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汽車(chē)鋁電源線(xiàn)束連接技術(shù)
 2023年10月28日 |閱讀次數:3936
01
概 述

隨著(zhù)汽車(chē)線(xiàn)束鋁導線(xiàn)應用的推廣,鋁導線(xiàn)替代傳統銅導線(xiàn)的應用正在逐步增多。但是在鋁導線(xiàn)替代銅導線(xiàn)的應用過(guò)程中,電化學(xué)腐蝕、高溫蠕變、導體氧化是應用過(guò)程中必須要面臨與解決的問(wèn)題,同時(shí)鋁導線(xiàn)替代銅導線(xiàn)的應用中要滿(mǎn)足原有銅導線(xiàn)的電氣性能及機械性能,避免性能降低。

為解決鋁導線(xiàn)應用過(guò)程中的電化學(xué)腐蝕、高溫蠕變、導體氧化等問(wèn)題,目前行業(yè)內主流的連接方式有4種,分別是:摩擦焊接加壓接、摩擦焊接、超聲波焊接、等離子焊接。

下面對這4種連接的連接原理、結構進(jìn)行解析及性能比較。

02
摩擦焊接加壓接

摩擦焊接加壓接,首先采用銅棒與鋁棒進(jìn)行摩擦焊接,然后對銅棒進(jìn)行沖壓成型,形成電氣連接端。鋁棒機加工成型,形成鋁壓接端,制作完成銅鋁端子。然后鋁線(xiàn)穿入銅鋁端子鋁壓接端通過(guò)傳統線(xiàn)束壓接設備進(jìn)行液壓壓接,完成鋁導線(xiàn)與銅鋁端子的連接,如圖1所示。

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相比其他連接形式,摩擦焊接加壓接,通過(guò)銅棒與鋁棒的摩擦焊接,形成銅鋁合金過(guò)渡區,焊接面更加均勻致密,有效避免了銅鋁因熱膨脹系數不同導致的熱蠕變問(wèn)題,另外合金過(guò)渡區的形成也有效避免了因銅鋁之間金屬活性不同導致的電化學(xué)腐蝕情況產(chǎn)生。后續通過(guò)熱縮管密封隔絕鹽霧水汽,也有效避免了電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生。通過(guò)鋁線(xiàn)與銅鋁端子鋁壓接端的液壓壓接,對鋁導線(xiàn)單絲結構及鋁壓接端內壁的氧化層進(jìn)行破壞剝離,然后單絲之間以及鋁導線(xiàn)導體與壓接端內壁完成冷焊結合,提升了連接處的電氣性能,提供了zui可靠的機械性能。

03
摩擦焊接

摩擦焊接采用鋁管對鋁導線(xiàn)壓接塑形,切除端面后與銅端子進(jìn)行摩擦焊接,通過(guò)摩擦焊接完成導線(xiàn)導體與銅端子的焊接連接,如圖2所示。

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摩擦焊接連接鋁導線(xiàn),首先鋁管通過(guò)壓接連接安裝在鋁導線(xiàn)的導體上,通過(guò)壓接對導體的單絲結構進(jìn)行塑性,形成緊密的圓形斷面,然后通過(guò)車(chē)削完成焊接斷面的平整,完成焊接面的準備。銅端子的一端為電器端連接結構,另一端為銅端子的焊接連接面。銅端子的焊接連接面與鋁線(xiàn)焊接面通過(guò)摩擦焊接進(jìn)行焊接連接,然后對焊接飛邊進(jìn)行切削整型,完成摩擦焊接鋁導線(xiàn)的連接加工。

相比其他連接形式,摩擦焊接通過(guò)銅端子和鋁導線(xiàn)之間的摩擦焊接連接,形成銅鋁之間的過(guò)渡連接,有效降低銅和鋁的電化學(xué)腐蝕。銅鋁摩擦焊接過(guò)渡區后期經(jīng)過(guò)帶膠熱縮管密封,焊接區域不會(huì )接觸到空氣和水分,進(jìn)一步減少腐蝕。此外,焊接區域是鋁導線(xiàn)導體通過(guò)焊接與銅端子直接連接,有效地增加了接頭的拉拔力,加工過(guò)程簡(jiǎn)單。

但缺點(diǎn)也同圖1 鋁導線(xiàn)與銅鋁端子的連接 時(shí)存在,摩擦焊接在線(xiàn)束廠(chǎng)商的應用需要單獨增加摩擦焊接專(zhuān)用設備,通用性較差,增加了線(xiàn)束廠(chǎng)商的固定資產(chǎn)投入,其次在摩擦焊接過(guò)程中,導線(xiàn)的單絲結構與銅端子直接摩擦焊接,導致摩擦焊接連接區域存在空洞,粉塵等雜質(zhì)的存在會(huì )影響zui終焊接品質(zhì),導致焊接連接的機械性能及電性能具有不穩定性。

04
超聲波焊接

超聲波焊接鋁導線(xiàn)是將鋁導線(xiàn)與銅端子使用超聲波焊接設備,通過(guò)超聲波焊接設備焊頭的高頻振蕩,將鋁導線(xiàn)單絲之間和鋁導線(xiàn)與銅端子之間連接在一起,完成鋁導線(xiàn)與銅端子的連接,如圖3所示.

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超聲波焊接連接是鋁導線(xiàn)和銅端子在超聲波高頻振動(dòng)的情況下,銅鋁之間振動(dòng)摩擦完成了銅鋁間的連接,因為銅鋁均為面心立方的金屬晶體結構,在高頻振蕩環(huán)境下,完成了金屬晶體結構中的原子置換,形成合金過(guò)渡層,有效避免了電化學(xué)腐蝕情況的產(chǎn)生。同時(shí)在超聲波焊接過(guò)程中,鋁導體單絲表面的氧化層被剝離,然后單絲之間完成焊接結合,提升了連接處的電氣性能及機械性能。

相比其他連接形式,超聲波焊接設備是線(xiàn)束生產(chǎn)廠(chǎng)商常用加工設備,無(wú)需新增固定資產(chǎn)投入,同時(shí)端子采用銅沖壓端子,端子成本較低,所以擁有zui優(yōu)的成本優(yōu)勢。但缺點(diǎn)也同時(shí)存在,相比其他連接形式,超聲波焊接的機械性能較弱,抗振性差,所以在高頻振動(dòng)區域不建議超聲波焊接連接的使用。

05
等離子焊接

等離子焊接采用銅端子與鋁導線(xiàn)進(jìn)行壓接連接,然后通過(guò)添加焊料,采用等離子弧對待焊接區域進(jìn)行照射加熱,熔化焊料,填充焊接區域,完成鋁導線(xiàn)連接,如圖4所示。

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等離子焊接鋁導線(xiàn)首先采用等離子焊接銅端子,通過(guò)壓接完成鋁導線(xiàn)的壓接緊固,等離子焊接端子壓接后形成圓桶狀結構,然后在端子焊接區填充含鋅焊料,在壓接端部添加含鋅焊料,在等離子弧的照射下,含鋅焊料通過(guò)加熱熔化,然后通過(guò)毛細作用進(jìn)入到壓接區域的導線(xiàn)縫隙中,完成銅端子和鋁導線(xiàn)的連接加工。

等離子焊接鋁導線(xiàn)通過(guò)壓接完成鋁導線(xiàn)與銅端子的緊固連接,提供可靠的機械性能同時(shí)在壓接過(guò)程中,通過(guò)70%~80%的壓縮比,完成導線(xiàn)導體氧化層的破壞剝離,有效提高電氣性能,降低連接點(diǎn)的接觸電阻,防止連接點(diǎn)的發(fā)熱。然后在壓接區端部添加含鋅焊料,使用等離子束對焊接區進(jìn)行照射加熱,含鋅焊料經(jīng)過(guò)加熱熔化,通過(guò)毛細作用完成焊料對壓接區的縫隙填充,實(shí)現壓接區的鹽霧水汽隔絕,避免了電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生。同時(shí)因為焊料隔離緩沖,形成過(guò)渡區,有效避免了熱蠕變現象的發(fā)生,降低了在冷熱沖擊下連接電阻的升高風(fēng)險。通過(guò)連接區域的等離子焊接,有效提高了連接區的電氣性能,同時(shí)對連接區的機械性能也有進(jìn)一步的提升。

相比其他連接形式,等離子焊接通過(guò)過(guò)渡焊接層和強化焊接層使銅端子和鋁導線(xiàn)隔絕開(kāi)來(lái),有效地降低銅和鋁的電化學(xué)腐蝕。且強化焊接層包裹鋁導線(xiàn)端面,銅端子與導線(xiàn)的導芯不會(huì )接觸到空氣和水分,進(jìn)一步減少腐蝕。此外,過(guò)渡焊接層和強化焊接層緊緊地固定住銅端子和鋁導線(xiàn)接頭,有效地增加了接頭的拉拔力,加工過(guò)程簡(jiǎn)單。但缺點(diǎn)也同時(shí)存在,等離子焊接在線(xiàn)束廠(chǎng)商的應用需要單獨增加等離子焊接專(zhuān)用設備,通用性較差,增加了線(xiàn)束廠(chǎng)商的固定資產(chǎn)投入,其次在等離子焊接過(guò)程中,焊料是通過(guò)毛細作用完成焊料對壓接區的縫隙填充,此過(guò)程是不可控的,導致等離子焊接連接區的zui終焊接品質(zhì)并不穩定,導致電氣性能及機械性能表現偏差較大。

06
結束語(yǔ)

綜上所述,4種行業(yè)內常用的鋁導線(xiàn)連接方式各有自身的優(yōu)缺點(diǎn),無(wú)論何種連接方式均可滿(mǎn)足解決鋁導線(xiàn)與銅端子連接過(guò)程中的電化學(xué)腐蝕、高溫蠕變、導體氧化等問(wèn)題,保證了鋁導線(xiàn)與銅端子之間的連接性能,但在穩定性、成本、性能等方面存在差異,可根據成本要求、裝車(chē)環(huán)境等因素綜合評價(jià)選取zui適用的連接。