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電池金屬摩擦因數(shù)在超聲波焊接模擬中的應(yīng)用

超聲波焊接技術(shù)是應(yīng)用于汽車電池組的主流連接技術(shù)之一，這些汽車電池組的電池主要通過焊接串聯(lián)在電動(dòng)汽車互聯(lián)電路板的匯流條（裸露的導(dǎo)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(shù)學(xué)模擬仿真（如有限元分析）已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于對(duì)超聲波焊接工藝的模擬以及對(duì)焊接頭質(zhì)量的優(yōu)化。由于摩擦產(chǎn)生的熱量會(huì)對(duì)超聲波焊接起到關(guān)鍵性作用，所以對(duì)材料表面摩擦因數(shù)的測(cè)量是否準(zhǔn)確對(duì)焊接的仿真結(jié)果至關(guān)重要，主要介紹了對(duì)摩擦材料摩擦因數(shù)測(cè)量的試驗(yàn)結(jié)果，以及一些影響摩擦因數(shù)的因素（如材料的表面條件、滑動(dòng)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(shù)為1.2，而銅匯流條和鋁片之間的平均摩擦因數(shù)為0.6。利用有限元分析軟件分析了焊接過程中所測(cè)出的摩擦因數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)。

在本項(xiàng)研究中，通過使用往復(fù)式滑動(dòng)裝置對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行了研究：電池板與內(nèi)部銅板間的摩擦因數(shù)，以及影響摩擦因數(shù)的一些相關(guān)參數(shù)（如表面條件、滑動(dòng)頻率和摩擦件之間的負(fù)荷）。試驗(yàn)過程遵循了以下條件。

（1）表面狀態(tài)：對(duì)試驗(yàn)件的打磨，清洗的前處理。

（2）滑動(dòng)頻率：滑動(dòng)頻率分為2Hz和10Hz兩種。

（3）常規(guī)負(fù)荷：在對(duì)銅板測(cè)試時(shí)負(fù)荷分別為20N和60N，在對(duì)鋁板測(cè)試時(shí)負(fù)荷為20N、60N和100N。

試驗(yàn)得到了以下結(jié)論。

（1）銅匯流條（無論是保持其初始狀態(tài)或是經(jīng)過拋光處理）與銅片之間的平均摩擦因數(shù)為1.24，其達(dá)到最終穩(wěn)態(tài)相對(duì)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(shù)為1.18（穩(wěn)態(tài)值），其達(dá)到最終穩(wěn)態(tài)的速度非?？?。

（3）銅匯流條和鋁片之間的平均摩擦因數(shù)為0.60，在最終穩(wěn)態(tài)階段，表面狀況（如初始狀態(tài)、清洗后或拋光后）對(duì)摩擦因數(shù)的影響并不是很大，其達(dá)到最終穩(wěn)態(tài)的速度也非?？?。

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

（5）通過有限元分析成功預(yù)測(cè)了超聲被焊接中接頭的溫度和質(zhì)量。

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

編譯：王一瀏