1 Tekniske vanskeligheder med at forbinde kobberterminaler og aluminiumsledninger
1.1 Der er en oxidfilm på aluminiumslederens overflade
Der er en stærk affinitet mellem aluminiumsleder og ilt. Selv ved stuetemperatur vil tæt aluminiumoxid (Al2O3) blive dannet på overfladen i det øjeblik, hvor den kommer i kontakt med luft. Denne oxid film er kun 2nm tyk, men det er tæt kombineret med overfladen af aluminium substrat. Sammenlignet med kobber ledere, selv om oxidfilm på aluminium leder forhindrer ilt i at sprede sig ind i det, det spiller også en god rolle i korrosionsbeskyttelse i atmosfæren. Men dens gode isolering effekt forhindrer elektroner fra at flytte fra en aluminium substrat leder til en anden aluminium substrat leder, det vil sige, elektroner kan kun bevæge sig i aluminium substrat kroppen.
På grund af denne funktion, efter fjernelse af isolerende kappe i slutningen af aluminiumstråd, dannes en oxidfilm på overfladen af aluminiumslederen i kontakt med luften. Som vist i figur 1 kan elektronerne i aluminiumslederen kun bevæge sig i en enkelt aluminiumstråd, men kan ikke bevæge sig mellem aluminiumstråden og aluminiumstråden. Hvis der er en delvis brudt tråd fænomen i en flok aluminium kerneledninger, så den elektroniske bevægelse i disse brudte ledninger vil blive blokeret. Sammenlignet med aluminiumstråden før de knækkede ledninger vil modstandsværdien stige, og ledningsevnen vil falde.
I modsætning hertil danner overfladen af kobberunderlagslederen ikke hurtigt en tæt oxidfilm i luften, så selv om ledningen er brudt, kan elektronerne i den knækkede ledning stadig bevæge sig fremad gennem andre kobbertråde. Fra et kvalitativt synspunkt kan en vis procentdel af knækkede ledninger derfor, selv om ledningsevnen reduceres, stadig opfylde kravene til brug.
1.2 Elektrokemisk korrosion findes i kontaktdele af kobber og aluminium ledere
Figur 2 viser den elektrokemiske potentielle sekvens af forskellige metalmaterialer i havvand. Det kan ses, at der er en kemisk potentiel forskel mellem kobbermetal og aluminiumsmetal i havvand. Når disse to metaller findes i en elektrolyt på samme tid, dannes en galvanisk celle, og der opstår en elektrokemisk reaktion. Aluminiumsatomerne i det lavpotenterede aluminiumsmateriale vil efterlade krystalgititteret og miste elektroner og danne hydrerede ioner. Aluminium ledere, der har været i dette miljø i lang tid vil gradvist blive spist væk. Dette fænomen kaldes elektrokemisk korrosion.
Når luftfugtigheden i luften er høj eller indeholder saltede urenheder, dannes et ideelt elektrolytmiljø. Den del, hvor kobber terminal og aluminium wire er i direkte kontakt vil danne et primært batteri med aluminium som den negative elektrode og kobber som den positive elektrode. Som vist i figur 3 vil der, hvis tilslutningsdelen ikke håndteres korrekt, forekomme alvorlig elektrokemisk korrosion, og kobber-aluminium-forbindelsens elektriske og mekaniske egenskaber vil gå tabt.
1.3 Aluminiumtrådenes elektriske egenskaber og mekaniske styrke er svagere end kobbertråde
Under samme tråddiameter er aluminiumstrådenes ledningsevne svagere end kobbertrådenes. Derfor skal aluminiumstråde med en større diameter end kobbertråde anvendes til at reducere dens modstandsdygtighed for at opnå kobbertrådenes tilsvarende elektriske ydeevne.
Desuden er trækstyrke, hårdhed og andre mekaniske egenskaber af aluminium ledere svagere end kobber ledere, så de er ikke egnet til forarbejdning i aluminium terminaler til at forbinde med andre dele på bilen. Kobberterminaler kan kun komme i betragtning til tilslutning med aluminiumsledninger, men tilslutningsdelene er nemme Mekaniske skader eller udmattelsesskader opstår, så der skal træffes tilsvarende beskyttelsesforanstaltninger under påføring.
2 Skønsgrundlag for svejse aluminiumstråd og kobberterminal
2. 1 Sikre god elektrisk ydeevne af svejsedelen
2.1.1 Sørg for, at den valgte størrelse af aluminiumstråd svarer til kobbertråd
På nuværende tidspunkt er den almindeligt anvendte kobbertrådsstandard i branchen ISO6722-1 [1], og aluminiumstrådstandarden er ISO 6722-2 [2]. Den tilsvarende udskiftning af aluminiumstråde skal tage hensyn til egenskaberne ved lignende ledningsevne, strømbærende kapacitet, derating kurve og andre egenskaber ved de erstattede kobbertråde, således at lederen materiale og opretholde den oprindelige kredsløb beskyttelse strategi.
Tabel 1 viser sammenligningstabellen for specifikationer for aluminiumstråd og kobbertråd, der kan komme i betragtning til tilsvarende erstatning. Denne tabel kan bruges som reference til tilsvarende udskiftning af kobber-aluminium ledninger, og yderligere verifikation og bekræftelse er påkrævet i specifikke applikationer.
2.1.2 Den frie bevægelighed for elektroner mellem aluminiumsledninger realiseres ved ultralydsvejsning
Ultralydsvejsning bruger højfrekvente vibrationsbølger, der skal overføres til overfladerne på to objekter, der skal svejses. Under tryk gnides de to objekters overflader mod hinanden for at danne en fusion mellem molekylære lag (se figur 4).
Ved hjælp af denne metode kan oxidfilmen på aluminiumstrådens overflade effektivt ødelægges, og den frie bevægelighed for elektroner mellem forskellige aluminiumstrådledere kan realiseres (se figur 5).
Ved samme metode er det også muligt at opnå molekylær fusion mellem terminalens kobberunderlag og ledningens aluminiumsunderlag for at opnå en god elektrisk ydeevne. Evalueringen af ultralydsvejsningsydelsen i ledningsføringsområdet bruger generelt USCar38-2016-standarden [3]. I denne udgave af standarden er der givet evalueringskriterier for svejsning af kobberterminaler og aluminiumsledninger. Vurderingsmetoderne og kriterierne for den elektriske ledningsevne er de samme som for kobberterminaler og kobbertråde.
2.2 Sikre gode mekaniske egenskaber ved svejsedelen
Kabelsamlingen vil blive udsat for risiko for at blive trukket af eksterne kræfter under brug, især til batterikabler med store tværsnit. Eksterne kræfter virker ofte direkte på et enkelt kabel. For elektriske kredsløb ved hjælp af aluminiumstråde er den relativt svage mekaniske styrke i nærheden af svejseforbindelsesområdet. For eksempel, i færd med batteri wire samling, når installationen er ubelejligt, vil operatøren trække ledningen til at generere en lige træk langs retningen af ledningen, eller anvende en rive kraft vinkelret på svejsning overflade til wiren. Ved udformningen af terminalstrukturen er det derfor nødvendigt at overveje tilstrækkelige beskyttelsesforanstaltninger til at modstå den lige trækkraft og rivekraften.
USCar38-standarden [3] har fastsat den nedre grænse for den pullstrength, der skal nås, når forskellige specifikationer for aluminiumsledninger er forbundet til kobberterminaler. For aluminiumstråde med store tråddiametre (≥10 mm 2) angiver USCar38-standarden [3] ikke klart den nedre grænse for skrælstyrken, og producentens tekniker giver normalt den anbefalede nedre grænse.
2. 3 Sørg for en god elektrokemisk korrosionsbestandighed af de svejsede dele
For at forhindre den elektrokemiske korrosion af svejsedelen af kobberterminalen og aluminiumstråden er nøglen at isolere tilslutningsdelen fra det fugtige eller saltede miljø. Der er to almindeligt anvendte ultralydsvejsningsmetoder: dobbeltvægsvarme, der kan krympelig rørforsegling (figur 6) og varmsmeltningsklæbende forsegling (Figur 7). Disse to metoder kan opfylde kravene i specifikationen i den endelige miljøkontroltest, men i betragtning af fluiditetskravene i limen i injektionshulen under den varme smelteklæbende proces skal vægtykkelsen af det varme smelteklæbemiddel holdes mindst 2,5 ~ 3 mm. Som følge heraf er volumenet af terminaltilslutningsdelen efter forseglingsbehandlingen relativt stort, og det kan ikke bruges i det snævre rum i lastemiljøet. Vægtykkelsen af den dobbelte væg varme-krympelige rør efter varme-skrumpende behandling er 1 ~ 1,5 mm, så forsegling af dobbelt-væg varme-krympelige rør har en bredere vifte af applikationer.
Den dobbelte væg varme krympelige rør er almindeligt kendt som den limet varme krympelig rør. Det opvarmes ved høj temperatur og den ydre væg krymper, og den faste lim på den indre væg smelter til flydende lim.
Den dobbelte væg varme krympelige rør er almindeligt kendt som den limet varme krympelig rør. Det opvarmes ved høj temperatur og den ydre væg krymper, og den faste lim på den indre væg smelter til flydende lim. Efter fuld flow dækker den terminaltilslutningsdelen og overfladen af trådisoleringsskind, og den forsegles efter afkølings- og hærdningseffekt. Forseglingseffekten af tilslutningsdelen kan evalueres ved saltspraytesten. Evalueringskriterierne kan henvise til GMW3191 [4].
2. 4 Sikre god fremstilling af svejsede dele
Ultralydsvejsning er den hurtige frem-ogseende relative bevægelse af to materialeoverflader ved et bestemt tryk og en bestemt frekvens. Friktionsbevægelsen får de to overflader til at smelte ved høj temperatur og danne en molekylær lagfusion. Normalt er terminalen fastgjort på svejseudstyret, og tråden gør højfrekvente frem-og tilbagebærende bevægelse i forhold til den faste terminal. Derfor skal terminalen have en pålidelig struktur til fastgørelse. Kvaliteten af svejseeffekten kan også testes og bedømmes ud fra de krav til straight pull-kraft, der er angivet i USCar38-standarden [1], og de krav til tårekraft, som kunderne anbefaler.
