Тъй като алуминиевите проводници се използват все по-често в автомобилните кабелни снопове, тази статия анализира и организира технологията на свързване на алуминиевите силови кабелни снопове, както и анализира и сравнява производителността на различните методи на свързване, за да улесни по-късния избор на методи за свързване на алуминиеви силови кабелни снопове.
01 Общ преглед
С популяризирането на приложението на алуминиеви проводници в автомобилните кабелни снопове, използването на алуминиеви проводници вместо традиционните медни постепенно се увеличава. Въпреки това, в процеса на приложение на алуминиеви проводници, заместващи медните проводници, електрохимичната корозия, пълзенето при висока температура и окисляването на проводниците са проблеми, които трябва да се решат по време на процеса на приложение. В същото време, приложението на алуминиеви проводници, заместващи медните проводници, трябва да отговаря на изискванията за електрически и механични свойства на оригиналните медни проводници, за да се избегне влошаване на производителността.
За да се решат проблеми като електрохимична корозия, пълзене при висока температура и окисляване на проводниците по време на прилагането на алуминиеви проводници, в момента в индустрията съществуват четири основни метода за свързване, а именно: заваряване с триене и заваряване под налягане, заваряване с триене, ултразвуково заваряване и плазмено заваряване.
Следва анализ и сравнение на производителността на принципите и структурите на свързване на тези четири типа връзки.
02 Заваряване с триене и заваряване под налягане
При заваряване с триене и съединяване под налягане първо се използват медни и алуминиеви пръти за заваряване с триене, след което медните пръти се щамповат, за да се образуват електрически връзки. Алуминиевите пръти се обработват и оформят, за да се образуват алуминиеви кримпващи краища и се произвеждат медни и алуминиеви клеми. След това алуминиевата тел се вкарва в алуминиевия кримпващ край на медно-алуминиевия накрайник и се кримпва хидравлично чрез традиционно оборудване за кримпване на кабелни снопове, за да се завърши връзката между алуминиевия проводник и медно-алуминиевия накрайник, както е показано на Фигура 1.
В сравнение с други форми на свързване, заваряването с триене и заваряването под налягане образуват преходна зона от медно-алуминиева сплав чрез заваряване с триене на медни и алуминиеви пръти. Заваръчната повърхност е по-равномерна и плътна, което ефективно избягва проблема с термичното пълзене, причинен от различните коефициенти на термично разширение на медта и алуминия. Освен това, образуването на преходна зона на сплавта също така ефективно избягва електрохимичната корозия, причинена от различната активност на металите между медта и алуминия. Последващото запечатване с термосвиваеми тръбички се използва за изолиране на солена мъгла и водни пари, което също ефективно предотвратява появата на електрохимична корозия. Чрез хидравличното кримпване на алуминиевата тел и алуминиевия кримпван край на медно-алуминиевия терминал, монофилната структура на алуминиевия проводник и оксидният слой върху вътрешната стена на алуминиевия кримпван край се разрушават и отлепват, след което се осъществява студеното свързване между отделните проводници и между алуминиевия проводник и вътрешната стена на кримпвания край. Заваръчната комбинация подобрява електрическите характеристики на връзката и осигурява най-надеждните механични характеристики.
03 Заваряване с триене
Заваряването чрез триене използва алуминиева тръба за кримпване и оформяне на алуминиевия проводник. След отрязване на челната повърхност, се извършва заваряване чрез триене с медния накрайник. Заваръчната връзка между проводника и медния накрайник се осъществява чрез заваряване чрез триене, както е показано на Фигура 2.
Заваряването чрез триене свързва алуминиеви проводници. Първо, алуминиевата тръба се монтира върху проводника на алуминиевата тел чрез кримпване. Монофилната структура на проводника се пластифицира чрез кримпване, за да се образува плътно кръгло напречно сечение. След това напречното сечение на заваряването се изравнява чрез завъртане, за да се завърши процесът. Подготовка на заваръчните повърхности. Единият край на медния терминал е електрическата свързваща структура, а другият край е повърхността за заваряване на медния терминал. Повърхността за заваряване на медния терминал и повърхността за заваряване на алуминиевата тел се заваряват и свързват чрез заваряване чрез триене, след което заваръчният шев се изрязва и оформя, за да се завърши процесът на свързване на алуминиевата тел чрез заваряване чрез триене.
В сравнение с други форми на свързване, фрикционното заваряване образува преходна връзка между мед и алуминий чрез фрикционно заваряване между медни клеми и алуминиеви проводници, като ефективно намалява електрохимичната корозия на медта и алуминия. Преходната зона при фрикционно заваряване мед-алуминий се запечатва с лепяща термосвиваема тръба на по-късен етап. Зоната на заваряване няма да бъде изложена на въздух и влага, което допълнително намалява корозията. Освен това, зоната на заваряване е мястото, където алуминиевият проводник е директно свързан към медния клем чрез заваряване, което ефективно увеличава силата на издърпване на съединението и прави процеса на обработка лесен.
Въпреки това, недостатъците съществуват и при връзката между алуминиеви проводници и медно-алуминиеви терминали, показани на Фигура 1. Приложението на триещо заваряване от производителите на кабелни снопове изисква отделно специално оборудване за триещо заваряване, което има ниска гъвкавост и увеличава инвестициите в дълготрайни активи на производителите на кабелни снопове. Второ, при триещото заваряване по време на процеса, монофилната структура на проводника се заварява директно чрез триене с медния терминал, което води до образуване на кухини в зоната на триещото заваряване. Наличието на прах и други примеси ще повлияе на крайното качество на заваряване, причинявайки нестабилност в механичните и електрическите свойства на заваръчната връзка.
04 Ултразвуково заваряване
Ултразвуковото заваряване на алуминиеви проводници използва ултразвуково заваръчно оборудване за свързване на алуминиеви проводници и медни клеми. Чрез високочестотното трептене на заваръчната глава на ултразвуковото заваръчно оборудване, монофиламентите от алуминиева тел и алуминиевите проводници и медните клеми се свързват заедно, за да се завърши алуминиевата тел. Свързването на медните клеми е показано на Фигура 3.
Ултразвуковото заваряване е връзка, при която алуминиевите проводници и медните клеми вибрират на високочестотни ултразвукови вълни. Вибрациите и триенето между медта и алуминия завършват връзката между тях. Тъй като и медта, и алуминият имат гранецентрирана кубична метална кристална структура, в среда с високочестотни трептения при това условие атомното заместване в металната кристална структура се извършва, за да се образува преходен слой от сплав, като по този начин ефективно се избягва появата на електрохимична корозия. В същото време, по време на процеса на ултразвуково заваряване, оксидният слой върху повърхността на монофиламента на алуминиевия проводник се отлепва и заваръчната връзка между монофиламентите се завършва, което подобрява електрическите и механичните свойства на връзката.
В сравнение с други форми на свързване, ултразвуковото заваряване е често използвано технологично оборудване за производителите на кабелни снопове. То не изисква инвестиции в нови дълготрайни активи. В същото време, клемите използват медни щамповани клеми, което води до по-ниска цена, което ги прави по-изгодни. Съществуват обаче и недостатъци. В сравнение с други форми на свързване, ултразвуковото заваряване има по-слаби механични свойства и лоша устойчивост на вибрации. Следователно, използването на ултразвукови заваръчни връзки не се препоръчва в зони с високочестотни вибрации.
05 Плазмено заваряване
Плазменото заваряване използва медни клеми и алуминиеви проводници за кримпване, а след това чрез добавяне на спойка, плазмената дъга се използва за облъчване и нагряване на зоната, която ще се заварява, разтопяване на спойката, запълване на зоната на заваряване и завършване на връзката с алуминиеви проводници, както е показано на Фигура 4.
Плазменото заваряване на алуминиеви проводници първо използва плазмено заваряване на медни клеми, а кримпването и закрепването на алуминиевите проводници се извършва чрез кримпване. След кримпване плазмените заваръчни клеми образуват бъчвообразна структура, след което зоната на заваряване на клемите се запълва с цинкосъдържащ припой и към кримпвания край се добавя цинкосъдържащ припой. Под въздействието на плазмена дъга цинкосъдържащият припой се нагрява и разтопява, след което чрез капилярно действие навлиза в междината на проводника в зоната на кримпване, за да завърши процеса на свързване на медните клеми и алуминиевите проводници.
Плазмено заварените алуминиеви проводници осъществяват бърза връзка между алуминиевите проводници и медните клеми чрез кримпване, осигурявайки надеждни механични свойства. В същото време, по време на процеса на кримпване, чрез съотношение на компресия от 70% до 80%, се извършва разрушаване и отлепване на оксидния слой на проводника, което ефективно подобрява електрическите характеристики, намалява контактното съпротивление на точките на свързване и предотвратява нагряването на точките на свързване. След това добавете цинкосъдържащ припой в края на зоната на кримпване и използвайте плазмен лъч за облъчване и нагряване на зоната на заваряване. Цинкосъдържащият припой се нагрява и разтопява, а припоят запълва празнината в зоната на кримпване чрез капилярно действие, постигайки солена мъгла в зоната на кримпване. Пароизолацията предотвратява появата на електрохимична корозия. В същото време, тъй като припоят е изолиран и буфериран, се образува преходна зона, която ефективно предотвратява появата на термично пълзене и намалява риска от повишено съпротивление на връзката при горещи и студени шокове. Чрез плазмено заваряване на зоната на свързване, електрическите характеристики на зоната на свързване се подобряват ефективно, а механичните свойства на зоната на свързване също се подобряват допълнително.
В сравнение с други форми на свързване, плазменото заваряване изолира медните клеми и алуминиевите проводници чрез преходния заваръчен слой и подсиления заваръчен слой, като ефективно намалява електрохимичната корозия на медта и алуминия. Подсиленият заваръчен слой обгръща челната повърхност на алуминиевия проводник, така че медните клеми и сърцевината на проводника да не влизат в контакт с въздух и влага, което допълнително намалява корозията. Освен това, преходният заваръчен слой и подсиленият заваръчен слой плътно фиксират медните клеми и съединенията на алуминиевите проводници, като ефективно увеличават силата на издърпване на съединенията и правят процеса на обработка опростен. Съществуват обаче и недостатъци. Приложението на плазмено заваряване при производителите на кабелни снопове изисква отделно специално оборудване за плазмено заваряване, което има ниска гъвкавост и увеличава инвестициите в дълготрайни активи на производителите на кабелни снопове. Второ, при процеса на плазмено заваряване спойката се извършва чрез капилярно действие. Процесът на запълване на празнините в зоната на кримпване е неконтролируем, което води до нестабилно крайно качество на заваряване в зоната на плазменото заваряване и големи отклонения в електрическите и механичните характеристики.
Време на публикуване: 19 февруари 2024 г.