焊接導體的方法
2023-09-22 14:19:55 2
專利名稱：焊接導體的方法
技術領域：
本發明涉及一種藉助於超聲焊接電導體如多股絞合線的方法，特別是用於建立直通結和端結的多股絞合線或者具有支架的多股絞合線，其中導體置入由至少兩個限定元件限定的壓縮室中，並在壓縮室關閉後進行焊接，其中通過第一元件如超聲焊極施加超聲，並通過第一元件或者第二元件如對應電極給待焊接的導體施加壓力，並且其中測量壓縮室的特徵參數。本發明還涉及一種用於對在超聲焊接裝置的壓縮室中焊接的導體、特別是要焊接成直通結或者端結的多股絞合線或者焊接到支架上的多股絞合線進行質量檢驗的方法，其中待焊接的導體至少布置在施加超聲的第一元件如超聲焊極和第二元件如對應電極之間，其中通過第二或者第一元件給導體施加壓力。最後本發明參考用於對焊接的導體、特別是焊接的多股絞合線如直通結或者端結或者焊接到支架上的多股絞合線進行質量檢驗的方法。
在超聲焊接結時，將多個本身由多根芯線構成的多股絞合線如銅線置入壓縮室、壓緊，然後通過超聲施加相對振動。芯線之間的相互摩擦使得表面焊接，從而在焊接後得到牢固的結。在壓縮和焊接時，壓縮室的體積減小。該體積變化可以通過位移傳感器測量，並且作為對比值用於質量監控。結的強度是超聲焊接過程的重要質量準則。
為了確定相應結的強度，結可以通過拉伸或去皮(schlen)破壞性地或者非破壞性地通過一種硬度試驗(接合試驗機)測量。
從EP-B-0 208 310可以獲知一種在超聲焊接工件時控制質量檢查工藝過程的方法。在此為了激活超聲能，將超聲焊接裝置的超聲焊極下降到支承在砧上的工件上，其中在將超聲焊極安放在工件上時進行調零，從而接下去可以激活超聲焊極並進行希望的變形位移。
在SU-A-757 337中公開了一種用於超聲焊接熱塑性材料的方法，其中通過直接安置在超聲焊極上的位移傳感器在焊接過程期間測定超聲焊極的下沉深度並由此測定工件的變形。在位移信號的二階時間導數符號變化時結束焊接過程。
在DE-A-2 149 748中描述了用於建立與集成電路連接的一種方法、一種裝置以及一種系統。為了更好地實現連接，通過由位移傳感器測定的待連接件的變形控制將力傳遞到工件上，但也可以控制其能量加載。
在FR-A-2 302 172中公開了藉助於超聲進行的焊接過程的調節裝置，其中在焊接過程期間測定超聲焊極的下沉運動的速度，並與給定的極限值進行比較，並在超過可設定的閾值的情況下限制能量到超聲焊極的輸入。
在WO-A-95/10866中描述了一種導體焊接的方法和裝置，藉助於其可以與橫截面無關地進行確定的焊接，即使以任意順序焊接不同橫截面的導體。為此在將待焊接的導體進行壓縮後測量壓縮室的特徵參數。
為了在希望的範圍內調節容納待焊接的導體的壓縮室的高度和寬度，並為了可以自動調節到相應的焊接橫截面積，公開了一些裝置，其可以從EP-B-0 143 936或者DE-C-37 19 083獲得。
本發明的任務是對開頭所述類型的方法進行如下改進，使得緊接在結製造後可以檢驗焊接是否滿足希望的質量要求。本發明還涉及一種用於焊接的導體進行質量檢驗的方法。
根據本發明，該任務主要由此解決，即在導體焊接後給壓縮室卸載壓力，並且超聲施加到焊接的導體上，接著測量特徵參數。
按本發明焊接質量的檢驗直接在壓縮室中進行，而不需要其它附加的裝置。為此根據本發明，壓縮室在焊接後壓力卸載，從而在之後向焊接部位如結特別是施加短暫的聲脈衝。如果焊接不牢固，那麼通過聲波處于振動的導體或者多股絞合線沿著壓縮室的壓力卸載邊界的方向移動。由此邊界會偏移，從而由於通過第二元件如對應電極或者砧繼續施加壓力載荷，第二元件會進行比較大的位移變化。該通過位移傳感器檢測的位移變化的量由此給出啟示，即焊接是否滿足質量要求，因為如果只有很小的位移變化，就可以得出結論，焊接具有必要的強度。
壓力卸載一般意味著例如壓縮室的邊界元件如側向元件釋放或者卸載，只要結不具有必要的強度，由於迴避第二元件的壓力而變「軟」的結側向元件就會被推動。通過邊界元件的偏移該軟的結會一定程度上鬆開，從而第二元件相應地沿第一元件的方向移動。由此在結的強度不夠的情況下，第二元件會進行特徵性的位移變化。邊界元件的偏移、也就是其位移變化也可以用作特徵參數來推斷出結的質量。
在檢驗期間通過選擇合適的參數例如壓力、聲波幅度或者持續時間可以根據位移變化的值判斷焊接或者結是否牢固，也就是是否滿足希望的質量要求。
壓縮室的壓力卸載特別是由此進行，即壓縮室由至少三個元件界定，並在焊接後至少一個元件相對於焊接的導體在要求的範圍內釋放或者卸載。元件移動使壓縮室打開也實現了壓力卸載的特徵。
作為推判出焊接質量的特徵參數，特別是選擇幾何值如壓縮室的高度、寬度或者對角線，其中幾何值例如通過位移傳感器檢測。
在測量對角線時，壓縮室看起來四周封閉。但是作為特徵參數特別是選擇在發出超聲的第一元件(超聲焊極)和傳遞壓力的第二元件(砧或者對應電極)之間的距離。
換句話說，本發明基本上涉及一種藉助於超聲進行電導體焊接的方法，其中將導體置入由至少兩個限定元件界定的壓縮室中，並在關閉壓縮室後進行焊接，其中通過超聲焊極施加超聲或者超聲振動，並通過對應電極對待焊接的導體施加壓力。為了能夠以簡單的措施檢驗焊接部位的質量，提出在導體焊接後將壓縮室壓力卸載，然後在焊接的導體上施加壓力的同時向其施加超聲脈衝或者超聲振動脈衝，接著測量超聲焊極和對應電極的距離變化。在導體壓力加載期間，只要導體向著限定元件的方向發生變形，可以通過壓縮室的壓力卸載如釋其中一個限定元件而使該限定元件偏離焊接導體。
開頭所述類型的用於焊接的導體質量檢驗的方法的特徵特別是以下幾個步驟-將待焊接的導體置入至少由第一和第二元件界定的壓縮室；-壓縮和焊接導體，同時減小壓縮室的橫截面；-壓縮室壓力卸載，其中焊接的導體保持在第一元件和第二元件之間；-在向焊接導體施加壓力的同時重新施加超聲；和-測量壓縮室的特徵參數和/或焊接導體的幾何尺寸。
在此根據所測量的壓縮室的特徵參數和/或焊接導體的幾何尺寸分析焊接的質量。
特別是作為壓縮室的特徵參數可以例如藉助於位移傳感器測量壓縮室的高度和/或寬度和/或對角線。
重新施加的超聲的持續時間T應當滿足10ms≤T≤250ms。在此重新施加超聲緊接在焊接過程之後進行，該過程一定程度上繼續進行。
為了確保在正常的最終過程中不出現質量低劣的焊接，提出了本發明需要強調的改進方案，即在確定質量低劣的焊接而打開的壓縮室壓力繼續卸載時，施加壓力的同時為破壞或者基本上破壞焊接重新施加超聲。
如果確定焊接符合要求，那麼可以在壓縮室打開的情況下進行有針對性的再加壓，以提高焊接的強度。
但是根據本發明的質量控制的方法可以不依賴於導體在其中焊接的裝置進行，同時優選在一個和相同的裝置中進行焊接並檢驗焊接的導體如特別是焊接成直通結或者端結的多股絞合線。
由此可以將焊接的導體設置在施加超聲振動的第一元件如超聲焊極和第二元件如對應電極之間，然後施加超聲或者超聲振動，並在施加期間或者之後在焊接的導體上壓力加載的同時測量第一和第二元件之間的距離變化。然後以前述方式基於第一和第二元件之間的距離變化進行分析，焊接的導體是否滿足質量要求，因為如果第一和第二元件之間的距離變化是不允許的尺寸，那麼就可以得出結論，焊接連接不滿足提出的要求。
對於前述質量檢驗，使用前述的參數或者測量方法用於焊接導體質量檢驗。
本發明的其它細節、優點和特徵不僅可以從權利要求書及權利要求中的特徵(單獨和/或相互組合的)中獲得，而且還可以從下面對附圖的說明中獲得，從附圖中可以獲得優選的實施例。
附圖示出
圖1示出了超聲焊接裝置的原理圖；圖2示出了超聲焊接裝置的壓縮室，處於第一位置；圖3示出了根據圖2的壓縮室，處於第二位置；和圖4示出了壓縮室的另一實施例。
圖1中純粹原理性地示出了一個裝置，利用該裝置藉助於超聲特別是將電導體焊接成端結或者直通結。該裝置包括超聲焊接裝置或超聲焊接機10，其一般包括轉換器12、必要時放大器14以及超聲焊極16。為該超聲焊極16或者其一個面配置一個多件式的對應電極18-也稱為砧-以及滑塊20，這可以從DE-C-37 19 083獲得，詳細參考其公開文本。超聲焊極16或者其面、對應電極18以及滑塊20限定了橫截面可調節的壓縮室，其根據圖2-4進行詳細說明。在壓縮室中置入待焊接的元件如導體。
轉換器12通過導線22與發生器24連接，該發生器本身通過導線26引到PC28，通過該PC進行焊接過程的控制，並且其中可以輸入焊接參數或者待焊接的導體的橫截面或者讀出相應存儲的值。
如可以從圖2看到，超聲焊接裝置10具有由超聲焊極16、對應電極18以及側向滑塊20限定的壓縮室30，在本實施例中在該壓縮室中置入待焊接的導體32。對應電極18包括可垂向調節的支柱或者板34，一個水平可移動的橫向滑塊36從該支柱或者板34伸出。還為可垂直運動的板34配置一個位移傳感器38。垂直板34、橫向滑塊36以及側向滑塊20的運動通過雙箭頭40、42、44符號性地表示。
如果導體32置入壓縮室30，那麼側向滑塊20首先嚮導體32運動。相應地定位橫向滑塊36，由此該橫向滑塊在板34垂直運動時沿著滑塊20、也就是沿著其限定壓縮室30的面46可以調節。壓縮室30的下限定面通過超聲焊極16的面48構成。對置的限定面是橫向滑塊36的面50。壓縮室30的保持與限定面46平行的限定面52由垂直板34構成。
在關閉壓縮室30時首先壓緊導體32，然後焊接該導體，其中超聲焊極16置於超聲振動。同時對應電極18-也稱為砧-沿著箭頭40的方向向超聲焊極16的限定面48的方向移動(箭頭40)，由此在導體32上施加必要的力或者壓力。
在結束焊接過程後，也就是在建立結54後，根據圖3的視圖給側向滑塊20卸載壓力。這可以通過釋放或者卸載側向滑塊20實現，從而該側向滑塊可以沿著箭頭49的方向通過由焊接的結54傳遞的力移動。壓力卸載也可以如下進行，使壓縮室30通過側向滑塊20的移動打開。然後在通過對應電極18或者橫向滑塊36繼續向結54施加壓力時以合適的幅度和持續時間通過超聲焊極16向結54傳遞超聲或者超聲脈衝。由此導體或者結54的多股絞合線在滑塊20的方向偏移，更確切地說在這樣的範圍內移動，其取決於結54具有多大的要求的強度。因為通過橫向滑塊36將力施加到結54上，然後當導體或者多股絞合線偏離該運動時，對應電極18進行垂直運動，該垂直運動由位移傳感器38測量，並傳輸到控制裝置56。由通過位移傳感器38測定的位移變化可以通過控制裝置56確定結54是否具有必要的強度並由此具有必要的質量，因為在結54具有足夠強度時，只能進行由位移傳感器38測得的對應電極18的最小的運動。
由此例如在橫截面積為1.5mm2的結的情況下只要結具有必要的強度，得到大約0.05mm的位移變化。如果不具有必要的強度，那麼例如在2bar的檢驗壓力以及40ms的聲音持續時間的情況下得到0.2mm的位移變化，其發出信號，即結不具有進行繼續加工所必要的強度。
對於具有橫截面積為例如10.5mm2的結，當具有必要的強度時，位移變化大約為0.03mm。對於強度不夠的結，在檢驗壓力為3bar並且聲音脈衝持續55ms的情況下位移變化大約為0.1mm。
相應於圖4的原理圖，當壓縮室不僅一側，而且多側加載壓力時，也可以進行質量或者強度檢驗。決定性的只是所建立的結58設置在實現壓力加載的對應電極62和施加超聲振動的超聲焊極60之間，這可以從圖4中看出其原理。在此焊接時包圍結58的壓縮室的其餘界定面由側向滑塊64、66構成，其在質量檢驗時、也就是在繼續超聲加載和壓力加載時會壓力卸載或者側向移出。相應於按圖4的視圖，元件62也可以是要與多股絞合線連接的支架，其一側支撐在電極或者砧上，電極或者砧在該變型方案中沒有示出。
當在質量檢驗時證實結不具有必要的強度時，按本發明的技術方案還可以進一步改進，在施加壓力的同時繼續作用超聲，由此結54在一定程度上相互分離，並由此被破壞，從而不能在最終過程中繼續考慮。
也可以對強度足夠的結進行有針對性的再壓縮。這可以在打開壓縮室的情況下為提高結的強度而進行，也就是當在施加壓力的同時另外引入超聲脈衝時。
如果本發明根據多股絞合線的焊接進行說明，那麼不應由此限制本發明的技術方案。焊接到支架上的多股絞合線的強度的檢驗例如同樣也可以實現。在此支架優選構成了壓縮室的邊界。因此支架支撐在對應電極上。然後也通過超聲焊極進行壓力加載。作為替代方案，多股絞合線也可以設置在超聲焊極上，然後支架設置在絞合線上。壓力加載通過對應電極或者砧進行，對應電極或者砧支撐在支架上。
如果根據前面的說明在其中進行了導體或多股絞合線的焊接的相同的超聲焊接裝置中對焊接的導體如直通結或者端結進行檢驗，那麼當質量檢驗在一個單獨的機器中進行，並且該機器作為主要部件具有傳遞超聲振動的超聲焊極和該超聲焊極所屬的對應電極或者砧，也屬於本發明。然後將要檢驗其強度的焊接的導體如直通結或者端結或者焊接在支架上的多股絞合線設置在超聲焊極和砧之間，從而以前述方法在施加壓力的同時向焊接的導體引入超聲脈衝。同時測量超聲焊極和砧之間的距離變化，以便由移動位移推得關於焊接部位強度的結論。
與此相關的質量控制的優點是，在不同的焊接裝置中焊接的導體例如可以在中央地點進行檢驗，而不會影響正常的焊接流程。
權利要求
1.用於藉助於超聲焊接電導體(32)如多股絞合線的方法，其特別是相互用於產生直通結和端結(54、58)的多股絞合線或者支架與多股絞合線，其中將導體置入由至少兩個限定元件界定的壓縮室(30)，並且在壓縮室關閉後進行焊接，其中通過第一元件如超聲焊極(16)施加超聲，並通過第一元件或者第二元件如對應電極(18)給待焊接的導體加載壓力，並且其中測量壓縮室的特徵參數，其特徵在於在導體(32)焊接後使壓縮室(30)壓力卸載，並在焊接的導體上施加超聲，接著測量所述特徵參數。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於所述壓縮室(30)由至少三個元件(16、18、20)界定，並且在焊接後至少一個事先確定的如鎖定的元件(20)對焊接導體(32)壓力卸載如釋放。
3.按權利要求1所述的方法，其特徵在於作為特徵參數選擇壓縮室(30)的幾何值如高度、寬度或者對角線，特別是第一和第二元件(16、18)之間的距離。
4.按權利要求3所述的方法，其特徵在於所述幾何值通過位移傳感器(38)測量。
5.用於在超聲焊接裝置(10)的壓縮室(30)中焊接的導體(32)、特別是焊接成直通結或者端結(54、56)的多股絞合線或者焊接在支架上的多股絞合線的質量檢驗的方法，其中所述壓縮室至少由一個施加超聲的第一元件如超聲焊極(16)和第二元件如對應電極(18)界定，其中通過第一或第二元件給導體加載壓力，其特徵在於-將待焊接的導體(32)置入壓縮室；-壓縮和焊接導體(32)，同時減小壓縮室(30)的橫截面；-壓縮室(30)卸載壓力，其中焊接的導體(32)保持在第一元件(16)和第二元件(18)之間；-在通過第一和/或第二元件(16、18)向焊接導體(32)施加壓力的同時重新施加超聲；和-測量壓縮室的特徵參數和/或焊接導體(32)的幾何尺寸。
6.按權利要求1或者5所述的方法，其特徵在於所述導體(32)通過第二元件(18)加載壓力。
7.按權利要求5所述的方法，其特徵在於根據所測量的壓縮室(30)的特徵參數和/或焊接的導體(32)的幾何尺寸分析焊接的質量。
8.按權利要求5所述的方法，其特徵在於作為壓縮室(30)的特徵參數例如藉助於位移傳感器(38)測量壓縮室(30)的高度和/或寬度和/或對角線。
9.按權利要求1-8至少一項所述的方法，其特徵在於所述重新施加的超聲持續時間T為10ms≤T≤250ms。
10.按權利要求1-9至少一項所述的方法，其特徵在於在向所述焊接導體(32)以1bar≤P≤4bar的壓力P壓力加載的同時進行超聲的重新施加。
11.按權利要求1-10至少一項所述的方法，其特徵在於在確定質量低劣的焊接的情況下向焊接導體(32)在壓縮室(30)打開的情況下重新施加超聲，同時施加壓力載荷，以破壞或者基本上破壞焊接。
12.按權利要求1-10至少一項所述的方法，其特徵在於在確定焊接合格的情況下在壓縮室(30)壓力卸載時向焊接導體(32)重新施加超聲，同時進行壓力加載，以便有針對性地對焊接部位再加壓。
13.按優選的權利要求5所述的方法，其用於焊接的導體、特別是焊接的多股絞合線如直通結或者端結或者焊接在支架上的多股絞合線的質量檢驗，其特徵在於所述焊接的導體設置在施加超聲振動的第一元件如超聲焊極和第二元件如對應電極之間，並通過第一元件施加超聲，並在施加期間或者之後測量第一和第二元件之間的距離變化，同時向焊接導體壓力加載。
全文摘要
本發明涉及一種用於藉助於超聲焊接電導體的方法，其中將導體(32)置入由至少兩個限定元件界定的壓縮室(30)，並且在壓縮室關閉後進行焊接，其中通過超聲焊極(16)施加超聲，並最好通過對應電極(18)給待焊接的導體壓力加載。為了能夠以簡單的措施檢驗焊接部位的質量，提出，在導體(32)焊接後使壓縮室(30)壓力卸載，然後在焊接的導體上施加超聲脈衝，同時在其上壓力加載，接著測量超聲焊極(16)和對應電極(18)的距離變化。
文檔編號H01R43/02GK1902022SQ200480039444
公開日2007年1月24日 申請日期2004年10月28日 優先權日2003年10月29日
發明者J·埃伯巴赫 申請人:申克超聲波技術有限責任公司