1 Trudności techniczne w podłączaniu zacisków miedzianych i przewodów aluminiowych
1.1 Na powierzchni przewodu aluminiowego znajduje się warstwa tlenku
Istnieje silne powinowactwo między przewodnikiem aluminiowym a tlenem. Nawet w temperaturze pokojowej gęsty tlenek glinu (Al2O3) zostanie utworzony na powierzchni w momencie kontaktu z powietrzem. Ta folia tlenkowa ma tylko 2nm grubości, ale jest ściśle połączona z powierzchnią podłoża aluminiowego. W porównaniu z przewodami miedzianymi, chociaż folia tlenkowa na przewodach aluminiowych zapobiega rozpraszaniu się tlenu, odgrywa również dobrą rolę w ochronie przed korozją w atmosferze. Ale jego dobry efekt izolacji zapobiega przenoszeniu elektronów z jednego przewodu podłoża aluminiowego do innego przewodu podłoża aluminiowego, czyli elektronów może poruszać się tylko w korpusie podłoża aluminiowego.
Z powodu tej funkcji, po usunięciu osłony izolacyjnej na końcu drutu aluminiowego, na powierzchni przewodu aluminiowego powstaje warstwa tlenku w kontakcie z powietrzem. Jak pokazano na rysunku 1, elektrony w przewodach aluminiowych mogą poruszać się tylko w jednym przewodze aluminiowym, ale nie mogą poruszać się między drutem aluminiowym a drutem aluminiowym. Jeśli występuje częściowe zjawisko zerwanego drutu w pęczku aluminiowych przewodów rdzeniowych, ruch elektroniczny w tych uszkodzonych przewodach zostanie zablokowany. W porównaniu z drutem aluminiowym przed uszkodzonymi przewodami, wartość rezystancji wzrośnie, a przewodność zmniejszy się.
W przeciwieństwie do tego, powierzchnia przewodu podłoża miedzianego nie tworzy szybko gęstej warstwy tlenku w powietrzu, więc nawet jeśli drut jest uszkodzony, elektrony w uszkodzonym przewodzie mogą nadal poruszać się do przodu przez inne przewody miedziane. Dlatego z jakościowego punktu widzenia, gdy w przewodzie miedzianym występuje pewien procent uszkodzonych przewodów, chociaż przewodność jest zmniejszona, nadal może spełniać wymagania użytkowania.
1.2 Korozja elektrochemiczna występuje w częściach styku przewodów miedzianych i aluminiowych
Rysunek 2 przedstawia sekwencję potencjału elektrochemicznego różnych materiałów metalowych w wodzie morskiej. Widać, że istnieje różnica potencjału chemicznego między metalem miedzianym a metalem aluminiowym w wodzie morskiej. Gdy te dwa metale istnieją w elektrolitze w tym samym czasie, powstaje komórka galwaniczna i występuje reakcja elektrochemiczna. Atomy aluminium w niskopotybiornym materiale aluminiowym pozostawią siatkę kryształową i stracą elektrony, tworząc uwodnione jony. Przewody aluminiowe, które były w tym środowisku przez długi czas będą stopniowo zjadane. Zjawisko to nazywa się korozją elektrochemiczną.
Gdy wilgotność powietrza jest wysoka lub zawiera solone zanieczyszczenia, powstanie idealne środowisko elektrolitowe. Część, w której terminal miedziany i drut aluminiowy są w bezpośrednim kontakcie, utworzy podstawową baterię z aluminium jako elektrodę ujemną i miedź jako elektrodę dodatnią. Jak pokazano na rysunku 3, jeśli część połączenia nie jest obsługiwana prawidłowo, wystąpi poważna korozja elektrochemiczna, a właściwości elektryczne i mechaniczne połączenia miedziano-aluminiowego zostaną utracone.
1.3 Właściwości elektryczne i wytrzymałość mechaniczna przewodów aluminiowych są słabsze niż przewody miedziane
Pod warunkiem tej samej średnicy drutu przewodowość przewodów aluminiowych jest słabsza niż przewodów miedzianych. Dlatego przewody aluminiowe o większej średnicy niż przewody miedziane muszą być stosowane w celu zmniejszenia jego odporności, aby osiągnąć równoważną wydajność elektryczną przewodów miedzianych.
Ponadto wytrzymałość na rozciąganie, twardość i inne właściwości mechaniczne przewodów aluminiowych są słabsze niż przewody miedziane, więc nie nadają się do przetwarzania w zaciskach aluminiowych, aby połączyć się z innymi częściami w samochodzie. Zaciski miedziane mogą być brane pod uwagę tylko do połączenia z przewodami aluminiowymi, ale części połączenia są łatwe Uszkodzenia mechaniczne lub uszkodzenia zmęczeniowe występuje, więc odpowiednie środki ochronne muszą być podjęte podczas aplikacji.
2 Podstawa osądu do spawania drutu aluminiowego i zacisku miedzianego
2. 1 Zapewnić dobrą wydajność elektryczną części spawalniczej
2.1.1 Upewnij się, że wybrany rozmiar drutu aluminiowego jest równoważny z drutem miedzianym
Obecnie powszechnie stosowaną normą drutu miedzianego w branży jest ISO6722-1 [1], a normą drutu aluminiowego jest ISO 6722-2 [2]. Równoważna wymiana przewodów aluminiowych musi uwzględniać cechy podobnej przewodności, nośności prądu, krzywej derowania i innych cech zastąpionych przewodów miedzianych, tak aby zastąpić materiał przewodu i utrzymać pierwotną strategię ochrony obwodu.
Tabela 1 zawiera tabelę porównawczą specyfikacji drutu aluminiowego i drutu miedzianego, które można uznać za równoważną wymianę. Ta tabela może być używana jako punkt odniesienia dla równoważnej wymiany przewodów miedzianych i aluminiowych, a dalsza weryfikacja i potwierdzenie są wymagane w określonych zastosowaniach.
2.1.2 Swobodny przepływ elektronów między drutami aluminiowymi odbywa się poprzez spawanie ultradźwiękowe
Spawanie ultradźwiękowe wykorzystuje fale drgań o wysokiej częstotliwości, które mają być przenoszone na powierzchnie dwóch obiektów, które mają być spawane. Pod ciśnieniem powierzchnie obu obiektów są ocierane względem siebie, tworząc fuzję między warstwami molekularnymi (patrz rysunek 4).
Dzięki tej metodzie folia tlenkowa na powierzchni drutu aluminiowego może zostać skutecznie zniszczona, a swobodny przepływ elektronów między różnymi przewodami aluminiowymi może być realizowany (patrz rysunek 5).
Dzięki tej samej metodzie możliwe jest również osiągnięcie fuzji poziomu molekularnego między miedzianym podłożem terminala a aluminiowym podłożem drutu, aby osiągnąć dobrą wydajność elektryczną. Ocena wydajności spawania ultradźwiękowego w dziedzinie wiązki przewodów samochodowych zazwyczaj używa standardu USCar38-2016 [3]. W tej edycji standardu podano kryteria oceny spawania zacisków miedzianych i przewodów aluminiowych. Metody i kryteria oceny przewodności elektrycznej są takie same jak w przypadku zacisków miedzianych i przewodów miedzianych.
2.2 Zapewnienie dobrych właściwości mechanicznych części spawalniczej
Zespół kabla będzie narażony na ryzyko ciągnięcia przez siły zewnętrzne podczas użytkowania, szczególnie w przypadku kabli akumulatorowych o dużych przekrojach. Siły zewnętrzne często działają bezpośrednio na jednym kablu. W przypadku obwodów elektrycznych wykorzystujących przewody aluminiowe stosunkowo słaba wytrzymałość mechaniczna znajduje się w pobliżu obszaru połączenia spawalniczego. Na przykład w procesie montażu drutu akumulatora, gdy instalacja jest niewygodna, operator pociągnie przewód, aby wygenerować proste pociągnięcie wzdłuż kierunku drutu, lub zastosuje siłę rozrywania prostopadłą do powierzchni spawania do drutu. Dlatego podczas projektowania konstrukcji terminala konieczne jest rozważenie wystarczających środków ochrony, aby oprzeć się prostej sile ciągnięcia i siły łzawienia.
Standard USCar38 [3] przewiduje dolną granicę siły ściągania, która musi zostać osiągnięta, gdy różne specyfikacje przewodów aluminiowych są podłączone do zacisków miedzianych. W przypadku przewodów aluminiowych o dużych średnicach drutu (≥10 mm 2), standard USCar38 [3] nie określa wyraźnie dolnej granicy wytrzymałości na skórkę, a inżynier producenta zwykle podaje zalecaną dolną granicę.
2. 3 Zapewnić dobrą odporność na korozję elektrochemiczną spawanych części
Aby zapobiec korozji elektrochemicznej części spawalniczej zacisku miedzianego i drutu aluminiowego, kluczem jest odizolowanie części połączenia od wilgotnego lub solonego środowiska. Istnieją dwa powszechnie stosowane ultradźwiękowe metody uszczelniania spawania: dwuścienne uszczelnienie rury termokurczliwej (Rysunek 6) i uszczelnienie kleju topliwego (Rysunek 7). Te dwie metody mogą spełniać wymagania specyfikacji w końcowym badaniu weryfikacji środowiskowej, ale biorąc pod uwagę wymagania dotyczące płynności kleju w jamie wtryskowej podczas procesu kleju topliwego, grubość ścianki kleju topliwego musi być utrzymywana co najmniej 2,5 ~ 3 mm. W rezultacie objętość części połączenia końcowego po obróbce uszczelniającej jest stosunkowo duża i nie może być używana w wąskiej przestrzeni środowiska ładunkowego. Grubość ścianki dwuściennej rury termokurczliwej po obróbce termokurczliwej wynosi 1 ~ 1,5 mm, więc uszczelnienie dwuściennej rury termokurczliwej ma szerszy zakres zastosowań.
Podwójna rura termokurczliwa jest powszechnie znana jako klejona rurka termokurczliwa. Jest ogrzewany wysoką temperaturą, a zewnętrzna ściana kurczy się, a stały klej na wewnętrznej ścianie topi się w płynny klej.
Podwójna rura termokurczliwa jest powszechnie znana jako klejona rurka termokurczliwa. Jest ogrzewany wysoką temperaturą, a zewnętrzna ściana kurczy się, a stały klej na wewnętrznej ścianie topi się w płynny klej. Po pełnym przepływie pokrywa część połączenia zaciskowego i powierzchnię skóry izolacyjnej drutu i jest uszczelniony po schłodzeniu i utwardzeniu. Efekt uszczelnienia części łączącej można ocenić w teście solnego. Kryteria oceny mogą odnosić się do GMW3191 [4].
2. 4 Zapewnienie dobrej możliwości produkcji spawanych części
Spawanie ultradźwiękowe jest szybkim, tłokowym ruchem dwóch powierzchni materiału pod pewnym ciśnieniem i częstotliwością. Ruch tarcia powoduje, że obie powierzchnie topią się w wysokiej temperaturze i tworzą fuzję warstw molekularnych. Zazwyczaj terminal jest zamocowany na sprzęcie spawalniczym, a drut wykonuje ruch tłokowy o wysokiej częstotliwości w stosunku do stałego zacisku. Dlatego terminal musi mieć niezawodną strukturę do mocowania. Jakość efektu spawania może być również testowana i oceniana na podstawie wymagań dotyczących siły ciągnięcia prostej określonych w normie USCar38 [1] oraz wymagań dotyczących siły łzowej zalecanych przez klientów.
