作者：杜輝，艾默生必能信亞洲金屬焊應(yīng)用中心專家

眾所周知，電池充電時(shí)間長(zhǎng)是限制電動(dòng)汽車市場(chǎng)增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素之一。通常情況下，電動(dòng)汽車需要幾個(gè)小時(shí)的充電時(shí)間來獲得續(xù)航里程，而傳統(tǒng)燃油汽車或卡車可以在很短時(shí)間內(nèi)加滿汽油或柴油來保證續(xù)航里程。

為了縮短電動(dòng)汽車電池的充電時(shí)間，電動(dòng)汽車制造商需要提高充電系統(tǒng)中電路承載高壓大電流的能力，這就依賴于大載流能力的電纜來實(shí)現(xiàn)。因此大橫截面積的線束被廣泛應(yīng)用，用以流通更高的電流，同時(shí)還具有良好的散熱能力，是提高電動(dòng)汽車電池充電效率的有效方法。

未來電動(dòng)車用高壓線束載流能力將是現(xiàn)有普通電動(dòng)汽車電纜的四到五倍。以線束尺寸來說，如果選擇銅作為導(dǎo)體材料，所用線束的橫截面積就將從50mm2提高到200mm2，甚至更高。

然而如何可靠地連接這些更大截面積的電纜，是汽車制造商需要面對(duì)的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。同時(shí)電動(dòng)汽車的快速更新迭代，也帶來了汽車內(nèi)部如何布置、容納這些電纜、電纜長(zhǎng)度以及低內(nèi)阻的連接工藝等技術(shù)點(diǎn)的探索。理想情況下，電纜長(zhǎng)度越短越好，來獲得低內(nèi)阻低溫升的性能。但是實(shí)際電動(dòng)車內(nèi)部通常無法縮短電纜長(zhǎng)度，這樣電纜直徑也需要相應(yīng)增加以此保證低內(nèi)阻和良好散熱。

隨著越來越多的電池模組排列在車輛下方位置，更大截面積線束或?qū)w需要安裝和排布在乘客艙周圍和下方。因此，車身結(jié)構(gòu)不僅必須與電纜和導(dǎo)體絕緣，還要安全地散去快速充電時(shí)線束產(chǎn)生的溫升。

回到連接工藝的技術(shù)挑戰(zhàn)上，超聲波金屬焊接工藝作為一種高效的固相連接工藝，具備焊接時(shí)間短，接頭內(nèi)阻低，機(jī)械強(qiáng)度高等多方面的優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于高壓連接器系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵線束與線束或者線束與端子的焊接。然而使用超聲波焊接大橫截面積（≥50mm2）的高壓線束，需要使用到非常高功率的設(shè)備，同時(shí)要保證焊后線束與連接件在使用過程中的機(jī)械強(qiáng)度。對(duì)于橫截面積超過50mm2的線束，常規(guī)的超聲波金屬焊接設(shè)備較難達(dá)到理想的焊接效果。當(dāng)焊接高壓線束時(shí)，需要施加很大的焊接壓力，由于常規(guī)焊接設(shè)備多為懸臂式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的彎曲現(xiàn)象，進(jìn)而造成焊接能量轉(zhuǎn)化效率低。為了補(bǔ)償能量的損失，通常會(huì)增加焊接振幅，然而這不僅無法改善此問題，反而造成更加嚴(yán)重的問題點(diǎn)，如大振幅會(huì)帶來內(nèi)部線芯應(yīng)力的提高，并可能會(huì)損傷線束，從而無法達(dá)到汽車廠家所需的焊接質(zhì)量要求。

這里重點(diǎn)闡述下面對(duì)此應(yīng)用時(shí)，單純提高焊接振幅和設(shè)備功率，帶來的以下幾個(gè)問題：

1）線束內(nèi)部線芯所產(chǎn)生的變形和應(yīng)力隨之升高，這會(huì)帶來線束的疲勞壽命下降以及潛在的機(jī)械失效。

2）焊頭與線束之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)距離提高，帶來的摩擦熱能將超過焊接線束所需的合理能量范圍，進(jìn)而造成過量的熱量無法及時(shí)擴(kuò)散到其他區(qū)域，從而造成超聲焊接能量的利用率低，焊接效率下降。

3）焊頭的可靠性及效率降低，過量的振幅和功率會(huì)造成線束的軟化，而焊接過程中的軟化容易引起焊頭在線束上異常打滑，加劇焊頭磨損，增加了焊頭的壽命成本。

對(duì)于上述單純提高焊接振幅以及設(shè)備功率的所帶來的問題，還可以通過提高焊接壓力的方式來改善焊接穩(wěn)定性及能量轉(zhuǎn)換效率。然而，測(cè)試結(jié)果表明，焊接超過50mm2的線束時(shí)，傳統(tǒng)懸臂式超聲波金屬焊接機(jī)的壓力超出了其機(jī)械設(shè)計(jì)極限。

為了應(yīng)對(duì)高壓線束焊接的技術(shù)挑戰(zhàn)，需要一種全新的焊接結(jié)構(gòu)，以此達(dá)到更高的能量轉(zhuǎn)換效率。這里給大家重點(diǎn)介紹必能信直壓式超聲波焊接技術(shù)及設(shè)備。

為了解決懸臂式焊接機(jī)架的缺點(diǎn)，艾默生必能信開發(fā)了新一代“直壓式”超聲波焊接設(shè)備，代表產(chǎn)品是必能信GMX-20DP。通過焊點(diǎn)位置直接加壓的方式，有利于將焊接壓力全部作用于焊頭與工件之間，提高了超聲波振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為作用于工件上摩擦熱能的效率，有利于發(fā)揮大功率設(shè)備應(yīng)用于高壓線焊接時(shí)的能力。該設(shè)備具有兩大特點(diǎn)：其一更高的焊接壓力，可達(dá)到6100N，垂直作用于待焊線束上；其二更低的焊接振幅，可以高能量改善焊接的打滑現(xiàn)象，以及大振幅對(duì)線束表面的損傷。相比于常規(guī)懸臂式焊接設(shè)備，必能信GMX-20DP可輕松應(yīng)對(duì)高壓線束連接器的焊接應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的焊接質(zhì)量。

與此同時(shí)，GMX-20DP配備了更高精度的壓力傳感器和位移傳感器，可以更精確的檢測(cè)以及控制焊接過程。對(duì)于焊接質(zhì)量的監(jiān)控，設(shè)備可與客戶MES系統(tǒng)連通，做到全過程參數(shù)可記錄和追溯。高壓線束端子焊接工作站，配備特殊設(shè)計(jì)焊接的端子夾持工裝，可以待焊工件牢牢固定住，保證焊接過程對(duì)穩(wěn)定性，最終給客戶提供高效、質(zhì)量可靠的高壓線束焊接方案。

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杜輝

艾默生必能信亞洲金屬焊應(yīng)用中心專家

天津大學(xué)材料加工專業(yè)碩士研究生，9年前沿焊接應(yīng)用領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn)，目前主要負(fù)責(zé)超聲波線束焊接行業(yè)。專注于超聲波焊接工藝在新行業(yè)的應(yīng)用開發(fā)，新型超聲波金屬焊接設(shè)備及應(yīng)用技術(shù)推廣，開發(fā)定制化金屬焊接解決方案。主要行業(yè)方向?yàn)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/293/" target="_blank">新能源領(lǐng)域（動(dòng)力電池、汽車線束、汽車電子、儲(chǔ)能設(shè)備），數(shù)據(jù)中心等。與各行業(yè)頭部企業(yè)，科研院校合作，進(jìn)行新應(yīng)用以及新工藝的開發(fā)拓展。
編輯：黃飛