PT1677942E

PT1677942E - Método para soldar condutores

Info

Publication number: PT1677942E
Application number: PT04790990T
Authority: PT
Inventors: Jost Eberbach
Original assignee: Schunk Sonosystems Gmbh
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2010-03-17
Also published as: JP2007509758A; ATE451998T1; BRPI0415993B1; BRPI0415993A; PL1677942T3; EP1677942A1; US7600665B2; DE502004010531D1; MXPA06004855A; JP5142527B2; EP1677942B1; US20060283912A1; KR20060102558A; WO2005042202A1

Description

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DESCRIÇÃO "MÉTODO PARA SOLDAR CONDUTORES" A invenção diz respeito a um método de soldagem ultra-sónica de condutores eléctricos como cabos, em especial para soldar cabos entre si para produção de nós de trânsito e terminais ou cabos com um suporte, em que os condutores são incorporados em uma câmara de compressão limitada por pelo menos dois elementos de delimitação e soldados após o fecho da câmara de compressão, em que são aplicados ultra-sons por meio de um primeiro elemento como um sonotrode ultra-sónico e os condutores a soldar são pressurizados por meio de um primeiro elemento ou um segundo elemento como um contra-eléctrodo e em que são medidas as dimensões caracteristicas da câmara de compressão. A invenção também diz respeito a um processo de controle de qualidade dos condutores soldados, em especial cabos soldados como nós de trânsito e terminais ou cabos soldados em um suporte.

Na soldadura por ultra-sons de um nó são introduzidos em uma câmara de compressão vários cabos como ligações de cobre, que por seu lado são compostos por vários condutores, sendo depois pressurizados conjuntamente e instalados uns nos outros através de ultra-sons em vibração relativa. 0 atrito dos condutores entre si leva à soldagem das superfícies, de forma a que após a soldadura se apresente um nó seguro. Durante a compressão e a soldadura o volume da câmara de compressão diminui. Esta alteração do volume pode ser medida através de um sensor de movimento e utilizada como valor de comparação para controle da qualidade. A solidez do nó é o critério de qualidade decisivo para o processo da soldadura por ultra-sons. 2

Para determinar a solidez dos respectivos nós, os nós podem ser medidos através de tensionamento e descasque por meio de um tipo de teste de dureza (Splice-Checker). A EP-B-0 208 310 é um procedimento genérico de extracção de regras do processo de controle de qualidade de soldadura de peças por ultra-sons. Aqui, para activação da energia ultra-sónica, é baixado um sonotrode de um dispositivo de soldagem por ultra-sons para uma peça localizada em cima de uma bigorna, em que do assentar do sonotrode na peça resulta um balanço zero, para de seguida activar o sonotrode e prosseguir o desejado processo de deformação.

No SU-A-757 337 encontra-se descrito um processo de soldagem por ultra-sons de materiais termoplásticos, através do qual é registada a profundidade de inserção do sonotrode e com isto a deformação da peça durante o processo de soldadura por meio de um sensor de movimento introduzido directamente no sonotrode. 0 processo de soldadura termina com a alteração do sinal da segunda derivação temporal do sinal de movimento.

Na DE-A-2 149 748 são descritos um processo, um dispositivo e um sistema para produção de ligações de circuitos integrados. Para alcançar melhores ligações, a introdução de força numa peça, mas também a sua admissão de energia são dirigidas através de uma deformação das componentes a ligar, determinada por um sensor de movimento.

Uma regulação da soldadura através de ultra-sons é descrita na FR-A-2 302 172, na qual a velocidade do movimento de descida compreende um sonotrode durante a soldadura, com valores limite predefinidos comparados e que limitam a 3 alimentação de energia ao sonotrode ao ultrapassar patamares definidos.

Na wo-A-95/10866 é descrito um processo e um dispositivo para soldar condutores com o qual se pode conseguir uma soldadura definida independente da secção transversal, igualmente quando são soldados condutores sequencialmente com diferentes secções transversais em ordem aleatória. Aqui é medido um diâmetro caracteristico da câmara de compressão conforme a compressão do condutor a soldar.

Para ajustar a câmara de compressão que integra um condutor a soldar em altura e largura nas dimensões desejadas e poder acertar automaticamente na secção transversal de soldadura existente são conhecidos dispositivos como este EP-B-0 143 936 ou o DE-C-37 19 083.

Na presente invenção coloca-se a questão de desenvolver um procedimento do tipo já descrito ao inicio de forma a que possa ser testado imediatamente a seguir à produção do nó se a soldadura atingiu as exigências de qualidade desejadas. A invenção também diz respeito a um procedimento para o controle de qualidade dos condutores soldados. O presente problema é resolvido de acordo com a invenção ao, após a soldadura dos condutores, a câmara de compressão ser descomprimida e os ultra-sons serem transmitidos aos condutores soldados e medindo-se de seguida as dimensões caracteristicas.

De acordo com a invenção, o teste da qualidade da soldadura ocorre directamente na câmara de compressão, sem que sejam necessárias instalações adicionais. Aqui prevê-se de acordo 4 com a invenção que a câmara de compressão seja descomprimida após a soldadura, para então se transmitir um impulso de som transmitido curto na soldadura, como os nós. Se a soldadura não estiver segura, os condutores ou cabos colocados em movimento através do som afastar-se-ão em direcção ao limite descomprimido da câmara de compressão. Com isto o limite pode ser evitado, de forma a que por causa da admissão de pressão resultante sobre o segundo elemento como o contra-eléctrodo ou bigorna ocorra uma alteração do movimento do segundo elemento relativamente grande. Esta medida da alteração do movimento, que é registável por um sensor de movimento, fornece informação sobre se as exigências de qualidade da soldadura são atingidas ou não; se se regista apenas uma pequena alteração do movimento, conclui-se que a soldadura apresenta a solidez exigida.

Descomprimir significa geralmente que é desbloqueado ou descomprimido um limite como elemento lateral da câmara de compressão, de forma a que o elemento lateral seja deslocado graças ao nó desviado e "macio" que se cria com a pressão do segundo elemento, desde que este não apresente a firmeza exigida. 0 nó mole quase se derrete através do desvio do elemento de limite, de forma a que o segundo elemento seja ajustado à correspondente direcção do primeiro elemento. Com isto resulta que com um nó não suficientemente seguro se produz uma alteração de movimento caracteristica do segundo elemento. 0 desvio do elemento de limite, portanto da sua alteração de movimento, pode ser também utilizado como medida caracteristica para retirar conclusões sobre a qualidade do nó. 5

Através da selecção de parâmetros adequados durante o teste, como por exemplo força de pressão, amplitude ou duração do som pode ser diferente mediante o valor da alteração do movimento se a soldadura e os nós estão ou não seguros, portanto se as exigências de qualidade são satisfeitas ou não. 0 descomprimir da câmara de compressão resulta especialmente de que a câmara de compressão seja delimitada pelo menos por três elementos e após a soldadura pelo menos um elemento seja desbloqueado e descomprimido para o condutor soldado na dimensão exigida. Também um ajuste dos elementos para abertura da câmara de compressão preenche a caracteristica da descompressão.

Como dimensões caracteristicas, que permitem conclusões em relação à qualidade da soldadura, é especialmente de seleccionar um valor geométrico como altura, largura ou diagonal da câmara de compressão, em que o valor geométrico seja registado por exemplo por um sensor de movimento.

Na medição das diagonais, a câmara de compressão é aparentemente fechada na periferia. Em especial, é escolhida como dimensão caracteristica a distância entre o primeiro elemento (sonotrode) que emite os ultra-sons e o segundo elemento (bigorna e contra-eléctrodo) que suporta a pressão.

Por outras palavras, a invenção diz respeito fundamentalmente a um processo para soldar condutores eléctricos por intermédio de ultra-sons, em que o condutor é introduzido em pelo menos um de dois elementos de delimitação de uma câmara de compressão e é soldado após o 6 fecho da câmara de compressão, em que aplica através de um sonotrode ultra-sons e vibrações de ultra-sons e através de um contra-eléctrodo que é pressurizado com o condutor a soldar. Para poder testar a qualidade dos pontos de soldadura através de meios simples é aconselhado que após a soldadura dos condutores a câmara de compressão seja descomprimida e seja aplicado então um impulso ultra-sónico ou impulso de vibração ultra-sónica no condutor soldado e uma pressurização simultânea deste e de seguida seja medida a alteração de distância entre o sonotrode e o contra-eléctrodo. Durante a pressurização o condutor pode através da descompressão da câmara de compressão como desbloqueio de um dos elementos de delimitação afastar este do condutor soldado, desde que o condutor passe por uma deformação que ocorre na direcção do elemento de delimitação.

No desenvolvimento da invenção destaca-se um processo de controle da qualidade do condutor soldado na câmara de compressão do dispositivo de soldadura por ultra-sons, em que o condutor é compactado e soldado na câmara de compressão ao mesmo tempo que se dá uma redução transversal da câmara de compressão, em que após a descompressão da câmara de compressão, em que os condutores soldados ficam entre o primeiro e o segundo elemento, e a renovada aplicação de ultra-sons segue-se simultaneamente uma pressurização no condutor soldado sobre o primeiro e/ou segundo elemento e que de seguida a dimensão característica da câmara de compressão e/ou geometria do condutor soldado é medida.

Aqui é avaliada a qualidade da soldadura consoante a dimensão característica medida da câmara de compressão e/ou a geometria do condutor soldado. 7

Em especial a dimensão caracteristica da câmara de compressão a nivel da altura e/ou largura e/ou diagonal pode ser medida por exemplo através de um sensor de movimento. A nova aplicação do ultra-som deve acontecer durante uma duração I de 10 ms ^ T < 250 ms. Aqui a nova aplicação com ultra-sons deve ser imediatamente associada ao processo de soldadura, seguindo-se quase imediatamente a este.

Para assegurar que as soldaduras de qualidade inferior não possam acontecer num processo de produção normal, um desenvolvimento da invenção prevê que ao apurar uma soldadura de qualidade inferior nos condutores soldados seja aplicada, na câmara de compressão agora aberta, um novo ultra-som simultaneamente com a compressão para destruição ou continuação da destruição da soldadura.

Se for determinada uma soldadura adequada pode realizar-se uma densificação na câmara de compressão aberta para elevação da segurança da soldadura. O processo para controlo da qualidade de acordo com a invenção pode contudo ser conduzido independentemente do dispositivo, sendo realizado no condutor soldado, mesmo quando a soldadura e o teste do condutor soldado ocorrem preferencialmente em um e no mesmo dispositivo, como em especial em nós de trânsito e terminais de cabos soldados.

Assim, os condutores soldados podem ser dispostos entre um primeiro elemento que aplica vibrações de ultra-sons, como um sonotrode, e um segundo elemento como um contra-eléctrodo, para então serem aplicados ultra-sons e vibrações de ultra-sons e durante e depois da aplicação serem medidas as alterações de distância resultantes entre o primeiro e o segundo elemento com a pressurização simultânea do condutor soldado. Após isto realiza-se a avaliação da alteração da distância entre o primeiro e segundo elemento da forma anteriormente descrita, e determina-se se o condutor soldado corresponde às exigências de qualidade; uma vez que exista uma alteração da distância entre o primeiro e segundo elemento numa dimensão incorrecta pode-se concluir que a ligação de soldadura não satisfaz as exigências esperadas.

Em relação ao controle de qualidade anteriormente esclarecido, os parâmetros e os processos de medição para teste da qualidade dos condutores soldados em utilização já foram anteriormente tratados.

Outras particularidades, vantagens e características da invenção resultam não apenas das reivindicações e das suas características e/ou combinações, mas também dos exemplos de realização preferências constantes da descrição que se segue das figuras.

Estas mostram:

Fig.l uma representação esquemática de uma unidade de soldadura por ultra-sons,

Fig.2 uma câmara de compressão de um dispositivo de soldadura por ultra-sons em primeiro lugar, 9

Fig.3 a câmara de compressão de acordo com a Fig.2 numa segunda posição e

Fig.4 uma outra forma de realização de uma câmara de compressão.

Na Fig.l é apresentada uma unidade com a qual são soldados especialmente condutores eléctricos através de ultra-sons a nós de trânsito e terminais. A unidade abrange um dispositivo ou máquina de soldadura por ultra-sons 10, que de forma habitual compreende um conversor 12 eventualmente um Booster 14 e um sonotrode 16. O sonotrode 16, em particular uma superfície deste, está em contacto com um contra-eléctrodo 18 de várias componentes - também designado como bigorna - bem como uma válvula de fecho 20, como o que se retira da DE-C-37 19 083, a que se refere explicitamente esta manifestação. O sonotrode 16, em particular a sua superfície, o contra-eléctrodo 18 bem como a válvula de fecho 20, delimitam uma câmara de compressão ajustável em secção transversal, processo que é melhor esclarecido com a ajuda das Fig. 2-4. Na câmara de compressão são introduzidos os elementos a soldar como os condutores. O conversor 12 encontra-se ligado a um gerador 24 por meio de uma conexão 22, que por seu lado conduz através de uma conexão 26 a um PC 28, com o qual se dirige o processo de soldadura e no qual se podem introduzir os parâmetros de soldadura e a secção transversal dos condutores a soldar e repor alguns dos valores gravados.

Como resulta da Fig.2, o dispositivo de soldadura por ultra-sons 10 apresenta uma câmara de compressão 30 10 delimitada por um sonotrode 16, um contra-eléctrodo 18 e uma válvula de fecho lateral 20, no qual é introduzido no exemplo de realização o condutor 32 a soldar. 0 contra-eléctrodo 18 é composto por uma coluna ou placa 34 ajustável na vertical, da qual sai uma válvula de fecho transversal 36 que se move na horizontal. A placa 34 que se move na vertical encontra-se para além disso associada a um sensor de movimento 38. O movimento da placa vertical 34, da válvula de fecho transversal 36 e da válvula de fecho lateral 20 é simbolizado por meio da seta dupla 40, 42, 44.

Se os condutores 32 forem introduzidos na câmara de compressão 30, a válvula de fecho lateral 20 move-se na direcção dos condutores 32. A válvula de fecho transversal 36 posiciona-se correspondentemente de forma a que, com o movimento vertical da placa 34 possa ficar ajustada ao longo da válvula de fecho 20, ou seja ao longo da sua superfície 46 que delimita com a câmara de compressão 30. A superfície inferior de delimitação da câmara de compressão 30 é construída ao longo de uma superfície 48 do sonotrode 16. Do lado contrário da superfície de delimitação encontra-se uma superfície 50 da válvula de fecho transversal 36. A superfície de delimitação 52 da câmara de compressão 30 que fica paralela à superfície de delimitação 46 é formada pela placa 34 vertical.

Com a câmara de compressão fechada dá-se uma compactação dos condutores 32 e dai uma soldadura destes, em que o sonotrode 16 é colocado em vibração de ultra-sons. Simultaneamente, o contra-eléctrodo 18 - também denominado bigorna - é ajustado na direcção da seta 40 em direcção à superfície de delimitação 48 do sonotrode 16 (seta 40), do 11 que resulta uma aplicação de força e pressurização necessária sobre os condutores 32.

Após terminar o processo de soldadura, portanto depois da produção de um nó 54 a válvula de fecho lateral 20 é descomprimida de acordo com a Fig. 3. Isto pode resultar do desbloqueamento e descompressão da válvula de fecho 20, para que esta possa ser deslocada na direcção da seta 49 por meio das forças transmitidas ao nó soldado 54. Uma descompressão também pode resultar da abertura da câmara de compressão 30 por uma deslocação da válvula de fecho lateral 20. Ai é transmitido pelo sonotrode 16, ao nó 54, pela sua pressurização, um ultra-som e impulso sónico, através do contra-eléctrodo 18 e da válvula de fecho transversal 36, com uma amplitude e duração adequadas. Assim, os condutores e cabos do nó 54 podem desviar-se na direcção da válvula de fecho 20, e num perímetro dependente disso, apresentar nessa medida a necessária segurança do nó 54. Uma vez que é exercida uma força no nó 54 através da válvula de fecho 36, resulta que quando os condutores ou cabos desviam este movimento, é medido o movimento vertical do contra-eléctrodo 18 pelo sensor de movimento 38 e é transmitido a um comando 56. Pode ser determinado se o nó 54 apresenta ou não a segurança e qualidade exigidas através do comando 56 e das informações das alterações de movimento transmitidas pelo sensor de movimento 38; na segurança suficiente do nó 54 ocorre um movimento mínimo do contra-eléctrodo 18 registado pelo sensor de movimento 38.

Revela-se então por exemplo num nó com uma secção transversal de l,5mm2 uma alteração de movimento de cerca de 0,05mm, desde que o nó apresente a segurança exigida. Se esta não existir revela-se por exemplo com uma pressão de 12 teste de 2 bar e uma duração sónica de 40ms uma alteração de movimento de 0,2 mm, que sinaliza que o nó não possui a segurança necessária para se continuar a trabalhar.

Em nós com uma secção transversal de por exemplo 10,5 mm2 revela-se uma alteração de movimento de cerca de 0,03 mm, quando estamos perante a segurança necessária. Para nós não seguros regista-se por exemplo uma alteração de movimento de cerca de 0,1 mm em pressão de teste de 3 bar e uma duração do impulso sónico de 55 ms.

Em relação à representação esquemática da Fig.4, realiza-se um controle de qualidade e segurança quando uma câmara de compressão é descomprimida não apenas de um só lado, mas de vários. É determinante que um nó 58 produzido se encontre disposto entre um contra-eléctrodo 62 que possibilita a pressurização e um sonotrode que aplica vibração ultra-sónica, como se depreende da Fig.4. Aqui são formadas superfícies de delimitação pela soldadura dos nós 58 na câmara de compressão das válvulas de segurança 64, 66, que no controle de qualidade portanto são descomprimidas e afastadas para os lados após a emissão ultra-sónica e pressurização. O elemento 62, de acordo com a Fig.4, também pode ser um suporte que prende com os cabos, que por seu lado é suportado pelo eléctrodo e pela bigorna, que nesta variante não se encontra representado.

As possibilidades de acordo com a invenção podem ainda ser alargadas para esse efeito, uma vez que quando for apurado pelo controle de qualidade que um nó não tem a segurança exigida, resulta uma outra acção sónica com simultânea pressurização, pelo que o nó 54 quase se afasta, dissolve e 13 destrói, de forma a que não é mais possível considerar um processo de produção.

Também há a possibilidade de fortalecer determinados nós suficientemente seguros. Isto pode suceder através de câmaras de compressão abertas para aumento da segurança dos nós, quando os impulsos ultra-sónicos adicionais são accionados ao mesmo tempo que uma pressurização.

Se a invenção for explicada com recurso à soldadura de cabos não deverá suscitar por isto uma limitação das possibilidades aqui expostas. Um controle da segurança de cabos soldados num suporte é, por exemplo, igualmente possível. Aqui o suporte constitui preferencialmente um limite da câmara de compressão. Por isso o suporte é apoiado no contra-eléctrodo. A pressurização ocorre então também pelo sonotrode. Alternativamente os cabos podem ser dispostos no sonotrode e depois o suporte disposto neste. A pressurização resulta pelo contra-eléctrodo ou bigorna que se apoiam no suporte.

Se graças à descrição anterior for levado a cabo um exame do condutor soldado como nós de trânsito e terminais no mesmo dispositivo de soldadura por ultra-sons no qual a soldadura dos condutores e cabos ocorre, a invenção não é então descartada se for levado a cabo um controle de qualidade numa máquina separada que apresente um sonotrode transmissor de vibrações ultra-sónicas como componente principal e um contra-eléctrodo e bigorna associados ao sonotrode. Para assegurar a sua firmeza, o condutor soldado a testar como nó de trânsito ou terminal ou cabos soldados num suporte são então dispostos entre o sonotrode e a bigorna, para iniciar da forma anteriormente descrita no 14 condutor soldado um impulso ultra-sónico com a pressurização simultânea. Ao mesmo tempo a alteração de distância entre o sonotrode e a bigorna é medida para retirar conclusões do movimento de ajuste em relação à segurança da posição de soldadura.

Um destes controles de qualidade apresenta a vantagem de poder testar condutores soldados em vários dispositivos de soldadura, como por exemplo num local central, sem influenciar o curso normal da soldadura.

Lisboa, 10 de Março de 2010

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para soldar condutores eléctricos (32) tais como cabos utilizando ultra-sons, em particular cabos uns com os outros para produzir nós de trânsito ou terminais (54, 58) ou cabos com um suporte, em que os condutores são introduzidos numa câmara de compressão (30) que se encontra delimitada por pelo menos dois elementos de delimitação e são soldados após a câmara de compressão se fechar, em que o ultra-som é aplicado através de um primeiro elemento como um sonotrode (16) e os condutores a soldar são intervencionados por pressão através do primeiro elemento ou um segundo elemento, tal como um contra-eléctrodo (18), e em que é medida uma distância característica da câmara de compressão, caracterizado por após os condutores (32) serem soldados, a câmara de compressão (30) ser descomprimida e os ultra-sons serem aplicados nos condutores soldados, após o que a distância caracteristica é medida.

2 . Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a câmara de compressão (30) ser delimitada por pelo menos três elementos (16, 18, 20) e após a soldadura pelo menos um previamente fixo tal como uma válvula de fecho (20) em relação ao condutor soldado (32) ser descomprimido e desbloqueado.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por 2 o valor geométrico tal como a altura, largura ou diagonal da câmara de compressão (30) ser seleccionado como uma distância caracteristica, especialmente a distância entre o primeiro e o segundo elemento (16, 18) .

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o valor geométrico ser medido por um sensor de movimento (38)

5. Método para controle de qualidade dos condutores (32) de acordo com a reivindicação 1 que foi soldado na câmara de compressão (30) do dispositivo de soldadura por ultra-sons (10) caracterizado por os condutores (32) serem compactados e soldados na câmara de compressão (30) com uma redução de secção transversal simultânea da câmara de compressão (30), que após a descompressão da câmara de compressão (30), em que os condutores soldados (32) permanecem entre o primeiro elemento (16) e o segundo elemento (18), e após a nova aplicação de ultra-sons os condutores soldados (32)serem submetidos a pressão simultânea através do primeiro e/ou o segundo elemento (16,18), e em que subsequentemente a distância caracteristica da câmara de compressão e/ou geometria dos condutores soldados (32) é medida.

6 . Método de acordo com a reivindicação 1 ou 5, caracterizado por os condutores (32) serem submetidos a pressão através do segundo elemento (18). 3

7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a qualidade da soldadura ser avaliada em função da distância caracteristica medida da câmara de compressão (30) e/ou da geometria dos condutores soldados (32).

8. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a altura e/ou largura e/ou diagonal da câmara de compressão (30) serem medidas como distâncias caracteristicas da câmara de compressão (30), por exemplo usando um sensor de movimento (38).

9 . Método de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por a aplicação renovada de ultra-sons ocorrer ao longo de uma duração T com 10 ms ^ T ^ 250 ms.

10. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por a aplicação renovada de ultra-sons com acção simultânea por pressão nos condutores soldados (32) ter lugar com a pressão P com 1 bar < p < 4 bar.

11. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por ao serem determinadas soldas de qualidade inferior ser novamente aplicado um ultra-som com acção simultânea de pressão nos condutores soldados (32) com a câmara 4 de compressão (30) a ser aberta para destruir ou destruir em grande parte a solda.

12. Método de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por ao ser determinada uma soldadura adequada, ser novamente aplicado um ultra-som com acção simultânea de pressão nos condutores soldados (32) com a câmara de compressão (30) a ser descomprimida para recompressão selectiva da solda.

13. Método para avaliar a qualidade de condutores soldados, especialmente cabos soldados tais como nós de trânsito ou terminais ou cabos soldados num suporte, caracterizado por após descomprimidos, os condutores soldados serem dispostos entre um primeiro elemento que aplica vibrações ultra-sónicas, tal como um sonotrode, e um segundo elemento, tal como um contra-eléctrodo, e em que os ultra-sons são aplicados por meio do primeiro elemento, e alterações na distância entre o primeiro e o segundo elemento com acção simultânea de pressão nos condutores ocorrerem durante ou depois da aplicação ser medida. Lisboa, 10 de Março de 2010