1 Tekniske problemer med å koble kobberterminaler og aluminiumsledninger
1.1 Det er en oksidfilm på overflaten til aluminiumslederen
Det er en sterk affinitet mellom aluminiumslederen og oksygen. Selv ved romtemperatur vil det dannes tett aluminiumoksid (Al2O3) på overflaten i øyeblikket av kontakt med luft. Denne oksidfilmen er bare 2 nm tykk, men den er tett kombinert med overflaten av aluminiumsunderlaget. Sammenlignet med kobberledere, selv om oksidfilmen på aluminiumslederen hindrer oksygen i å diffundere inn i den, spiller den også en god rolle i korrosjonsbeskyttelse i atmosfæren. Men den gode isolasjonseffekten hindrer elektroner i å bevege seg fra en aluminiumsunderlagsleder til en annen aluminiumsubstratleder, det vil si at elektroner bare kan bevege seg i aluminiumsunderlagskroppen.
Etter å ha fjernet den isolerende kappen ved enden av aluminiumtråden, blir det dannet en oksidfilm på overflaten av aluminiumslederen i kontakt med luften på grunn av denne funksjonen. Som vist i figur 1, kan elektronene i aluminiumslederen bare bevege seg i en enkelt aluminiumstråd, men kan ikke bevege seg mellom aluminiumtråden og aluminiumtråden. Hvis det er et delvis ødelagt ledningsfenomen i en haug med aluminiumkjerneledninger, vil den elektroniske bevegelsen i disse ødelagte ledningene bli blokkert. Sammenlignet med aluminiumtråden før de ødelagte ledningene, vil motstandsverdien øke og ledningsevnen reduseres.
I motsetning til det dannes ikke overflaten på kobbersubstratlederen raskt en tett oksidfilm i luften, så selv om ledningen er ødelagt, kan elektronene i den ødelagte ledningen fremdeles bevege seg fremover gjennom andre kobbertråder. Derfor, fra et kvalitativt synspunkt, når en viss prosentandel av ødelagte ledninger forekommer i kobbertråden, selv om ledningsevnen er redusert, kan den fremdeles oppfylle kravene til bruk.
1.2 Elektrokjemisk korrosjon eksisterer i kontaktdelene til kobber- og aluminiumledere
Figur 2 viser den elektrokjemiske potensialsekvensen for forskjellige metallmaterialer i sjøvann. Det kan sees at det er en kjemisk potensialforskjell mellom kobbermetall og aluminiummetall i sjøvann. Når disse to metallene eksisterer i en elektrolytt samtidig, dannes en galvanisk celle, og en elektrokjemisk reaksjon oppstår. Aluminiumsatomer i aluminium med lav potensial vil forlate krystallgitteret og miste elektroner og danne hydratiserte ioner. Aluminiumsledere som har vært i dette miljøet i lang tid vil gradvis bli spist opp. Dette fenomenet kalles elektrokjemisk korrosjon.
Når luftfuktigheten er høy eller inneholder saltede urenheter, vil det dannes et ideelt elektrolyttmiljø. Den delen der kobberterminalen og aluminiumtråden er i direkte kontakt vil danne et primærbatteri med aluminium som negativ elektrode og kobber som positiv elektrode. Som vist i figur 3, vil alvorlig elektrokjemisk korrosjon oppstå hvis tilkoblingsdelen ikke håndteres riktig, og de elektriske og mekaniske egenskapene til kobber-aluminium-forbindelsen vil gå tapt.
1.3 De elektriske egenskapene og mekaniske styrken til aluminiumsledninger er svakere enn kobbertråder
Under forutsetning av samme ledningsdiameter er ledningsevnen til aluminiumtråder svakere enn kobbertrådene. Derfor må aluminiumsledninger med større diameter enn kobbertråder brukes for å redusere motstanden for å oppnå tilsvarende elektrisk ytelse til kobbertråder.
I tillegg er strekkfastheten, hardheten og andre mekaniske egenskaper til aluminiumsledere svakere enn kobberledere, så de er ikke egnet for bearbeiding til aluminiumterminaler for å koble til andre deler på bilen. Kobberterminaler kan bare vurderes for tilkobling med aluminiumsledninger, men tilkoblingsdelene er enkle. Mekanisk skade eller utmattelsesskade oppstår, så tilsvarende beskyttende tiltak må tas under påføring.
2 Bedømmelsesgrunnlag for sveising av aluminiumtråd og kobberterminal
2. 1 Sørg for god elektrisk ytelse til sveisedelen
2.1.1 Forsikre deg om at den valgte aluminiumtrådstørrelsen tilsvarer kobbertråd
For tiden er den vanligste kobbertrådstandarden i bransjen ISO6722-1 [1], og aluminiumtrådstandarden er ISO 6722-2 [2]. Tilsvarende utskifting av aluminiumtråder må ta hensyn til egenskapene til lignende ledningsevne, strømbærende kapasitet, deratingkurve og andre egenskaper ved de erstattede kobbertrådene, for å erstatte ledermaterialet og opprettholde den opprinnelige kretsbeskyttelsesstrategien.
Tabell 1 viser sammenligningstabellen for spesifikasjoner av aluminiumtråd og kobbertråd som kan vurderes for tilsvarende erstatning. Denne tabellen kan brukes som referanse for tilsvarende erstatning av kobber-aluminiumtråder, og ytterligere verifisering og bekreftelse er nødvendig i spesifikke applikasjoner.
2.1.2 Den frie bevegelsen av elektroner mellom aluminiumsledninger blir realisert ved ultralydsveising
Ultralydssveising bruker høyfrekvente vibrasjonsbølger som skal overføres til overflatene til to gjenstander som skal sveises. Under trykk gnides overflatene til de to objektene mot hverandre for å danne en sammensmelting mellom molekylærlag (se figur 4).
Gjennom denne metoden kan oksidfilmen på overflaten av aluminiumstråden effektivt ødelegges, og den frie bevegelsen av elektroner mellom forskjellige ledere i aluminium kan realiseres (se figur 5).
Gjennom den samme metoden er det også mulig å oppnå fusjon av molekylært nivå mellom kobbersubstratet på terminalen og aluminiumsubstratet til ledningen for å oppnå god elektrisk ytelse. Evalueringen av ultrasonisk sveiseytelse i bilens ledningsnettfelt bruker generelt USCar38-2016-standarden [3]. I denne utgaven av standarden er evalueringskriteriene for sveising av kobberterminaler og aluminiumtråder gitt. Evalueringsmetodene og kriteriene for elektrisk ledningsevne er de samme som for kobberterminaler og kobbertråder.
2.2 Sørg for gode mekaniske egenskaper til sveisedelen
Kabelenheten vil være utsatt for risikoen for å bli trukket av eksterne krefter under bruk, spesielt for batterikabler med store tverrsnitt. Eksterne krefter virker ofte direkte på en enkelt kabel. For elektriske kretser som bruker aluminiumtråder, er den relativt svake mekaniske styrken nær sveiseforbindelsesområdet. For eksempel i prosessen med montering av batteriledning, når installasjonen er upraktisk, vil operatøren trekke ledningen for å generere et rett trekk langs ledningens retning, eller påføre en rivekraft vinkelrett på sveiseflaten til ledningen. Derfor, når du utformer terminalstrukturen, er det nødvendig å vurdere tilstrekkelige beskyttelsestiltak for å motstå den rette trekkraften og rivekraften.
USCar38-standarden [3] har fastsatt den nedre grensen for trekkstyrken som må oppnås når forskjellige spesifikasjoner av aluminiumtråder er koblet til kobberterminaler. For aluminiumtråder med store tråddiametre (≥10 mm 2) spesifiserer ikke USCar38-standarden [3] den nedre grensen for avskallingsstyrken, og produsenten' s ingeniør gir vanligvis den anbefalte nedre grensen.
2. 3 Sørg for god elektrokjemisk korrosjonsmotstand på de sveisede delene
For å forhindre elektrokjemisk korrosjon av sveisedelen av kobberterminalen og aluminiumtråden, er nøkkelen å isolere tilkoblingsdelen fra det fuktige eller saltede miljøet. Det er to ofte brukte forseglingsmetoder for ultralydssveising: Tetning med varmekrympbar rør med dobbelt vegg (Figur 6) og tetning med smeltelim (Figur 7). Disse to metodene kan oppfylle kravene i spesifikasjonen i den endelige miljøverifiseringstesten, men med tanke på væskekravene til limet i injeksjonshulen under smeltelimprosessen, må veggtykkelsen på smeltelimet opprettholdes minst 2,5 ~ 3mm. Som et resultat er volumet av terminalforbindelsesdelen etter tetningsbehandlingen relativt stort, og den kan ikke brukes i det trange rommet i lastemiljøet. Veggtykkelsen på det dobbeltveggede varmekrympbare røret etter varmekrympebehandling er 1 ~ 1,5 mm, så forseglingen av det dobbeltveggige varmekrympbare røret har et bredere spekter av applikasjoner.
Det dobbeltveggede varmekrympbare røret er ofte kjent som det limte varmekrympbare røret. Den varmes opp ved høy temperatur og ytterveggen krymper, og det faste limet på innerveggen smelter til flytende lim.
Det dobbeltveggede varmekrympbare røret er ofte kjent som det limte varmekrympbare røret. Den varmes opp ved høy temperatur og ytterveggen krymper, og det faste limet på innerveggen smelter til flytende lim. Etter full flyt dekker den terminalforbindelsesdelen og overflaten på wireisolasjonshuden, og den er forseglet etter avkjøling og herding. Tetningseffekten av tilkoblingsdelen kan evalueres ved hjelp av saltspraytesten. Evalueringskriteriene kan referere til GMW3191 [4].
2. 4 Sørg for god produserbarhet av sveisede deler
Ultralydssveising er høyhastighets frem og tilbake bevegelse av to materialoverflater ved et bestemt trykk og frekvens. Friksjonsbevegelsen får de to overflatene til å smelte ved høy temperatur og danne en fusjon av molekylærlag. Vanligvis er terminalen festet på sveiseutstyret, og ledningen lager høyfrekvent stempelbevegelse i forhold til den faste terminalen. Derfor må terminalen ha en pålitelig struktur for å fikse. Kvaliteten på sveiseeffekten kan også testes og vurderes ut fra kravene om rett trekkraft spesifisert i USCar38-standarden [1] og kravene til rivekraft som anbefales av kundene.
