超聲波半自動焊接機的研究與開發

任曉麗

山西中航錦恒科技有限公司，山西太原 030032

超聲波半自動焊接機項目用于安全氣囊裝置旋轉連接器內部電纜與接插件間的連接的關鍵工藝，是國家發展和改革委員會制定的汽車電子產業化專項技術，也是國家汽車行業的重大技術進步項目。

該項目應用高新技術，解決了安裝在方向盤上的DAB 模塊、喇叭開關、多功能開關等控制信號之間的高可靠性的傳輸，運用該技術生產的產品技術性能指標達到國外同類產品水平，完全可以替代進口產品。該項目提高了我國安全氣囊裝置旋轉連接器內部電纜與接插件間的連接的可靠性、一致性，在國內首次實現了安全氣囊裝置旋轉連接器內部扁平電纜與接插件高可靠性連接的研究開發及批量生產，居于行業領先水平。

安全氣囊裝置旋轉連接器用超聲波半自動焊接機的研究開發是應用高新技術自主研發的設備，適用于不同形狀的接插件與不同規格的電纜的焊接。該設備的研制替代了以往手工的焊接。由于手工焊接時會出現因人為原因而造成的歪斜、錯焊、漏焊、焊接一致性差等不良產品，而且工人需要精神高度集中，姿勢始終一樣，對身體不宜。人工焊接對工人的要求也非常高，生產成本也較高。所以我們自身開發了半自動焊接設備，保證裝夾、焊接位置、焊接質量部受人為影響，這樣大大的提升了焊接質量，良品率從手工焊接是的99%提升到99.9%，同時也大大的減輕了工人的勞動強度。提升產品焊接質量可靠性，降低工人的勞動強度的有效方法。

安全氣囊裝置旋轉連接器用超聲波半自動焊接機的研究開發是解決傳統時鐘彈簧手工焊接質量差、一致性差，提升產品焊接質量可靠性，降低工人的勞動強度的有效方法，彌補了我國在同類產品中的不足，滿足了汽車安全氣囊的使用要求，同時也符合我國汽車零部件生產專業化、規模化的產業政策，其市場前景非常廣闊，對提高國產汽車的安全性能、推動我國汽車產業的健康發展具有重要意義。

據近年來全國交通事故統計，我國機動車安全事故與保有量的比例為1：14，遠高于工業發達國家的比值1：200；死亡數與平均事故數比值為1：6，也遠高于工業發達國家的比例1：40，我國機動車的事故頻發率與死亡率分別比工業發達國家高出14.28 倍和6.67 倍，近年來，每年直接經濟損失達30 億元之多。

在汽車上安裝對乘員有效的安全保護系統不僅是人們安全意識的要求，也是汽車安全技術發展的要求。汽車安全保護系統中的被動安全系統產品——汽車安全氣囊，已成為二十一世紀汽車產品發展的主流趨勢。汽車安全氣囊能夠有效地保護駕乘人員，減少死亡。據美國國家公路交通安全管理局提供的數據表明，在兩車相撞時，安裝了安全氣囊的車輛能降低乘員53%的死亡風險。因而，近年來汽車安全氣囊已成為發達國家汽車安全性能的重要標志，并在世界許多國家成為汽車的標準裝備。在我國，汽車安全氣囊也日益成為立法者、消費者和制造者高度重視的一項重要內容。

汽車安全氣囊的核心技術曾被原國家機械部列為汽車零部件三大關鍵技術之一。我國安全氣囊的制造尚處于起步階段，市場需求逐年增加，潛力很大。國內雖有幾家企業正在研發，但形成規模的供應商卻寥寥無幾，重要的原因就是安全氣囊系統富含多種高科技技術，其中新一代集成化旋轉連接器總成就是該系統中的關鍵電氣連接器，安全氣囊瞬間開啟的信號傳輸是由新一代集成化旋轉連接器總成用扁平電纜來完成，它與外部對插的接插件的連接則用超聲波焊接實現的。在車輛碰撞的瞬間，新一代集成化旋轉連接器總成用扁平電纜起到了搭建一條生命橋梁的作用，其連接的可靠性是至關重要的。

超聲波半自動焊接是實現汽車安全氣囊系統用新一代集成化旋轉連接器總成內部扁平電纜與接插件的連接方式，是汽車安全氣囊系統的電器連接的重要部件，主要用于安裝在方向盤上的DAB 模塊、喇叭開關、多功能開關等控制信號的傳輸。傳輸可靠性非常重要。其工作原理是：采用一臺超聲波焊接機左右移動、兩個工位的被焊工件不動的工作方式。超聲波金屬焊接是利用額每秒鐘數萬次的高頻振動波傳遞到兩個需焊接的金屬工件表面，再施以一定的壓力，使金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合，達到焊接的目的。

超聲波焊接機放置于兩個工位正中間，此處為焊機原點。通過觸摸屏進行人機交換，設置工作參數顯示當前工作狀態，PLC 控制來控制設備的整體工作，用于向伺服系統發送脈沖來控制電機的轉角、速度及方向。焊機移動的機械執行機構為兩根直線導軌與滾珠絲杠，以保證其運行平穩且重復定位精度較高。工作臺面采用硬鋁合金板，板厚22mm，經時效處理后，不易變形以保證焊機焊頭與被焊工件的平行度。

其技術難點：

①焊機焊頭與被焊工件的平行度。

②焊機運行的重復精度

③焊機參數的合理性設置

④焊頭的紋路合理、砧座及被焊件的固定方式

焊機運行狀況良好，焊接工裝的穩固，才能保證焊接質量的可靠性、一致性。從而才能保證信號傳輸的可靠性。

本項目的實施將會填補我國汽車零部件行業的一項空白，它的建成具有重要的社會效益和很好的經濟效益。實施該項目是十分必要的。

關鍵的技術及技術指標：

①選用合適的伺服電機實現焊接不同位置的精確控制；

②選用高精度的絲杠和直線滑軌，可以保證左右移動的誤差不超過0.01 毫米；

③采用PLC 控制對超聲波焊機移動的各位置、焊接數量、以及參數的儲存調用修改等進行控制；

④設計制作特殊結構的砧座及夾具，保證焊接的可靠性及試用的方便性；

⑤選用專業的焊頭，焊頭的固有頻率要求40KHz±1%、并且焊頭的材質為優質進口合金鋼，熱處理也有特殊的要求；

⑥選用美國知名品牌的超聲波金屬焊接機，頻率40KHz，專業對薄金屬焊接的設備；

安全氣囊裝置旋轉連接器焊接工藝的核心技術，包括：焊頭的精密設計與加工、砧座的穩固性結構設計、焊接參數的合理性設置、焊接質量的控制、全面細致的檢測手段、可靠的試驗驗證保證等。

綜上所述，汽車安全氣囊系統用新一代集成化旋轉連接器總成產品技術成熟，市場前景廣闊，目前國內年配套量近400 萬套，世界范圍內的年配套量在6000 萬套以上，到2013 年這個數字將分別達到600 萬套和7000 萬套。該項目的發展不僅能為企業，也將為全社會帶來良好的經濟效益和社會效益。