基于超聲波壓接技術在汽車線束生產工藝中的研究

曹志良

摘 要：汽車線束是汽車電氣系統的神經中樞，其設計制造工藝的優劣直接影響到整個汽車電器系統的正常工作。電子和信息技術的發展，對汽車線束設計制造工藝提出了越來越苛刻的要求，尤其是對汽車線束傳輸信號的質量。因而，僅僅通過在汽車線束生產中采用諸如屏蔽線、雙絞線、鍍金端子等遠遠滿足不了這些要求。事實上，超聲波壓接工藝也是提高汽車線束傳輸信號和輸送電流質量的一大措施。

關鍵詞：超聲波 壓接 汽車線束 生產工藝

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（c）-0054-02

汽車線束是汽車電路的網絡主體，汽車正常工作的神經元。沒有線束也就不存在汽車電路。傳統的汽車線束是指由銅材沖制而成的接觸件端子（連接器）與電線電纜壓接后，外面再塑壓絕緣體或外加金屬殼體等，以線束捆扎形成連接電路的組件。

隨著汽車電子產品和各種通訊設備進入汽車，對汽車線束傳輸的電信號的要求也日益苛刻。為應對這些高精度電壓和信號傳輸的要求，傳統的線束制造工藝上采用了一些特殊材料，比如雙絞線、屏蔽線、鍍金端子等。然而，在多數的電子控制設備和一些特殊信號上仍然顯得無濟于事，例如CAN控制器信號傳輸線路、安全氣囊信號傳輸線路以及一些音頻信號傳輸線路。現有的端子導線對壓接工藝盡管采用了以上特殊材料，但在上述信號傳輸線路中，信號偶爾還是出現失真或較大衰減。

1 端子壓接工藝的研究

采用傳統壓接工藝壓接的汽車線纜，經解剖放大發現在銅絲與銅絲之間、銅絲與端子壁之間形成空洞[1]。傳統汽車線束生產工藝采用銅材沖制而成的接觸件端子（連接器）與導線壓接，僅對電線銅絲進行簡單擠壓，使銅絲產生物理變形，這樣就有可能出現銅絲變形不足，在端子與導線進行壓接后，必然形成上述空洞，這些空洞的存在，是不可避免的。而這些空洞的存在，必然導致壓接部位電阻系數增加，導電性下降，從而影響電流和信號的傳輸質量，進而影響其他電器及電子設備的正常工作。同時，線束制作過程中因壓接引起的質量缺陷[2]，必將導致使用耐久性降低，并且易發熱產生高溫，形成線束燒損質量隱患點。

2 超聲波壓接和端子壓接工藝對比分析

超聲波壓接是通過電晶體功能設備將工頻50/60 Hz的電頻轉變成20 kHz或40 kHz的高頻電能，供應給轉換器，轉換器將電能轉換成高頻機械振動能，調壓裝置將高頻機械能傳至超聲波焊接機的焊頭。振動通過焊頭傳遞到需要焊接的兩個金屬表面，兩個金屬表面相互摩擦形成熱能使金屬熔化，在短暫的壓力下可以使熔化物在粘合面固化時產生強分子鍵，最終形成金屬分子層之間的熔合，整個周期通常是不到一秒種便完成，但是其焊接強度卻接近于一塊連著的材料。而傳統的端子壓接是通過金屬端子的U型部位對電線銅絲進行簡單物理擠壓，利用相鄰銅絲之間的表面摩擦力來保證電線與端子之間的連接。

事實上，無論是經超聲波壓接的導線還是端子和導線，在壓接處呈矩形狀，無松散的芯線和斷頭或裂開的芯線；而且，導線沒有彎曲，而是在自熔合處呈直線引出。超聲波焊接是通過相鄰金屬表面熔化，形成金屬分子層之間的熔合，相當于將相鄰金屬熔為一個整體，相比端子壓接后相鄰銅絲仍為獨立金屬個體而言，焊接部位的密實度更好，不會出現空洞。導電性好，電阻系數極低或近乎于零，有效提高了使用耐久性，不易發熱，無質量隱患。如圖1所示，為超聲波壓接截面[1]。

3 超聲波壓接和端子壓接的試驗數據分析

在進行壓接處外觀對比和截面分析基礎上，筆者對兩種壓接工藝的導線進行了拉脫力和導電性能測試。測試分別選取了0.75mm2、4.0 mm2、16.0 mm2導線進行試驗。試驗方法和標準依據《QC/T29106-2004汽車用低壓電線束技術條件》的要求進行，試驗結果見表1[2]和表2[2]。

從表1可以看出，超聲波壓接和端子壓接在拉脫力性能上，均可以滿足使用要求，但由于壓接工藝本身差異，端子壓接截面往往出現空洞，芯線外漏、絕緣層破損等質量缺陷。

從表2可以看出，超聲波壓接比端子壓接的電壓降在同樣條件下要低得多，因而對導電性能和信號傳輸性能比端子壓接要優越得多。至少可以有以下3個方面的優點。

第一，解決端子壓接形成的空洞，提高導電性能和整個電氣系統的穩定性能[3]。

第二，減低因接觸電阻引起的熱量堆積[4]，防止了線束局部溫度升高和線束燒毀的質量隱患。

第三，防止了線束中導線受外界水分、灰塵、油氣等不良因素影響而造成銅絲銹蝕、氧化，從而引起導電性能下降和信號傳輸失真。

基于上述研究，筆者認為對信號要求很高或電流較大的線路，在其端子與導線、導線與導線間的壓接，采用超聲波壓接，對提高信號傳輸質量或電流輸送能力是非常有效的，而且也可以提高汽車電氣系統的穩定性。

參考文獻

[1] 重慶長華汽車線束有限公司.超聲波壓接與端子壓接對比分析報告[R].2010.

[2] QC/T29106-2004汽車用低壓電線束技術條件[Z].2004.

[3] 秦明華.汽車電器與電子技術[J].北京理工大學出版社，2001.

[4] 德國BOSGH公司.譯.汽車電氣與電子[M].魏春源，等，譯.北京理工大學出版社，2004.