مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بهینه‌سازی استحکام اتصال رشته سیم‌های مسی به روش جوش فراصوتی فلزات

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مهندسی مکانیک
10.48311/mme.2025.27866
چکیده
اتصال‌دهی سیم‌های فلزی به روش فناوری فراصوت توان بالا یکی از راهکارهای مهم در تولید خودروهای با کیفیت و مدرن است. چالش مهم در این فناوری تنظیم درست پارامترهای مهم فرایند با هدف دستیابی به استحکام اتصال بالاتر و ویژگی‌های مطلوب متالورژیکی می‌باشد. بدین منظور در پژوهش حاضر، با استفاده از طراحی آزمایش به روش سطح پاسخ اثر دو پارامتر فشار استاتیک و انرژی جوش بر استحکام اتصال سیم به سیم مسی با مجموع سطح مقطع mm210 مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی متالورژیکی محل اتصال شامل تصویربرداری نوری و اندازه‌گیری سختی در مقطع اتصال نیز انجام و در تحلیل نتایج طراحی آزمایش مورد استفاده قرار گرفته است. براساس نتایج طراحی آزمایش هر دو معیار فشار استاتیک و انرژی جوش، تاثیرگذار شناخته شدند، هرچند تاثیر انرژی جوش به مراتب بیش از فشار می‌باشد. مقدار بهینه انرژی جوش برابر J930 و حداکثر استحکام اتصال در آن برابر N782 بدست آمد. حداقل و حداکثر مقدار سختی به ترتیب برابر HV 61 و 80 بدست آمد که بیانگر کرنش‌سختی در نواحی در تماس با هورن و سندان و در عین حال نرم شدن حرارتی در نواحی مرکزی خشته سیم می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Optimizing the Joining Strength of Wire Splices using Ultrasonic Metal Welding

نویسندگان English

Mehri Gohari
Rezvan Abedini
Iran university of science and engineering
چکیده English

Wire splicing using ultrasonic metal welding technology is one of the important solutions in the production of quality and modern vehicles. The important challenge in this technology is to properly adjust the important process parameters with the aim of achieving higher joint strength and desirable metallurgical properties. For this purpose, in the present study, using the Response Surface Method (RSM), the effect of two parameters, static pressure and welding energy, on the strength of the Cu wire/wire joint with a total cross-sectional area of 10 mm2 has been investigated. Metallurgical examination of the welding, including optical imaging and hardness measurement at the joint section, has also been performed and used in the analysis of the results of Design of Experiment (DOE). Based on the DOE results, both static pressure and welding energy parameters were found to be effective, although the effect of welding energy is much greater than pressure. The optimal value of welding energy was found to be 930J and the maximum joint strength was found to be 782N. The minimum and maximum hardness values were 61 and 80 HV, respectively, which indicates strain hardening in the areas in contact with the horn and anvil, while thermal softening in the central areas of the wire splice

کلیدواژه‌ها English

Ultrasonic Wire Splicing
Joining
Copper Wire
Design of Experiment (DOE)
Weld Strength
[[1]] Matheny MP, Graff KF. 11 - Ultrasonic welding of metals. In: Gallego-Juárez JA, Graff KF, editors. Power Ultrasonics. Oxford: Woodhead Publishing; 2015. p. 259-93.
[[1]] wire splicing and terminal Welding catalogue, Telsonic Co., 2024.
[[1]] Sahoo, S.K., & Satpathy, M.P. (2020). Ultrasonic Welding of Metal Sheets (1st ed.). CRC Press. doi:10.1201/9780429294051
[[1]] Yusefi A, Kokabi AH, Abedini R, Fartashvand V, Allahverdizadeh V. Microstructure evolution and mechanical properties analysis in dissimilar ultrasonic metal welding of aluminum to copper. Journal of Materials Research and Technology. 2024; 30:2922-35. doi:10.1016/j.jmrt.2024.04.037.
[[1]] Yusefi A, Kokabi AH, Abedini R, Fartashvand V, Allahverdizadeh V. Investigation of Process Parameters on the Mechanical Strength in Ultrasonic Metal Welding of Aluminum to Copper Dissimilar Joints. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2024; 77(11):3707-18. doi:10.1007/s12666-024-03443-4.
[[1]] Goodarzi N, Hashemi R, Abedini R. Microstructure investigation and optimization of process parameters of ultrasonic welding for Al–Cu dissimilar joints using design of experiment. Journal of Materials Research and Technology. 2024; 31:2236-48. doi: 10.1016/j.jmrt.2024.06.198.
[[1]] Jarahi F, Vahdati M, Abedini R. Modeling and Optimization of Shear Strength of the Welded Joint Produced by Ultrasonic Welding of Copper Wire to Aluminum Sheet. Transactions of the Indian Institute of Metals. 2024; 77(9):2499-508. doi:10.1007/s12666-024-03336-6.
[[1]] Srinivasan V, Balamurugan S, Balakarthick B, Darshan SD, Prabhu AD. Experimental investigation on ultrasonic metal welding of copper sheet with copper wire using Taguchi method. Materials Today: Proceedings. 2021; 45:495-501. doi:10.1016/j.matpr.2020.02.100.
[[1]] Mostafavi S, Hesser DF, Markert B. Effect of process parameters on the interface temperature in ultrasonic aluminum wire bonding. Journal of Manufacturing Processes. 2018; 36:104-14. doi.:10.1016/j.jmapro.2018.09.020.
[[1]] Mostafavi S, Markert B. Ultrasonic weld strength and weld microstructure characteristics in multi-strand aluminum cables (EN AW-1370) – Effect of process parameters. Journal of Manufacturing Processes. 2020; 57:893-904. doi:10.1016/j.jmapro.2020.07.054.
[[1]] Ultrasonic metal welding: Quality guidelines, ultrasonic wire splicing, TELSONIC Ultrasonics Co. 2025.