作者：杜輝，艾默生必能信亞洲金屬焊應用中心專家

眾所周知，電池充電時間長是限制電動汽車市場增長的關鍵因素之一。通常情況下，電動汽車需要幾個小時的充電時間來獲得續航里程，而傳統燃油汽車或卡車可以在很短時間內加滿汽油或柴油來保證續航里程。

為了縮短電動汽車電池的充電時間，電動汽車制造商需要提高充電系統中電路承載高壓大電流的能力，這就依賴于大載流能力的電纜來實現。因此大橫截面積的線束被廣泛應用，用以流通更高的電流，同時還具有良好的散熱能力，是提高電動汽車電池充電效率的有效方法。

未來電動車用高壓線束載流能力將是現有普通電動汽車電纜的四到五倍。以線束尺寸來說，如果選擇銅作為導體材料，所用線束的橫截面積就將從50mm2提高到200mm2，甚至更高。

然而如何可靠地連接這些更大截面積的電纜，是汽車制造商需要面對的重大技術挑戰。同時電動汽車的快速更新迭代，也帶來了汽車內部如何布置、容納這些電纜、電纜長度以及低內阻的連接工藝等技術點的探索。理想情況下，電纜長度越短越好，來獲得低內阻低溫升的性能。但是實際電動車內部通常無法縮短電纜長度，這樣電纜直徑也需要相應增加以此保證低內阻和良好散熱。

隨著越來越多的電池模組排列在車輛下方位置，更大截面積線束或導體需要安裝和排布在乘客艙周圍和下方。因此，車身結構不僅必須與電纜和導體絕緣，還要安全地散去快速充電時線束產生的溫升。

回到連接工藝的技術挑戰上，超聲波金屬焊接工藝作為一種高效的固相連接工藝，具備焊接時間短，接頭內阻低，機械強度高等多方面的優點，尤其適用于高壓連接器系統內關鍵線束與線束或者線束與端子的焊接。然而使用超聲波焊接大橫截面積（≥50mm2）的高壓線束，需要使用到非常高功率的設備，同時要保證焊后線束與連接件在使用過程中的機械強度。對于橫截面積超過50mm2的線束，常規的超聲波金屬焊接設備較難達到理想的焊接效果。當焊接高壓線束時，需要施加很大的焊接壓力，由于常規焊接設備多為懸臂式結構設計，會出現執行機構的彎曲現象，進而造成焊接能量轉化效率低。為了補償能量的損失，通常會增加焊接振幅，然而這不僅無法改善此問題，反而造成更加嚴重的問題點，如大振幅會帶來內部線芯應力的提高，并可能會損傷線束，從而無法達到汽車廠家所需的焊接質量要求。

這里重點闡述下面對此應用時，單純提高焊接振幅和設備功率，帶來的以下幾個問題：

1）線束內部線芯所產生的變形和應力隨之升高，這會帶來線束的疲勞壽命下降以及潛在的機械失效。

2）焊頭與線束之間的相對運動距離提高，帶來的摩擦熱能將超過焊接線束所需的合理能量范圍，進而造成過量的熱量無法及時擴散到其他區域，從而造成超聲焊接能量的利用率低，焊接效率下降。

3）焊頭的可靠性及效率降低，過量的振幅和功率會造成線束的軟化，而焊接過程中的軟化容易引起焊頭在線束上異常打滑，加劇焊頭磨損，增加了焊頭的壽命成本。

對于上述單純提高焊接振幅以及設備功率的所帶來的問題，還可以通過提高焊接壓力的方式來改善焊接穩定性及能量轉換效率。然而，測試結果表明，焊接超過50mm2的線束時，傳統懸臂式超聲波金屬焊接機的壓力超出了其機械設計極限。

為了應對高壓線束焊接的技術挑戰，需要一種全新的焊接結構，以此達到更高的能量轉換效率。這里給大家重點介紹必能信直壓式超聲波焊接技術及設備。

為了解決懸臂式焊接機架的缺點，艾默生必能信開發了新一代“直壓式”超聲波焊接設備，代表產品是必能信GMX-20DP。通過焊點位置直接加壓的方式，有利于將焊接壓力全部作用于焊頭與工件之間，提高了超聲波振動能量轉化為作用于工件上摩擦熱能的效率，有利于發揮大功率設備應用于高壓線焊接時的能力。該設備具有兩大特點：其一更高的焊接壓力，可達到6100N，垂直作用于待焊線束上；其二更低的焊接振幅，可以高能量改善焊接的打滑現象，以及大振幅對線束表面的損傷。相比于常規懸臂式焊接設備，必能信GMX-20DP可輕松應對高壓線束連接器的焊接應用，實現優異的焊接質量。

與此同時，GMX-20DP配備了更高精度的壓力傳感器和位移傳感器，可以更精確的檢測以及控制焊接過程。對于焊接質量的監控，設備可與客戶MES系統連通，做到全過程參數可記錄和追溯。高壓線束端子焊接工作站，配備特殊設計焊接的端子夾持工裝，可以待焊工件牢牢固定住，保證焊接過程對穩定性，最終給客戶提供高效、質量可靠的高壓線束焊接方案。

關于作者

杜輝

艾默生必能信亞洲金屬焊應用中心專家

天津大學材料加工專業碩士研究生，9年前沿焊接應用領域工作經驗，目前主要負責超聲波線束焊接行業。專注于超聲波焊接工藝在新行業的應用開發，新型超聲波金屬焊接設備及應用技術推廣，開發定制化金屬焊接解決方案。主要行業方向為新能源領域（動力電池、汽車線束、汽車電子、儲能設備），數據中心等。與各行業頭部企業，科研院校合作，進行新應用以及新工藝的開發拓展。
編輯：黃飛