forma de U es 0.05 RMB/pieza, y el número de puntos de sujeción del mazo de cables de la cabina es 100 piezas/colgantes, entonces el costo total de producir 1,000 Las piezas en forma de U del arnés de cableado de la cabina están 5,000 RMB.

2.5 Análisis comparativo de operatividad.
Antes de la soldadura ultrasónica y el prensado de piezas en forma de U, es necesario separar los cables de cobre pelados de los cables soldados para evitar problemas como cables de cobre deformados, rebabas, alambres de cobre dispersos, y contaminación con materias extrañas.
Durante el proceso de soldadura ultrasónica, Los cables deben disponerse verticalmente superpuestos., Y los cables de gran área de sección transversal deben estar cerca del cabezal de la herramienta de soldadura debajo para garantizar una soldadura suficiente.. Los conductores deben colocarse contra la superficie del yunque., cómodamente uno contra el otro, para proporcionar suficiente solidez después de la soldadura. La longitud de la superposición del conductor generalmente debe estar entre 5 mm y 7 milímetros. Si la longitud de superposición es demasiado corta, Es difícil garantizar la resistencia de la soldadura.. Si la longitud de superposición es demasiado larga, el extremo de soldadura se deformará fácilmente, haciéndolo inconveniente para el siguiente proceso. Oxidación, cables rotos, Los defectos y la fusión de la capa aislante generalmente no están permitidos en la superficie de la junta de soldadura.. El diagrama esquemático de la operación de soldadura ultrasónica se muestra en la Figura 3.

Cifra 3, Diagrama esquemático de la operación de soldadura ultrasónica.
La producción de prensado de piezas en forma de U es rápida y el equipo es simple. En principio, el número de cables engarzados para piezas en forma de U no debe exceder 5. El orden de apilamiento recomendado de los cables es de grueso a fino y de arriba a abajo.. El conductor debe presionarse completamente en la parte engarzada de la pieza perforadora.. Los extremos del cable deben ser visibles a ambos lados de la pieza en forma de U y la longitud (do) desde el aislamiento hasta la pieza de punzonado no debe ser mayor que 3 milímetros, y la longitud del núcleo del alambre que se extiende fuera de la pieza de perforación debe ser 0≤B≤1 mm. El diagrama esquemático de la operación de engarzado del componente en forma de U se muestra en la Figura 4.

Cifra 4, Diagrama esquemático de operación de prensado de piezas en forma de U

3 - Resumen
La soldadura ultrasónica tiene menor resistividad., menor caída de voltaje, mejor conductividad eléctrica y mayor confiabilidad que el engarzado de piezas en forma de U, pero requiere una gran inversión en equipamiento, el cabezal de soldadura es más caro, y no puede soldar metales chapados. El engarzado de piezas en forma de U tiene una gama más amplia de aplicaciones que la soldadura ultrasónica, y el equipo es simple y fácil de operar. Sin embargo, Las piezas en forma de U utilizan muchos consumibles.. Comparado con la soldadura ultrasónica, Las piezas en forma de U tienen mayor resistividad., mayor caída de voltaje, peor conductividad, y menor confiabilidad. . Los fabricantes de mazos de cables para automóviles deben realizar una evaluación exhaustiva de estos dos métodos de conexión de cables y realizar configuraciones razonables.. Sin embargo, soldadura ultrasónica, como una nueva tecnología de soldadura avanzada, Tiene ventajas obvias como una conductividad superior y protección del medio ambiente., y es la dirección de desarrollo de la fabricación de mazos de cables para automóviles..