基于超聲波壓接技術(shù)在汽車線束生產(chǎn)工藝中的研究

曹志良

摘 要：汽車線束是汽車電氣系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，其設(shè)計制造工藝的優(yōu)劣直接影響到整個汽車電器系統(tǒng)的正常工作。電子和信息技術(shù)的發(fā)展，對汽車線束設(shè)計制造工藝提出了越來越苛刻的要求，尤其是對汽車線束傳輸信號的質(zhì)量。因而，僅僅通過在汽車線束生產(chǎn)中采用諸如屏蔽線、雙絞線、鍍金端子等遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了這些要求。事實(shí)上，超聲波壓接工藝也是提高汽車線束傳輸信號和輸送電流質(zhì)量的一大措施。

關(guān)鍵詞：超聲波 壓接 汽車線束 生產(chǎn)工藝

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（c）-0054-02

汽車線束是汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，汽車正常工作的神經(jīng)元。沒有線束也就不存在汽車電路。傳統(tǒng)的汽車線束是指由銅材沖制而成的接觸件端子（連接器）與電線電纜壓接后，外面再塑壓絕緣體或外加金屬殼體等，以線束捆扎形成連接電路的組件。

隨著汽車電子產(chǎn)品和各種通訊設(shè)備進(jìn)入汽車，對汽車線束傳輸?shù)碾娦盘柕囊笠踩找婵量獭閼?yīng)對這些高精度電壓和信號傳輸?shù)囊?，傳統(tǒng)的線束制造工藝上采用了一些特殊材料，比如雙絞線、屏蔽線、鍍金端子等。然而，在多數(shù)的電子控制設(shè)備和一些特殊信號上仍然顯得無濟(jì)于事，例如CAN控制器信號傳輸線路、安全氣囊信號傳輸線路以及一些音頻信號傳輸線路。現(xiàn)有的端子導(dǎo)線對壓接工藝盡管采用了以上特殊材料，但在上述信號傳輸線路中，信號偶爾還是出現(xiàn)失真或較大衰減。

1 端子壓接工藝的研究

采用傳統(tǒng)壓接工藝壓接的汽車線纜，經(jīng)解剖放大發(fā)現(xiàn)在銅絲與銅絲之間、銅絲與端子壁之間形成空洞[1]。傳統(tǒng)汽車線束生產(chǎn)工藝采用銅材沖制而成的接觸件端子（連接器）與導(dǎo)線壓接，僅對電線銅絲進(jìn)行簡單擠壓，使銅絲產(chǎn)生物理變形，這樣就有可能出現(xiàn)銅絲變形不足，在端子與導(dǎo)線進(jìn)行壓接后，必然形成上述空洞，這些空洞的存在，是不可避免的。而這些空洞的存在，必然導(dǎo)致壓接部位電阻系數(shù)增加，導(dǎo)電性下降，從而影響電流和信號的傳輸質(zhì)量，進(jìn)而影響其他電器及電子設(shè)備的正常工作。同時，線束制作過程中因壓接引起的質(zhì)量缺陷[2]，必將導(dǎo)致使用耐久性降低，并且易發(fā)熱產(chǎn)生高溫，形成線束燒損質(zhì)量隱患點(diǎn)。

2 超聲波壓接和端子壓接工藝對比分析

超聲波壓接是通過電晶體功能設(shè)備將工頻50/60 Hz的電頻轉(zhuǎn)變成20 kHz或40 kHz的高頻電能，供應(yīng)給轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動能，調(diào)壓裝置將高頻機(jī)械能傳至超聲波焊接機(jī)的焊頭。振動通過焊頭傳遞到需要焊接的兩個金屬表面，兩個金屬表面相互摩擦形成熱能使金屬熔化，在短暫的壓力下可以使熔化物在粘合面固化時產(chǎn)生強(qiáng)分子鍵，最終形成金屬分子層之間的熔合，整個周期通常是不到一秒種便完成，但是其焊接強(qiáng)度卻接近于一塊連著的材料。而傳統(tǒng)的端子壓接是通過金屬端子的U型部位對電線銅絲進(jìn)行簡單物理擠壓，利用相鄰銅絲之間的表面摩擦力來保證電線與端子之間的連接。

事實(shí)上，無論是經(jīng)超聲波壓接的導(dǎo)線還是端子和導(dǎo)線，在壓接處呈矩形狀，無松散的芯線和斷頭或裂開的芯線；而且，導(dǎo)線沒有彎曲，而是在自熔合處呈直線引出。超聲波焊接是通過相鄰金屬表面熔化，形成金屬分子層之間的熔合，相當(dāng)于將相鄰金屬熔為一個整體，相比端子壓接后相鄰銅絲仍為獨(dú)立金屬個體而言，焊接部位的密實(shí)度更好，不會出現(xiàn)空洞。導(dǎo)電性好，電阻系數(shù)極低或近乎于零，有效提高了使用耐久性，不易發(fā)熱，無質(zhì)量隱患。如圖1所示，為超聲波壓接截面[1]。

3 超聲波壓接和端子壓接的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

在進(jìn)行壓接處外觀對比和截面分析基礎(chǔ)上，筆者對兩種壓接工藝的導(dǎo)線進(jìn)行了拉脫力和導(dǎo)電性能測試。測試分別選取了0.75mm2、4.0 mm2、16.0 mm2導(dǎo)線進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《QC/T29106-2004汽車用低壓電線束技術(shù)條件》的要求進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見表1[2]和表2[2]。

從表1可以看出，超聲波壓接和端子壓接在拉脫力性能上，均可以滿足使用要求，但由于壓接工藝本身差異，端子壓接截面往往出現(xiàn)空洞，芯線外漏、絕緣層破損等質(zhì)量缺陷。

從表2可以看出，超聲波壓接比端子壓接的電壓降在同樣條件下要低得多，因而對導(dǎo)電性能和信號傳輸性能比端子壓接要優(yōu)越得多。至少可以有以下3個方面的優(yōu)點(diǎn)。

第一，解決端子壓接形成的空洞，提高導(dǎo)電性能和整個電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性能[3]。

第二，減低因接觸電阻引起的熱量堆積[4]，防止了線束局部溫度升高和線束燒毀的質(zhì)量隱患。

第三，防止了線束中導(dǎo)線受外界水分、灰塵、油氣等不良因素影響而造成銅絲銹蝕、氧化，從而引起導(dǎo)電性能下降和信號傳輸失真。

基于上述研究，筆者認(rèn)為對信號要求很高或電流較大的線路，在其端子與導(dǎo)線、導(dǎo)線與導(dǎo)線間的壓接，采用超聲波壓接，對提高信號傳輸質(zhì)量或電流輸送能力是非常有效的，而且也可以提高汽車電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 重慶長華汽車線束有限公司.超聲波壓接與端子壓接對比分析報告[R].2010.

[2] QC/T29106-2004汽車用低壓電線束技術(shù)條件[Z].2004.

[3] 秦明華.汽車電器與電子技術(shù)[J].北京理工大學(xué)出版社，2001.

[4] 德國BOSGH公司.譯.汽車電氣與電子[M].魏春源，等，譯.北京理工大學(xué)出版社，2004.