CN105555461B - 用于通过焊接相同宽度的两个焊点加工节点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在超声波焊接装置的可调整高度和宽度的压缩室里面通过焊接不同材料的包括至少一单根导线的第一多股线与包括至少一单根导线的第二多股线（148）加工节点的方法，压缩室的宽度通过至少一侧面滑块（134）调整并且压缩室的高度通过超声波焊接装置的超声探头（116）与对应电极之间的距离变化调整，其中至少一第一多股线以比至少一第二多股线（148）更高的单位能量、更高的压力或者更大的超声波振荡振幅焊接。为了实现可重复的焊接结果，尤其可重复地加工节点（146）的几何形状和抗拉强度和壳强度而建议，将至少一第一多股线衬入到压缩室里面，然后焊接其单根导线成部分节点（146），其中所述压缩室这样调整到宽度B上，使部分节点（146）完全遮盖被超声探头（116）或者这个超声探头段限制的压缩室底部，接着打开压缩室，将至少一第二多股线（148）放到压缩室里面的部分节点（146）上面，然后在关闭压缩室以后焊接至少一第二多股线（148）与部分节点（146），其中压缩室的宽度等于宽度B。

Description

用于通过焊接相同宽度的两个焊点加工节点的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在超声波焊接装置的可调整高度和宽度的压缩室里面通过焊接不同材料的包括至少一单根导线的第一多股线与包括至少一单根导线的第二多股线加工节点的方法，压缩室的宽度通过至少一侧面滑块调整并且压缩室高度通过超声波焊接装置的超声探头与对应电极之间的距离变化调整，其中至少一第一多股线以比至少一第二多股线更高的单位能量或者更高的压力或者更大的超声波振荡振幅焊接。

背景技术

为了加工节点、即过渡节点或终端节点在常见的应用中原则上由相同的材料组制成多股线，因为否则不能实现可重复的焊接结果。

如果将由铝或铝材料的单根导线或者芯线制成的多股线相互焊接或者与实心的载体焊接，则显示出缺陷，导入的焊接能量导致，铝在圆周上流动，在超声探头表面或者在压缩室的侧面边界上形成合金，在压缩室中焊接多股线。为了尽管其铝线材也相互间且与铜制的载体焊接，按照DE 10 2007 026 707 B3选择特殊的压缩室形状，它由具有敞开的梯形的几何形状的超声探头焊接面限制。

为了使铝和/或铜制的涂漆的线材利用超声波连接，DE 102 29 565 B4设有一个包裹端部，它尤其由铜材料制成，在其中加入线材，然后利用超声波作用焊接。

按照DE 10 2005 048 368 B3的用于在电导体之间建立焊连接的方法的特征在于，第一自身刚性的电导体逐渐地与第二电导体如多股线焊接。由此得到的优点是，与第一电导体要连接的第二导体的总横截面可以大于多股线的横截面，它们通常可以通过要使用的超声波焊接装置焊接。

由DE 10 2011 014 801 A1给出一种用于焊接多股线的方法，在该方法中首先将细的第一导体焊接成第一节点，然后将这个节点与粗的第二导体焊接成总节点。

由US 2004/0134062 A1给出一种方法，用于焊接由不同材料制成的导体。为此首先利用超声波使第一导体这样变形，使得得到矩形的横截面。接着与相关的导体焊接第二导体。为了焊接利用压缩室，在其中浸入超声探头，利用它传递用于焊接所需的超声波振荡。

JP 2007-185706规定一种方法，按照该方法逐渐地使多股线或节点相互焊接，由此使要导入的用于焊接各个节点的能量小于所有的节点同时作为单元焊接时的能量。

由JP2012-124078已知一种用于焊接导体与定子的方法。

发明内容

本发明的目的是，这样改进上述形式的方法，使由第一种材料制成的多股线与第二种材料的多股线可以这样焊接成节点，使得可以实现可重复的焊接结果，尤其可重复地实现要建立的节点的几何形状和抗拉强度和壳强度，第二种材料与第一种材料具有明显不同的焊接特性。明显不同的焊接特性意味着，用于实现符合规定的焊接的单位能量、最佳的焊接压力和/或最佳的振幅相互间显著不同，如同由图6和7给出的那样。

为了实现这个目的，本发明主要规定，作为用于至少一第一和至少一第二多股线的材料选择这些材料，在至少一第一多股线的材料方面为了焊接符合规定的部分节点必需比用于符合规定地焊接至少一第二多股线导入至少25％更多的单位能量，至少一第一多股线放到压缩室里面的、在底部限制压缩室的超声探头上，然后焊接至少一第一多股线的单根导线成部分节点，其中已经这样调整压缩室到宽度B，使部分节点完全遮盖被超声探头限制的压缩室底部，接着打开压缩室，将至少一第二多股线放到压缩室里面的部分节点上面，然后关闭压缩室，其中在焊接期间压缩室的宽度等于宽度B。

按照本发明这样实现由单根导线组成的不同材料的多股线的两级焊接，在压缩室里面首先由第一多股线或许多第一多股线焊接部分节点，对于部分节点例如与另一由其它材料组成的第二多股线相比需要更多的焊接能量。附加地这样调整压缩室，使用于加工节点所需的第一多股线或者所需的许多第一多股线完全遮盖压缩室底部，由此在焊接以后提供部分节点，它遮盖底部。在此由超声探头或者超声探头段形成底部。

在焊接部分节点以后打开压缩室，不改变压缩室的宽度调整。但是未改变的宽度调整不排除，在结束第一焊接步骤以后可以使侧面滑块压力卸载，由此在衬入至少一第二多股线时按照宽度提供更大的压缩室供使用。但是这不是强制的特征。而是压缩室宽度可以在打开压缩室时保持不变。换言之，如果需要可以减小顶压力，或者说使侧面滑块无压力，用于尤其能够无问题地抬起砧板，用于打开压缩室。

然后将第二多股线或者许多第二多股线放入到打开的压缩室里面的部分节点上，然后在关闭压缩室以后对应于必需的焊接能量对于第二多股线或者许多第二多股线导入焊接能量，用于使第二多股线或许多第二多股线的单根导线在所需的圆周上相互间并且与部分节点焊接。在这个第二焊接工艺步骤中对应于按照本发明的理论压缩室具有宽度B，在第一焊接工艺步骤中压缩室已经调整到这个宽度。

尤其规定，将压缩室的宽度调整到要加工的节点的宽度并且在焊接期间保持不变。

在观察这些措施时已经令人惊奇地证实，在节点的例如强度或几何形状方面可以实现恒定的焊接结果。与不是以给定的要焊接的多股线顺序逐渐衬入的方法相比也以显著的程度不发生芯线变形或者芯线中断。

根据按照本发明的理论可以调整在部分节点与第二多股线或许多第二多股线之间的连接面，由此以所期望的范围提供连接面供使用，该连接面考虑不同的材料和其焊接参数。由此尤其可以加大焊接宽度。

优选至少一第一多股线由铜或铜合金制成和/或至少一第二多股线由铝或铝合金制成。

其它特征由下面的优选实施例给出。

附图说明

本发明的其它细节、优点和特征由下面的由附图给出的优选实施例的说明给出。附图示出：

图1超声波焊接装置的原理图，

图2至5用于焊接节点的方法流程原理图，

图6在多股线中输入能量与要加工的节点横截面以及多股线材料的关系的曲线图和

图7用于焊接必需的压力与要加工的节点横截面和多股线材料的关系的曲线图。

具体实施方式

在图1纯原理地示出超声波焊接装置，通过它对应于按照本发明的理论焊接多股线成过渡节点或者最终节点，它们由具有明显不同焊接特性的材料组成。明显不同的焊接特性原则上意味着，要焊接的材料在单位能量、压力或超声波振荡的焊接振幅方面以大于25％相区别。在此单位能量是每平方毫米要焊接的多股线要导入的能量，用于实现符合规定的焊接结果。在此压力是表面压力，它在超声探头、即其限制压缩室的表面的方向上作用于要焊接的多股线或者要焊接的许多多股线。

换言之，用于焊接第二材料所需的压力至少以25％小于用于焊接第一材料的压力，其中要焊接的材料的相同横截面以压缩室的相同宽度为基础。

在焊接第二材料时振荡振幅至少10％小于在焊接第一材料时的振荡振幅，其中以要焊接的第一或第二材料的相同横截面为基础。

所述布置包括超声波焊接装置110，它以习惯的方式包括变流器112、必要时的升压器114以及超声探头116，它们总体上称为振荡器。对超声探头116或超声探头段附设多体的对应电极118、也称为砧板，以及侧面滑块134。与此相关的结构在DE 3719083C1中广泛地描述，请详细参考其公开内容。

超声探头116或其表面、对应电极118以及滑块120限制压缩室122，在其中衬入要焊接的由单根导线或芯线组成的第一和第二多股线并且焊接。

变流器112通过导线123与激励器124连接，激励器本身通过导线126导引到计算机128，通过它控制焊接过程并且可以在其中输入焊接参数或者调出存储的值。对此请参照早就公知的技术。

通过相应的超声波焊接装置和包括压缩室122的超声波焊接装置按照本发明使第一和第二多股线焊接成最终节点或过渡节点。利用图2至5解释焊接时的方法过程，在其中对于相同的部件使用相同的附图标记。

图2至5示出压缩室122与限制压缩室的部件的局部。压缩室122在底部由超声探头116的表面130限制，它起到焊接面的作用。压缩室122在侧面通过在双箭头132方向上可调整的侧面滑块134和对置地由所谓的滑移板136限制，滑移板形成对应电极118的一部分。滑移板136容纳横梁138，它可以对应于双箭头140调整并且在压缩或焊接加入到压缩室122里面的多股线时与压缩室122的底部、即超声探头116的表面130对置地延伸。滑移板136可以沿着双箭头142调整，用于在超声探头116方向上调整横梁138，并由此可以为了压缩并且在焊接期间施加所需的压力在要焊接的多股线上。一方面是限制压缩室122的滑移板136表面和侧面滑块134，另一方面是超声探头116的表面130和面对这个表面的横梁138的表面尤其分别相互平行地延伸，如同由附图给出的那样。此外边界面可以形成结构。

在图2a中打开压缩室122。在这个压缩室里面首先衬入一个或多个第一多股线144，它们分别由单根导线组成。在此单根导线的数量或者其体积是这样的，在定位侧面滑块134在所期望的宽度B(图2b)上以后使压缩室122的底部完全被单根导线遮盖。在本实施例中在衬入第一多股线144以后调整到宽度B，但是也可以在衬入第一多股线144之前进行。

第一多股线可以是由铜或铜合金或者具有至少40％铜含量的材料组成的多股线。

在第一多股线衬入到压缩室122里面并且调整压缩室122到宽度B以后，使横梁138在图面中向左移动并且下降，用于压缩第一多股线144并且焊接成部分节点146，如同由图3看到的那样。其中超声探头116处于具有最好20kHz范围的频率的振荡下。振幅位于15μm至35μm，取决于要焊接的材料。

为了焊接第一多股线由计算机128根据所选择的焊接模式调出参数组，具有例如节点宽度、能量、压力、振幅或尺寸差或焊接尺寸或者时间，焊接模式考虑第一多股线的材料和要加工的部分节点的几何形状。在压缩和焊接期间监控压缩尺寸、焊接尺寸、持续时间、压力、调整行程(压缩室高度的变化Δh)，只列举一些主要的参数。

在焊接部分节点146以后对应于图4打开压缩室122，但是不改变压缩室122已调整的宽度B。在此存在可能性，侧面滑块134保持在焊接第一多股线144之前给定的位置，或者侧面滑块134通过减压卸载，用于易于垂直运动(双箭头142)、即与横梁138一起调整滑移板136，用于打开压缩室122。同时横梁138在图面中向右调整。

然后在压缩室122里面衬入一个多股线或多个第二多股线148，它们由具有与第一多股线144的材料明显不同的焊接特性的材料制成，即在单位能量、压力或振幅方面是不同的，其中由此出发，偏差至少在单位能量方面至少为25％。

原则上作为判据选择用于焊接所需的单位焊接能量，其中首先焊接多股线成部分节点，它们需要较高的单位焊接能量。但是单位焊接能量可以理解为用于其它材料特征的同义词，选择这些材料特征，用于对应于按照本发明的理论加工节点，其中在第一与第二多股线144,148之间的相应的材料特征相互间显著不同，如同前面已经解释过的那样。

在将第二多股线148衬入到压缩室122里面以后并且压缩室122重新具有宽度B，该宽度在第一焊接过程时、即在加工部分节点146时已经选择，对应于按照图2和3的方法过程的解释通过调整横梁138和下降滑移板136减小压缩室122，并且压缩第二多股线148，并且使其单根导线或芯线相互间或者与部分节点146焊接。由此形成第二部分节点158，它已经与第一部分节点146焊接，用于形成总节点160。

如果为了打开压缩室122在结束第一焊接过程以后进行侧面滑块134压力卸载，则在执行第二焊接过程之前首先再建立作用于侧面滑块134上的压力，由此在第二焊接过程时压缩室122重新具有宽度B。

第二多股线148尤其是其单根导线由铝或铝合金制成的多股线。所需的焊接参数同样寄存在计算机128里面并且相应地调出。同样在压缩和焊接时进行工艺监控，其中检测压缩尺寸、焊接尺寸、持续时间，必要时的尺寸差和能量。

由于按照本发明的理论与现有技术相比可以设想恒定的、可以重复的焊接结果。工艺可靠地加工由混合材料制成的节点。节点结构在其几何形状上可以重复。

在第一和第二焊接过程中，即在焊接至少一第一多股线144时，然后在焊接至少一第二多股线148时可以这样实现工艺监控，使得第一和第二工艺步骤在误差或者焊接过程和结果监控方面可以不同地进行。能够实现个性化地匹配，即，采取不同的参数和误差。在焊接由铜或者含铜的至少一第一多股线144时，在所需的能量输入完成以后，例如可以监控焊接时间。如果焊接时间不位于给定的值以内，则评价焊接工艺不是符合规定的。

在焊接由铝或含铝的材料制成的至少一第二多股线148时尺寸差可以作为基础，即在确定压缩尺寸以后在焊接期间监控调整行程、即压缩室122高度的变化。如果达到事先确定的行程，则检验，是否已经加入所需的能量。如果不是这样，则由此推断有缺陷的焊接。

利用图6和7要纯原理地表明，这在特征“要焊接的材料具有彼此显著不同的焊接特性”的条件下理解。在图6中示出要加入到要焊接的材料里面的能量与节点横截面的关系。在上方以附图标记200表示的曲线表示能量加入到由铜制成的多股线里面。能量加入与节点横截面的关系称为单位能量。在曲线202中示出能量加入到由铝制成的多股线里面与节点横截面的关系。可以看出在要加入的能量之间的显著差别作为节点横截面的函数与材料的关系，用于实现符合规定的焊接结果。

节点横截面是垂直于多股线轴向和垂直于焊接面延伸的表面，它是超声探头段，它在底面限制压缩室。

在图7中作为材料特征示出压力与要加工的节点横截面的关系，而同样用于材料铜(曲线300)和铝(曲线302)。如果作为材料特征为了选择焊接顺序对应于按照本发明的理论选择压力、即在超声探头的焊接面方向上在焊接时作用于多股线的芯线或导线上的表面压力与节点横截面的关系，用于焊接所需的用于铜材的压力明显不同于用于铝材的压力。因此首先焊接由铜或含铜材料制成的部分节点，接着焊接由铝或含铝的材料制成的多股线。

第一和第二材料在焊接参数-压力方面的区别如下：为了焊接第二材料要导入的压力至少以25％小于用于焊接第一材料的压力。在这个判断中考虑要焊接的多股线具有相同横截面，其中压缩室的宽度是相同的。

对应于按照本发明的理论也可以焊接多股线，它们在其材料特性方面如下相互不同，为了焊接使超声波振荡的振幅以至少25％不同，即，为了焊接第二材料的超声波振荡的振幅至少以10％小于为了焊接第一材料的超声波振荡的振幅。

Claims (9)

1.一种用于在超声波焊接装置(110)的可调整高度和宽度的压缩室(122)里面通过焊接不同材料的包括至少一单根导线的第一多股线(144)与包括至少一单根导线的第二多股线(148)加工节点的方法，压缩室的宽度通过至少一侧面滑块(134)调整并且压缩室的高度通过超声波焊接装置的超声探头(116)与对应电极(118)之间的距离变化调整，其中至少一第一多股线以比至少一第二多股线更高的单位能量焊接，其特征在于，作为用于至少一第一和至少一第二多股线(144,148)的材料选择这些材料，在至少一第一多股线的材料方面为了焊接符合规定的部分节点(146)必需比用于符合规定地焊接至少一第二多股线导入至少25％更多的单位能量，至少一第一多股线(144)放到压缩室(122)里面的、在底部限制压缩室的超声探头上，然后焊接至少一第一多股线的单根导线成部分节点(146)，其中已经这样调整压缩室到宽度B，使部分节点完全遮盖被超声探头(116)限制的压缩室底部，接着打开压缩室，将至少一第二多股线(14)放到压缩室(122)里面的部分节点上面，然后关闭压缩室，其中在焊接期间压缩室的宽度等于宽度B。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在衬入至少一第一多股线(144)到压缩室(122)里面以前或以后调整压缩室的宽度到要加工的节点(160)的宽度B上。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在焊接至少一第一多股线(144)成部分节点(146)以后使侧面滑块(134)压力卸载，并且在焊接至少一第二多股线(148)以前这样压力加载侧面滑块，使压缩室具有宽度B。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了评价符合规定地焊接至少第一多股线(144)监控与用于监控符合规定地焊接至少第二多股线(148)不同的工艺参数。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了监控符合规定地焊接至少一第一多股线(144)监控在给定的焊接时间以后所需的能量输入。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定符合规定地焊接至少一第二多股线(148)根据压缩室(122)的高度变化监控能量输入。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为至少一第一多股线(144)的材料使用铜或铜合金。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为至少一第二多股线(148)的材料使用铝或铝合金。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定符合规定地焊接至少一第二多股线(148)通过在超声探头(116)的方向上调整对应电极(118)监控能量输入。