用于预测超声波焊接接头的强度的方法

摘要

本发明涉及一种用于预测线缆(10)的超声波焊接接头(22)的强度(20)的方法(100)，该方法(100)包括以下步骤：提供线缆(10)；确定组合重量(40)；去除污染物(18)；确定重量(44)；确定所述污染物(18)的重量(44)百分比；以及确定污染物(18)的所述重量(44)百分比是否小于阈值(24)。基于公式[(Mb‑Ma)/Mb]*100来确定从所述线缆(10)去除的所述污染物(18)的所述重量(44)百分比，其中Mb是所述线缆(10)和所述污染物(18)的所述组合重量(40)并且Ma是所述线缆(10)的所述重量(44)。所述污染物(18)的所述重量(44)百分比的所述阈值(24)与所述超声波焊接接头(22)的所述强度(20)相关。

权利要求

1.一种用于预测线缆(10)的超声波焊接接头(22)的强度(20)的方法(100)，该方法(100)包括以下步骤：提供包含有机污染物(18)的线缆(10)的样品；

确定所述线缆(10)和所述污染物(18)的组合重量(40)；

使用热源(38)从所述线缆(10)的表面(16)去除所述污染物(18)；

在去除所述污染物(18)之后确定所述线缆(10)的重量(44)；

基于公式[(Mb-Ma)/Mb]*100来确定从所述线缆(10)去除的所述污染物(18)的重量百分比(46)，其中，Mb是所述线缆(10)和所述污染物(18)的所述组合重量(40)并且Ma是所述线缆(10)的所述重量(44)；其特征在于确定所述污染物(18)的所述重量百分比(46)是否小于预定阈值(24)，其中，所述阈值(24)与所述超声波焊接接头(22)的所述强度(20)相关。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，所述线缆(10)是绞线芯(12)。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(100)，其中，所述线缆(10)由选自铝基材料和铜基材料所组成的列表的材料形成。

4.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，所述线缆(10)镀覆锡。

5.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，所述热源(38)是烘炉(38A)，并且其中，所述方法(100)进一步包括将所述样品放置到所述烘炉(38A)内的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法(100)，其中，所述烘炉(38A)内的温度为300摄氏度。

7.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，所述阈值(24)是0.021重量百分比(46)。

说明书

用于预测超声波焊接接头的强度的方法

技术领域

[0001] 本公开总体涉及超声波焊接接头的领域，更具体地涉及用于预测超声波焊接接头的强度的方法。

背景技术

[0002] 已知的是，铝和铜线缆表面上的过量污染可能负面影响超声波焊接接头的强度。国际标准仅提供清洁的质量规格，以符合最佳商业惯例并且不会损害使用。

发明内容

[0003] 根据一个实施方式，提供了一种用于预测线缆的超声波焊接接头的强度的方法。该方法包括如下步骤：提供线缆；确定组合重量；去除污染物；确定重量；确定所述污染物的重量百分比；以及确定污染物的所述重量百分比是否小于阈值。提供线缆的步骤可包括：提供包含有机污染物的线缆的样品。确定组合重量的步骤可包括：确定所述线缆和所述污染物的组合重量。去除污染物的步骤可包括：使用热源从所述线缆的表面去除所述污染物。确定重量的步骤可包括：在去除所述污染物之后确定所述线缆的重量。确定所述污染物的重量百分比的步骤可包括：基于公式[(Mb-Ma)/Mb]*100来确定从所述线缆去除的所述污染物的重量百分比，其中Mb是所述线缆和所述污染物的所述组合重量并且Ma是所述线缆的所述重量。确定污染物的所述重量百分比是否小于阈值的步骤可包括：确定所述污染物的所述重量百分比是否小于预定阈值，其中所述阈值与所述超声波焊接接头的所述强度相关。

[0004] 将在阅读优选实施方式的以下详细描述之后更清楚地呈现其他特征和优点，仅通过非限制性示例的方式并参考附图给出优选实施方式。

附图说明

[0005] 现在，将参考附图通过示例的方式描述本发明，在附图中：

[0006] 图1A是根据一个实施方式的超声波焊接接头的俯视图；

[0007] 图1B是根据一个实施方式的图1A的超声波焊接接头的侧视图；

[0008] 图2是根据一个实施方式的绞线芯的剖视图；

[0009] 图3是根据一个实施方式的热源的图示；

[0010] 图4是根据一个实施方式的绞线芯的剖视图；

[0011] 图5是根据一个实施方式的焊接接头强度相对于线缆污染重量百分比的曲线图；以及

[0012] 图6是根据一个实施方式的用于预测焊接接头的强度的方法的流程图。

具体实施方式

[0013] 超声波焊接(USW)是用于端接线缆10的已知工艺。线缆10(通常是绞线芯12)用于汽车应用，包括(但不限于)例如电池电缆。USW将高频振动施加到通过夹紧力保持在一起的线缆10和配合端子14中，以在线缆10的外表面16和端子14之间生成摩擦。摩擦创建足够高的温度，以冶金方式将线缆10和端子14结合在一起，而不会创建熔融金属池。如果污染物18(诸如挥发油(vanishing oil)或通常用在线缆制造过程中的其他有机化合物)以足够大的量存在于线缆10的表面16上，则污染物18可负面影响超声波焊接接头22(下文中被称为焊接接头22)的强度20。本文中描述的本发明量化了可预测焊接接头22的强度20的污染物18的阈值24。

[0014] 线缆10可由铝基材料或铜基材料形成，两种材料可镀覆导电材料，包括(但不限于)锡。

[0015] 图1A示出了将绞线芯12焊接到端子14的焊接接头22的俯视图的非限制性示例。图1B示出了将绞线芯12焊接到端子14的图1A的焊接接头22的侧视图的非限制性示例。注意到，如将被本领域技术人员认识到的，绞线芯12的切割端32由于USW过程而变形。

[0016] 图2示出了在各个线股36的表面16上包含污染物18的绞线芯12的横截面34的非限制性示例。污染物18可以是挥发油或在线缆制造过程期间可用作润滑剂的其他有机化合物。

[0017] 图3示出了可用于从线缆10的表面16去除污染物18的热源38，诸如烘炉38A。在去除任何绝缘之后，使用称来称重包含污染物18的线缆10的样品，以确定在从线缆10去除污染物18之前的线缆10和污染物18的组合重量40(图2)。线缆10的样品可放置到加热至300℃的烘炉38A内，并且保持在烘炉38A中持续超过五个小时(5小时)的时间段。发明人的实验发现，在加热至300℃的烘炉38A中持续5小时足以从线缆10去除污染物18。

[0018] 如将被本领域技术人员认识到的，一旦从线缆10去除污染物18，就通过把线缆10放置到干燥器装置(诸如包含干燥剂的干燥器)中来调节样品。发明人的实验发现，线缆10应该在15℃到30℃之间的温度和50千帕(kPa)到150kPa之间的压力下保持在干燥器装置中至少持续12小时。然后，使用称来称重线缆10以确定无污染物18的线缆10的重量44，如图4所示。

[0019] 从线缆10去除的污染物18的重量百分比46可基于公式[(Mb-Ma)/Mb]*100来确定，其中Mb被定义为线缆10和污染物18的组合重量40(图2)，并且Ma被定义为去除污染物18后的线缆10的重量44(图4)。

[0020] 图5是曲线图48，其示出了从线缆10去除的污染物18的重量百分比46和焊接接头22的强度20之间的关系。发明人的实验发现，在超声波焊接的线缆10上的污染物18的重量百分比46和焊接接头22的强度20之间存在相关性。焊接接头22的强度20可由拉力表征。拉力被定义为将线缆10和端子14之间的结合分离所需的张力。用于表征焊接接头22的强度20的其他度量被考虑，但未示出，并且对本领域技术人员将是显而易见的。发明人的实验发现，超过1200牛顿(1200N)的拉力足以提供耐用的焊接接头22。图5还示出了从线缆10去除的污染物18的重量百分比46的阈值24，低于阈值24被确定为提供足够适用于汽车应用的强度20的焊接接头22。另外，阈值24被设定为低到足以提供可控的USW过程。如图5所示，发明人已发现，强度20的显著减少发生在污染物18的重量百分比46增加到0.0143％以上的时候。通过针对该范围的值来假设强度20和重量百分比46之间的线性关系，小于0.021％的阈值24可指示耐用的焊接接头22。另外如图5中指示的，阈值24可进一步减少到低于
0.0055％，以进一步增加焊接接头22的强度20。图6示出了用于预测线缆10的超声波焊接接头22的强度20的方法100的非限制性示例。

[0021] 步骤120，提供线缆，其可包括提供包含有机污染物18的线缆10的样品的步骤。从线卷切割一段线缆10并且在将样品放置到称上之前从线缆10去除任何绝缘。发明人的实验指出，具有50克(50g)到310g之间的对应质量的这段线缆10提供可检测的量的污染物18。

[0022] 步骤140，确定组合重量，其可包括通过使用称来称重样品以确定线缆10和污染物18的样品的组合重量40的步骤。可使用对于样品质量来说容量足够且具有0.1毫克(0.1mg)分辨度的任何称(优选地是分析天平)，诸如由RADWAG Balances和Scales of Radom(波兰)制造的型号AS 310.R2。

[0023] 步骤160，去除污染物，其可包括使用热源38从线缆10的表面16去除污染物18的步骤。

[0024] 步骤180，确定重量，其可包括确定去除污染物18的线缆10的重量44的步骤。

[0025] 步骤200，确定污染物的百分比，其可包括基于公式[(Mb-Ma)/Mb]*100来确定从线缆10去除的污染物18的重量百分比46的步骤，其中Mb是线缆10和污染物18的组合重量40，并且Ma是线缆10的重量44。

[0026] 步骤220，确定污染物的百分比是否小于阈值，其可包括确定污染物18的重量百分比46是否小于预定阈值24的步骤，其中阈值24与超声波焊接接头22的强度20相关。

[0027] 步骤240，将线缆从超声波焊接操作排除，其可包括如果污染物18的重量百分比46不小于预定阈值24则将一批线缆10从USW过程排除的步骤。

[0028] 步骤260，允许线缆进行超声波焊接操作，其可包括如果污染物18的重量百分比46小于预定阈值24则允许一批线缆10进行USW过程的步骤。

[0029] 因此，提供了用于预测线缆10的超声波焊接接头22的强度20的方法100。发明人的实验发现，在超声波焊接的线缆10上的污染物18的重量百分比46和焊接接头22的强度20之间存在相关性。污染物18的重量百分比46的阈值24的水平也影响USW过程的稳定性。

[0030] 虽然本发明已就其优选实施方式进行了描述，但并不意图如此限制，而仅是意在随附权利要求中阐述的范围。而且，使用术语第一、第二，上、下等并不表示重要性、位置或取向的任何次序，而是术语第一、第二等用于将一个要素与另一个要素区分开。此外，使用术语一、一个等并不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用事项。