Da Aluminiumleiter zunehmend in Kabelbäumen für Kraftfahrzeuge verwendet werden, analysiert und organisiert dieser Artikel die Verbindungstechnologie von Aluminium-Stromkabelbäumen und analysiert und vergleicht die Leistung verschiedener Verbindungsmethoden, um die spätere Auswahl von Verbindungsmethoden für Aluminium-Stromkabelbäume zu erleichtern.
01 Übersicht
Mit der Förderung des Einsatzes von Aluminiumleitern in Automobilkabelbäumen nimmt die Verwendung von Aluminiumleitern anstelle herkömmlicher Kupferleiter allmählich zu.Bei der Anwendung von Aluminiumdrähten, die Kupferdrähte ersetzen, sind jedoch elektrochemische Korrosion, Hochtemperaturkriechen und Leiteroxidation Probleme, die während des Anwendungsprozesses berücksichtigt und gelöst werden müssen.Gleichzeitig muss die Verwendung von Aluminiumdrähten, die Kupferdrähte ersetzen, den Anforderungen der ursprünglichen Kupferdrähte entsprechen.Elektrische und mechanische Eigenschaften zur Vermeidung von Leistungseinbußen.
Um Probleme wie elektrochemische Korrosion, Hochtemperaturkriechen und Leiteroxidation bei der Anwendung von Aluminiumdrähten zu lösen, gibt es derzeit in der Industrie vier gängige Verbindungsmethoden, nämlich: Reibschweißen und Pressschweißen, Reibschweißen, Ultraschallschweißen und Plasmaschweißen.
Im Folgenden finden Sie eine Analyse und einen Leistungsvergleich der Verbindungsprinzipien und -strukturen dieser vier Verbindungstypen.
02 Reibschweißen und Pressschweißen
Beim Reibschweißen und Druckfügen werden zunächst Kupferstäbe und Aluminiumstäbe zum Reibschweißen verwendet und dann die Kupferstäbe gestanzt, um elektrische Verbindungen herzustellen.Die Aluminiumstäbe werden bearbeitet und geformt, um Aluminium-Crimpenden zu bilden, und es werden Kupfer- und Aluminium-Anschlüsse hergestellt.Anschließend wird der Aluminiumdraht in das Aluminium-Crimpende der Kupfer-Aluminium-Klemme eingeführt und mit herkömmlichen Kabelbaum-Crimpgeräten hydraulisch gecrimpt, um die Verbindung zwischen dem Aluminiumleiter und der Kupfer-Aluminium-Klemme herzustellen, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Im Vergleich zu anderen Verbindungsformen bilden Reibschweißen und Pressschweißen durch Reibschweißen von Kupferstäben und Aluminiumstäben eine Übergangszone zwischen Kupfer und Aluminiumlegierung.Die Schweißoberfläche ist gleichmäßiger und dichter, wodurch das Problem des thermischen Kriechens, das durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kupfer und Aluminium verursacht wird, wirksam vermieden wird.Darüber hinaus wird durch die Bildung der Legierungsübergangszone auch elektrochemische Korrosion wirksam vermieden, die durch die unterschiedlichen Metallaktivitäten zwischen Kupfer und Aluminium verursacht wird.Durch die anschließende Abdichtung mit Schrumpfschläuchen werden Salznebel und Wasserdampf isoliert, wodurch auch das Auftreten elektrochemischer Korrosion wirksam vermieden wird.Durch das hydraulische Crimpen des Aluminiumdrahtes und des Aluminium-Crimpendes des Kupfer-Aluminium-Anschlusses werden die Monofilamentstruktur des Aluminiumleiters und die Oxidschicht an der Innenwand des Aluminium-Crimpendes zerstört und abgelöst, und dann kommt es zur Kälte erfolgt zwischen den Einzeldrähten und zwischen dem Aluminiumleiter und der Innenwand des Crimpendes.Die Schweißkombination verbessert die elektrische Leistung der Verbindung und bietet die zuverlässigste mechanische Leistung.
03 Reibschweißen
Beim Reibschweißen wird ein Aluminiumrohr zum Crimpen und Formen des Aluminiumleiters verwendet.Nach dem Abschneiden der Stirnfläche erfolgt das Reibschweißen mit dem Kupferanschluss.Die Schweißverbindung zwischen dem Drahtleiter und dem Kupferanschluss wird durch Reibschweißen hergestellt, wie in Abbildung 2 dargestellt.
Durch Reibschweißen werden Aluminiumdrähte verbunden.Zunächst wird das Aluminiumrohr durch Crimpen am Leiter des Aluminiumdrahtes befestigt.Die Monofilamentstruktur des Leiters wird durch Crimpen plastifiziert, so dass ein enger kreisförmiger Querschnitt entsteht.Anschließend wird der Schweißquerschnitt durch Drehen abgeflacht, um den Vorgang abzuschließen.Vorbereitung von Schweißflächen.Ein Ende des Kupferanschlusses ist die elektrische Verbindungsstruktur und das andere Ende ist die Schweißverbindungsfläche des Kupferanschlusses.Die Schweißverbindungsfläche des Kupferanschlusses und die Schweißfläche des Aluminiumdrahts werden durch Reibschweißen verschweißt und verbunden. Anschließend wird der Schweißgrat geschnitten und geformt, um den Verbindungsprozess des Reibschweißaluminiumdrahts abzuschließen.
Im Vergleich zu anderen Verbindungsformen bildet das Reibschweißen durch Reibschweißen zwischen Kupferanschlüssen und Aluminiumdrähten eine Übergangsverbindung zwischen Kupfer und Aluminium und reduziert so wirksam die elektrochemische Korrosion von Kupfer und Aluminium.Die Kupfer-Aluminium-Reibschweiß-Übergangszone wird im Nachhinein mit einem selbstklebenden Schrumpfschlauch abgedichtet.Der Schweißbereich wird weder Luft noch Feuchtigkeit ausgesetzt, was die Korrosion weiter reduziert.Darüber hinaus wird im Schweißbereich der Aluminiumdrahtleiter durch Schweißen direkt mit dem Kupferanschluss verbunden, was die Auszugskraft der Verbindung effektiv erhöht und den Verarbeitungsprozess vereinfacht.
Allerdings gibt es auch Nachteile bei der Verbindung zwischen Aluminiumdrähten und Kupfer-Aluminium-Anschlüssen in Abbildung 1. Die Anwendung des Reibschweißens bei Kabelbaumherstellern erfordert separate spezielle Reibschweißgeräte, die eine geringe Vielseitigkeit aufweisen und die Investitionen in das Anlagevermögen von Drähten erhöhen Kabelbaumhersteller.Zweitens wird beim Reibschweißen die Monofilamentstruktur des Drahtes direkt mit dem Kupferanschluss reibverschweißt, wodurch Hohlräume im Reibschweißverbindungsbereich entstehen.Das Vorhandensein von Staub und anderen Verunreinigungen beeinträchtigt die endgültige Schweißqualität und führt zu Instabilität der mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Schweißverbindung.
04 Ultraschallschweißen
Beim Ultraschallschweißen von Aluminiumdrähten werden Ultraschallschweißgeräte verwendet, um Aluminiumdrähte und Kupferanschlüsse zu verbinden.Durch die Hochfrequenzschwingung des Schweißkopfes des Ultraschallschweißgeräts werden die Aluminiumdrahtmonofilamente sowie die Aluminiumdrähte und Kupferanschlüsse miteinander verbunden, um den Aluminiumdraht zu vervollständigen. Die Verbindung der Kupferanschlüsse ist in Abbildung 3 dargestellt.
Beim Ultraschallschweißen werden Aluminiumdrähte und Kupferanschlüsse mit hochfrequenten Ultraschallwellen vibriert.Vibration und Reibung zwischen Kupfer und Aluminium vervollständigen die Verbindung zwischen Kupfer und Aluminium.Da sowohl Kupfer als auch Aluminium eine flächenzentrierte kubische Metallkristallstruktur aufweisen, wird in einer Umgebung mit Hochfrequenzschwingungen unter dieser Bedingung der Atomaustausch in der Metallkristallstruktur abgeschlossen, um eine Legierungsübergangsschicht zu bilden, wodurch das Auftreten elektrochemischer Korrosion wirksam vermieden wird .Gleichzeitig wird beim Ultraschallschweißvorgang die Oxidschicht auf der Oberfläche des Aluminiumleiter-Monofilaments abgezogen und anschließend die Schweißverbindung zwischen den Monofilamenten fertiggestellt, was die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Verbindung verbessert.
Im Vergleich zu anderen Verbindungsformen sind Ultraschallschweißgeräte eine häufig verwendete Verarbeitungsausrüstung für Kabelbaumhersteller.Es sind keine neuen Anlageinvestitionen erforderlich.Gleichzeitig verwenden die Terminals kupfergeprägte Terminals und die Terminalkosten sind niedriger, sodass sie den besten Kostenvorteil bieten.Allerdings bestehen auch Nachteile.Im Vergleich zu anderen Verbindungsformen weist das Ultraschallschweißen schwächere mechanische Eigenschaften und eine schlechte Vibrationsfestigkeit auf.Daher ist der Einsatz von Ultraschallschweißverbindungen in hochfrequenten Schwingungsbereichen nicht zu empfehlen.
05 Plasmaschweißen
Beim Plasmaschweißen werden Kupferanschlüsse und Aluminiumdrähte für die Crimpverbindung verwendet. Anschließend wird durch Zugabe von Lot der Plasmalichtbogen verwendet, um den zu schweißenden Bereich zu bestrahlen und zu erhitzen, das Lot zu schmelzen, den Schweißbereich zu füllen und die Aluminiumdrahtverbindung fertigzustellen siehe Abbildung 4.
Beim Plasmaschweißen von Aluminiumleitern werden zunächst Kupferanschlüsse durch Plasmaschweißen geschweißt, und das Crimpen und Befestigen der Aluminiumleiter wird durch Crimpen abgeschlossen.Die Plasmaschweißanschlüsse bilden nach dem Crimpen eine tonnenförmige Struktur. Anschließend wird der Anschlussschweißbereich mit zinkhaltigem Lot gefüllt und das gecrimpte Ende mit zinkhaltigem Lot versetzt.Unter der Bestrahlung mit einem Plasmalichtbogen wird das zinkhaltige Lot erhitzt und geschmolzen und gelangt dann durch Kapillarwirkung in den Drahtspalt im Crimpbereich, um den Verbindungsprozess von Kupferanschlüssen und Aluminiumdrähten abzuschließen.
Plasmageschweißte Aluminiumdrähte vervollständigen die schnelle Verbindung zwischen den Aluminiumdrähten und den Kupferanschlüssen durch Crimpen und sorgen für zuverlässige mechanische Eigenschaften.Gleichzeitig wird während des Crimpvorgangs durch ein Kompressionsverhältnis von 70 % bis 80 % die Zerstörung und Ablösung der Oxidschicht des Leiters abgeschlossen, wodurch die elektrische Leistung effektiv verbessert, der Kontaktwiderstand der Verbindungspunkte verringert und verhindert wird Erwärmung von Verbindungsstellen.Fügen Sie dann zinkhaltiges Lot am Ende des Crimpbereichs hinzu und bestrahlen und erhitzen Sie den Schweißbereich mit einem Plasmastrahl.Das zinkhaltige Lot wird erhitzt und schmilzt, und das Lot füllt durch Kapillarwirkung den Spalt im Crimpbereich, wodurch Salzsprühwasser im Crimpbereich entsteht.Durch die Dampfisolierung wird das Auftreten elektrochemischer Korrosion vermieden.Gleichzeitig wird durch die Isolierung und Pufferung des Lots eine Übergangszone gebildet, die das Auftreten von thermischem Kriechen wirksam verhindert und das Risiko eines erhöhten Verbindungswiderstands bei Hitze- und Kälteschocks verringert.Durch das Plasmaschweißen des Verbindungsbereichs wird die elektrische Leistung des Verbindungsbereichs effektiv verbessert und auch die mechanischen Eigenschaften des Verbindungsbereichs werden weiter verbessert.
Im Vergleich zu anderen Verbindungsformen isoliert das Plasmaschweißen Kupferanschlüsse und Aluminiumleiter durch die Übergangsschweißschicht und die verstärkte Schweißschicht und reduziert so effektiv die elektrochemische Korrosion von Kupfer und Aluminium.Und die verstärkte Schweißschicht umhüllt die Endfläche des Aluminiumleiters, sodass die Kupferanschlüsse und der Leiterkern nicht mit Luft und Feuchtigkeit in Kontakt kommen, was die Korrosion weiter reduziert.Darüber hinaus fixieren die Übergangsschweißschicht und die verstärkte Schweißschicht die Kupferanschlüsse und Aluminiumdrahtverbindungen fest, wodurch die Auszugskraft der Verbindungen effektiv erhöht und der Verarbeitungsprozess vereinfacht wird.Allerdings bestehen auch Nachteile.Die Anwendung des Plasmaschweißens bei Kabelbaumherstellern erfordert separate, dedizierte Plasmaschweißgeräte, die eine geringe Vielseitigkeit aufweisen und die Investitionen in Anlagevermögen der Kabelbaumhersteller erhöhen.Zweitens wird beim Plasmaschweißen das Lot durch Kapillarwirkung vervollständigt.Der Spaltfüllprozess im Crimpbereich ist unkontrollierbar, was zu einer instabilen Endschweißqualität im Plasmaschweißverbindungsbereich und damit zu großen Abweichungen in der elektrischen und mechanischen Leistung führt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. Februar 2024