超声波半自动焊接机的研究与开发

任晓丽

山西中航锦恒科技有限公司，山西太原 030032

超声波半自动焊接机项目用于安全气囊装置旋转连接器内部电缆与接插件间的连接的关键工艺，是国家发展和改革委员会制定的汽车电子产业化专项技术，也是国家汽车行业的重大技术进步项目。

该项目应用高新技术，解决了安装在方向盘上的DAB 模块、喇叭开关、多功能开关等控制信号之间的高可靠性的传输，运用该技术生产的产品技术性能指标达到国外同类产品水平，完全可以替代进口产品。该项目提高了我国安全气囊装置旋转连接器内部电缆与接插件间的连接的可靠性、一致性，在国内首次实现了安全气囊装置旋转连接器内部扁平电缆与接插件高可靠性连接的研究开发及批量生产，居于行业领先水平。

安全气囊装置旋转连接器用超声波半自动焊接机的研究开发是应用高新技术自主研发的设备，适用于不同形状的接插件与不同规格的电缆的焊接。该设备的研制替代了以往手工的焊接。由于手工焊接时会出现因人为原因而造成的歪斜、错焊、漏焊、焊接一致性差等不良产品，而且工人需要精神高度集中，姿势始终一样，对身体不宜。人工焊接对工人的要求也非常高，生产成本也较高。所以我们自身开发了半自动焊接设备，保证装夹、焊接位置、焊接质量部受人为影响，这样大大的提升了焊接质量，良品率从手工焊接是的99%提升到99.9%，同时也大大的减轻了工人的劳动强度。提升产品焊接质量可靠性，降低工人的劳动强度的有效方法。

安全气囊装置旋转连接器用超声波半自动焊接机的研究开发是解决传统时钟弹簧手工焊接质量差、一致性差，提升产品焊接质量可靠性，降低工人的劳动强度的有效方法，弥补了我国在同类产品中的不足，满足了汽车安全气囊的使用要求，同时也符合我国汽车零部件生产专业化、规模化的产业政策，其市场前景非常广阔，对提高国产汽车的安全性能、推动我国汽车产业的健康发展具有重要意义。

据近年来全国交通事故统计，我国机动车安全事故与保有量的比例为1：14，远高于工业发达国家的比值1：200；死亡数与平均事故数比值为1：6，也远高于工业发达国家的比例1：40，我国机动车的事故频发率与死亡率分别比工业发达国家高出14.28 倍和6.67 倍，近年来，每年直接经济损失达30 亿元之多。

在汽车上安装对乘员有效的安全保护系统不仅是人们安全意识的要求，也是汽车安全技术发展的要求。汽车安全保护系统中的被动安全系统产品——汽车安全气囊，已成为二十一世纪汽车产品发展的主流趋势。汽车安全气囊能够有效地保护驾乘人员，减少死亡。据美国国家公路交通安全管理局提供的数据表明，在两车相撞时，安装了安全气囊的车辆能降低乘员53%的死亡风险。因而，近年来汽车安全气囊已成为发达国家汽车安全性能的重要标志，并在世界许多国家成为汽车的标准装备。在我国，汽车安全气囊也日益成为立法者、消费者和制造者高度重视的一项重要内容。

汽车安全气囊的核心技术曾被原国家机械部列为汽车零部件三大关键技术之一。我国安全气囊的制造尚处于起步阶段，市场需求逐年增加，潜力很大。国内虽有几家企业正在研发，但形成规模的供应商却寥寥无几，重要的原因就是安全气囊系统富含多种高科技技术，其中新一代集成化旋转连接器总成就是该系统中的关键电气连接器，安全气囊瞬间开启的信号传输是由新一代集成化旋转连接器总成用扁平电缆来完成，它与外部对插的接插件的连接则用超声波焊接实现的。在车辆碰撞的瞬间，新一代集成化旋转连接器总成用扁平电缆起到了搭建一条生命桥梁的作用，其连接的可靠性是至关重要的。

超声波半自动焊接是实现汽车安全气囊系统用新一代集成化旋转连接器总成内部扁平电缆与接插件的连接方式，是汽车安全气囊系统的电器连接的重要部件，主要用于安装在方向盘上的DAB 模块、喇叭开关、多功能开关等控制信号的传输。传输可靠性非常重要。其工作原理是：采用一台超声波焊接机左右移动、两个工位的被焊工件不动的工作方式。超声波金属焊接是利用额每秒钟数万次的高频振动波传递到两个需焊接的金属工件表面，再施以一定的压力，使金属表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，达到焊接的目的。

超声波焊接机放置于两个工位正中间，此处为焊机原点。通过触摸屏进行人机交换，设置工作参数显示当前工作状态，PLC 控制来控制设备的整体工作，用于向伺服系统发送脉冲来控制电机的转角、速度及方向。焊机移动的机械执行机构为两根直线导轨与滚珠丝杠，以保证其运行平稳且重复定位精度较高。工作台面采用硬铝合金板，板厚22mm，经时效处理后，不易变形以保证焊机焊头与被焊工件的平行度。

其技术难点：

①焊机焊头与被焊工件的平行度。

②焊机运行的重复精度

③焊机参数的合理性设置

④焊头的纹路合理、砧座及被焊件的固定方式

焊机运行状况良好，焊接工装的稳固，才能保证焊接质量的可靠性、一致性。从而才能保证信号传输的可靠性。

本项目的实施将会填补我国汽车零部件行业的一项空白，它的建成具有重要的社会效益和很好的经济效益。实施该项目是十分必要的。

关键的技术及技术指标：

①选用合适的伺服电机实现焊接不同位置的精确控制；

②选用高精度的丝杠和直线滑轨，可以保证左右移动的误差不超过0.01 毫米；

③采用PLC 控制对超声波焊机移动的各位置、焊接数量、以及参数的储存调用修改等进行控制；

④设计制作特殊结构的砧座及夹具，保证焊接的可靠性及试用的方便性；

⑤选用专业的焊头，焊头的固有频率要求40KHz±1%、并且焊头的材质为优质进口合金钢，热处理也有特殊的要求；

⑥选用美国知名品牌的超声波金属焊接机，频率40KHz，专业对薄金属焊接的设备；

安全气囊装置旋转连接器焊接工艺的核心技术，包括：焊头的精密设计与加工、砧座的稳固性结构设计、焊接参数的合理性设置、焊接质量的控制、全面细致的检测手段、可靠的试验验证保证等。

综上所述，汽车安全气囊系统用新一代集成化旋转连接器总成产品技术成熟，市场前景广阔，目前国内年配套量近400 万套，世界范围内的年配套量在6000 万套以上，到2013 年这个数字将分别达到600 万套和7000 万套。该项目的发展不仅能为企业，也将为全社会带来良好的经济效益和社会效益。