Soudage ultrasonique des métaux pour harnais de fils New‑Energy

Solution de liaison métallurgique à l’état solide pour les assemblages dissimilaires entre l’aluminium et le cuivre. Le soudage ultrasonore des métaux est une technologie de fabrication clé qui soutient la substitution de l’aluminium par le cuivre dans les faisceaux de câbles des véhicules à énergies nouvelles. Contrairement aux procédés de soudage par fusion, tels que le soudage au laser ou par résistance, il s’agit d’une méthode de soudage à l’état solide: les métaux ne fondent pas. Les vibrations de cisaillement à haute fréquence créent une liaison métallurgique au niveau atomique entre les surfaces de contact.

Chaîne de transfert

1. Générateur d'ultrasons : Convertit le courant alternatif en courant alternatif haute fréquence (20 KHz/35 KH kHz / 40 KH kHz). La boucle à verrouillage de phase intégrée suit la résonance afin de stabiliser la sortie face aux variations de charge.

2. Transducteur: Il utilise l’effet piézoélectrique inverse pour convertir une énergie électrique à haute fréquence en vibrations mécaniques à l’échelle microscopique.

3. Amplificateur d’amplitude: Il augmente l’amplitude des vibrations sans apporter d’énergie supplémentaire, afin de répondre aux exigences du processus.

4. Corne de soudage, enclume et pression pneumatique: Ils serrent les fils multi-brins. La sonotrode génère des vibrations de cisaillement horizontales tandis que l'enclume maintient le fil inférieur fixe.

Séquence de soudage

🔍Analyse de trois questions fondamentales

1. Comment l’énergie cinétique vibratoire se transforme-t-elle en chaleur ?

L’énergie mécanique comprend l’énergie cinétique et l’énergie potentielle. Le mouvement de cisaillement alternatif à grande vitesse de la sonotrode génère de l’énergie cinétique. Lorsque deux couches métalliques sont soumises à une compression intense, les irrégularités de surface microscopiques glissent, entrent en collision et subissent des déformations plastiques de manière continue. L’énergie cinétique vibratoire se dissipe par frottement interfacial et déformation plastique, et se transforme en chaleur. La chaleur se concentre uniquement dans une couche de soudure d’une épaisseur micrométrique, ce qui maintient la température globale du métal de base à un niveau faible.

2. Comment le générateur produit-il de l’énergie électrique à haute fréquence ?

Le générateur transforme l’énergie électrique provenant du réseau électrique plutôt que de produire de l’électricité. Étape 1: Redressement: Conversion du courant alternatif du réseau électrique (50/60 Hz) en courant continu. Étape 2: Inversion: les transistors de puissance IGBT/MOS convertissent le courant continu en courant alternatif à haute fréquence (20 kHz/35 kHz/40 kHz). Un PLL intégré suit en temps réel les variations de charge du vibreur et ajuste dynamiquement la fréquence de sortie afin de maintenir la résonance du système, fournissant ainsi une puissance haute fréquence stable au transducteur. En résumé: Alimentation secteur → Redressement en courant continu → Inversion en courant alternatif à haute fréquence.

3. Quelle est la température de l’interface pendant le soudage ?

Le soudage ultrasonique des métaux se fait à l’état solide; les métaux de base ne fondent pas. Soudage aluminium‑aluminium: température maximale à l’interface ~200~350 °C (point de fusion de l’aluminium: 660 °C) Soudage cuivre‑cuivre: température maximale à l’interface ~300~450℃ (point de fusion du cuivre: 1083℃) Soudage dissimilar d’assemblages aluminium‑cuivre: température maximale à l’interface ~250~400℃

Principaux avantages

• Assemblage à l’état solide à basse température; pas de fusion, d’éclaboussures ni de porosités; résistance de contact stable pour les joints dissimilaires Al‑Cu.

• Pas de soudure, de fil d’apport ni de flux; coûts des consommables réduits, respectueux de l’environnement.

• Cycle rapide (quelques centaines de millisecondes par point), compatible avec les lignes de production automatisées de faisceaux électriques.

• Bonne conductivité électrique et performances mécaniques en traction fiables, répondant aux spécifications strictes des faisceaux automobiles haute/basse tension.

Applications typiques

Faisceaux de câbles pour véhicules électriques, câbles de pistolets de recharge, connexions terminales cuivre‑aluminium, soudage de pastilles de batteries lithium‑ion. Il permet de réduire le poids et les coûts grâce à la substitution du cuivre par l’aluminium.

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