WO2017105276A1 - Способ ультразвуковой сварки одножильных и многожильных проводов из цветных металлов - Google Patents

Способ ультразвуковой сварки одножильных и многожильных проводов из цветных металлов Download PDF

Info

Publication number
WO2017105276A1
WO2017105276A1 PCT/RU2016/000145 RU2016000145W WO2017105276A1 WO 2017105276 A1 WO2017105276 A1 WO 2017105276A1 RU 2016000145 W RU2016000145 W RU 2016000145W WO 2017105276 A1 WO2017105276 A1 WO 2017105276A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
welding
wires
ultrasonic welding
strand
ferrous metals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2016/000145
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Евгений Гермесович ЗАЙЦЕВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2017105276A1 publication Critical patent/WO2017105276A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/02—Soldered or welded connections

Definitions

  • the invention relates to ultrasonic welding of single-core and multi-core wires, mainly automobile and aviation, both coated and not coated with insulation, between themselves and with other details.
  • the invention is intended for welding wires between each other and with other elements, including in the manufacture of aircraft, automobile and other wire harnesses.
  • a device for ultrasonic welding which contains a receiving gap for placing in it the joined film layers between the working plane of the emitter and the working plane of the stop of the ultrasonic device.
  • the emitter or emphasis is placed with the possibility of applying a welding force having a component that is directed against gravity during welding, which prevents the welding line from shifting and improves the quality of welds (RF patent N ° 2447977, 08.08.2007, publ. 20.04. 2012).
  • the known invention is not intended for welding single-core and multicore wires of non-ferrous metal.
  • thermocompression welding mainly of a metal conductor with silicon, in which an initial pressure is applied to the parts, is heated with a V-shaped electrode, and then additional pressure is applied during the maximum plastic flow rate of the metal conductor (USSR AS N ° 719830).
  • the known invention is not intended for welding single-core and multicore wires of non-ferrous metal.
  • the disadvantage of this method is its complexity, since it is necessary to first lay the insulated conductor in a polyamide thermoplastic film, then cut off the conductor with a special knife device at a given angle, in addition, it is necessary to clean the conductor from insulation.
  • the known method is also not applicable for welding wire harnesses of non-ferrous metals.
  • Closer to the claimed invention is a method of pressure welding of metal leads, in which an initial pressure is applied to the parts and ultrasonic vibrations are additionally applied to the V-shaped electrode during the initial pressure. Heat them with a V-shaped electrode. Then apply additional pressure and the amplitude of the oscillations is reduced to zero.
  • the disadvantage of this method is the possibility of adhesion of the welded joint to the welding tool, increased thermal deformation of the cores of wires in contact with the welding tool, trimming of individual cores of multicore wires, low repeatability of the process.
  • materials consists of a high-frequency generator, a control unit, a mechanical oscillatory system and a pressure actuator.
  • An ultrasonic generator converts the current of the electric network into a high-frequency current, which, when a signal is received from the control unit, is supplied to the piezoelectric elements of the oscillatory system. Vibration conversion
  • a mechanical oscillatory system which consists of a converter (converter), a booster (amplifier) and a waveguide (sonotrode) and is the most important unit of ultrasonic welding technology.
  • a converter converter
  • amplifier amplifier
  • waveguide waveguide
  • the waveguide together with the pressing force are transmitted to the upper welded parts, which are movable relative to the lower part fixed on the anvil and to each other, as a result of which friction occurs between the welded parts with a certain frequency and amplitude, therefore
  • ultrasonic welding can be classified as high-frequency mechanical friction welding without introducing welding current into the welding zone.
  • the strength of welded joints with existing technologies does not exceed 70% of the strength of the base material.
  • a disadvantage of the known methods of ultrasonic welding is the possibility of adhesion of the welded joint to the welding tool, increased thermal deformation of the conductors of the wires and their tightening in the gaps between the tools, trimming of individual conductors of stranded wires, a high dependence of the strength of the welded joint on the degree of contamination and oxidation of the surface of the conductors of wires, oxygen content in the composition of the metal, a large dependence of the repeatability of the process on instability properties of wires along their length, increased wear of expensive welding tools
  • the objective of the invention is to remedy these disadvantages, as well as increasing the stability of the ultrasonic welding process and guaranteed obtaining the strength of welded joints to a level exceeding the strength of the welded elements.
  • the problem is solved by the proposed method for ultrasonic welding of single and multicore wires of non-ferrous metals between each other and with other parts, in which the wires and parts are pre-wetted in the welded part with liquid evaporating fluxes, for example, based on an aqueous solution of ammonium nitrate, and ultrasonic welding of wet wires and details.
  • the proposed method of ultrasonic welding is as follows. Before welding wires and parts, they are pre-wetted in a liquid evaporating flux, which can be, for example, a 1% solution of ammonium nitrate. After that, wet wires and parts are placed in the welding zone of the ultrasonic machine and welding is carried out according to the standard method. Various saline solutions can be used as flux.
  • a liquid evaporating flux which can be, for example, a 1% solution of ammonium nitrate.
  • the essence of the invention lies in the fact that upon evaporation under the influence of a high temperature of liquid flux, diffusion is intensified on the surfaces to be welded due to the intensification of the grinding (cleaning and lapping) of the welded surfaces of the wire strands, cleaning (reduction of oxides on the surface of the wires) to pure copper, and the area increases spots of welding contact, eliminating possible intergranular corrosion.
  • the strength of the welded joint increases by breaking and tearing
  • the resistance of the welding tool increases by 60-80% due to additional heat removal during evaporation of the liquid component of the flux
  • adhesion of the welded joint to the welding tool is excluded
  • increased deformation of the wire conductors in the contact zone of the tool is excluded
  • trimming of individual conductors of stranded wires is excluded
  • the stability of the process of ultrasonic welding is increased significantly
  • the quality of the weld is increased
  • the value of electric resistance in a welded joint the resistance of the welded joint to vibration and aging is increased
  • the invention allows to significantly increase the stable quality of welded joints of single-core and multicore wires of non-ferrous metals.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к ультразвуковой сварке одножильных и многожильных проводов, преимущественно автомобильных и авиационных, как покрытых, так и не покрытых изоляцией, между собой и с другими деталями. Способ ультразвуковой сварки одножильных и многожильных проводов из цветных металлов между собой и с другими деталями заключается в том, что свариваемые провода и детали предварительно смачивают в свариваемой части жидкими испаряющимися флюсами, например, на основе водного раствора нитрата аммония, и затем проводят ультразвуковую сварку влажных проводов и деталей. Изобретение позволяет существенно повысить стабильное качество сварных соединений одножильных и многожильных проводов из цветных металлов.

Description

СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ ОДНОЖИЛЬНЫХ
И МНОГОЖИЛЬНЫХ ПРОВОДОВ ИЗ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ.
Изобретение относится к ультразвуковой сварке одножильных и многожильных проводов, преимущественно автомобильных и авиационных, как покрытых, так и не покрытых изоляцией, между собой и с другими деталями. Изобретение предназначено для сварки проводов между собой и с другими элементами, в том числе при изготовлении авиационных, автомобильных и других жгутов проводов.
Известно устройство для ультразвуковой сварки, которое содержит приёмный зазор для размещения в нём соединяемых плёночных слоев между рабочей плоскостью излучателя и рабочей плоскостью упора ультразвукового устройства. Излучатель или упор размещён с возможностью приложения сварочного усилия, имеющего составляющую, которая во время сварки направлена против силы тяжести, что предотвращает смещение сварочной линии и обеспечивает улучшение качества сварных швов (патент РФ N° 2447977, от 08.08.2007г., опубл. 20.04.2012г.).
Однако известное изобретение не предназначено для сварки одножильных и многожильных проводов из цветного металла.
Известен способ термокомпрессионной сварки, преимущественно металлического проводника с кремнием, при котором к деталям прикладывают начальное давление, нагревают их V-образным электродом, а затем прикладывают добавочное давление в период максимальной скорости пластического течения металлического проводника (АС СССР N° 719830).
Однако известное изобретение не предназначено для сварки одножильных и многожильных проводов из цветного металла. Недостатком известного способа является его сложность, так как требуется предварительно уложить изолированный проводник в полиамидную термопластичную плёнку, затем отрезать проводник специальным ножевым устройством под заданным углом, кроме того, требуется очистить проводник от изоляции.
Известен также способ ультразвуковой сварки и устройство для склеивания фольги (патент США J Ts 3455015), состоящей из пластичного металла с тонким слоем из твёрдого хрупкого материала, такого как стекло.
Однако данный способ неприменим для сварки жгутов проводов из цветных металлов.
Известен также способ ультразвуковой сварки (патент США JV° 3488240), предназначенный для сварки листов из пластика, содержащий средства для охлаждения заготовки из полиэфирных листов.
Известный способ также неприменим для сварки жгутов проводов из цветных металлов.
Более близким к заявляемому изобретению является способ сварки давлением металлических выводов, при котором к деталям прикладывают начальное давление и в процессе начального давления на V-образный электрод дополнительно подают ультразвуковые колебания. Нагревают их V-образным электродом. Затем прикладывают добавочное давление и при этом амплитуду колебаний уменьшают до нуля. За счёт снижения давления при сварке выводов на кристалле и увеличения площади физического контакта соединяемых поверхностей повышается надёжность силовых полупроводниковых приборов (патент РФ ЛЬ 2271909, от 08.01.2004г., опубл. 20.03.2006г.).
Недостатком известного способа является высокая зависимость прочности сварного соединения от степени окисления поверхности жил проводов и низкая повторяемость процесса Известен также способ ультразвуковой сварки проводов, покрытых изоляцией, между собой и с другими деталями, в котором провода предварительно отгибают на угол не менее 45 градусов к направлению распространения ультразвуковых колебаний (АС СССР JYs 302925, опубл.
Недостатком известного способа является возможность прилипания сварного соединения к сварочному инструменту, повышенная термическая деформация жил проводов, находящихся в контакте со сварочным инструментом, подрезка отдельных жил многожильных проводов, низкая повторяемость процесса.
Ультразвуковая сварка металлов благодаря новым достижениям в
разработке сварочных систем приобретает с каждым годом все более широкое применение и позволяет решить уникальные задачи в электронной,
электротехнической, автомобильной промышленности, а также при
производстве аккумуляторов, конденсаторов, солнечных батарей и систем нагрева воды.
Оборудование для ультразвуковой сварки независимо от свариваемых
материалов состоит из высокочастотного генератора, блока управления, механической колебательной системы и привода давления.
Ультразвуковой генератор преобразует ток электрической сети в ток высокой частоты, который, при получении сигнала с блока управления, поступает на пьезоэлементы колебательной системы. Преобразование колебаний
электрического тока высокой частоты в механические и введение их в зону сварки обеспечивается механической колебательной системой, которая состоит из конвертера (преобразователь), бустера (усилитель) и волновода (сонотрод) и является важнейшим узлом технологии ультразвуковой сварки. В процессе ультразвуковой сварки металлов колебательные движения
волновода совместно с усилием прижатия передаются на верхние свариваемые детали, которая подвижны относительно нижней детали закрепленной на наковальне и друг друга, в результате чего между свариваемыми деталями возникает трение с определенной частотой и амплитудой, поэтому
ультразвуковую сварку можно классифицировать, как механическую сварку трением с высокой частотой без ввода сварочного тока в зону сварки.
В поцессе сварки микросмещения деталей относительно друг друга вызывают стирание шероховатостей частичное разрушение оксидных пленок и
возникновение узлов схватывания. При повышении температуры в зоне сварки, за счет трения и дальнейшей деформации свариваемых деталей, наблюдается повышение пластичности поверхностных слоев металла.. Все это приводит к разрастанию зон схватывания, диффузии одного материала в другой,
локальному плавлению верхних атомарных слоев и появлению межатомных связей. Прочность сварных соединений при существующих технологиях не превышает 70% от прочности основного материала.
В автомобилестроении ультразвуковая сварка используется при соединении медных, алюминиевых многожильных проводов жгутов электропроводки..
Фирмы производители оборудования: Telsonic AG, Schunk Sonosistems
Gmbh и т.д. (см., например, сайт www.mashport.ru ).
Недостатком известных способов ультразвуковой сварки является возможность прилипания сварного соединения к сварочному инструменту, повышенная термическая деформация жил проводов и затягивание их в зазоры между инструментами, подрезка отдельных жил многожильных проводов, высокая зависимость прочности сварного соединения от степени загрязнения и окисления поверхности жил проводов, содержания кислорода в составе металла, большая зависимость повторяемости процесса от нестабильности свойств проводов по их длине, повышенный износ дорогостоящих сварочных инструментов
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение стабильности процесса ультразвуковой сварки и гарантированное получение прочности сварных соединений до уровня, превышающего прочность свариваемых элементов.
Поставленная задача решается предлагаемым способом ультразвуковой сварки одножильных и многожильных проводов из цветных металлов между собой и с другими деталями, в котором провода и детали предварительно смачивают в свариваемой части жидкими испаряющимися флюсами, например, на основе водного раствора нитрата аммония, и проводят ультразвуковую сварку влажных проводов и деталей.
Предлагаемый способ ультразвуковой сварки осуществляется следующим образом. Прежде чем сваривать провода и детали, их предварительно смачивают в жидком испаряющемся флюсе, в качестве которого может служить, например, 1%-ый раствор нитрата аммония. После этого влажные провода и детали помещают в зону сварки ультразвуковой машины и производят сварку по стандартной методике. В качестве флюса могут использоваться различные солевые растворы. Сущность изобретения состоит в том, что при испарении под влиянием высокой температуры жидкого флюса, на свариваемых поверхностях усиливается диффузия за счёт интенсификации притирания (очистки и притирки) свариваемых поверхностей жил проводов, происходит очистка (восстановление окислов на поверхности проводов) до чистой меди, увеличивается площадь пятен сварочного контакта, исключающая возможную межкристаллическую коррозию. Интенсивное выделение тепла в процессе сварки испаряет жидкую основу флюса, за счёт чего значительно снижается температура поверхности инструмента в зоне контакта со свариваемыми элементами, выделяется в сухом виде, не вступившая в реакцию с окислами металла, часть растворённой во флюсе субстанции, которая переходит в мелкодисперсную фазу, осаждается на поверхностях сварочных инструментов и служит, за счёт образования микрослоя, дополнительной теплоизолирующей защитой - что является дополнительным фактором в повышении стабильности процесса и стойкости инструмента. При обслуживании инструмента этот микрослой легко удаляется влажной протиркой. В результате этого прочность сварного соединения увеличивается на разрыв и отрыв, стойкость сварочного инструмента возрастает на 60-80% за счёт дополнительного отвода тепла при испарении жидкой составляющей флюса, исключается прилипание сварного соединения к сварочному инструменту, исключается повышенная деформация жил проводов в зоне контакта с инструментом, исключается подрезка отдельных жил многожильных проводов, повышается в разы стабильность процесса ультразвуковой сварки, повышается качество сварного шва, снижается величина электрического сопротивления в сварном соединении, увеличивается устойчивость сварного соединения к вибрациям и старению
Изобретение позволяет существенно повысить стабильное качество сварных соединений одножильных и многожильных проводов из цветных металлов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ.
Способ ультразвуковой сварки одножильных и многожильных проводов из цветных металлов между собой и с другими деталями, отличающийся тем, что свариваемые провода и детали предварительно смачивают в свариваемой части жидкими испаряющимися флюсами, например, на основе водного раствора нитрата аммония, и затем проводят ультразвуковую сварку влажных проводов и деталей.
PCT/RU2016/000145 2015-12-14 2016-03-16 Способ ультразвуковой сварки одножильных и многожильных проводов из цветных металлов Ceased WO2017105276A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153613A RU2631438C2 (ru) 2015-12-14 2015-12-14 Способ ультразвуковой сварки одножильных и многожильных проводов из цветных металлов
RU2015153613 2015-12-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017105276A1 true WO2017105276A1 (ru) 2017-06-22

Family

ID=59057389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000145 Ceased WO2017105276A1 (ru) 2015-12-14 2016-03-16 Способ ультразвуковой сварки одножильных и многожильных проводов из цветных металлов

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2631438C2 (ru)
WO (1) WO2017105276A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117259950A (zh) * 2023-10-11 2023-12-22 上海轩邑新能源发展有限公司 超声波滚焊方法和超声波滚焊装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU302925A1 (ru) * 1968-10-31 1981-09-15 Neonet V P Способ ультразвуковой сварки проводов
WO1991009704A1 (en) * 1989-12-28 1991-07-11 Electric Power Research Institute Method for joining transformer coil conductors
US20100214754A1 (en) * 2003-05-02 2010-08-26 Orthodyne Electronics Corporation Ribbon bonding in an electronic package
WO2012060466A1 (en) * 2010-11-01 2012-05-10 Yazaki Corporation Electric wire holding structure and electric wire holding method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU941100A1 (ru) * 1980-06-12 1982-07-07 Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электросварочного оборудования Способ ультразвуковой сварки

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU302925A1 (ru) * 1968-10-31 1981-09-15 Neonet V P Способ ультразвуковой сварки проводов
WO1991009704A1 (en) * 1989-12-28 1991-07-11 Electric Power Research Institute Method for joining transformer coil conductors
US20100214754A1 (en) * 2003-05-02 2010-08-26 Orthodyne Electronics Corporation Ribbon bonding in an electronic package
WO2012060466A1 (en) * 2010-11-01 2012-05-10 Yazaki Corporation Electric wire holding structure and electric wire holding method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117259950A (zh) * 2023-10-11 2023-12-22 上海轩邑新能源发展有限公司 超声波滚焊方法和超声波滚焊装置

Also Published As

Publication number Publication date
RU2631438C2 (ru) 2017-09-22
RU2015153613A (ru) 2017-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110192308B (zh) 连接元件与绞合线导体的接合
JP6830274B2 (ja) バスバー製造方法
CN100409995C (zh) 一种胶焊连接方法
US8397976B2 (en) Method for cohesively bonding metal to a non-metallic substrate using capacitors
WO2013129281A1 (ja) 金属材料の接合方法
CN110216939A (zh) 一种铜铝复合基材及其压力扩散焊接加工方法和应用
US3943323A (en) Bonding apparatus
JP7132699B2 (ja) 電線接続構造体およびその製造方法
JPWO2018135499A1 (ja) セラミックス回路基板の製造方法
CN106575845A (zh) 电连接部件、电连接部件的制造方法及电连接部件的应用
JPWO2017043555A1 (ja) 超電導線材の接合方法
CN101111980A (zh) 电缆的连接方法
WO2017105276A1 (ru) Способ ультразвуковой сварки одножильных и многожильных проводов из цветных металлов
WO2015029347A1 (ja) 端子接続構造並びにその製造方法及び製造装置
CN112531360A (zh) 一种端子组件及其制备方法
JP6812215B2 (ja) 端子接続構造の製造方法及び製造装置
Acharya et al. Application of ultrasonic welding for dissimilar metals: a review
JP2004243402A (ja) 金属箔の接合方法および金属箔繋ぎ装置
JP2020175432A (ja) 超音波接合方法
US2984903A (en) Brazing alloy and ultrasonic process for using the same
Raj et al. Investigations on resistance behavior at the interface of ultrasonically welded dissimilar Al/Cu joints
Fujimori et al. Welding thin Pt wires with dissimilar diameters by Joule heating
Kodama Ultrasonic welding of non-ferrous metals
Ni et al. Weldability and mechanical properties of ultrasonic spot welded Cu/Cu joints
KR101264857B1 (ko) 알루미늄 전선

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16876119

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16876119

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1