Τεχνικές δυσκολίες στη σύνδεση τερματικών χαλκού και καλωδίων αλουμινίου

1 Τεχνικές δυσκολίες στη σύνδεση τερματικών χαλκού και καλωδίων αλουμινίου

1.1 Στην επιφάνεια του αγωγού αλουμινίου υπάρχει ένα φιλμ οξειδίου

Υπάρχει μια ισχυρή συγγένεια μεταξύ του αγωγού αλουμινίου και του οξυγόνου. Ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου, πυκνό οξείδιο του αργιλίου (Al2O3) θα σχηματιστεί στην επιφάνεια τη στιγμή της επαφής με τον αέρα. Αυτή η μεμβράνη οξειδίου έχει πάχος μόλις 2 nm, αλλά συνδυάζεται στενά με την επιφάνεια του υποστρώματος αλουμινίου. Σε σύγκριση με τους αγωγούς χαλκού, αν και η μεμβράνη οξειδίου στον αγωγό αλουμινίου εμποδίζει τη διάχυση του οξυγόνου σε αυτό, παίζει επίσης καλό ρόλο στην προστασία από τη διάβρωση στην ατμόσφαιρα. Αλλά το καλό αποτέλεσμα μόνωσης εμποδίζει τα ηλεκτρόνια να μετακινηθούν από έναν αγωγό υποστρώματος αλουμινίου σε έναν άλλο αγωγό υποστρώματος αλουμινίου, δηλαδή, τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται μόνο στο σώμα υποστρώματος αλουμινίου.

Λόγω αυτού του χαρακτηριστικού, αφού αφαιρέσετε το μονωτικό περίβλημα στο άκρο του σύρματος αλουμινίου, σχηματίζεται ένα φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια του αγωγού αλουμινίου σε επαφή με τον αέρα. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, τα ηλεκτρόνια στον αγωγό αλουμινίου μπορούν να κινούνται μόνο σε ένα μόνο σύρμα αλουμινίου, αλλά δεν μπορούν να κινούνται μεταξύ του σύρματος αλουμινίου και του σύρματος αλουμινίου. Εάν υπάρχει ένα μερικό σπασμένο σύρμα σε μια δέσμη καλωδίων πυρήνα αλουμινίου, τότε η ηλεκτρονική κίνηση σε αυτά τα σπασμένα καλώδια θα μπλοκαριστεί. Σε σύγκριση με το σύρμα αλουμινίου πριν από τα σπασμένα καλώδια, η τιμή αντίστασης θα αυξηθεί και η αγωγιμότητα θα μειωθεί.

Αντίθετα, η επιφάνεια του αγωγού υποστρώματος χαλκού δεν σχηματίζει γρήγορα μια πυκνή μεμβράνη οξειδίου στον αέρα, οπότε ακόμη και αν το καλώδιο είναι σπασμένο, τα ηλεκτρόνια στο σπασμένο σύρμα μπορούν ακόμη να κινηθούν προς τα εμπρός μέσω άλλων καλωδίων χαλκού. Επομένως, από ποιοτικής άποψης, όταν εμφανίζεται ένα ορισμένο ποσοστό σπασμένων καλωδίων στο σύρμα χαλκού, αν και η αγωγιμότητα είναι μειωμένη, μπορεί ακόμα να πληροί τις απαιτήσεις χρήσης.

1.2 Υπάρχει ηλεκτροχημική διάβρωση στα μέρη επαφής των αγωγών χαλκού και αλουμινίου

Το Σχήμα 2 δείχνει την ηλεκτροχημική δυναμική αλληλουχία διαφορετικών μεταλλικών υλικών στο θαλασσινό νερό. Μπορεί να φανεί ότι υπάρχει μια χημική διαφορά δυναμικού μεταξύ μετάλλου χαλκού και μετάλλου αλουμινίου στο θαλασσινό νερό. Όταν αυτά τα δύο μέταλλα υπάρχουν σε έναν ηλεκτρολύτη ταυτόχρονα, σχηματίζεται ένα γαλβανικό στοιχείο και εμφανίζεται μια ηλεκτροχημική αντίδραση. Τα άτομα αλουμινίου στο υλικό αργιλίου χαμηλού δυναμικού θα αφήσουν το κρυσταλλικό πλέγμα και θα χάσουν ηλεκτρόνια, σχηματίζοντας ενυδατωμένα ιόντα. Οι αγωγοί αλουμινίου που βρίσκονται σε αυτό το περιβάλλον για μεγάλο χρονικό διάστημα θα καταναλώνονται σταδιακά. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ηλεκτροχημική διάβρωση.

Όταν η υγρασία στον αέρα είναι υψηλή ή περιέχει αλατισμένες ακαθαρσίες, θα δημιουργηθεί ένα ιδανικό περιβάλλον ηλεκτρολύτη. Το μέρος όπου το τερματικό χαλκού και το σύρμα αλουμινίου βρίσκονται σε άμεση επαφή θα σχηματίσουν μια κύρια μπαταρία με αλουμίνιο ως αρνητικό ηλεκτρόδιο και χαλκό ως θετικό ηλεκτρόδιο. Όπως φαίνεται στο σχήμα 3, εάν το τμήμα σύνδεσης δεν αντιμετωπιστεί σωστά, θα προκύψει σοβαρή ηλεκτροχημική διάβρωση και οι ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες της σύνδεσης χαλκού-αλουμινίου θα χαθούν.

1.3 Οι ηλεκτρικές ιδιότητες και η μηχανική αντοχή των συρμάτων αλουμινίου είναι ασθενέστερες από τα σύρματα χαλκού

Υπό την ίδια διάμετρο καλωδίου, η αγωγιμότητα των συρμάτων αλουμινίου είναι ασθενέστερη από αυτήν των συρμάτων χαλκού. Επομένως, πρέπει να χρησιμοποιούνται σύρματα αλουμινίου μεγαλύτερης διαμέτρου από τα σύρματα χαλκού για τη μείωση της αντοχής τους ώστε να επιτυγχάνεται η ισοδύναμη ηλεκτρική απόδοση των συρμάτων χαλκού.

Επιπλέον, η αντοχή σε εφελκυσμό, η σκληρότητα και άλλες μηχανικές ιδιότητες των αγωγών αλουμινίου είναι ασθενέστερες από τους αγωγούς χαλκού, οπότε δεν είναι κατάλληλες για επεξεργασία σε τερματικά αλουμινίου για σύνδεση με άλλα μέρη του αυτοκινήτου. Οι ακροδέκτες χαλκού μπορούν να ληφθούν υπόψη μόνο για σύνδεση με σύρματα αλουμινίου, αλλά τα εξαρτήματα σύνδεσης είναι εύκολα Μηχανική βλάβη ή ζημιά στην κόπωση, οπότε πρέπει να ληφθούν αντίστοιχα προστατευτικά μέτρα κατά την εφαρμογή.

2 Βάση κρίσης για συγκόλληση σύρματος αλουμινίου και τερματικού χαλκού

2. 1 Εξασφαλίστε καλή ηλεκτρική απόδοση του εξαρτήματος συγκόλλησης

2.1.1 Βεβαιωθείτε ότι το επιλεγμένο μέγεθος καλωδίου αλουμινίου είναι ισοδύναμο με το σύρμα χαλκού

Προς το παρόν, το κοινώς χρησιμοποιούμενο πρότυπο σύρματος χαλκού στη βιομηχανία είναι ISO6722-1 [1] και το πρότυπο σύρματος αλουμινίου είναι ISO 6722-2 [2]. Η ισοδύναμη αντικατάσταση καλωδίων αλουμινίου πρέπει να λαμβάνει υπόψη τα χαρακτηριστικά παρόμοιας αγωγιμότητας, ικανότητας μεταφοράς ρεύματος, καμπύλης εκτροπής και άλλων χαρακτηριστικών των αντικατασταθέντων καλωδίων χαλκού, ώστε να αντικαθίσταται το υλικό αγωγού και να διατηρείται η αρχική στρατηγική προστασίας κυκλώματος.

Ο Πίνακας 1 παραθέτει τον πίνακα σύγκρισης των προδιαγραφών σύρματος αλουμινίου και χαλκού που μπορούν να ληφθούν υπόψη για ισοδύναμη αντικατάσταση. Αυτός ο πίνακας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναφορά για την ισοδύναμη αντικατάσταση καλωδίων χαλκού-αλουμινίου και απαιτείται περαιτέρω επαλήθευση και επιβεβαίωση σε συγκεκριμένες εφαρμογές.

2.1.2 Η ελεύθερη κίνηση ηλεκτρονίων μεταξύ καλωδίων αλουμινίου πραγματοποιείται με συγκόλληση με υπερήχους

Η υπερηχητική συγκόλληση χρησιμοποιεί κύματα κραδασμών υψηλής συχνότητας για μετάδοση στις επιφάνειες δύο αντικειμένων προς συγκόλληση. Υπό πίεση, οι επιφάνειες των δύο αντικειμένων τρίβονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν σύντηξη μεταξύ μοριακών στρωμάτων (βλ. Σχήμα 4).

Μέσω αυτής της μεθόδου, η μεμβράνη οξειδίου στην επιφάνεια του σύρματος αλουμινίου μπορεί να καταστραφεί αποτελεσματικά και να πραγματοποιηθεί η ελεύθερη κίνηση ηλεκτρονίων μεταξύ διαφορετικών αγωγών από σύρμα αλουμινίου (βλ. Σχήμα 5).

Μέσω της ίδιας μεθόδου, είναι επίσης δυνατό να επιτευχθεί σύντηξη μοριακού επιπέδου μεταξύ του υποστρώματος χαλκού του τερματικού και του υποστρώματος αλουμινίου του καλωδίου, έτσι ώστε να επιτευχθεί καλή ηλεκτρική απόδοση. Η αξιολόγηση της απόδοσης υπερήχων συγκόλλησης στο πεδίο καλωδίωσης αυτοκινήτου χρησιμοποιεί γενικά το πρότυπο USCar38-2016 [3]. Σε αυτήν την έκδοση του προτύπου, έχουν δοθεί τα κριτήρια αξιολόγησης για τη συγκόλληση ακροδεκτών χαλκού και καλωδίων αλουμινίου. Οι μέθοδοι αξιολόγησης και τα κριτήρια για την ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι ίδια με εκείνα για τα τερματικά χαλκού και τα σύρματα χαλκού.

2.2 Εξασφαλίστε καλές μηχανικές ιδιότητες του εξαρτήματος συγκόλλησης

Το συγκρότημα καλωδίων θα εκτεθεί στον κίνδυνο τραβήγματος από εξωτερικές δυνάμεις κατά τη χρήση, ειδικά για καλώδια μπαταρίας με μεγάλες διατομές. Οι εξωτερικές δυνάμεις συχνά δρουν απευθείας σε ένα μόνο καλώδιο. Για ηλεκτρικά κυκλώματα που χρησιμοποιούν σύρματα αλουμινίου, η σχετικά χαμηλή μηχανική αντοχή βρίσκεται κοντά στην περιοχή σύνδεσης συγκόλλησης. Για παράδειγμα, κατά τη διαδικασία της συναρμολόγησης του συρμάτινου συσσωρευτή, όταν η εγκατάσταση είναι άβολη, ο χειριστής θα τραβήξει το σύρμα για να δημιουργήσει μια ευθεία έλξη κατά μήκος της κατεύθυνσης του καλωδίου, ή να ασκήσει μια σχιστική δύναμη κάθετη στην επιφάνεια συγκόλλησης στο σύρμα. Επομένως, κατά το σχεδιασμό της ακροδεκτικής δομής, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη επαρκή μέτρα προστασίας για να αντισταθεί η δύναμη ευθείας έλξης και η δύναμη σχισίματος.

Το πρότυπο USCar38 [3] έχει ορίσει το κατώτερο όριο του μήκους έλξης που πρέπει να επιτευχθεί όταν διαφορετικές προδιαγραφές των καλωδίων αλουμινίου συνδέονται με τερματικά χαλκού. Για σύρματα αλουμινίου με μεγάλες διαμέτρους σύρματος (≥10 mm 2), το πρότυπο USCar38 [3] δεν καθορίζει σαφώς το κατώτερο όριο της αντοχής της φλούδας και ο μηχανικός του κατασκευαστή&# 39 δίνει συνήθως το συνιστώμενο χαμηλότερο όριο.

2. 3 Εξασφαλίστε καλή ηλεκτροχημική αντίσταση στη διάβρωση των συγκολλημένων μερών

Για να αποφευχθεί η ηλεκτροχημική διάβρωση του τμήματος συγκόλλησης του ακροδέκτη χαλκού και του καλωδίου αλουμινίου, το κλειδί είναι να απομονωθεί το τμήμα σύνδεσης από το υγρό ή αλατισμένο περιβάλλον. Υπάρχουν δύο κοινώς χρησιμοποιούμενες μέθοδοι στεγανοποίησης υπερήχων: σφράγιση με θερμοσυρρικνούμενο σωλήνα διπλού τοιχώματος (Σχήμα 6) και σφράγιση συγκολλητικού θερμού τήγματος (Σχήμα 7). Αυτές οι δύο μέθοδοι μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις της προδιαγραφής στην τελική δοκιμή περιβαλλοντικής επαλήθευσης, αλλά λαμβάνοντας υπόψη τις απαιτήσεις ρευστότητας της κόλλας στην κοιλότητα έγχυσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κόλλας θερμού τήγματος, το πάχος τοιχώματος της κόλλας θερμού τήγματος πρέπει να διατηρηθεί τουλάχιστον 2,5 ~ 3 χιλιοστά. Ως αποτέλεσμα, ο όγκος του τμήματος τερματικής σύνδεσης μετά την επεξεργασία στεγανοποίησης είναι σχετικά μεγάλος και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο στενό χώρο του περιβάλλοντος φόρτωσης. Το πάχος τοιχώματος του θερμοσυρρικνούμενου σωλήνα διπλού τοιχώματος μετά τη θερμοσυρρικνούμενη επεξεργασία είναι 1 ~ 1,5 mm, επομένως η στεγανοποίηση του θερμοσυρρικνούμενου σωλήνα διπλού τοιχώματος έχει ένα ευρύτερο φάσμα εφαρμογών.

Ο θερμικά συρρικνούμενος σωλήνας διπλού τοιχώματος είναι κοινώς γνωστός ως κολλημένος θερμοσυστελλόμενος σωλήνας. Θερμαίνεται με υψηλή θερμοκρασία και το εξωτερικό τοίχωμα συρρικνώνεται και η στερεή κόλλα στο εσωτερικό τοίχωμα λιώνει σε υγρή κόλλα.

Ο θερμικά συρρικνούμενος σωλήνας διπλού τοιχώματος είναι κοινώς γνωστός ως κολλημένος θερμοσυστελλόμενος σωλήνας. Θερμαίνεται με υψηλή θερμοκρασία και το εξωτερικό τοίχωμα συρρικνώνεται και η στερεή κόλλα στο εσωτερικό τοίχωμα λιώνει σε υγρή κόλλα. Μετά από πλήρη ροή, καλύπτει το τμήμα σύνδεσης ακροδεκτών και την επιφάνεια του καλωδίου μόνωσης και σφραγίζεται μετά από ψύξη και σκλήρυνση. Το αποτέλεσμα στεγανοποίησης του εξαρτήματος σύνδεσης μπορεί να εκτιμηθεί με τη δοκιμή ψεκασμού αλατιού. Τα κριτήρια αξιολόγησης μπορούν να αναφέρονται στο GMW3191 [4].

2. 4 Εξασφάλιση καλής κατασκευής των συγκολλημένων εξαρτημάτων

Η υπερηχητική συγκόλληση είναι η υψηλής ταχύτητας παλινδρομική σχετική κίνηση δύο υλικών επιφανειών σε μια συγκεκριμένη πίεση και συχνότητα. Η κίνηση τριβής αναγκάζει τις δύο επιφάνειες να λιώσουν σε υψηλή θερμοκρασία και να σχηματίσουν ένα μοριακό στρώμα σύντηξης. Συνήθως το τερματικό είναι στερεωμένο στον εξοπλισμό συγκόλλησης και το καλώδιο κάνει παλινδρομική κίνηση υψηλής συχνότητας σε σχέση με τον σταθερό ακροδέκτη. Επομένως, το τερματικό πρέπει να έχει μια αξιόπιστη δομή για τη στερέωση. Η ποιότητα του φαινομένου συγκόλλησης μπορεί επίσης να ελεγχθεί και να κριθεί από τις απαιτήσεις της δύναμης ευθείας έλξης που καθορίζονται από το πρότυπο USCar38 [1] και τις απαιτήσεις της δύναμης σχισίματος που προτείνουν οι πελάτες.