相較于汽油或柴油車可以迅速加油，電動車（EV）的電池充電時間較長，這是廣泛接受的一個主要障礙。為了克服這個問題，汽車制造商（OEMs）試圖推出更快速的充電系統，其峰值充電功率達到250千瓦或更高。雖然這些充電系統只需要大約20分鐘就能為車輛提供足夠的電量，行駛大約160英里的里程（具體取決于車輛型號），但它們也帶來了各種問題。

為了提高充電速度和容量，EV電池需要更高容量的線束和更厚的電源電纜。如今，典型的EV電池和充電站使用的銅電纜直徑最大可達95平方毫米，但為了滿足更快充電速度的需求，這些電纜很快可能會超過120平方毫米。實際上，直到最近，制造商一直在焊接60平方毫米、90平方毫米或120平方毫米電纜時遇到問題。這些問題是由于焊接更厚的充電電纜所需的增加的功率和振幅要求引起的。

焊接過程中電纜股的彎曲和拉伸增加，通常會導致股的疲勞程度增加，增加了故障風險。

需要更大的焊接力產生了焊接區域的過多摩擦和熱量，不僅會擴散到非焊接區域，還表現出產生焊接所需的電力的低效和浪費。

電纜直徑的增加導致了工具失去了對電纜股的抓緊力，使電纜股能夠在工具表面滑動，而不是抓緊并保持其在原位。這導致了工具磨損加快，更頻繁地更換工具，能源消耗增加，并給焊接設備帶來不必要的壓力。

這些問題對于一直經歷快速增長需求的行業來說是巨大的挑戰，他們需要更快、更高效的電動汽車充電系統。艾默生的工程師們研究了這個問題，并發現焊接更厚電纜所需的增加焊接力將典型超聲波焊接機上使用的懸臂式執行臂推到了其機械極限。這導致了振動、夾緊穩定性下降和效率降低。當前的超聲波焊接技術需要進行重新設計。

為了解決這個問題，艾默生的工程師們開發了一項創新技術，包含在"直壓"超聲波焊接機。

GMX-20-DP焊接機采用了一種新型的垂直執行器運動，能夠施加比使用懸臂式執行臂更大的夾緊力（高達6100N）。新型垂直執行器提供了更可控的運動和增加的向下壓力，消除了懸臂式執行臂引起的壓力和振動。

此外，艾默生的工程師們通過兩種重要方式重新設計了GMX-20-DP超聲波焊接機上的工具。喇叭和砧都采用了專用涂層，增加了它們的硬度和耐用性，并且每個組件的焊接表面都加入了花紋，顯著提高了每個組件的夾持力。結果是比懸臂式工具更一致、更可重復的焊接大電纜。

GMX-20-DP的增加向下壓力，再加上喇叭和砧的夾持表面的重新設計，消除了懸臂式執行臂引起的滑動。在提供更高效的焊接能量的同時，零件被牢固地保持 —— 所有這些都導致了成功焊接20、30、50、60、70和95平方毫米的電纜截面以及其他大件所需的穩定性。新技術還提供了一種更溫和、更高質量、低應力的電纜焊接，通常比以前用于焊接EV電池電纜的超聲波技術低30%到40%的振幅。

新工具設計，再加上直壓焊接機的垂直焊接運動，還消除了懸臂式執行器引起的快速工具磨損。工具磨損的減少不僅確保了更一致的工具性能，而且顯著增加了更換工具的間隔。

總的來說，GMX-20-DP焊接機在大型電纜金屬焊接方面取得的顯著改進，是由于獨特的工具設計、增強的直壓向下壓力以及比以前的懸臂式執行器技術更可控的焊接過程的獨特組合。

超聲波焊接是通過將高頻振動施加到兩個金屬組件之間，這兩個組件被緊緊夾持在上部超聲波探針（或喇叭）和下部砧之間來創建的（見圖）。其中一個組件部件放置在下部固定砧上，并由工具表面的花紋固定在那里。焊接機的執行器將喇叭下降以在指定的壓力下將金屬組件緊密地連接在一起。然后施加振動，當喇叭水平振動穿過固定砧時進行焊接，首先"擦拭"掉表面氧化物和其他潛在污染物。振蕩繼續進行，產生的熱量將清潔的結合表面連接起來。

圖. 超聲波金屬焊接工藝示意圖

振蕩產生的熱量通常約為所使用材料的熔點的三分之一到一半。這使得在不融化、燒穿薄膜或產生不需要的金屬間化合物的情況下將材料連接成強固的鍵成為可能，這些化合物可能會降低組件部件之間的結合質量。與熔化材料表面不同，超聲波焊接是通過破壞表面的凸起部分，并在振動停止時結晶成細粒結構的原子擴散形成連續的焊接結合。這個過程在一小部分秒的焊接周期內發生，產生的結合具有類似于冷加工金屬的結構。

超聲波焊接機還具有獨特的通用性，它們可以以足夠溫和的方式操作，以加入多層薄而脆弱的金屬箔，或者使用不同的參數，可以足夠強大地將大型金屬部件和導體之間產生強大的鍵合。

超聲波金屬焊接和接合：工藝優勢

適用于多種類型的非鐵金屬，從薄膜到大導體

在不同金屬之間創建永久的冶金結合

無需熔化 —— 不會改變材料的化學性質或冶金學特性

非常適合連接高導電合金：材料的反應性無關緊要

不會產生金屬間化合物、顆粒物或導致腐蝕的反應

連接具有最大的傳導性，最小的電阻

多種控制方法使工藝定制化、可重復性和統計過程控制

低能耗（比熔合或電阻焊接低30倍能耗），無需消耗品

任何焊接技術中的每次焊接的總成本最低

審核編輯：黃飛

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