Поскольку алюминиевые проводники все чаще используются в автомобильных жгутах проводов, в данной статье анализируется и систематизируется технология соединения алюминиевых жгутов силовой проводки, а также анализируются и сравниваются характеристики различных методов соединения для облегчения последующего выбора метода соединения алюминиевых жгутов силовой проводки.
01 Обзор
С ростом популярности алюминиевых проводов в автомобильных жгутах проводов, их применение вместо традиционных медных постепенно расширяется. Однако при замене медных проводов алюминиевыми возникают проблемы, связанные с электрохимической коррозией, ползучестью при высоких температурах и окислением проводов. При этом алюминиевые провода, заменяющие медные, должны соответствовать требованиям к электрическим и механическим свойствам исходных медных проводов, чтобы избежать ухудшения эксплуатационных характеристик.
Для решения таких проблем, как электрохимическая коррозия, высокотемпературная ползучесть и окисление проводника при использовании алюминиевых проводов, в настоящее время в отрасли применяются четыре основных метода соединения, а именно: сварка трением и сварка давлением, сварка трением, ультразвуковая сварка и плазменная сварка.
Ниже приводится анализ и сравнение производительности принципов и структур соединений этих четырех типов.
02 Сварка трением и сварка давлением
Сварка трением и соединение давлением: сначала используются медные и алюминиевые прутки для сварки трением, а затем медные прутки штампуются для создания электрических соединений. Алюминиевые прутки обрабатываются и формуются для формирования алюминиевых обжимных концов, из которых изготавливаются медные и алюминиевые клеммы. Затем алюминиевый провод вставляется в алюминиевый обжимной конец медно-алюминиевой клеммы и гидравлически обжимается с помощью традиционного оборудования для обжима жгутов проводов, завершая соединение алюминиевого проводника с медно-алюминиевой клеммой, как показано на рисунке 1.
По сравнению с другими видами соединений, сварка трением и сварка давлением образуют переходную зону медно-алюминиевого сплава путем сварки трением медных и алюминиевых прутков. Поверхность сварки более однородная и плотная, что эффективно предотвращает проблему термической ползучести, вызванную разницей в коэффициентах теплового расширения меди и алюминия. Кроме того, образование переходной зоны сплава также эффективно предотвращает электрохимическую коррозию, вызванную разницей в активности металлов между медью и алюминием. Последующая герметизация термоусадочными трубками используется для изоляции солевого тумана и водяного пара, что также эффективно предотвращает возникновение электрохимической коррозии. Благодаря гидравлическому обжиму алюминиевого провода и алюминиевого обжимного конца медно-алюминиевого вывода, моноволоконная структура алюминиевого проводника и оксидный слой на внутренней стенке алюминиевого обжимного конца разрушаются и отслаиваются, а затем холодный контакт между отдельными проводами и между алюминиевым проводником и внутренней стенкой обжимного конца завершается. Сочетание сварки улучшает электрические характеристики соединения и обеспечивает наиболее надежные механические характеристики.
03 Сварка трением
При сварке трением алюминиевая жила обжимается и формируется с помощью алюминиевой трубки. После отрезания торца выполняется сварка трением с медным наконечником. Соединение между проволочным наконечником и медным наконечником осуществляется с помощью сварки трением, как показано на рисунке 2.
Сварка трением соединяет алюминиевые провода. Сначала алюминиевая трубка устанавливается на проводник алюминиевого провода посредством опрессовки. Мононильная структура проводника пластифицируется посредством опрессовки, образуя плотное круглое поперечное сечение. Затем сварное поперечное сечение сплющивается путем поворота для завершения процесса. Подготовка свариваемых поверхностей. Один конец медного вывода представляет собой структуру электрического соединения, а другой конец - поверхность сварного соединения медного вывода. Поверхность сварного соединения медного вывода и поверхность сварного соединения алюминиевого провода свариваются и соединяются посредством сварки трением, а затем сварочный грат обрезается и формируется для завершения процесса соединения алюминиевого провода, сваренного трением.
По сравнению с другими видами соединений, сварка трением образует переходное соединение между медью и алюминием посредством сварки трением медных выводов и алюминиевых проводов, эффективно снижая электрохимическую коррозию меди и алюминия. Переходная зона сварки трением медь-алюминий на поздней стадии герметизируется термоусадочной трубкой. Зона сварки не подвергается воздействию воздуха и влаги, что дополнительно снижает коррозию. Кроме того, в зоне сварки алюминиевый проводник напрямую соединяется с медным выводом посредством сварки, что значительно увеличивает усилие выдергивания соединения и упрощает процесс обработки.
Однако, как и в случае соединения алюминиевых проводов с медно-алюминиевыми клеммами, показанном на рисунке 1, существуют и недостатки. Применение сварки трением для производителей жгутов проводов требует отдельного специального оборудования для сварки трением, которое обладает низкой универсальностью и увеличивает инвестиции в основные средства производителей жгутов проводов. Во-вторых, при сварке трением моноволоконная структура провода непосредственно сваривается трением с медной клеммой, что приводит к образованию полостей в зоне соединения, выполненного сваркой трением. Наличие пыли и других загрязнений влияет на качество конечной сварки, вызывая нестабильность механических и электрических свойств сварного соединения.
04 Ультразвуковая сварка
Ультразвуковая сварка алюминиевой проволоки осуществляется с помощью ультразвукового сварочного оборудования для соединения алюминиевых проводов и медных клемм. Под действием высокочастотных колебаний сварочной головки ультразвукового сварочного оборудования моноволокна алюминиевой проволоки, алюминиевые провода и медные клеммы соединяются вместе, образуя алюминиевый провод. Соединение медных клемм показано на рисунке 3.
Ультразвуковая сварка – это процесс вибрации алюминиевых проводов и медных выводов под действием высокочастотных ультразвуковых волн. Вибрация и трение между медью и алюминием обеспечивают соединение. Поскольку и медь, и алюминий имеют гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру, в условиях высокочастотных колебаний происходит замещение атомов в кристаллической структуре металла с образованием переходного слоя сплава, что эффективно предотвращает возникновение электрохимической коррозии. Одновременно с этим в процессе ультразвуковой сварки происходит отслоение оксидного слоя на поверхности алюминиевой мононити проводника и завершается сварное соединение мононитей, что улучшает электрические и механические свойства соединения.
По сравнению с другими видами соединений, ультразвуковая сварка является широко используемым технологическим оборудованием для производителей жгутов проводов. Она не требует новых инвестиций в основные средства. В то же время, для изготовления клемм используются медные штампованные клеммы, а их стоимость ниже, что обеспечивает максимальную экономическую выгоду. Однако существуют и недостатки. По сравнению с другими видами соединений ультразвуковая сварка обладает более низкими механическими свойствами и низкой вибростойкостью. Поэтому использование ультразвуковой сварки не рекомендуется в зонах с высокочастотной вибрацией.
05 Плазменная сварка
При плазменной сварке используются медные клеммы и алюминиевые провода для обжимного соединения, а затем при добавлении припоя плазменная дуга облучает и нагревает свариваемую область, расплавляет припой, заполняет область сварки и завершает соединение алюминиевых проводов, как показано на рисунке 4.
При плазменной сварке алюминиевых проводов сначала используется плазменная сварка медных выводов, а затем опрессовка и крепление алюминиевых проводов завершаются опрессовкой. После опрессовки выводы, полученные плазменной сваркой, образуют бочкообразную структуру, затем зона сварки выводов заполняется цинксодержащим припоем, а обжатый конец добавляется цинксодержащим припоем. Под воздействием плазменной дуги цинксодержащий припой нагревается и расплавляется, а затем, благодаря капиллярному эффекту, проникает в зазор между проводами в зоне опрессовки, завершая процесс соединения медных выводов и алюминиевых проводов.
Алюминиевые провода с плазменной сваркой обеспечивают быстрое соединение алюминиевых проводов с медными клеммами посредством опрессовки, обеспечивая надежные механические свойства. В то же время, во время процесса опрессовки, благодаря степени сжатия от 70% до 80%, происходит разрушение и отслоение оксидного слоя проводника, что эффективно улучшает электрические характеристики, снижает контактное сопротивление точек соединения и предотвращает нагрев точек соединения. Затем добавьте цинксодержащий припой в конец области опрессовки и используйте плазменный луч для облучения и нагрева области сварки. Цинксодержащий припой нагревается и плавится, и припой заполняет зазор в области опрессовки за счет капиллярного действия, достигая соляного тумана в области опрессовки. Пароизоляция предотвращает возникновение электрохимической коррозии. В то же время, поскольку припой изолирован и буферизован, образуется переходная зона, которая эффективно предотвращает возникновение термической ползучести и снижает риск повышенного сопротивления соединения при горячих и холодных ударах. Благодаря плазменной сварке в зоне соединения электрические характеристики зоны соединения эффективно улучшаются, а механические свойства зоны соединения также дополнительно улучшаются.
По сравнению с другими видами соединений, плазменная сварка изолирует медные клеммы и алюминиевые проводники посредством переходного и усиленного сварочных слоев, эффективно снижая электрохимическую коррозию меди и алюминия. Усиленный сварочный слой охватывает торец алюминиевого проводника, предотвращая контакт медных клемм и сердечника проводника с воздухом и влагой, что дополнительно снижает коррозию. Кроме того, переходный и усиленный сварочные слои надежно фиксируют медные клеммы и соединения алюминиевых проводников, эффективно увеличивая усилие выдергивания соединений и упрощая процесс обработки. Однако существуют и недостатки. Применение плазменной сварки для производителей жгутов проводов требует отдельного специализированного оборудования для плазменной сварки, которое обладает низкой универсальностью и увеличивает инвестиции в основные средства производителей жгутов проводов. Во-вторых, в процессе плазменной сварки пайка осуществляется за счет капиллярного эффекта. Процесс заполнения зазора в зоне опрессовки не контролируется, что приводит к нестабильному качеству конечной сварки в зоне соединения плазменной сварки, что приводит к значительным отклонениям электрических и механических характеристик.
Время публикации: 19 февраля 2024 г.