Elektriliste kontaktsõlmede ja siinide ultrahelikeevitus vs. takistuskeevitus

Ultraheli keevitamine ühendab juhtivaid metalle läbi kõrgsagedusliku mehaanilise vibratsiooni ja piiratud mahukuumutusega, samas kui takistuskeevitus tekitab elektrivoolu ja kontakttakistuse kaudu lokaalse sulamistsooni. Elektriliste kontaktsõlmede ja siinide puhul sõltub valik materjali kombinatsioonist, sektsiooni paksusest, lubatud termilisest kokkupuutest, nõutavast nihketugevusest ja valmisühenduse elektritakistusest.

 

Tehniline otsus ei ole lihtsalt "milline keevitusprotsess on tugevam". Ühendus peab pärast stantsimist ja montaaži säilitama madala elektritakistuse, kontrollitud mehaanilise tugevuse, stabiilse metallurgilise sideme, mõõtmete täpsuse ja korratava tootmiskvaliteedi.

 

 

 

AgSnO₂-Cu kontaktsõlmede madala temperatuuriga liimimine-

Ultraheli keevitamine on eriti kasutatav, kui elektriline kontakt sisaldab hõbedasulamit ja aluspind on vask. Ultraheli kontaktkeevitusseade võib luua tahke olekus{1}}side, ilma et kogu ühendusliides peaks saavutama alusmaterjalide sulamistemperatuuri.

 

Tüüpilised rakendused hõlmavad järgmist:

AgSnO₂-Cu kontaktsõlmed, mis nõuavad hõbedasulamiga piiratud termilist kokkupuudet.
Cu-Cu põimitud traatühendused, kus kiudude deformatsioon peab jääma kontrolli alla.
Õhukesed vasklehed, fooliumivirnad, klemmid ja painduvad juhid.
Aku ja toite{0}}elektroonika ühendused, kus liigne kuumus võib kahjustada külgnevat isolatsiooni.
Elektrilised kontaktsillad, mis nõuavad pärast ühendamist püsivat kontakttakistust.

Keevitusmehhanism ühendab kontrollitud kinnitusrõhu ultraheli vibratsiooniga. Pinna oksiidid ja saasteained on liidesel häiritud, samas kui lokaalne plastiline deformatsioon suurendab tegelikku metallist kontaktpinda.

Tootmise kvalifikatsiooni jaoks ei piirdu kriitilised muutujad ultraheli sagedusega. Protsessi aknana tuleb juhtida keevitusamplituudi, keevitusjõudu, energiat, tsükliaega, materjali kõvadust, kattuvusala ja pinna seisundit.

 

AgSnO₂-Vaskühenduse muutujad

Muutuv	Tehniline kaalutlus	Tüüpiline kvaliteedifookus
AgSnO₂ kontaktmaterjal	Hõbeda{0}}tina-oksiidi elektriline kontaktsulam	Vältige liigset termilist lagunemist
Vasest substraat	C1100 / suure-juhtivusega vask	Säilitage juhtivus ja mõõtmete stabiilsus
Vuugi paksus	Õhuke{0}}leht ja kihilised struktuurid	Vältida liigset deformatsiooni
Keevitusjõud	Määrab liidese rõhu	Stabiilne sidumine ilma muljumiseta
Ultraheli amplituud	Juhib liidese hõõrdumist ja deformatsiooni	Vältige üle{0}}keevitamist
Keevitusenergia	Korreleerub sidumise konsistentsiga	Looge protsessiaken DOE kaudu
Elektritakistus	Näitab praegust{0}}tee kvaliteeti	100% või proovi{1}}põhine resistentsuse kontrollimine
Nihkejõud	Näitab mehaanilist terviklikkust	Korreleerige hävitava katse andmed keevisõmbluse parameetritega

 

 

 

Takistuskeevitus kasutab töödeldavaid detaile läbivat elektrivoolu, et tekitada lokaalne džauli kuumenemine. Liideses tekkiv soojus on ligikaudu seotud:

 

Q=I²Rt

 

kus I on keevitusvool, R on elektritakistus ja t on voolu kestus.

See muudab elektroodi jõu, voolu, keevitusaja, materjali takistuse ja kontakti geomeetria keevisõmbluse moodustamisel otseselt oluliseks.

Paksemate stantsitud komponentide puhul võib takistuspunktkeevitus tekitada kindla sulamistsooni, mille läbitung on suurem kui paljudel tahkis{0}}liiteprotsessidel. See muudab selle sobivaks vaskkontaktide, stantsitud elektrisildade, klemmide ja mitmekihiliste juhtivate komponentide takistus-punktkeevitamiseks.

 

C1100 vaskkomponentide takistuskeevitus

Vask on eritakistus{0}}keevitusprobleemiks, kuna selle elektritakistus on madal ja soojusjuhtivus kõrge. Seetõttu võib piisava lokaalse soojuse tekitamiseks vaja minna suurt voolu.

 

Tootmistehnoloogia keskendub tavaliselt:

Elektroodi geomeetria ja kontaktpind.
Elektroodi jõu stabiilsus.
Keevitus-voolu korratavus.
Voolu tõusu ja languse omadused.
Lehe paksus ja{0}}kuhjamine.
Pinna oksüdatsioon ja saastumine.
Elektroodide kulumine.
Nuki läbimõõt ja läbitung.
Keevituse{0}}järgne elektritakistus.
Destruktiivne nihke- või koorimiskatse.

 

Vastupidavus-keevitatud kontaktsilda ei tohiks kvalifitseerida ainult visuaalse kontrolliga. Tükkide moodustumine, mehaaniline tugevus, elektritakistus ja rikkerežiim peavad olema seotud keevitusprotsessi aknaga.

 

Küsige tasuta DFM-i hindamist ja hinnapakkumist

 

 

C1100 vask vs. AgSnO₂ kontaktmaterjalid

Materjalide kombinatsioon määrab, kas soojussisend või mehaaniline deformatsioon on domineeriv tehniline piirang.

 

Parameeter	Ultraheli keevitamine	Takistuskeevitus
Esmane sidumismehhanism	Tahkis{0}}mehaaniline sidumine	Takistuse{0}}loodud lokaalne kuumenemine
Puistematerjali sulamine	Tavaliselt välditakse	Tavaliselt moodustub fusioonitsoon
Kuum{0}}mõjutatud piirkond	Suhteliselt piiratud	Lokaliseeritum, kuid kõrgem tipptemperatuur
Õhukesed vasest lehed	Väga sobiv	Sobib optimeeritud parameetritega
Vasest punutis	Väga sobiv	Keerulisem peente kiudude{0}}struktuuride puhul
Paks stantsitud vask	Rakendus-sõltub	Sobib hästi
AgSnO₂ kontakt	Sobib kohtadesse, kus termiline kokkupuude peab olema piiratud	Võimalik kontrollitud soojussisendiga
Keevitusnupp	Ei ole peamine kvalifitseerimise funktsioon	Peamine keevisõmbluse-kvaliteediomadus
Elektroodi nõue	Sarv/alasi süsteem	Vajalikud elektroodid
Elektroodide kulumine	Tööriista kulumine sõltub materjalist ja amplituudist	Oluline tootmismuutuja
Tüüpiline valideerimine	Nihke + elektritakistus + metallograafia	Nugget + nihke/koorimine + elektritakistus
Protsessi optimeerimine	Jõud + amplituud + energia + aeg	Vool + jõud + aeg + elektroodi geomeetria

 

Vasest-to-vasest punutud traat

Vaskpunutis kujutab endast teistsugust liitumisprobleemi kui stantsitud lehtmetallist. Üksikutel kiududel on väike ristlõige-ja oksiidikihid, samas kui liigne soojussisend võib põhjustada lokaalset lõõmutamist või soovimatut deformatsiooni.

Ultraheli keevitamine võib liita mitu vaskkiudu vastu vaskklemmi, säilitades samas suhteliselt kompaktse kuumuse{0}}mõjutatud piirkonna.

 

Inseneri eesmärk on saavutada:

Madal elektritakistus + piisav tõmbe-/nihketugevus + kontrollitud kiudude tihendamine.

Seetõttu tuleks tootmisspetsifikatsioonis määratleda vastuvõetav elektritakistus ja mehaanilise rikke režiim, mitte tugineda ainult keevisõmbluse välimusele.

 

 

Keevitatud elektriühendusel on kaks sõltumatut funktsiooni:

Kandke voolu kontrollitud elektrikaoga.
Elage kokkupaneku ja hoolduse ajal mehaanilist koormust.

Ühendusel võib olla vastuvõetav mehaaniline tugevus, samas kui sellel on liigne elektritakistus. Vastupidiselt võib väikese-takistusega liite mehaaniline tugevus olla ebapiisav.

 

Elektritakistuse mõõtmine

Eelistatakse nelja-juhtme Kelvini mõõtmist, kui sihttakistus on piisavalt madal, et juhtme- ja kontakttakistus muidu mõõtmist mõjutaks.

Testimissüsteem peaks kontrollima:

Katsevool.
Sondi asend.
Mõõtmissuund.
Kontaktrõhk.
Temperatuur.
Stabiliseerimise aeg.
Proovivõtu sagedus.

Suure-vooluga vaskühenduste korral tuleks takistuse väärtus korreleerida juhtme geomeetria ja efektiivse voolu{1}}kandealaga, mitte tõlgendada isoleeritud arvuna.

 

Nihke- ja tõmbekatse

Mehaaniline valideerimine võib hõlmata järgmist:

Ringi{0}}nihkekatse.
Katkestage-testimine.
Kihiliste struktuuride koorimise testimine.
Klemmide tõmbekatse.
Hävitav ristlõike{0}}analüüs.

Tõrkerežiim annab lisateavet. Lähtematerjali purunemine viitab protsessitingimustele, mis erinevad pindadevahelisest eraldumisest.

 

 

 

IATF 16949 protsessi juhtelemendid keevitatud kontaktidele

Autode elektriliste kontaktkomponentide puhul tuleks keevitamist käsitleda pigem kontrollitud eriprotsessina kui isoleeritud montaažitoiminguna.

Tootmiskontrolli plaan võib sisaldada:

Sissetuleva materjali kontrollimine.
CMM mõõtmete kontroll.
Tembeldamise{0}}protsessi jälgimine.
Keevitusparameetrite jälgimine.
Elektroodide või sarvede seisukorra kontroll.
Elektritakistuse testimine.
Nihkejõu{0}}kinnitus.
Metallograafiline kontroll.
Jälgitavus partii või tootmispartii kaupa.
MSA ja gabariit R&R.
SPC kriitiliste mõõtmete ja keevisõmbluse omaduste jaoks.

PPAP-i 3. taseme esitamiseks võib tarnijal tekkida vajadus luua dokumenteeritud seos DFMEA → PFMEA → Kontrolliplaani → Tööjuhiste → kontrollikirjete → suutlikkuse uuringute → valideerimistulemuste vahel.

 

CMM-i kontroll ja ±0,01 mm mõõtmete kontroll

Keevitatud koost peab säilitama mõõtmete ühilduvuse allavoolu kontaktori, relee, kaitsme, lülitusseadme või siinisõlmega.

Sõltuvalt toote geomeetriast võivad kriitilised mõõtmed hõlmata järgmist:

Võtke ühendust-keskasendiga.
Ava läbimõõt.
Terminali tasasus.
Keevisõmbluse asukoht.
Kontakti kõrgus.
Painde nurk.
Üldpikkus.
Vasklehe paksus.

Täppistempliga komponentide puhul võib valitud mõõtmeid reguleerida ±0,01 mm-ni, olenevalt tegelikust tootejoonisest ja funktsionaalsest tolerantsi virnast{1}}.

 

 

Keevitatud kontaktsilla tarnijat tuleks hinnata pigem kogu tootmisahela kui ainult keevitusvõime alusel.

 

Kvalifikatsiooniartikkel	Soovitatav kinnitus
Tooraine	Materjali sertifikaat ja koostise kontroll
Tembeldamine	Mõõtmete kontrollimise ja tööriistade{0}}protsesside kirjed
Keevitamine	Parameetri aken ja protsessi valideerimine
Elektriline jõudlus	Madala{0}}takistuse mõõtmine
Mehaaniline jõudlus	Nihke- / tõmbe- / koorumise testimine
Metallurgia	Ristlõige ja mikroskoopiline kontroll
Mõõtmete täpsus	CMM-i kontroll
Jälgitavus	Partii{0}}taseme tootmiskirjed
Autode kvaliteet	IATF 16949 süsteem
Esitamise pakett	PPAP 3. taseme võimalus
Keskkonnanõuete järgimine	RoHS / REACH dokumentatsioon
Protsessi võimekus	SPC / Cp / Cpk, kui see on määratud

 

Tarnija, kes on võimeline tembeldama, kuid ei suuda seostada keevisõmbluse parameetreid takistuse ja mehaaniliste tulemustega, loob ostjale täiendava kvalifitseerimistöö. Eelistatud hankimismudel on selline, kus tembeldamist, ühendamist, kontrollimist, jälgitavust ja PPAP-dokumentatsiooni hallatakse ühes kontrollitud tootmissüsteemis.

 

 

Ultraheli keevitamine: õhuke vask, põim ja madal termiline kokkupuude

Valige ultrahelikeevitus, kui disain nõuab:

Vaskpunutise konsolideerimine.
Õhukesed juhtivad lehed.
Piiratud hulgiküte.
Tahkis{0}}liitumine.
AgSnO₂-to-vaskkontaktide ühendamine.
Kompaktsed elektriühendustsoonid.
Õhukeste juhtivate materjalide kontrollitud deformatsioon.

Takistuskeevitus: paksud stantsitud komponendid ja kindlaksmääratud keevisõmblustükid

Valige takistuskeevitus, kui konstruktsioon nõuab:

Paksud stantsitud vasest komponendid.
Kõrge lokaalne soojussisend.
Määratletud fusioonitükid.
Kõrge tootmisvõimsus.
Korduv elektroodide positsioneerimine.
Stantsitud kontaktsildade konstruktsiooniline liitmine.

Lõplik protsessiotsus peaks põhinema materjali virna -üles, paksusel, liite geomeetrial, elektritakistuse eesmärgil, mehaanilisel-koormusel, termilisel tundlikkusel ja tootmismahul.

 

Laadige alla kontaktikoostu disaini spetsifikatsioon

 

 

Kvalifitseeritud elektrikontaktide komplektil peaks olema kolm üksteist täiendavat tõendivormi.

 

Elektriline valideerimine

Mõõtke läbitud voolutee ja määrake kindlaksmääratud katsetingimustes vastuvõetav takistusvahemik.

Madala takistusega-vaskühenduste puhul muutub mõõtmismeetod ise spetsifikatsiooni osaks.

 

Mehaaniline valideerimine

Nihke- või tõmbekatse teeb kindlaks, kas liigend talub montaažijõude, vibratsiooni, termilist tsüklit ja kasutuskoormust.

Aktsepteerimiskriteerium peaks määrama nii minimaalse jõu kui ka vastuvõetava rikkerežiimi.

 

Metallograafiline valideerimine

Ristlõikeanalüüsi{0}} abil saab tuvastada:

Mittetäielik sidumine.
Tühjad.
Praod.
Liigne deformatsioon.
Ebapiisav keevisõmbluse läbitungimine.
Liiga kuumusest{0}}mõjutatud piirkonnad.
Ebakorrapärane tüki geomeetria.

 

 

 

Enne keevitatud kontaktikomplekti masstootmiseks vabastamist tuleks tehnilises joonises ja tarnija spetsifikatsioonis määratleda:

 

Materjal: C1100, C2680, AgSnO₂ või täpsustatud hõbedasulam.
Materjali paksus: lehe või juhi tegelik paksus.
Liigese konfiguratsioon: ring, põkk, kattumine, punumine-terminaliga- või kontakt-to-kandjaga.
Keevitusprotsess: Ultraheli või takistuskeevitus.
Elektrinõue: liigendi maksimaalne lubatud takistus.
Mehaaniline nõue: minimaalne nihke- või tõmbejõud.
Mõõtmete nõue: kriitilised mõõtmed ja tolerants, näiteks ±0,01 mm, kui see on asjakohane.
Pinna seisund: plaadistus, oksüdatsioon, saastumine ja puhastusnõuded.
Kontrollimeetod: Kelvini takistuse mõõtmine, CMM, metallograafia ja destruktiivne testimine.
Kvaliteedisüsteem: IATF 16949, kus kehtivad autovarustuse nõuded.
Esitamine: PPAP 3. tase, kui klient on määranud.
Keskkonnanõuetele vastavus: RoHS ja REACH nõuded.

 

 

Mille jaoks on vaja tüüpilist PPAP-i 3. taseme dokumentatsiooni?keevitatud kontaktsõlmed?

PPAP 3. tase nõuab tavaliselt kohaldatavaid projekteerimisdokumente, protsessivoogu, PFMEA-d, juhtimisplaani, mõõtmete tulemusi, materjali- ja toimivuskatsete tulemusi, MSA tõendeid, protsessi võimekuse andmeid, näidisosi ja PSW-d vastavalt kliendi konkreetsetele esitamisnõuetele.

 

Kuidas valida vaskpunutise jaoks takistuskeevituse asemel ultrahelikeevitust?

Ultraheli keevitamist kaalutakse üldiselt siis, kui vaskpunutis nõuab kiudude konsolideerimist piiratud mahukuumutusega. Takistuskeevitus on sobivam, kui liitekoht nõuab paksemates stantsitud komponentides määratletud sulamistsooni.

 

Kuidas testitakse keevitatud vaskkontakti elektritakistust?

Madala-takistusega liigendite puhul kasutatakse tavaliselt nelja-juhtme Kelvini mõõtmismeetodit. Katse spetsifikatsioonis tuleks määratleda vool, sondi asukoht, temperatuur, stabiliseerimistingimused, proovivõtu sagedus ja maksimaalne lubatud ühendustakistus.