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汽車鋁電源線束連接技術
 2023年10月28日 |閱讀次數:1486
01
概 述

隨著汽車線束鋁導線應用的推廣,鋁導線替代傳統銅導線的應用正在逐步增多。但是在鋁導線替代銅導線的應用過程中,電化學腐蝕、高溫蠕變、導體氧化是應用過程中必須要面臨與解決的問題,同時鋁導線替代銅導線的應用中要滿足原有銅導線的電氣性能及機械性能,避免性能降低。

為解決鋁導線應用過程中的電化學腐蝕、高溫蠕變、導體氧化等問題,目前行業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行摩擦焊接,然后對銅棒進行沖壓成型,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。然后鋁線穿入銅鋁端子鋁壓接端通過傳統線束壓接設備進行液壓壓接,完成鋁導線與銅鋁端子的連接,如圖1所示。

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相比其他連接形式,摩擦焊接加壓接,通過銅棒與鋁棒的摩擦焊接,形成銅鋁合金過渡區,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題,另外合金過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腐蝕情況產生。后續通過熱縮管密封隔絕鹽霧水汽,也有效避免了電化學腐蝕的產生。通過鋁線與銅鋁端子鋁壓接端的液壓壓接,對鋁導線單絲結構及鋁壓接端內壁的氧化層進行破壞剝離,然后單絲之間以及鋁導線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壓接塑形,切除端面后與銅端子進行摩擦焊接,通過摩擦焊接完成導線導體與銅端子的焊接連接,如圖2所示。

640 (1).png

摩擦焊接連接鋁導線,首先鋁管通過壓接連接安裝在鋁導線的導體上,通過壓接對導體的單絲結構進行塑性,形成緊密的圓形斷面,然后通過車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焊接面通過摩擦焊接進行焊接連接,然后對焊接飛邊進行切削整型,完成摩擦焊接鋁導線的連接加工。

相比其他連接形式,摩擦焊接通過銅端子和鋁導線之間的摩擦焊接連接,形成銅鋁之間的過渡連接,有效降低銅和鋁的電化學腐蝕。銅鋁摩擦焊接過渡區后期經過帶膠熱縮管密封,焊接區域不會接觸到空氣和水分,進一步減少腐蝕。此外,焊接區域是鋁導線導體通過焊接與銅端子直接連接,有效地增加了接頭的拉拔力,加工過程簡單。

但缺點也同圖1 鋁導線與銅鋁端子的連接 時存在,摩擦焊接在線束廠商的應用需要單獨增加摩擦焊接專用設備,通用性較差,增加了線束廠商的固定資產投入,其次在摩擦焊接過程中,導線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,粉塵等雜質的存在會影響zui終焊接品質,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

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

640 (2).png

超聲波焊接連接是鋁導線和銅端子在超聲波高頻振動的情況下,銅鋁之間振動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,在高頻振蕩環境下,完成了金屬晶體結構中的原子置換,形成合金過渡層,有效避免了電化學腐蝕情況的產生。同時在超聲波焊接過程中,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束生產廠商常用加工設備,無需新增固定資產投入,同時端子采用銅沖壓端子,端子成本較低,所以擁有zui優的成本優勢。但缺點也同時存在,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進行壓接連接,然后通過添加焊料,采用等離子弧對待焊接區域進行照射加熱,熔化焊料,填充焊接區域,完成鋁導線連接,如圖4所示。

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等離子焊接鋁導線首先采用等離子焊接銅端子,通過壓接完成鋁導線的壓接緊固,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,含鋅焊料通過加熱熔化,然后通過毛細作用進入到壓接區域的導線縫隙中,完成銅端子和鋁導線的連接加工。

等離子焊接鋁導線通過壓接完成鋁導線與銅端子的緊固連接,提供可靠的機械性能同時在壓接過程中,通過70%~80%的壓縮比,完成導線導體氧化層的破壞剝離,有效提高電氣性能,降低連接點的接觸電阻,防止連接點的發熱。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行照射加熱,含鋅焊料經過加熱熔化,通過毛細作用完成焊料對壓接區的縫隙填充,實現壓接區的鹽霧水汽隔絕,避免了電化學腐蝕的產生。同時因為焊料隔離緩沖,形成過渡區,有效避免了熱蠕變現象的發生,降低了在冷熱沖擊下連接電阻的升高風險。通過連接區域的等離子焊接,有效提高了連接區的電氣性能,同時對連接區的機械性能也有進一步的提升。

相比其他連接形式,等離子焊接通過過渡焊接層和強化焊接層使銅端子和鋁導線隔絕開來,有效地降低銅和鋁的電化學腐蝕。且強化焊接層包裹鋁導線端面,銅端子與導線的導芯不會接觸到空氣和水分,進一步減少腐蝕。此外,過渡焊接層和強化焊接層緊緊地固定住銅端子和鋁導線接頭,有效地增加了接頭的拉拔力,加工過程簡單。但缺點也同時存在,等離子焊接在線束廠商的應用需要單獨增加等離子焊接專用設備,通用性較差,增加了線束廠商的固定資產投入,其次在等離子焊接過程中,焊料是通過毛細作用完成焊料對壓接區的縫隙填充,此過程是不可控的,導致等離子焊接連接區的zui終焊接品質并不穩定,導致電氣性能及機械性能表現偏差較大。

06
結束語

綜上所述,4種行業內常用的鋁導線連接方式各有自身的優缺點,無論何種連接方式均可滿足解決鋁導線與銅端子連接過程中的電化學腐蝕、高溫蠕變、導體氧化等問題,保證了鋁導線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、裝車環境等因素綜合評價選取zui適用的連接。









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