1 Kesukaran teknikal dalam menghubungkan terminal tembaga dan wayar aluminium
1.1 Terdapat filem oksida di permukaan konduktor aluminium
Terdapat pertalian yang kuat antara konduktor aluminium dan oksigen. Walaupun pada suhu bilik, aluminium oksida padat (Al2O3) akan terbentuk di permukaan pada saat bersentuhan dengan udara. Filem oksida ini hanya setebal 2nm, tetapi digabungkan dengan permukaan substrat aluminium. Berbanding dengan konduktor tembaga, walaupun filem oksida pada konduktor aluminium menghalang oksigen meresap ke dalamnya, ia juga memainkan peranan yang baik dalam perlindungan kakisan di atmosfera. Tetapi kesan penebatnya yang baik menghalang elektron bergerak dari satu konduktor substrat aluminium ke konduktor substrat aluminium yang lain, iaitu, elektron hanya dapat bergerak di badan substrat aluminium.
Kerana ciri ini, setelah melepaskan sarung penebat di hujung wayar aluminium, sebuah filem oksida terbentuk di permukaan konduktor aluminium yang bersentuhan dengan udara. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1, elektron dalam konduktor aluminium hanya dapat bergerak dalam satu kawat aluminium, tetapi tidak dapat bergerak antara kawat aluminium dan kawat aluminium. Sekiranya terdapat fenomena wayar pecah separa dalam sekumpulan wayar teras aluminium, pergerakan elektronik pada wayar yang rosak ini akan disekat. Berbanding dengan wayar aluminium sebelum wayar patah, nilai rintangan akan meningkat dan kekonduksian akan menurun.
Sebaliknya, permukaan konduktor substrat tembaga tidak cepat membentuk filem oksida padat di udara, jadi walaupun wayarnya pecah, elektron dalam wayar yang putus masih boleh bergerak maju melalui wayar tembaga yang lain. Oleh itu, dari sudut kualitatif, apabila peratusan wayar putus tertentu berlaku pada wayar tembaga, walaupun kekonduksiannya berkurang, ia masih dapat memenuhi syarat penggunaan.
1.2 Hakisan elektrokimia wujud di bahagian sentuhan konduktor tembaga dan aluminium
Rajah 2 menunjukkan urutan potensi elektrokimia bahan logam yang berbeza di air laut. Ini dapat dilihat bahawa terdapat perbezaan potensi kimia antara logam tembaga dan logam aluminium di air laut. Apabila kedua-dua logam ini wujud dalam elektrolit pada masa yang sama, sel galvanik terbentuk, dan tindak balas elektrokimia berlaku. Atom aluminium dalam bahan aluminium berpotensi rendah akan meninggalkan kisi kristal dan kehilangan elektron, membentuk ion terhidrat. Konduktor aluminium yang telah lama berada di persekitaran ini secara beransur-ansur akan dimakan. Fenomena ini dipanggil kakisan elektrokimia.
Apabila kelembapan di udara tinggi atau mengandungi kekotoran asin, persekitaran elektrolit yang ideal akan terbentuk. Bahagian di mana terminal tembaga dan wayar aluminium bersentuhan langsung akan membentuk bateri utama dengan aluminium sebagai elektrod negatif dan tembaga sebagai elektrod positif. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, jika bahagian sambungan tidak ditangani dengan betul, kakisan elektrokimia yang serius akan berlaku, dan sifat elektrik dan mekanikal sambungan tembaga-aluminium akan hilang.
1.3 Sifat elektrik dan kekuatan mekanikal wayar aluminium lebih lemah daripada wayar tembaga
Dalam keadaan diameter wayar yang sama, kekonduksian wayar aluminium lebih lemah daripada wayar tembaga. Oleh itu, wayar aluminium dengan diameter lebih besar daripada wayar tembaga mesti digunakan untuk mengurangkan ketahanannya untuk mencapai prestasi elektrik wayar tembaga yang setara.
Di samping itu, kekuatan tegangan, kekerasan dan sifat mekanik lain dari konduktor aluminium lebih lemah daripada konduktor tembaga, jadi ia tidak sesuai untuk diproses menjadi terminal aluminium untuk berhubung dengan bahagian lain di dalam kereta. Terminal tembaga hanya dapat dipertimbangkan untuk disambungkan dengan wayar aluminium, tetapi bahagian sambungannya mudah Kerosakan mekanikal atau kerosakan keletihan, jadi langkah perlindungan yang sesuai harus diambil semasa aplikasi.
2 Dasar penghakiman untuk kimpalan kawat aluminium dan terminal tembaga
2. 1 Memastikan prestasi elektrik bahagian kimpalan yang baik
2.1.1 Memastikan ukuran wayar aluminium yang dipilih setara dengan wayar tembaga
Pada masa ini, standard wayar tembaga yang biasa digunakan dalam industri ini adalah ISO6722-1 [1], dan standard wayar aluminium adalah ISO 6722-2 [2]. Penggantian wayar aluminium yang setara mesti mempertimbangkan ciri-ciri kekonduksian yang serupa, daya bawa arus, keluk penurunan dan ciri-ciri lain dari wayar tembaga yang diganti, untuk menggantikan bahan konduktor dan mengekalkan strategi perlindungan litar asal.
Jadual 1 menyenaraikan jadual perbandingan spesifikasi dawai aluminium dan wayar tembaga yang boleh dipertimbangkan untuk penggantian setara. Jadual ini dapat digunakan sebagai rujukan untuk penggantian wayar tembaga-aluminium yang setara, dan pengesahan dan pengesahan lebih lanjut diperlukan dalam aplikasi tertentu.
2.1.2 Pergerakan bebas elektron antara wayar aluminium direalisasikan dengan pengelasan ultrasonik
Kimpalan ultrasonik menggunakan gelombang getaran frekuensi tinggi untuk dihantar ke permukaan dua objek yang akan dikimpal. Di bawah tekanan, permukaan kedua objek digosok satu sama lain untuk membentuk peleburan antara lapisan molekul (lihat Rajah 4)
Melalui kaedah ini, filem oksida pada permukaan wayar aluminium dapat dihancurkan dengan berkesan, dan pergerakan bebas elektron antara konduktor wayar aluminium yang berbeza dapat direalisasikan (lihat Gambar 5).
Melalui kaedah yang sama, dimungkinkan untuk mencapai peleburan tahap molekul antara substrat tembaga terminal dan substrat aluminium dawai, sehingga dapat mencapai prestasi elektrik yang baik. Penilaian prestasi pengelasan ultrasonik dalam bidang pendawaian automotif secara amnya menggunakan standard USCar38-2016 [3]. Dalam edisi standard ini, kriteria penilaian untuk pengelasan terminal tembaga dan wayar aluminium telah diberikan. Kaedah dan kriteria penilaian untuk kekonduksian elektrik adalah sama dengan kaedah untuk terminal tembaga dan wayar tembaga.
2.2 Memastikan sifat mekanikal bahagian kimpalan yang baik
Pemasangan kabel akan terdedah kepada risiko ditarik oleh daya luaran semasa digunakan, terutama untuk kabel bateri dengan keratan rentas besar. Daya luaran sering bertindak secara langsung pada kabel tunggal. Untuk litar elektrik yang menggunakan wayar aluminium, kekuatan mekanikal yang agak lemah berada di dekat kawasan sambungan kimpalan. Sebagai contoh, dalam proses pemasangan wayar bateri, apabila pemasangannya tidak selesa, pengendali akan menarik wayar untuk menghasilkan tarikan lurus sepanjang arah wayar, atau menerapkan daya koyak tegak lurus ke permukaan kimpalan ke wayar. Oleh itu, semasa merancang struktur terminal, perlu mempertimbangkan langkah perlindungan yang mencukupi untuk menahan daya tarik lurus dan daya koyak.
Piawai USCar38 [3] telah menetapkan had bawah daya tarik yang mesti dicapai ketika spesifikasi wayar aluminium yang berlainan disambungkan ke terminal tembaga. Untuk wayar aluminium dengan diameter dawai yang besar (≥10 mm 2), standard USCar38 [3] tidak secara jelas menentukan had bawah kekuatan pengelupasan, dan jurutera pengeluar&# 39 biasanya memberikan had yang disyorkan.
2. 3 Pastikan ketahanan kakisan elektrokimia yang baik pada bahagian yang dikimpal
Untuk mengelakkan kakisan elektrokimia bahagian kimpalan terminal tembaga dan wayar aluminium, kuncinya adalah mengasingkan bahagian sambungan dari persekitaran lembap atau masin. Terdapat dua kaedah pengedap kimpalan ultrasonik yang biasa digunakan: pengedap tiub penyusut panas dinding dua (Gambar 6) dan pengedap pelekat lebur panas (Gambar 7). Kedua-dua kaedah ini dapat memenuhi syarat spesifikasi dalam ujian pengesahan persekitaran akhir, tetapi dengan mempertimbangkan keperluan kelancaran gam di rongga suntikan semasa proses pelekat peleburan panas, ketebalan dinding pelekat cair panas mesti dikekalkan sekurang-kurangnya 2.5 ~ 3mm. Akibatnya, isipadu bahagian sambungan terminal setelah perlakuan kedap relatif besar, dan tidak dapat digunakan di ruang sempit dari lingkungan pemuatan. Ketebalan dinding tiub penyusut haba dinding dua kali selepas rawatan penyusutan haba adalah 1 ~ 1.5 mm, jadi penyegelan tiub penyusut panas dinding dua mempunyai pelbagai aplikasi yang lebih luas.
Tiub berkembar panas dinding dua biasanya dikenali sebagai tiub penyusut haba terpaku. Ia dipanaskan oleh suhu tinggi dan dinding luar menyusut, dan gam padat di dinding dalam mencair menjadi gam cair.
Tiub berkembar panas dinding dua biasanya dikenali sebagai tiub penyusut haba terpaku. Ia dipanaskan oleh suhu tinggi dan dinding luar menyusut, dan gam padat di dinding dalam mencair menjadi gam cair. Setelah aliran penuh, ia menutup bahagian sambungan terminal dan permukaan kulit penebat wayar, dan ia dilekatkan setelah kesan penyejukan dan penyembuhan. Kesan pengedap bahagian sambungan dapat dinilai dengan ujian penyemburan garam. Kriteria penilaian boleh merujuk kepada GMW3191 [4].
2. 4 Memastikan pembuatan bahagian yang dikimpal dengan baik
Kimpalan ultrasonik adalah pergerakan relatif dua arah permukaan berkelajuan tinggi pada tekanan dan frekuensi tertentu. Gerakan geseran menyebabkan kedua permukaan mencair pada suhu tinggi dan membentuk pelakuran lapisan molekul. Biasanya terminal terpasang pada peralatan kimpalan, dan wayar membuat gerakan berulang frekuensi tinggi berbanding terminal tetap. Oleh itu, terminal perlu mempunyai struktur yang boleh dipercayai untuk diperbaiki. Kualiti kesan kimpalan juga dapat diuji dan dinilai berdasarkan keperluan daya tarik lurus yang ditentukan oleh standard USCar38 [1] dan keperluan daya koyak yang disarankan oleh pelanggan.
