電池金屬摩擦因數在超聲波焊接模擬中的應用

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電池金屬摩擦因數在超聲波焊接模擬中的應用

超聲波焊接技術是應用于汽車電池組的主流連接技術之一，這些汽車電池組的電池主要通過焊接串聯在電動汽車互聯電路板的匯流條（裸露的導電部件,安裝在絕緣物上,從電源匯集電流,再配送到輸出饋線）上。數學模擬仿真（如有限元分析）已經被廣泛應用于對超聲波焊接工藝的模擬以及對焊接頭質量的優化。由于摩擦產生的熱量會對超聲波焊接起到關鍵性作用，所以對材料表面摩擦因數的測量是否準確對焊接的仿真結果至關重要，主要介紹了對摩擦材料摩擦因數測量的試驗結果，以及一些影響摩擦因數的因素（如材料的表面條件、滑動頻率和在摩擦表面施加的壓力）。銅匯流條和銅片之間的平均摩擦因數為1.2，而銅匯流條和鋁片之間的平均摩擦因數為0.6。利用有限元分析軟件分析了焊接過程中所測出的摩擦因數等相關數據。

在本項研究中，通過使用往復式滑動裝置對以下參數進行了研究：電池板與內部銅板間的摩擦因數，以及影響摩擦因數的一些相關參數（如表面條件、滑動頻率和摩擦件之間的負荷）。試驗過程遵循了以下條件。

（1）表面狀態：對試驗件的打磨，清洗的前處理。

（2）滑動頻率：滑動頻率分為2Hz和10Hz兩種。

（3）常規負荷：在對銅板測試時負荷分別為20N和60N，在對鋁板測試時負荷為20N、60N和100N。

試驗得到了以下結論。

（1）銅匯流條（無論是保持其初始狀態或是經過拋光處理）與銅片之間的平均摩擦因數為1.24，其達到最終穩態相對較慢。

（2）銅匯流條（在清潔表面后）與銅片之間的平均摩擦因數為1.18（穩態值），其達到最終穩態的速度非常快。

（3）銅匯流條和鋁片之間的平均摩擦因數為0.60，在最終穩態階段，表面狀況（如初始狀態、清洗后或拋光后）對摩擦因數的影響并不是很大，其達到最終穩態的速度也非常快。

（5）正常的載荷和滑動頻率對摩擦因數沒有明顯的影響，但是較高的載荷和較大的滑動頻率會加速樣件的磨損過程。

（5）通過有限元分析成功預測了超聲被焊接中接頭的溫度和質量。

Wayne et al. Electric Vehicle Symposium and Exhibition (EVS27), 2013 World, Barcelona, Spain.2013.

編譯：王一瀏