线束焊接

    中文名称：线束焊接

    英文名称：harness welding

    定义：一组金属线和电缆绑在一起，运载设备之间来往的信号和电源的连接，它们通过加热或加压，或两者并用，也可能用填充材料，使工件达到结合的方法。

    要了解线束焊接，先要了解什么是线束。所谓线束，就是指电路中连接各电器设备的接线部件,由绝缘护套、接线端子、导线及绝缘包扎材料等组成。线束多用在各种精密电子设备，如汽车电路，电脑主板电路，家用电器电路等。这类电线束最容易发生的故障有3种：

    1)自然损坏

    电线束使用超过了使用期,使电线老化,绝缘层破裂,机械强度显著下降,引起电线之间短路、断路、搭铁等,造成电线束烧坏。线束端子氧化、变形,造成接触不良等,会引起电气设备不能正常工作。

    2)由于电气设备的故障造成电线束的损坏

    当电气设备发生过载、短路、搭铁等故障,都可能引起电线束损坏。

    3)人为故障

    装配或检修汽车零部件时,金属物体将电线束压伤,使电线束绝缘层破裂；电线束位置不当；电气设备的引线位置接错；蓄电池正负极引线接反；检修电路故障时,乱接、乱剪电线束电线等,都可以引起电气设备的不正常工作,甚至烧坏电线束。

    其中前2种故障最让工程技术人员头疼。而焊接工艺的选择是是导致这类故障最直接的原因。

    传统的线束焊接工艺主要有：熔焊，纤焊，压焊。

    1）熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。由于熔焊后，线束接面以熔接苞状结合形成焊瘤，电阻大，大大降低了线束使用寿命。并且在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。

    2）钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。

    焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。

    3）压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。

    各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。

    综上所述，压焊必然要取代熔焊、纤焊成为线束焊接的主流工艺。

    线束压焊方式有扩散焊、高频焊、冷压焊、超声波焊。

    扩散焊

    diffusion welding

    将焊件紧密贴合，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散形成联接的焊接方法。影响扩散焊过程和接头质量的主要因素是温度压力扩散时间和表面粗糙度。焊接温度越高,原子扩散越快焊接温度一般为材料熔点的0.5～0.8倍。根据材料类型和对接头质量的要求，扩散焊可在真空、保护气体或溶剂下进行，其中以真空扩散焊应用最广。为了加速焊接过程、降低对焊接表面粗糙度的要求或防止接头中出现有害的组织，常在焊接表面间添加特定成分的中间夹层材料,其厚度在0.01毫米左右。扩散焊接压力较小,工件不产生宏观塑性变形，适合焊后不再加工的精密零件。扩散焊可与其他热加工工艺联合形成组合工艺,如热耗-扩散焊、粉末烧结-扩散焊和超塑性成形-扩散焊等。这些组合工艺不但能大大提高生产率，而且能解决单个工艺所不能解决的问题。如超音速飞机上各种钛合金构件就是应用超塑性成形-扩散焊制成的扩散焊的接头性能可与母材相同，特别适合于焊接异种金属材料、石墨和陶瓷等非金属材料、弥散强化的高温合金、金属基复合材料和多孔性烧结材料等。扩散焊已广泛用于反应堆燃料元件、蜂窝结构板、静电加速管、各种叶片、叶轮、冲模、过滤管和电子元件等的制造。

    扩散焊是在一定温度和压力下将种待焊物质的焊接表面相互接触，通过微观塑性变形或通过焊接面产生微量液相而扩大待焊表面的物理接触，使之距离离达(1~ 5)x10-8cm以内(这样原子间的引力起作用，才可能形成金属键)，再经较长时间的原子相互间的不断扩散，相互渗透，来实现冶金结合的一种焊接方法。

    显然，对于普通线束的焊接，使用扩散焊成本太高。

    高频焊(high-frequency welding)

    高频焊是以固体电阻热为能源。焊接时利用高频电流在工件内产生的电阻热使工件焊接区表层加热到熔化或接近的塑性状态，随即施加（或不施加）顶锻力而实现金属的结合。因此它是一种固相电阻焊方法。高频焊根据高频电流在工件中产生热的方式可分为接触高频焊和感应高频焊。接触高频焊时，高频电流通过与工件机械接触而传入工件。感应高频焊时，高频电流通过工件外部感应圈的耦合作用而在工件内产生感应电流。高频焊是专业化较强的焊接方法，要根据产品配备专用设备。生产率高，焊接速度可达30m/min。主要用于制造管子时纵缝或螺旋缝的焊接。

    显然，对于细小的线束，高频焊不适用。

    冷压焊

    冷压焊，英文为cold pressure welding

    加压变形时，工件接触面的氧化膜被破坏并被挤出，能净化焊接接头。所加压力一般要高于材料的屈服强度，以产生60～90%的变形量。加压方式可以缓慢挤压、滚压或加冲击力，也可以分几次加压达到所需的变形量。

    冷压焊由于不需加热、不需填料，设备简单；焊接的主要工艺参数已由模具尺寸确定，故易于操作和自动化，焊接质量稳定，生产率高，成本低；不用焊剂，接头不会引起腐蚀；焊接时接头温度不升高，材料结晶状态不变，特别适于异种金属和热焊法无法实现的一些金属材料和产品的焊接。冷压焊已成为电气行业、铝制品业和太空焊接领域中最重要的有限几种焊接方法之一。

    冷压焊机及其模具的工作表面可能会积聚金属碎屑，必须定期清除。如有压缩空气，可用压缩空气把碎屑吹掉。如果要彻底的清除碎屑，可将模具从焊机中取出，把模具的四块模块拆开，用放大镜仔细每块模块，确保所有模块表面的微量碎屑都被清除。拆模时必须小心，尤其小弹簧容易丢失。模具的表面不干净将会导致接线时线容易在模具中打滑，以至于焊接失败。注意维修后的模具工作表面决不允许有任何油脂。

    冷压焊所需设备简单，工艺简便,劳动条件好。但冷压焊所需挤压力较大，在大截面工件的焊接时设备较庞大，搭接焊后工件表面有较深的压坑，因而在一定程度上限制了它的应用范围。

    因此，冷压焊对于线束焊接也不是完美的选择。

    多工位热压焊接机

    多工位热压焊接机，包括机架，转盘，对线调整机构，焊接机构，电机，转盘定位 压焊机机构和电气控制部分，机架上紧固底座，转盘位于底座上方，安装在机架内的电机驱动垂直穿过底座中心并由其支撑的转轴间歇转动，从而带动和转轴垂直紧固的转盘间歇转动，在转盘上设置的工位位置开槽孔，在槽孔上安装可相对槽孔作上下移动的浮动装置，转盘上沿圆周方向可均匀地设置多个工位。

    超声波压焊机

    超声波压焊的原理是由超声波发生器产生几十千赫的超声振荡电能，通过磁致伸缩换能器产生超声频率的机械振动。压焊劈刀镶在端部的适当位置上，劈刀必然同时产生一种称为交变剪切应力的机械振动。铝丝和芯片铝焊区表面的氧化膜受到破坏，同时由于摩擦，在界面上产生一定的热量使焊接处的铝丝和芯片上的铝焊区都产生一定的塑性形变，使铝原子金属键紧密接触而形成牢固的键合。

    球焊压焊机

    球焊压焊机以热压焊法和超声波压焊法为基础，所用设备分别为热压焊机、超声波压焊机和球焊机。这是广泛采用的内引线焊接方法之一，其特点是：①工作温度（200～250℃）低于热压焊法的工作温度；②所用的压焊劈刀不用加热而由超声振动产生热能；③采用金丝为引线，并以球焊形式进行焊接。三种内引线焊接法的焊接质量，都需要用一个精密的引线抗拉强度测定器（拉力计）进行检查和控制。

    冷压焊过程中可行的变形速度不会引起接头的升温，也不存在界面原子的相对扩散。因此，冷压焊不会产生热焊接头常见的软化区、热影响区和脆性金属中间相。经过焊接时严重变形的冷压焊机接头，其结合界面均呈现复杂的峰谷和犬牙交错的空间形貌，其结合面面积比简单的几何截面大。因此，在正常情况下，同各金属的冷压焊接头强度不低于母材；异种金属的冷压焊接头强度不低于较金属的强度。由于结合界面大，又无中间相，所以接头的导电性、抗腐蚀性能优良。

    线束焊接机的介绍：

    超声波线束焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的线束工件表面，在加压的情况下，使两个线束工件表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，其优点在于快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工；缺点是所焊接金属件不能太厚（一般小于或等于5mm）、焊点位不能太大、需要加压。

    1）、焊接材料不熔融，不脆弱金属特性。

    2）、焊接后导电性好，电阻系数极低或近乎零。

    3）、对焊接金属表面要求低，氧化或电镀均可焊接。

    4）、焊接时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料。

    5）、焊接无火花，环保安全。