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      圖片展示

      焊接案例:鋰電池超聲波焊接頭

      作者:東莞市大為工業科技有限公司 瀏覽: 發表時間:2020-02-26 00:00:00 來源: 大為工業科技



      1




          2019年07月,大為工業接到東莞一家超聲波焊接機廠家的焊接訂單,焊接產品是超聲波焊接頭??蛻粝脒_到的效果是:

      1、在已經磨損的焊接頭前端工作區焊接上鎢鋼片,然后再重新對鎢鋼片進行磨齒,從而實現焊接頭的二次回收利用,以節省焊接頭的采購成本;

      2、鎢鋼片焊接牢固,工作時不脫落;

      3、重新焊接的超聲波焊接頭工作壽命接近原一體式焊接頭的壽命。

      以下為客戶提供的焊接頭的實物圖:


      圖1  焊接頭實物圖



      2




          針對客戶的需求,我們提出的方案是:焊接頭前端兩側各磨掉5mm,然后在磨削面焊接上厚度為5.5mm的鎢鋼片,最后對鎢鋼片進行磨齒,焊接頭整體進行頻率修正。焊接效果圖如下:

      圖2  焊接效果圖



      3




          借鑒之前高速鋼+鎢鋼的焊接經驗,我們對鎢鋼片進行選型,并選擇合適的焊接工藝參數,焊接流程如下:

      1、來料檢驗

      測量焊接頭的關鍵尺寸,以決定鎢鋼片的尺寸,鎢鋼片長寬高各預留0.5mm余量,用于后續加工,鎢鋼片的尺寸為16.5mm*13.5mm*5.5mm。

      2、材料加工

      鎢鋼片加工到要求的尺寸,并且,表面粗糙度需達到Ra1.6以上,焊接面平行度需達到0.05mm;磨掉焊接頭前端工作面原有的齒形,保證兩側磨削面相互平行。

      圖3 鎢鋼片實物圖

      圖4  加工后的焊接頭

      圖5 焊接頭與鎢鋼片組合

      3、焊接

      將鎢鋼片置于焊接頭磨削面,并采用大為工業特有的原子擴散焊工藝,將鎢鋼片牢固地焊接在焊接頭上。大為工業特有的原子擴散焊技術,相比于普通的擴散焊,有著以下優點:

      (1)焊接效率高:焊接時間約30秒,生產效率極高;

      (2)焊接強度高:焊接強度最高可以達到母材強度的80%;

      (3)環保:整個焊接過程零排放,對環境無污染;

      (4)對母體性能影響?。赫麄€焊接過程僅對局部加熱,對母體性能及組織結構影響小。

      圖6  焊接后效果圖

      4、滿焊率測試

      通過顯微鏡及超聲波探傷儀,對焊接處進行檢測,主要檢驗焊接處是否有裂縫、滿焊率是否達到要求,從而初步判斷焊接頭的焊接強度,測試結果如下:

      圖7  測試結果

      從上圖可以看出,焊接面結合良好,未出現裂縫,滿焊率滿足要求(缺陷波幅均小于10%),初步判斷,焊接強度滿足要求(由于客戶的要求,該產品無法進行破壞性測試)。


      5、高低溫沖擊測試

      將焊接好的超聲波焊接頭置于高低溫沖擊箱中,進行高低溫沖擊試驗,主要是驗證產品在高低溫沖擊后,是否脫落、是否產生裂紋、是否影響內應力及是否影響產品強度等,可判斷產品的品質。

      圖8  高低溫試驗箱

      試驗程序如下圖所示:

      圖9  高低溫沖擊試驗程序

      其中,(1高溫TA+80;(2)低溫TB:-40;(3)轉換時間t2:≤3min;(4)暴露持續時間t1:30min;(5)循環次數:5次。

      高低溫沖擊程序結束后,觀察焊接頭,發現焊接頭尺寸沒有發生變化,未出現裂縫、脫落等不良現象,測試通過。

      6、驅動測試

      驅動測試,就是將焊接頭安裝在超聲波換能器上,使用超聲波驅動器進行驅動,測試其超聲特性以及振動情況。首先,使用阻抗分析儀測試超聲波換能器的頻率及阻抗,判斷其工作頻率是否要求、內部阻抗是否足夠小,然后,使用超聲波驅動器測試其空載功率以及振動情況,即測量超聲波換能器的損耗功率,觀察其振動情況、是否發熱異常。

      圖10  阻抗分析儀測試效果

      圖11  驅動測試現場


      測試數據如下:

      表1 換能器的性能參數

      編號

      空載功率/W

      阻抗/Ω

      頻率/kHz

      是否脫落

      1

      270

      34.56

      19.51

      不脫落

      2

      210

      57.79

      19.692

      不脫落

      3

      344

      44.1

      19.692

      不脫落

      從上表可以看出:

      (1)超聲波焊接頭的諧振頻率略低于20kHz,還需進一步修頻,使得超聲波焊接頭頻率接近20kHz;

      (2)超聲波焊接頭阻抗不大,一體式的焊接頭阻抗小于50Ω就屬于正常焊接后的超聲波焊接頭空載功率及阻抗會略高于一體式焊接頭,主要是由于焊接面的存在及鎢鋼片較高的高聲學阻抗,導致焊接后的超聲波焊接頭空載功率以及阻抗偏高);

      (3)長時間振動測試后,鎢鋼片均不脫落,強度合格。

      從以上的測試可以看出,大為工業焊接的超聲波焊接頭,強度高,強度達到客戶的要求,幫客戶解決了問題。





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