电池金属摩擦因数在超声波焊接模拟中的应用



电池金属摩擦因数在超声波焊接模拟中的应用

超声波焊接技术是应用于汽车电池组的主流连接技术之一，这些汽车电池组的电池主要通过焊接串联在电动汽车互联电路板的汇流条（裸露的导电部件,安装在绝缘物上,从电源汇集电流,再配送到输出馈线）上。数学模拟仿真（如有限元分析）已经被广泛应用于对超声波焊接工艺的模拟以及对焊接头质量的优化。由于摩擦产生的热量会对超声波焊接起到关键性作用，所以对材料表面摩擦因数的测量是否准确对焊接的仿真结果至关重要，主要介绍了对摩擦材料摩擦因数测量的试验结果，以及一些影响摩擦因数的因素（如材料的表面条件、滑动频率和在摩擦表面施加的压力）。铜汇流条和铜片之间的平均摩擦因数为1.2，而铜汇流条和铝片之间的平均摩擦因数为0.6。利用有限元分析软件分析了焊接过程中所测出的摩擦因数等相关数据。

在本项研究中，通过使用往复式滑动装置对以下参数进行了研究：电池板与内部铜板间的摩擦因数，以及影响摩擦因数的一些相关参数（如表面条件、滑动频率和摩擦件之间的负荷）。试验过程遵循了以下条件。

（1）表面状态：对试验件的打磨，清洗的前处理。

（2）滑动频率：滑动频率分为2Hz和10Hz两种。

（3）常规负荷：在对铜板测试时负荷分别为20N和60N，在对铝板测试时负荷为20N、60N和100N。

试验得到了以下结论。

（1）铜汇流条（无论是保持其初始状态或是经过抛光处理）与铜片之间的平均摩擦因数为1.24，其达到最终稳态相对较慢。

（2）铜汇流条（在清洁表面后）与铜片之间的平均摩擦因数为1.18（稳态值），其达到最终稳态的速度非常快。

（3）铜汇流条和铝片之间的平均摩擦因数为0.60，在最终稳态阶段，表面状况（如初始状态、清洗后或抛光后）对摩擦因数的影响并不是很大，其达到最终稳态的速度也非常快。

（5）正常的载荷和滑动频率对摩擦因数没有明显的影响，但是较高的载荷和较大的滑动频率会加速样件的磨损过程。

（5）通过有限元分析成功预测了超声被焊接中接头的温度和质量。

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

编译：王一浏