新能源汽車超聲波焊接設備選型要領

隨著超聲波金屬焊接技術在新能源汽車里的應用越來越廣泛，越來越多的超聲波公司想進入這個行業，但本身技術水平的不足及在賺快錢的思想指引下，越來越多的虛假信息充斥在互聯網上，造成用戶不明就里選擇了不合用的設備，不能保證產品質量，形成大量安全隱患。下面我們就來全面分析一下目前新能源汽車超聲波焊接設備選型要領：

在整個世界超聲波行業，目前能基本涵蓋新能源所有應用的企業并不多，真正有技術研發能力及豐富技術經驗積累的只有如下幾家公司：①瑞士telsonic﹑②德國schunk(stapla)﹑③美國branson(emerson)﹑④美國sonobond﹑⑤中國 楚鑫機電（sonictech）。此結論的得出根據為：①產品系列化水平；②核心技術水平（主要是換能器技術及綜合技術）；③市場占有率；④針對新能源應用研發速度。像德國schunk在2020年推出了13KW換能器；楚鑫sonictech在2020年推出了12KW換能器，計劃2021年推出14KW換能器......


首先，我們按超聲波的應用技術及參數來做一下描述：

A.工作頻率：
①小功率高頻：歐洲按35KHz標準，美國和中國按40KHz，功率容量基本在1000W左右；
②20KHz標準工作頻率，功率容量涵蓋2000W-15000W；
③15KHz標準工作頻率，15KHz實際已經不能稱為超聲波了，由于噪音大，只是應用于某些特殊情況，比如焊厚的鋁片，實際應用中，能見到比如telsonic的15KHz﹑8000W機型。

B.工作振動模式：
①扭轉振動模式。目前這種模式為瑞士telsonic專有，用于環狀焊接是其特有優勢，telsonic也將扭轉模式應用于線+端子上了。扭轉振動模式的振動系統結構較復雜，故大多數情況下需多個換能器組合。


②彎曲振動模式。目前，美國sonobond﹑美國branson(emerson)﹑中國 楚鑫機電（sonictech）都有推出彎曲振動模式的焊機。美國sonobond是最早應用這種模式的，其還推出了雙系統焊機。美國branson(emerson)﹑中國 楚鑫機電（sonictech）均是近年推出，也都申請了專利保護。彎曲振動模式的獨特優點是：工件可操作范圍大（即異形的端子應用不易產生機械干涉）；加壓系統效率高，沒有焊頭翹曲現象。彎曲振動模式的焊機，功率可以涵蓋2000-15000W。


③縱向振動系統?？v向振動系統是目前最主流的超聲波金屬焊接系統，生產的廠家最多?？v向振動系統按焊頭的結構，分為半波焊頭系統和全波焊頭系統。半波系統，由于側向加壓力容易引致焊頭翹曲，故超過7000W功率輸出時就較難應用了；全波焊頭系統，是因為大功率化及雙節點加大壓力而形成的系統，但縱向全波系統容易引起機械干涉，應用方便度不理想，人手操作危險性大，像德國schunk推出的LS-9KW線+端子焊機，就采用了機械手送線。


下面，我們具體到應用產品來詳細說明：
目前，對于超聲波焊接的標準不算很完善，對于低壓線束，采用較多的是大眾標準VW60307-CN-2005；對于線+端子，采用的是SAE標準：SAE/USCAR38-1 ; 對于片材和極柱焊接，采用的是龍頭企業自己制定標準，比如CATL的企標。


這種軟連接片，采用20KHz ; 3000W左右的縱向振動半波點焊機即可。需要注意的是：這種產品對于變形量及超聲波振動的破壞作用（泛白的微裂紋）要求比較高，造成其撕拉力的評估標準比較特殊。


1.電壓檢測線，目前應用的有：0.22﹑0.35﹑0.5 mm2單線，以及 2X0.35 mm2雙線。   單線焊接，采用40KHz（或者歐洲35KHz） ; 1000W左右的縱向振動半波點焊機一次性焊接 ； 2X0.35 mm2雙線或者大于0.5 mm2單線，采用40KHz（或者歐洲35KHz） ; 1000W左右的縱向振動半波線束機先成型（焊成一個線結），再用20KHz ; 2-3000W左右的縱向振動半波點焊機點焊。

電池的正極材料為鋁，所以檢測線基本為銅線焊接到鋁片上，對于這樣的應用可以認為為鋁銅連接，拉力撕拉力應參照鋁線焊接，按USCAR38-1標準，0.22﹑0.35 mm2線的標準是缺失的。具體可以參照我司楚鑫sonictech的企業標準。


2.溫度檢測線，采用20KHz ; 2-3000W左右的縱向振動半波點焊機點焊。需注意的重點是：避免超聲波振動對傳感器的破壞。


1.環狀鋁片焊接


這種首選為：瑞士telsonic的扭轉焊機。

2.銅鋁巴焊接

銅鋁巴焊接，通常采用20KHz縱向振動半波點焊機點焊，也可采用20KHz的彎曲振動點焊機點焊?；具x型按焊點面積：小于100mm2焊點面積的，選擇5000W機器；大于100mm2焊點面積的，選擇7000W機器。

鋁材焊接里，超聲波存在一個難點：焊頭粘鋁。在像CATL制定更嚴格的撕裂殘留指標技術要求下，對于設備的穩定性要求就更高了。銅巴鍍鎳層的要求，使底砧耐磨損特性要求也相應提高。

在銅鋁巴的焊接經驗積累過程中，我們發現很多電池包設計人員在設計銅鋁巴時，考慮得最多的是功能結構設計，沒有考慮到采用超聲波焊接時，工件受到焊頭振動源驅動時的受迫振動狀態而引致的工件裂紋和焊接難度增加問題。另外，鋁件增厚，是超聲波行業需提升適應的另一個難點。

1.設備功率容量選型：
經驗公式是：線平方數x 100+2000=設備功率容量。例如：50mm2電線+端子，選擇7000W設備規格。需注意的是：端子會消耗功率，端子越厚和越大消耗的功率也就越大。
特別說明：sonobond的雙系統設備，不按此經驗公式，因為雙系統是上下都有超聲波焊頭驅動，振動傳遞厚度理論上加倍，故不適用此公式。

2.工作振動模式選型：
A.半波縱向振動系統，適合≦50mm2電線，最大應用至70mm2電線。由于加壓翹曲問題，故不能超過70mm2。
B.全波縱向振動系統，能涵蓋所有線范圍，但有操作不便問題。對于異形（焊頭需避空）端子，適應性不強。
C.扭轉振動系統，能涵蓋所有線范圍，操作不便問題優于全波縱向振動系統，空間避讓問題差于彎曲振動系統。
D.彎曲振動系統，能涵蓋所有線范圍，操作方便度﹑端子適應性（避空特性）最優。缺點是目前設備及配件價格較高。

3.技術指標：




在中國，很多造假的人都沒有很用心去造假，這從工商局通常查假從外包裝就可看出是明證。超聲波行業的人，為了吸引客戶，會在網站上放很多的設備照片和應用照片，但可惜的是：很多抄襲。試想一下，一個連設備照片和應用照片都要抄別人的企業，你會認為它會花心思把產品做好嗎？所以建議大家在買設備前看看這幾家正規做超聲波金屬焊接設備的企業網站，因為絕大部分的抄襲照片源自這幾家：
1.瑞士telsonic         http://www.telsonic.com 
2.德國 schunk         https://www.schunk-sonosystems.com 
3.美國 branson         https://www.emerson.com  
4.美國 sonobond       https://www.sonobondultrasonics.com
5.中國 楚鑫sonictech   http://www.sonictech.com.cn