Ker se aluminijasti vodniki vse pogosteje uporabljajo v avtomobilskih kabelskih snopih, ta članek analizira in organizira tehnologijo povezovanja aluminijastih napajalnih kabelskih snopov ter analizira in primerja delovanje različnih načinov povezovanja, da bi olajšal kasnejšo izbiro načinov povezovanja aluminijastih napajalnih kabelskih snopov.
01 Pregled
Z naraščajočo uporabo aluminijastih vodnikov v avtomobilskih kabelskih snopih se postopoma povečuje uporaba aluminijastih vodnikov namesto tradicionalnih bakrenih vodnikov. Vendar pa se je treba pri uporabi aluminijastih žic, ki nadomeščajo bakrene, soočiti z elektrokemično korozijo, lezenjem pri visokih temperaturah in oksidacijo vodnikov, s katerimi se je treba soočiti in jih rešiti. Hkrati mora uporaba aluminijastih žic, ki nadomeščajo bakrene žice, izpolnjevati zahteve glede električnih in mehanskih lastnosti, da se prepreči poslabšanje delovanja.
Za reševanje težav, kot so elektrokemična korozija, lezenje pri visokih temperaturah in oksidacija prevodnikov med uporabo aluminijastih žic, trenutno v industriji obstajajo štiri glavne metode povezovanja, in sicer: varjenje s trenjem in tlačno varjenje, varjenje s trenjem, ultrazvočno varjenje in plazemsko varjenje.
Sledi analiza in primerjava učinkovitosti načel in struktur povezav teh štirih vrst povezav.
02 Varjenje s trenjem in varjenje pod pritiskom
Pri varjenju s trenjem in tlačnem spajanju se najprej uporabijo bakrene in aluminijaste palice za varjenje s trenjem, nato pa se bakrene palice žigosajo, da se tvorijo električne povezave. Aluminijaste palice se strojno obdelujejo in oblikujejo v aluminijaste stiskalne konce, s čimer se izdelajo bakreni in aluminijasti priključki. Nato se aluminijasta žica vstavi v aluminijasti stiskalni konec bakreno-aluminijastega priključka in se hidravlično stisne s tradicionalno opremo za stiskanje kabelskih snopov, da se dokonča povezava med aluminijastim vodnikom in bakreno-aluminijastim priključkom, kot je prikazano na sliki 1.
V primerjavi z drugimi oblikami povezav, varjenje s trenjem in tlačno varjenje s trenjem bakrenih in aluminijastih palic tvori prehodno območje zlitine bakra in aluminija. Varilna površina je bolj enakomerna in gosta, kar učinkovito preprečuje problem toplotnega lezenja, ki ga povzročajo različni koeficienti toplotnega raztezanja bakra in aluminija. Poleg tega oblikovanje prehodnega območja zlitine učinkovito preprečuje tudi elektrokemično korozijo, ki jo povzročajo različne kovinske aktivnosti med bakrom in aluminijem. Naknadno tesnjenje s termoskrčljivimi cevmi izolira solni sprej in vodno paro, kar prav tako učinkovito preprečuje nastanek elektrokemične korozije. S hidravličnim stiskanjem aluminijaste žice in aluminijastega stiskalnega konca bakreno-aluminijastega priključka se monofilamentna struktura aluminijastega vodnika in oksidna plast na notranji steni aluminijastega stiskalnega konca uničita in olupita, nato pa se hlad dokonča med posameznimi žicami ter med aluminijastim vodnikom in notranjo steno stiskalnega konca. Kombinacija varjenja izboljša električne lastnosti povezave in zagotavlja najbolj zanesljive mehanske lastnosti.
03 Varjenje s trenjem
Torno varjenje uporablja aluminijasto cev za stiskanje in oblikovanje aluminijastega vodnika. Po odrezu čelne ploskve se izvede tornjsko varjenje z bakrenim priključkom. Varilna povezava med žičnim vodnikom in bakrenim priključkom se zaključi s tornjskim varjenjem, kot je prikazano na sliki 2.
Torno varjenje povezuje aluminijaste žice. Najprej se aluminijasta cev s stiskanjem namesti na vodnik aluminijaste žice. Monofilamentna struktura vodnika se s stiskanjem plastificira, da se tvori tesen krožni presek. Nato se varilni presek splošči z obračanjem, da se postopek zaključi. Priprava varilnih površin. En konec bakrenega priključka je električna priključna struktura, drugi konec pa je varilna povezovalna površina bakrenega priključka. Varilna povezovalna površina bakrenega priključka in varilna površina aluminijaste žice se zvarita in povežeta s tornim varjenjem, nato pa se varilni odboj odreže in oblikuje, da se zaključi postopek spajanja aluminijaste žice za torno varjenje.
V primerjavi z drugimi oblikami povezav trenje varjenje tvori prehodno povezavo med bakrom in aluminijem s trenjem med bakrenimi priključki in aluminijastimi žicami, kar učinkovito zmanjša elektrokemično korozijo bakra in aluminija. Prehodno območje trenja bakra in aluminija se v kasnejši fazi zatesni z lepilno termoskrčljivo cevjo. Območje varjenja ni izpostavljeno zraku in vlagi, kar dodatno zmanjša korozijo. Poleg tega je območje varjenja mesto, kjer je aluminijasti žični vodnik neposredno povezan z bakrenim priključkom z varjenjem, kar učinkovito poveča izvlečno silo spoja in poenostavi postopek obdelave.
Vendar pa obstajajo tudi slabosti pri povezavi med aluminijastimi žicami in bakreno-aluminijastimi priključki, kot je prikazano na sliki 1. Uporaba tornega varjenja pri proizvajalcih žičnih snopov zahteva ločeno posebno opremo za torno varjenje, kar ima slabo vsestranskost in povečuje naložbe v osnovna sredstva proizvajalcev žičnih snopov. Drugič, pri tornem varjenju se med postopkom monofilamentna struktura žice neposredno torno zvari z bakrenim priključkom, kar povzroči votline na območju tornega varjenja. Prisotnost prahu in drugih nečistoč vpliva na končno kakovost varjenja in povzroča nestabilnost mehanskih in električnih lastnosti varjenega priključka.
04 Ultrazvočno varjenje
Ultrazvočno varjenje aluminijastih žic uporablja ultrazvočno varilno opremo za povezovanje aluminijastih žic in bakrenih priključkov. Z visokofrekvenčnim nihanjem varilne glave ultrazvočne varilne opreme se monofilamenti aluminijaste žice ter aluminijaste žice in bakreni priključki povežejo skupaj, da se dokonča aluminijasta žica. Povezava bakrenih priključkov je prikazana na sliki 3.
Ultrazvočno varjenje je povezava, pri kateri aluminijaste žice in bakreni priključki vibrirajo pri visokofrekvenčnih ultrazvočnih valovih. Vibracije in trenje med bakrom in aluminijem dokončajo povezavo med bakrom in aluminijem. Ker imata tako baker kot aluminij ploskovno centrirano kubično kovinsko kristalno strukturo, se v okolju visokofrekvenčnih nihanj pod tem pogojem atomska zamenjava v kovinski kristalni strukturi zaključi in tvori prehodno plast zlitine, s čimer se učinkovito prepreči nastanek elektrokemične korozije. Hkrati se med postopkom ultrazvočnega varjenja oksidna plast na površini aluminijastega prevodnega monofilamenta olupi, nato pa se zaključi varilna povezava med monofilamenti, kar izboljša električne in mehanske lastnosti povezave.
V primerjavi z drugimi oblikami povezav je ultrazvočno varjenje pogosto uporabljena procesna oprema za proizvajalce kabelskih snopov. Ne zahteva novih naložb v osnovna sredstva. Hkrati se za priključke uporabljajo bakreno žigosani priključki, zato so stroški priključkov nižji, zato imajo najboljšo stroškovno prednost. Vendar pa obstajajo tudi slabosti. V primerjavi z drugimi oblikami povezav ima ultrazvočno varjenje slabše mehanske lastnosti in slabo odpornost proti vibracijam. Zato uporaba ultrazvočnih varjenih priključkov ni priporočljiva na območjih z visokofrekvenčnimi vibracijami.
05 Plazemsko varjenje
Plazemsko varjenje uporablja bakrene priključke in aluminijaste žice za stiskanje, nato pa se z dodajanjem spajke plazemski oblok uporabi za obsevanje in segrevanje območja varjenja, taljenje spajke, zapolnitev varilnega območja in dokončanje povezave aluminijaste žice, kot je prikazano na sliki 4.
Pri plazemskem varjenju aluminijastih vodnikov se najprej uporabi plazemsko varjenje bakrenih priključkov, nato pa se s stiskanjem zaključi stiskanje in pritrjevanje aluminijastih vodnikov. Plazemski varilni priključki po stiskanju tvorijo sodčasto strukturo, nato pa se območje varjenja priključkov napolni s spajko, ki vsebuje cink, na stisnjen konec pa se doda spajka, ki vsebuje cink. Pod obsevanjem plazemskega loka se spajka, ki vsebuje cink, segreje in stopi, nato pa s kapilarnim delovanjem vstopi v žično režo na območju stiskanja, da se zaključi postopek povezave bakrenih priključkov in aluminijastih žic.
Plazemsko varjenje aluminijastih žic s stiskanjem omogoča hitro povezavo med aluminijastimi žicami in bakrenimi priključki, kar zagotavlja zanesljive mehanske lastnosti. Hkrati se med postopkom stiskanja s kompresijskim razmerjem od 70 % do 80 % uniči in odlušči oksidna plast prevodnika, kar učinkovito izboljša električne lastnosti, zmanjša kontaktno upornost priključnih mest in prepreči segrevanje priključnih mest. Nato se na konec območja stiskanja doda spajka, ki vsebuje cink, in segreje varilno območje s plazemskim žarkom. Spajka, ki vsebuje cink, se segreje in stopi, spajka pa s kapilarnim delovanjem zapolni vrzel v območju stiskanja, s čimer se doseže razprševanje slane vode v območju stiskanja. Izolacija hlapov preprečuje nastanek elektrokemične korozije. Hkrati se zaradi izolacije in puferiranja spajke oblikuje prehodno območje, ki učinkovito preprečuje nastanek toplotnega lezenja in zmanjšuje tveganje povečane upornosti priključka pri vročih in hladnih šokih. Z plazemskim varjenjem priključnega območja se učinkovito izboljšajo električne lastnosti priključnega območja, poleg tega pa se dodatno izboljšajo tudi mehanske lastnosti priključnega območja.
V primerjavi z drugimi oblikami povezav plazemsko varjenje izolira bakrene priključke in aluminijaste vodnike s prehodno varilno plastjo in ojačano varilno plastjo, kar učinkovito zmanjša elektrokemično korozijo bakra in aluminija. Ojačana varilna plast ovije čelno površino aluminijastega vodnika, tako da bakreni priključki in jedro vodnika ne pridejo v stik z zrakom in vlago, kar dodatno zmanjša korozijo. Poleg tega prehodna varilna plast in ojačana varilna plast tesno pritrdita bakrene priključke in spoje aluminijaste žice, kar učinkovito poveča silo izvlečenja spojev in poenostavi postopek obdelave. Vendar pa obstajajo tudi slabosti. Uporaba plazemskega varjenja pri proizvajalcih kabelskih snopov zahteva ločeno namensko opremo za plazemsko varjenje, ki ima slabo vsestranskost in povečuje naložbe v osnovna sredstva proizvajalcev kabelskih snopov. Drugič, pri postopku plazemskega varjenja se spajka zaključi s kapilarnim delovanjem. Postopek polnjenja reže na območju stiskanja je nenadzorovan, kar povzroči nestabilno končno kakovost varjenja na območju plazemskega varilnega priključka, kar povzroči velika odstopanja v električnih in mehanskih lastnostih.
Čas objave: 19. februar 2024