[发明专利]用于减小铝的粘合的方法以及超声波焊接装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在将具有由铝或铝合金形成的导线或单股金属线的多股绞合线用超声波相互焊接成端部节点或过渡节点或者与由金属形成的支架焊接时减小铝或铝合金的粘合和/或粘附的方法，其中，将至少所述多股绞合线置入能够在高度和/或宽度上调节的集束腔中，所述集束腔在对置的第一分界面上由超声焊极和砧挡或布置在该砧挡上的支架的节段限界并在剩下的对置的第二分界面上由静止地起作用的工具件限界。本发明也涉及了超声波焊接装置的能够在高度和/或宽度上调节的集束腔的侧边界的由多晶金刚石形成或包含多晶金刚石的工作表面的用途。

另外，本发明涉及一种超声波焊接装置，该装置包括对超声波振动(Ultraschallschwingung)进行传递的超声焊极，其具有拥有焊接面的超声焊极头，还包括与所述焊接面对置的反电极以及侧向限界构件，其中，所述焊接面、所述限界构件以及间接或直接地所述反电极限定了能够在高度和/或宽度上变化的集束腔的边界。

背景技术

如果用超声波将由包括铝或铝材的单股金属线或导线形成的多股绞合线互相进行焊接或者与坚固的支架进行焊接时，那么显示出这样缺点，即，引入的焊接能量会导致铝开始流动或者过渡到一种所谓的黏稠阶段，从而在容纳所述多股绞合线的集束腔的侧边界上出现粘合或者粘附。

现已公知，为了避免这种粘合或者粘附，在超声波焊接装置的集束腔的工具与由铝形成的多股绞合线之间布置防止直接接触焊接工具的中间层(Zwischenfolie)。与此有关的措施成本很高，并因此使得不能全自动地开展焊接或者不能快节奏地进行焊接过程。

为了按照US-A-3,717,842将铝质金属线与U形支架相焊接，首先需将该支架以公知方式围绕铝质金属线卷曲，以便能够开始焊接程序。此时，所述支架的被卷曲的部分位于超声焊极与金属线之间，从而在工具与铝质金属线之间的直接接触同样得以避免。

无论是引入中间层，还是进行额外的卷曲，都显示了工艺技术上的缺点，这样的缺点在高自动的焊接过程中是尤其不希望的。

凯泽斯劳滕大学对在超声波焊接中避免或减小铝或铝合金在超声焊极上的粘附进行了实验(AIF-Vorhaben-Nr.13.285N/l)。其中，仅用磁控管喷镀方法(Magnetron-Sputter-Verfahren)对超声焊极表面加以覆层。利用TiN和TiAIN作为原料。通过这种涂覆方法，覆层厚度为几微米。能够确定的结果是：在对铝的焊接中铝的粘合得到了减小，但是仅仅在最初的焊接期间。试验指出，在经过100次焊接之后，不希望的粘合就又已出现。原因可能是由于含钛的氮化物层厚度很小，铝穿过涂层渗出，因而此后能够发生粘合。

发明内容

本发明的基本目的在于，对前述类型的方法进行改进，使得由铝形成的或者含铝的多股绞合线能够互相或者与坚固的支架相焊接而不需要中间层或者不必将坚固部分围绕所述多股绞合线弯曲。焊接的数量也应当与在那些通常的不对铝材进行焊接的焊接过程中相一致，而且不会在集束腔的分界面上出现对后续的焊接有负面影响的粘合或者粘附。

根据本发明，这一目的按照方法基本上通过如下方式得以实现：采用那些在朝向多股绞合线的工作面上具有多晶金刚石(PKD)的工具件作为静止的工具件。

当静止的工具件也就是说能够在高度和/或宽度上调节的集束腔的侧边界敷有多晶金刚石，显示出令人吃惊的结果，即铝的粘合或者粘附不再出现或者减小到对焊接过程没有负面影响的程度，更确切地说是达到了工具在焊接不是由铝形成的多股绞合线时通常能够达到的耐用度。

尽管事实上，在侧边界的区域内在金属线与相邻的边界之间存在最大限度的相对运动，但是仍避免了在焊接时开始流动或者过渡到黏稠阶段的铝粘合到或者粘附到所述侧边界的现象。

虽然已公知，对超声波焊接工具的工作面配置小膨胀系数的材料以实现高耐用度(EP-B-0 375 704，WO-A-02/43915)。作为用于降低磨损层的材料列举如下：陶瓷例如氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、二氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、扩散陶瓷如氧化铝/碳化钛、硬质合金或多晶金刚石材料。其中，这些降低磨损的材料原则上应覆盖在超声焊极和砧挡的高负荷的工作面上，作为提示，侧边界也可以覆以相应的材料。