1 Technické potíže při připojování měděných svorek a hliníkových drátů
1.1 Na povrchu hliníkového vodiče je oxidový film
Existuje silná afinita mezi hliníkovým vodičem a kyslíkem. Dokonce i při pokojové teplotě se na povrchu vytvoří hustý oxid hlinitý (Al2O3) v okamžiku kontaktu se vzduchem. Tento oxidový film má tloušťku pouhých 2 000 metrů, ale je těsně kombinován s povrchem hliníkového substrátu. Ve srovnání s měděnými vodiči, i když oxidový film na hliníkovém vodiči zabraňuje šíření kyslíku do něj, hraje také dobrou roli v ochraně proti korozi v atmosféře. Ale jeho dobrý izolační účinek zabraňuje elektrony z přechodu z jednoho hliníkového substrátu vodiče do jiného hliníkového substrátu vodiče, to znamená, že elektrony se mohou pohybovat pouze v tělese hliníkového substrátu.
Z důvodu této funkce se po odstranění izolačního pouzdru na konci hliníkového drátu vytvoří oxidový film na povrchu hliníkového vodiče v kontaktu se vzduchem. Jak je znázorněno na obrázku 1, elektrony v hliníkovém vodiči se mohou pohybovat pouze v jednom hliníkovém drátu, ale nemohou se pohybovat mezi hliníkovým drátem a hliníkovým drátem. Pokud je v bandě hliníkových drátů jádra částečný jev rozbitého drátu, bude elektronický pohyb v těchto rozbitých drátech zablokován. Ve srovnání s hliníkovým drátem před rozbitými dráty se hodnota odporu zvýší a vodivost se sníží.
Naproti tomu povrch měděného substrátového vodiče rychle netvoří ve vzduchu hustý oxidový film, takže i když je drát rozbitý, elektrony v rozbitém drátu se mohou stále pohybovat vpřed přes jiné měděné dráty. Proto z kvalitativního hlediska, když se v měděném drátu vyskytuje určité procento zlomených drátů, i když je vodivost snížena, může stále splňovat požadavky na použití.
1.2 Elektrochemická koroze existuje v kontaktních částech měděných a hliníkových vodičů
Obrázek 2 znázorňuje elektrochemickou potenciální sekvenci různých kovových materiálů v mořské vodě. Je vidět, že existuje chemický potenciální rozdíl mezi měděným kovem a hliníkovým kovem v mořské vodě. Když tyto dva kovy existují v elektrolytu ve stejnou dobu, vzniká galvanická buňka a dochází k elektrochemické reakci. Hliníkové atomy v hliníkovém materiálu s nízkým potenciálem opustí krystalovou mřížku a ztratí elektrony, které tvoří hydratované ionty. Hliníkové vodiče, které byly v tomto prostředí po dlouhou dobu, budou postupně snědeny. Tento jev se nazývá elektrochemická koroze.
Když je vlhkost ve vzduchu vysoká nebo obsahuje solené nečistoty, vytvoří se ideální prostředí elektrolytů. Část, kde měděný terminál a hliníkový drát jsou v přímém kontaktu bude tvořit primární baterie s hliníkem jako negativní elektrody a mědi jako pozitivní elektrody. Jak je znázorněno na obrázku 3, pokud není spojovací část správně zpracována, dojde k vážné elektrochemické korozi a dojde ke ztrátě elektrických a mechanických vlastností měděného hliníkového připojení.
1.3 Elektrické vlastnosti a mechanická pevnost hliníkových drátů jsou slabší než měděné dráty
Za podmínky stejného průměru drátu je vodivost hliníkových drátů slabší než vodivost měděných drátů. Proto musí být použity hliníkové dráty s větším průměrem než měděné dráty, aby se snížil jeho odpor, aby se dosáhlo ekvivalentního elektrického výkonu měděných drátů.
Kromě toho, pevnost v tahu, tvrdost a další mechanické vlastnosti hliníkových vodičů jsou slabší než měděné vodiče, takže nejsou vhodné pro zpracování do hliníkových svorek pro připojení s jinými díly na autě. Měděné svorky mohou být považovány pouze za spojení s hliníkovými dráty, ale spojovací části jsou snadné Mechanické poškození nebo poškození únavy dochází, takže musí být během aplikace přijata odpovídající ochranná opatření.
2 Základ úsudku pro svařování hliníkového drátu a měděného terminálu
2. 1 Zajistěte dobrý elektrický výkon svařovací části
2.1.1 Ujistěte se, že vybraná velikost hliníkového drátu je ekvivalentní měděným drátům
V současné době je běžně používaným standardem měděného drátu v průmyslu ISO6722-1 [1] a standard hliníkového drátu je ISO 6722-2 [2]. Rovnocenná výměna hliníkových drátů musí brát v úvahu vlastnosti podobné vodivosti, únosnosti proudu, křivky deratingu a dalších vlastností vyměněných měděných drátů, aby se nahradil materiál vodiče a zachovala původní strategie ochrany obvodu.
V tabulce 1 jsou uvedeny srovnávací tabulky specifikací hliníkového drátu a měděného drátu, které lze považovat za rovnocennou náhradu. Tato tabulka může být použita jako reference pro rovnocennou výměnu měděných a hliníkových drátů a další ověření a potvrzení jsou vyžadovány v konkrétních aplikacích.
2.1.2 Volný pohyb elektronů mezi hliníkovými dráty je realizován ultrazvukovým svařováním
Ultrazvukové svařování používá vysokofrekvenční vibrační vlny, které mají být přenášeny na povrchy dvou objektů, které mají být svařeny. Pod tlakem se povrchy obou objektů navzájem otírají, aby vytvořily fúzi mezi molekulárními vrstvami (viz obrázek 4).
Touto metodou může být oxidový film na povrchu hliníkového drátu účinně zničen a může být realizován volný pohyb elektronů mezi různými vodiči hliníkového drátu (viz obrázek 5).
Stejnou metodou je také možné dosáhnout fúze na molekulární úrovni mezi měděným substrátem terminálu a hliníkovým substrátem drátu, aby se dosáhlo dobrého elektrického výkonu. Hodnocení ultrazvukového svařovacího výkonu v oblasti automobilových kabelových svazků obecně používá standard USCar38-2016 [3]. V tomto vydání standardu byla uvedena hodnotící kritéria pro svařování měděných terminálů a hliníkových drátů. Metody a kritéria hodnocení elektrické vodivosti jsou stejné jako u měděných svorek a měděných drátů.
2.2 Zajistěte dobré mechanické vlastnosti svařovací části
Sestava kabelu bude vystavena riziku, že bude během používání vytažena vnějšími silami, zejména pro bateriové kabely s velkými průřezy. Vnější síly často působí přímo na jeden kabel. U elektrických obvodů používajících hliníkové dráty je relativně slabá mechanická pevnost v blízkosti oblasti svařovacího připojení. Například v procesu montáže bateriového drátu, když je instalace nepohodlná, bude obsluha tahat drát, aby vytvořil přímý tah podél směru drátu, nebo použít trhací sílu kolmou na svařovací plochu k drátu. Proto je při navrhování svorkovnice nutné zvážit dostatečná ochranná opatření, která odolají přímé tažné síle a trhací síle.
Standard USCar38 [3] stanovil spodní hranici tahové síly, které musí být dosaženo, když jsou k měděným svorkám připojeny různé specifikace hliníkových drátů. U hliníkových drátů s velkými průměry drátů (≥10 mm 2) standard USCar38 [3] jasně nespecifikuje spodní hranici pevnosti slupky a inženýr výrobce obvykle uvádí doporučenou dolní hranici.
2. 3 Zajistěte dobrou elektrochemickou odolnost proti korozi svařovaných dílů
Aby se zabránilo elektrochemické korozi svařovací části měděného terminálu a hliníkového drátu, je klíčem izolovat spojovací část od vlhkého nebo slaného prostředí. Existují dvě běžně používané ultrazvukové svařovací těsnicí metody: dvoustěnné tepelně smrštitelné těsnění trubek (obrázek 6) a tavné lepidlo těsnění (obrázek 7). Tyto dvě metody mohou splňovat požadavky specifikace v závěrečné zkoušce ověření životního prostředí, ale vzhledem k požadavkům na plynulost lepidla v injekční dutině během procesu tavného lepidla musí být tloušťka stěny tavného lepidla zachována nejméně 2,5 ~ 3 mm. Výsledkem je, že objem svorkovnice spojovací části po ošetření těsnění je poměrně velký a nelze jej použít v úzkém prostoru nakládacího prostředí. Tloušťka stěny dvoustěnné tepelně smrštitelné trubky po tepelném smršťování je 1 ~ 1,5 mm, takže utěsnění dvoustěnné tepelně smrštitelné trubky má širší škálu aplikací.
Dvojitá tepelně smrštitelná trubka je běžně známá jako lepená tepelně smrštitelná trubka. Zahřívá se vysokou teplotou a vnější stěna se zmenšuje a pevné lepidlo na vnitřní stěně se roztaví na tekuté lepidlo.
Dvojitá tepelně smrštitelná trubka je běžně známá jako lepená tepelně smrštitelná trubka. Zahřívá se vysokou teplotou a vnější stěna se zmenšuje a pevné lepidlo na vnitřní stěně se roztaví na tekuté lepidlo. Po plném průtoku pokrývá svorkovnici a povrch kůže izolace drátu a je utěsněn po ochlazení a vytvrzení. Těsnicí účinek připojovací části lze vyhodnotit zkouškou solného spreje. Hodnotící kritéria mohou odkazovat na GMW3191 [4].
2. 4 Zajistit dobrou vyrobitelnost svařovaných dílů
Ultrazvukové svařování je vysokorychlostní vratný relativní pohyb dvou povrchů materiálu při určitém tlaku a frekvenci. Třecí pohyb způsobuje, že se oba povrchy roztaví při vysoké teplotě a vytvoří fúzi molekulární vrstvy. Obvykle je svorka upevněna na svařovacím zařízení a drát vytváří vysokofrekvenční vratný pohyb vzhledem k pevnému terminálu. Proto terminál musí mít spolehlivou strukturu pro upevnění. Kvalita svařovacího účinku může být také testována a posuzována podle požadavků na přímou tažnou sílu specifikovaných normou USCar38 [1] a požadavků na slznou sílu doporučených zákazníky.
