汽车线束焊接设备工艺及产品市场解析

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来源：扬子晚报
　一、汽车线束焊接方式：压接和超声波焊接　　汽车线束焊接目前生产工艺主要有压接和超声波焊接两种：压接就是利用端子将多股电线压在一起形成接头;超声波焊是利用超声波振动所产生的物理效应将线头结合起来。超声波应用于汽车线束焊接生产，最早于欧美开始流行，主要得益于国外超声波金属焊接技术的发展。两种焊接技术比较：
　　(一)压接
　　优点：生产速度快;设备简单。
　　缺点：金属冲压存在反弹风险;恶劣工况下存在氧化和生锈风险，所有风险均可导致接触不良。
　　(二)超声波焊接
　　优点：超强的电连接特性(基本零电阻);对于恶劣工况下存在氧化和生锈风险不敏感。
　　缺点：设备昂贵;消耗件也较贵。

                               
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二、目前国内市场超声波线束焊接厂家及产品分析

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(一)进口产品　　由于国外较为先进的超声波线束焊接技术，目前国内市场上有几家国外知名品牌和代理厂家，例如：
　　1、TELSONIC(瑞士)：其产品在国内并不多见。
　　据称其产品最大焊接横截面积：160mm?。
　　2、SCHUNK(德国)：该公司产品由库迈思精密机械(上海)有限公司代理。
　　主要型号：Minic-II标称：0.5-30mm?;Global-Splicer-40最大标称：40mm?。
　　3、AMTECH(美国)：该公司被BRANSON收购;SONICS(美国)：经销商是上海幸义。
　　主要型号：Ultrasplice?XL0.7-2 标称：0.7-28mm?;Ultrasplice?MOD-10最大标称：35mm?。
　　4、TECHSONIC(韩国)：由北京特声公司销售。
　　主要型号：US-3020WS 标称：0.5-32mm?。
　　(二)国内合格产品
　　近几年，国内超声波金属焊接技术取得了重大进展，其中代表厂家佛山市顺德区楚鑫机电有限公司作为国内唯一超声波金属焊接设备专业制造商，也推出了三种汽车线束焊接机产品。
　　1、CX-40XA超声波线束焊机
　　基本参数：焊接线横截面积为:0.3-10mm?;工作频率40 KHz;标称功率容量: 1000W。

                               
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2、CX-20XA超声波线束焊机

　　基本参数：焊接线横截面积为:0.5-25mm?;工作频率：20 KHz;标称功率容量: 3600W。

                               
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3、CX-20XB超声波线束焊机：

　　基本参数：最大焊接线横截面积为:40mm?;工作频率：20 KHz;标称功率容量: 5000W。

                               
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　　以上所列为满足汽车线束生产技术要求的产品，其具有明显的技术特征：超声波发生器均是频率自动跟踪(没有调频率的旋钮);线宽调整都是数字化设置;多种参数数字化设置、存储及调用功能(一般都超过几十个);有焊接品质控制软件

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(三)国内不合格产品　　目前国内超声波线束焊接市场存在着不少以假乱真、以次充好的产品。一些厂家利用现有的超声波塑料焊接技术的电路及换能器等来做超声波金属焊接设备，所做设备满足不了汽车线束批量生产的技术要求。
　　以某厂家产品为例分析：超声波发生器，显而易见用的超声波塑料焊B类半桥功放，不具备频率自动跟踪功能;线宽手动调整，焊高手动调整限位;焊接气压手动调整; 没有品控软件。

                               
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　　问题：焊头发热及带不同负载时所产生的频率漂移，怎么办?由此引致的焊头振幅下降，怎么办?不同方数的电线焊接参数每种都要手工调节?如何判断每次焊接的产品是否合格?要知道，汽车线束生产可是大批量的。对于这种产品，好比载重货车上装配的是一台手扶拖拉机的发动机，如何让它能够稳定载货?
　　三、线束焊接市场分析
　　(一)线束焊接机品牌分析
　　纵观国内外，目前线束焊机的第一品牌应是：SCHUNK;排名第二的应是：AMTECH(BRANSON);2008年后，韩国TECHSONIC也进入中国;美国SONICS在2011年通过上海幸义进入中国。
　　随着2008年楚鑫机电成功研制出国内第一代超声波线束焊接机，欧美品牌对超声波金属焊接技术的垄断局面被打破，国内超声波金属焊接品牌和欧美知名品牌开始同台竞技。楚鑫机电从一开始就确立了成为中国超声波线束焊接市场第一品牌的发展战略目标，这一目标的制定源自楚鑫机电的三大独特优势：拥有和SCHUNK等进口产品品质竞争的核心技术;基于进口产品价格一半的定价;本土服务的快捷、周到。

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　(二)线束焊接技术细节分析　　作为超声波线束焊机而言，虽然生产的厂家不多，但都有一些技术细节的区分，下面就针对其中的一些技术细节做一分析：
　　1、焊头区别：焊头结构有两种，一种是整体焊头;一种是分体焊头。整体焊头被如下公司采用：TELSONIC、SCHUNK、TECHSONIC、楚鑫机电。分体焊头被如下公司采用：AMTECH(BRANSON)、SONICS。分体焊头其唯一优点是更换成本低，其他全是技术上的缺点了，如：两种材质声速的不同造成的发热;安装扭力及端面接触不好引致的发热等。从技术角度出发，整体焊头有不可比拟的优势。整体焊头的缺点就是更换成本高些，但美国销售的分体焊头的配件价格还是比楚鑫机电的整体焊头价格高。
　　2、纹路区别：纹路有两种，一种是直条纹;一种是网纹。直条纹对于超声波所引入的加速度能量是有更多的好处的。对于线束这种松散的结构，直纹和网纹对于焊接品质均能保证。但是，在线束焊接中，所有夹具和焊头形成的是一个方框，而且彼此之间需要相对滑动，当纹路磨损产生时，网纹就体现出一些缺点了：容易夹线。直纹的设计是齿对齿的，磨损对于底部的缝隙影响小。网纹一般被AMTECH(BRANSON)、SONICS所采用。
　　3、声能元件及结构区别：AMTECH采用换能器+钛焊头+焊嘴结构，不带变幅杆，固定方式采用端面+节点辅助固定。其优点是体积小，缺点是钛焊头形状奇异，当焊头损坏后，装拆是个麻烦事。
　　对于这些技术细节，楚鑫机电经过评估，采用的是整体焊头及直条纹设计。楚鑫机电和SCHUNK一样，采用换能器+变幅杆+焊头结构，固定方式和AMTECH差不多。
　　对于线束机的使用，楚鑫机电咨询过很多用户，看他们对于这些细节如何评判，结果是不确定的，估计是使用习惯的问题吧。
　　(三)线束焊接产品品质分析
　　对于线束焊接产品品质的分析，主要体现在两方面：检验标准和焊接设备上如何分析。
　　首先，我们来看看什么样的焊接效果才是理想效果(见下图)。实际上，很多客户有误区：认为超声波焊接是将所有电线压成一个实体。这在技术上是能实现的，但有两个副作用：压缩量比较大，减低拉力强度;会需要较多的能量，会造成工件过热，表象是发黑。
　　所以，焊接线与线之间的理想状态是留有空余量的六角状结构，下面就详细分析一下具体的数值：

                               
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　　松散的线所表现出来的横截面积是真实横截面积的1.11-1.28倍(见左图排列);通常超声波焊接对产品的压缩量一般为：0.8-0.9范围;所以焊接出来成品的横截面积基本为真实横截面积的1.0-1.1倍范围(测量时需考虑纹路深度的影响)。

                               
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1、检验标准

　　国家目前还没有出台针对于超声波汽车线束焊接的相关标准;IPC/WHMA-A-620A(线缆及线束组件的要求及验收)，是我们能找到的关于超声波焊接线束的标准资料，但该标准也只是作了外观等非具体量化的标准约束。IPC标准主要内容：要求超声波焊接的线束，宽厚比介于1:1和2:1之间;线材不得出现任何变色;在加压面可辨识股线的轮廓，但是没有松散的股线。
　　现在国内企业都是自己制定企业的标准来检验产品，主要有两个评判参数：拉力参数;接触电阻。

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　2、焊接设备上如何分析　　超声波线束焊机里有哪些参数调整、检测及如何分析呢?可调整、检测参数：振幅、压力、焊接时间、焊接能量、焊接高度、焊接宽度。
　　振幅：振幅的确定首先根据所焊材料机械特性，材质越软，需要的振幅越低;其次根据所焊线的横截面积，横截面积越大，代表焊接厚度越厚，考虑超声波在焊接方向上的衰减，所以横截面积越大，振幅越高。同一台机器，在焊接3mm?和焊接25mm?线束时，振幅参数基本要相差30%左右(所以超声波设备如果不具备振幅连续可调的功能，如何能适应线束焊接?)。
　　压力：横截面积越大，焊接压力越高。好的设备都是通过电气比例阀数字控制。
　　焊接宽度：根据IPC标准，线结宽厚比介于1:1和2:1之间。横截面积越大，线结宽厚越接近2:1。所以当我们拿到一个线束产品时，首先根据这个规则确定焊接宽度;再根据宽度确定大致的焊接高度。优质焊机都是通过步进电机或伺服电机来调整焊接宽度。
　　焊接时间、焊接能量需根据所焊线横截面积来试焊确定。
　　高度参数是重要的分析参数：当我们确定好焊接宽度后，根据前面的分析，高度值就可计算出来，分焊前与焊后高度，作为没有焊之前是否缺线和是否焊接好的评判标准。质量分析，主要就指高度判断;当然，焊接能耗和时间可以作为另外的约束参数，看是否超过范围。一般做法：设定一个高度值(可计算和实际试焊决定)，然后设定偏差值，当高度偏差超过范围时，即可判定为不合格，焊前与焊后均是这样