超聲波焊接與U型壓接線束的比較

超音波焊接與U型壓接線束的綜合比較
我. 工作原理

超聲波焊接
透過高頻機械振動 (通常為20kHz或40kHz), 金屬接觸面摩擦發熱, 並在固態下實現分子融合. 屬於固相焊接技術. 無需電流或高溫熱源，避免氧化和飛濺問題.

U 型銅端子開筒壓接電線電纜快速接線對接對接連接器分類套件

高品質 U 型 U 型汽車線束連接器銅黃銅壓接端子，適用於 6-10mm2 電纜

帶環的電線電氣連接器分類套件, 鏟, 屁股, 快速斷開, 壓接線束

U型壓接
使用 U 型端子冷沖壓多條電線, 透過物理變形產生的摩擦進行機械連接. 過程很簡單, 但由於變形不足，內部可能存在微小空洞.

iii. 流程及成本

設備投資
超音波焊接機初期成本高 (需要專用焊頭和高精度參數調整), 但長期維護成本低; U型壓接設備成本低, 但端子和模具需要經常更換.

生產效率
超音波焊接速度快 (<1 第二/點), 適合大量生產; U型壓接需要人工輔助調整線材位置, 並且效率稍低.
‌材料要求‌‌
超音波焊接頭需要具有高耐磨性的特殊合金 (比如鈦合金), 且製造流程複雜; U型端子多為銅或鋁合金, 標準化程度高.

iv. ‌環保與安全‌
超音波焊接無火花, 不需要焊料或助焊劑, 符合綠色製造趨勢‌;
U型壓接依靠物理變形, 儘管它沒有排放, 它需要處理金屬廢物.

v. ‌典型應用場景‌
‌優先超音波焊接‌:
新能源汽車高壓線束, 機載通訊線路 (例如CAN總線), 精密感知器線束, 以及其他對低電阻、高可靠性有嚴格要求的領域. ‌優先U型壓接‌:
普通低電壓線束, 低成本車輛線束, 和臨時修復場景.

概括
超聲波焊接在性能上更具優勢, 耐用性, 和環境保護, 但成本較高; U 形壓接以其經濟性和靈活性而聞名, 適合常規場景. 實際選型需結合具體工藝要求綜合評估, 成本預算, 以及產品定位.

絕緣 U 型叉紅-藍端子組電線電纜壓接鏟形環連接器分類

絕緣壓接端子的超音波金屬焊接 – 端子焊接機, 剝線壓接機

超音波金屬焊接製程的淨價值

超音波焊接和U型壓接作為汽車線束電線連接的兩種主要方式在公司中廣泛應用. 本文線束工程師主要介紹了電線之間的兩種連接方法, 超音波焊接和U型壓接, 汽車線束生產與製造. 對這兩種方法的優缺點進行了比較分析, 可為汽車線束生產過程中電線間連接方式的選擇提供參考.

隨著汽車電器的功能越來越複雜, 而且品種也越來越多, 線束作為汽車內各種電器之間訊號傳遞的媒介. 線束導線之間的環路關係變得越來越複雜, 且電線之間的簽到點也越來越多. 例如, 重型卡車駕駛室線束中有數百個卡點.
所以, 沖孔製程是線束壓接製程非常重要的一環. 沖切方式的選擇、沖切設備的選擇等問題是線束製程設計者乃至公司生產必須考慮的問題.

1 – 汽車線束檢檢的主要方法及介紹
在汽車線束產業, 沖孔是指將每根線的絕緣層剝去後，透過焊接或壓接的方式將裸露的銅線連接起來，形成迴路. 卡住點是指各線束卡住的位置. 根據電線之間卡點的位置, 沖孔方式可分為開口沖孔與對接沖孔.
開式沖孔是指主線是一整條導體，夾緊點在主線上但不在主線兩端. 剩餘的電線焊接在主線絕緣層被剝掉的位置, 所以也叫中剝離沖頭.
對接沖孔是指夾緊點位於線材末端, 將電線的一端以壓接或焊接的方式與其他需要打孔的電線的一端連接. 可以是一根導體，也可以是多根導體, 或兩個或多個導體和多個導體. 兩端參與沖孔的導線稱為過渡線. 單面沖孔是對沖孔的一種特殊方式, 那是, 所有電線均焊接或壓接在同一側. 開口打卡和對接打卡如圖 1.
數字 1, 剝線對接示意圖.
取決於設備和原理, 沖孔可分為兩種: 超音波焊接和U型件壓接.
超音波焊接是利用高頻機械振動使焊接材料表面重新結合的焊接方法. 它是介於冷壓焊和摩擦焊之間的工藝. 它將低頻電轉換為高頻電, 然後將高頻電能轉換為高頻機械振動能, 然後將高頻機械振動能量傳遞到需要焊接的兩種金屬表面. 並對焊接面施加垂直壓力, 使兩個金屬表面相互摩擦產生熱能使金屬熔化, 並且在空頭壓力下, 當黏合表面凝固時，熔體將在分子層之間形成熔合.
超音波焊接原理如圖 2. 用於U型件壓接, 根據端子總線徑選擇U型件和壓接機. 為每種類型的 U 型件開發了特殊的壓接模具和鉗口, 然後藉助U形片壓接設備將兩根或多根電線冷沖壓在一起. U形片壓接是將電線的銅線通過金屬片的U形部分進行簡單的物理擠壓, 利用相鄰銅線之間的表面摩擦來確保導線與U形件的連接.
數字 2 超音波焊接原理示意圖

2 – 超音波焊接與U型件壓接的比較分析
2.1 導電性能比較分析
電壓降是衡量電線導電性能的重要指標. 所謂壓降是指電流流過時電阻兩端所形成的電位差. 根據歐姆定律 U=RI, 當電路電流恆定時, 電壓與電阻成正比, 那是, 電阻越大, 電壓降越大, 且電阻越小, 電壓降越小. 絕緣導體的電壓降 U 計算如下:
U=IPL/A
(1) 在公式中, U——電壓降; P——電阻率; L——導線長度; A——導線截面積.
U型壓接是簡單地擠壓導體的銅線，使銅線發生物理變形，透過摩擦產生連接. 線材中相鄰的銅線仍然是獨立的金屬實體，不能完全接觸形成孔洞. 這些空隙的存在是不可避免的, 這會導致壓接部分的電阻率P增大, 電壓降U增加, 和電導率降低, 從而降低電訊號的傳輸質量. 影響電氣、電子設備的正常運作. 超音波焊接後, 相鄰的金屬熔合成一個整體, 比U型件的焊接部分密度更高. 不會有空洞, 電阻率低且接近零, 同等條件下超音波焊接的壓力降更低, 導電性能和訊號傳輸品質更好. 此外, 超音波焊接部分比U形部分壓接電阻更低, 減少接觸電阻引起的熱量積累. 在一定程度上, 避免因線束局部溫度升高而導致線束燃燒的品質隱患.

2.2 使用範圍比較分析
超音波焊接對於提高電線的訊號傳輸品質和電流傳輸能力非常有效, 還可以提高汽車電氣系統的穩定性. 例如, 導線的橫截面積為 10 mm2 或以上及控制器區域網 (能) 電線一般都需要超音波焊接. 然而, 超音波振動會破壞塗層. 鍍銀等銅表面鍍層, 鍍鋅, 鍍錫, ETC. 可以防止氧化並提高導電性. 銅線鍍錫對超音波焊接影響很大. 錫和銅的熔點相差甚. 焊接時, 錫層很快就處於熔融狀態, 從而阻礙銅原子的結合，影響焊接質量. 用於塗層線, 一般需要U型壓接.

2.3 焊接品質比較分析
超音波焊接材料具有金屬特性，不熔化、不易脆化, 並且受外部濕氣的影響最小, 灰塵, 石油和天然氣. 不易引起腐蝕, 銅線中的氧化和其他不良情況, 從而避免線束導電性和訊號傳輸性能下降, 卡死連接可靠性高. U型件壓接處線芯存在殘餘應力, 並且有五金沖壓反彈的風險, 並且在惡劣的工作條件下存在氧化和生鏽的風險. 不如超音波焊接可靠. 超音波焊接的焊接點呈矩形, 沒有鬆動的芯線, 斷頭或芯線破裂, 且電線不彎曲，從熔接點直接引出. 超音波焊接可能會造成過多的焊接閃光並刺穿保護性熱縮管; 線芯末端延伸至與電線絕緣重疊; 電線沒有從熔合點直線引出; 線芯飛出並刺穿保護熱縮管. 由於焊接過程中一根或多根芯線斷裂而造成的缺陷產品 (一般來說, 要求每條線缺芯線數不超過 10%). 當U形零件被壓接時, 線芯可能會飛出並刺穿保護性熱縮管; 線芯末端伸展至與電線絕緣重疊; 線套被沖片壓緊; 沖絲總直徑與沖片不匹配, ETC.

2.4 成本比較分析
超音波焊接要求金屬材料具有良好的韌性 (聲波傳輸時機械損失小). 所以, 最常用的材料是鋁合金和鈦合金. 然而, 超音波金屬焊接要求焊頭耐磨 (需要更高的硬度), 這使得材料的選擇變得更加困難, 因為硬度和韌性本質上是對立的, 這需要選擇非常優質的鋼材. 最大限度地延長焊頭的有效壽命, 成本很高. 超音波焊接機的價格普遍高於壓接機, 且初期投資較高. 使用U型壓接時, 線束中的每個夾緊點都需要一個 U 型件. 卡點多、批量大的線束產品使用大量U型件, 導致高昂的累計成本. 例如, U型件的價格是 0.05 元/件, 駕駛室線束夾緊點數為 100 件/懸掛, 那麼總生產成本 1,000 駕駛室線束U形件是 5,000 人民幣.

2.5 可操作性比較分析
超音波焊接和U型件壓接前, 需要對焊線的剝皮銅線進行整理，避免出現銅線翹曲等問題, 毛刺, 分散的銅線, 以及異物污染.
超音波焊接過程中, 電線應垂直重疊排列, 大截面積導線應靠近下方的焊接工具頭，以確保充分焊接. 導體應緊靠砧面放置, 緊緊地靠在一起, 焊接後提供足夠的堅固性. 導體重疊的長度一般應介於 5 毫米和 7 毫米. 如果重疊長度太短, 焊接強度難以保證. 如果重疊長度太長, 焊接端很容易翹曲, 給下一步工序帶來不便. 氧化, 斷線, 焊接接頭表面一般不允許有缺陷和絕緣層熔化. 超音波焊接操作示意圖如圖 3.

數字 3, 超音波焊接操作示意圖
U型件壓接生產速度快，設備簡單. 原則, U形件壓接電線的數量不得超過 5. 建議的電線堆疊順序是從粗到細、從上到下. 導體應完全壓入沖片的壓接部分. 線端應在 U 型件的兩側可見，且長度 (c) 從絕緣體到沖片的距離不應大於 3 毫米, 線芯伸出沖件的長度應為0≤B≤1mm. U型元件壓接操作示意圖如圖所示 4.

數字 4, U型件壓接操作示意圖

3 - 概括
超音波焊接電阻率較低, 較小的電壓降, 比U形件壓接更好的導電性和更高的可靠性, 但需要大量的設備投資, 焊頭比較貴, 而且它不能焊接電鍍金屬. U型件壓接比超音波焊接應用範圍更廣, 且設備簡單，操作方便. 然而, U型件使用耗材較多. 與超音波焊接相比, U形零件電阻率較高, 較大的電壓降, 導電性較差, 且可靠性較差. . 汽車線束生產廠商應對這兩種導線連接方式進行全面評估並做出合理配置. 然而, 超音波焊接, 作為一種新的先進焊接技術, 具有優越的導電性、環保等明顯優勢, 是汽車線束製造的發展方向.