1 Difficoltà tecniche nel collegare terminali di rame e fili di alluminio
1.1 C'è una pellicola di ossido sulla superficie del conduttore di alluminio
C'è una forte affinità tra il conduttore di alluminio e l'ossigeno. Anche a temperatura ambiente, sulla superficie si forma ossido di alluminio denso (Al2O3) al momento del contatto con l'aria. Questo film di ossido ha uno spessore di soli 2 nm, ma è strettamente combinato con la superficie del substrato di alluminio. Rispetto ai conduttori di rame, sebbene la pellicola di ossido sul conduttore di alluminio impedisca la diffusione dell'ossigeno al suo interno, svolge anche un buon ruolo nella protezione dalla corrosione nell'atmosfera. Ma il suo buon effetto di isolamento impedisce agli elettroni di spostarsi da un conduttore di substrato di alluminio a un altro conduttore di substrato di alluminio, cioè gli elettroni possono muoversi solo nel corpo del substrato di alluminio.
Per questa caratteristica, dopo aver rimosso la guaina isolante all'estremità del filo di alluminio, si forma una pellicola di ossido sulla superficie del conduttore di alluminio a contatto con l'aria. Come mostrato nella Figura 1, gli elettroni nel conduttore di alluminio possono muoversi solo in un singolo filo di alluminio, ma non possono spostarsi tra il filo di alluminio e il filo di alluminio. Se c'è un fenomeno di filo rotto parziale in un mazzo di fili con anima in alluminio, il movimento elettronico in questi fili rotti verrà bloccato. Rispetto al filo di alluminio prima dei fili rotti, il valore di resistenza aumenterà e la conduttività diminuirà.
Al contrario, la superficie del conduttore del substrato di rame non forma rapidamente una densa pellicola di ossido nell'aria, quindi anche se il filo è rotto, gli elettroni nel filo rotto possono ancora muoversi in avanti attraverso altri fili di rame. Pertanto, da un punto di vista qualitativo, quando una certa percentuale di fili rotti si presenta nel filo di rame, sebbene la conducibilità sia ridotta, può comunque soddisfare i requisiti di utilizzo.
1.2 La corrosione elettrochimica esiste nelle parti di contatto dei conduttori in rame e alluminio
La Figura 2 mostra la sequenza del potenziale elettrochimico di diversi materiali metallici nell'acqua di mare. Si può vedere che esiste una differenza di potenziale chimico tra il metallo di rame e il metallo di alluminio nell'acqua di mare. Quando questi due metalli esistono contemporaneamente in un elettrolita, si forma una cella galvanica e si verifica una reazione elettrochimica. Gli atomi di alluminio nel materiale di alluminio a basso potenziale lasceranno il reticolo cristallino e perderanno elettroni, formando ioni idratati. I conduttori di alluminio che sono stati in questo ambiente per molto tempo verranno gradualmente consumati. Questo fenomeno è chiamato corrosione elettrochimica.
Quando l'umidità nell'aria è alta o contiene impurità salate, si forma un ambiente elettrolitico ideale. La parte in cui il terminale di rame e il filo di alluminio sono in contatto diretto formerà una batteria primaria con l'alluminio come elettrodo negativo e il rame come elettrodo positivo. Come mostrato nella Figura 3, se la parte di connessione non viene maneggiata correttamente, si verificherà una grave corrosione elettrochimica e le proprietà elettriche e meccaniche della connessione rame-alluminio andranno perse.
1.3 Le proprietà elettriche e la resistenza meccanica dei fili di alluminio sono più deboli dei fili di rame
A parità di diametro del filo, la conduttività dei fili di alluminio è più debole di quella dei fili di rame. Pertanto, è necessario utilizzare fili di alluminio con un diametro maggiore dei fili di rame per ridurne la resistenza e ottenere le prestazioni elettriche equivalenti dei fili di rame.
Inoltre, la resistenza alla trazione, la durezza e altre proprietà meccaniche dei conduttori in alluminio sono più deboli dei conduttori in rame, quindi non sono adatti per la lavorazione in terminali di alluminio per il collegamento con altre parti dell'auto. I terminali in rame possono essere considerati solo per il collegamento con fili di alluminio, ma le parti di collegamento sono facili Si verificano danni meccanici o danni da fatica, quindi è necessario adottare le misure di protezione corrispondenti durante l'applicazione.
2 Base di giudizio per saldatura filo di alluminio e terminale di rame
2. 1 Garantire buone prestazioni elettriche della parte di saldatura
2.1.1 Assicurarsi che la dimensione del filo di alluminio selezionata sia equivalente al filo di rame
Attualmente, lo standard per i fili di rame comunemente utilizzato nel settore è ISO6722-1 [1] e lo standard per i fili di alluminio è ISO 6722-2 [2]. La sostituzione equivalente dei fili di alluminio deve considerare le caratteristiche di conducibilità simile, capacità di trasporto di corrente, curva di declassamento e altre caratteristiche dei fili di rame sostituiti, in modo da sostituire il materiale del conduttore e mantenere la strategia di protezione del circuito originale.
La tabella 1 elenca la tabella di confronto delle specifiche del filo di alluminio e del filo di rame che possono essere considerate per una sostituzione equivalente. Questa tabella può essere utilizzata come riferimento per la sostituzione equivalente di fili in rame-alluminio e ulteriori verifiche e conferme sono richieste in applicazioni specifiche.
2.1.2 La libera circolazione degli elettroni tra i fili di alluminio è realizzata mediante saldatura ad ultrasuoni
La saldatura a ultrasuoni utilizza onde di vibrazione ad alta frequenza da trasmettere alle superfici di due oggetti da saldare. Sotto pressione, le superfici dei due oggetti vengono strofinate l'una contro l'altra per formare una fusione tra strati molecolari (vedi Figura 4).
Attraverso questo metodo, la pellicola di ossido sulla superficie del filo di alluminio può essere efficacemente distrutta e si può realizzare la libera circolazione degli elettroni tra diversi conduttori di filo di alluminio (vedi Figura 5).
Con lo stesso metodo è anche possibile ottenere una fusione a livello molecolare tra il substrato di rame del terminale e il substrato di alluminio del filo, in modo da ottenere buone prestazioni elettriche. La valutazione delle prestazioni di saldatura a ultrasuoni nel campo dei cablaggi automobilistici utilizza generalmente lo standard USCar38-2016 [3]. In questa edizione della norma sono stati forniti i criteri di valutazione per la saldatura di terminali in rame e fili di alluminio. I metodi di valutazione ei criteri per la conducibilità elettrica sono gli stessi di quelli per i terminali di rame e i fili di rame.
2.2 Garantire buone proprietà meccaniche della parte saldata
Il cavo assemblato sarà esposto al rischio di essere tirato da forze esterne durante l'uso, specialmente per i cavi della batteria con grandi sezioni trasversali. Le forze esterne spesso agiscono direttamente su un singolo cavo. Per i circuiti elettrici che utilizzano fili di alluminio, la resistenza meccanica relativamente debole è vicino all'area di connessione della saldatura. Ad esempio, nel processo di assemblaggio del filo della batteria, quando l'installazione è scomoda, l'operatore tirerà il filo per generare una trazione diritta lungo la direzione del filo o applicherà una forza di strappo perpendicolare alla superficie di saldatura al filo. Pertanto, quando si progetta la struttura terminale, è necessario considerare misure di protezione sufficienti per resistere alla forza di trazione rettilinea e alla forza di strappo.
Lo standard USCar38 [3] ha stabilito il limite inferiore della forza di trazione che deve essere raggiunto quando diverse specifiche dei fili di alluminio sono collegate ai terminali di rame. Per fili di alluminio con diametri di filo di grandi dimensioni (≥10 mm 2), lo standard USCar38 [3] non specifica chiaramente il limite inferiore della resistenza alla pelatura e l'ingegnere del produttore&# 39 di solito fornisce il limite inferiore consigliato.
2. 3 Garantire una buona resistenza alla corrosione elettrochimica delle parti saldate
Per prevenire la corrosione elettrochimica della parte di saldatura del terminale di rame e del filo di alluminio, la chiave è isolare la parte di connessione dall'ambiente umido o salato. Esistono due metodi di sigillatura per saldatura a ultrasuoni comunemente usati: sigillatura di tubi termorestringenti a doppia parete (Figura 6) e sigillatura con adesivo hot melt (Figura 7). Questi due metodi possono soddisfare i requisiti della specifica nel test finale di verifica ambientale, ma considerando i requisiti di fluidità della colla nella cavità di iniezione durante il processo di adesivo hot melt, lo spessore della parete dell'adesivo hot melt deve essere mantenuto almeno 2,5 ~ 3 mm. Di conseguenza, il volume della parte di connessione terminale dopo il trattamento di sigillatura è relativamente grande e non può essere utilizzato nello spazio ristretto dell'ambiente di carico. Lo spessore della parete del tubo termorestringente a doppia parete dopo il trattamento termorestringente è di 1 ~ 1,5 mm, quindi la sigillatura del tubo termorestringente a doppia parete ha una gamma più ampia di applicazioni.
Il tubo termorestringente a doppia parete è comunemente noto come il tubo termorestringente incollato. Viene riscaldato ad alta temperatura e la parete esterna si restringe e la colla solida sulla parete interna si scioglie in colla liquida.
Il tubo termorestringente a doppia parete è comunemente noto come il tubo termorestringente incollato. Viene riscaldato ad alta temperatura e la parete esterna si restringe e la colla solida sulla parete interna si scioglie in colla liquida. Dopo il flusso completo, copre la parte di connessione del terminale e la superficie della pellicola isolante del filo ed è sigillata dopo l'effetto di raffreddamento e polimerizzazione. L'effetto di tenuta della parte di collegamento può essere valutato mediante il test in nebbia salina. I criteri di valutazione possono fare riferimento a GMW3191 [4].
2. 4 Garantire una buona producibilità delle parti saldate
La saldatura a ultrasuoni è il movimento relativo alternativo ad alta velocità di due superfici di materiale a una certa pressione e frequenza. Il movimento di attrito fa sì che le due superfici si fondano ad alta temperatura e formano una fusione di strati molecolari. Di solito il terminale è fissato sull'attrezzatura di saldatura e il filo esegue un movimento alternativo ad alta frequenza rispetto al terminale fisso. Pertanto, il terminale deve avere una struttura affidabile per il fissaggio. La qualità dell'effetto di saldatura può anche essere testata e giudicata in base ai requisiti di forza di trazione diretta specificati dallo standard USCar38 [1] e ai requisiti di forza di lacerazione raccomandati dai clienti.
