Omdat aluminium geleiders steeds vaker worden gebruikt in kabelbomen voor auto's, analyseren en ordenen we in dit artikel de verbindingstechnologie van aluminium stroomkabelbomen. Ook analyseren en vergelijken we de prestaties van verschillende verbindingsmethoden om later de juiste verbindingsmethoden voor aluminium stroomkabelbomen te kunnen selecteren.
01 Overzicht
Met de toenemende populariteit van aluminium geleiders in kabelbomen van auto's, neemt het gebruik van aluminium geleiders in plaats van traditionele koperen geleiders geleidelijk toe. Bij het gebruik van aluminium draden ter vervanging van koperdraden zijn elektrochemische corrosie, kruip bij hoge temperaturen en oxidatie van de geleider echter problemen die tijdens het gebruik moeten worden aangepakt. Tegelijkertijd moeten aluminium draden ter vervanging van koperdraden voldoen aan de eisen van de oorspronkelijke koperdraden. Elektrische en mechanische eigenschappen moeten worden verbeterd om prestatievermindering te voorkomen.
Om problemen als elektrochemische corrosie, kruip bij hoge temperaturen en oxidatie van geleiders bij het aanbrengen van aluminiumdraden op te lossen, zijn er momenteel vier gangbare verbindingsmethoden in de industrie, namelijk: wrijvingslassen en druklassen, wrijvingslassen, ultrasoon lassen en plasmalassen.
Hieronder vindt u een analyse en prestatievergelijking van de verbindingsprincipes en -structuren van deze vier verbindingstypen.
02 Wrijvingslassen en druklassen
Wrijvingslassen en druklassen: eerst worden koperen en aluminium staven gebruikt voor wrijvingslassen, waarna de koperen staven worden gestanst om elektrische verbindingen te vormen. De aluminium staven worden bewerkt en gevormd tot aluminium krimpuiteinden, waarna koperen en aluminium aansluitingen worden geproduceerd. Vervolgens wordt de aluminiumdraad in het aluminium krimpuiteinde van de koper-aluminium aansluiting gestoken en hydraulisch geknepen met behulp van traditionele kabelboomkrimpapparatuur om de verbinding tussen de aluminium geleider en de koper-aluminium aansluiting te voltooien, zoals weergegeven in afbeelding 1.
Vergeleken met andere verbindingsvormen vormen wrijvingslassen en druklassen een overgangszone van koper-aluminiumlegering door middel van wrijvingslassen van koperen en aluminiumstaven. Het lasoppervlak is gelijkmatiger en dichter, waardoor het probleem van thermische kruip, veroorzaakt door verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten van koper en aluminium, effectief wordt vermeden. Bovendien voorkomt de vorming van de overgangszone van de legering ook effectief elektrochemische corrosie, veroorzaakt door de verschillende metaalactiviteiten tussen koper en aluminium. Vervolgens wordt afdichting met krimpkousen gebruikt om zoutnevel en waterdamp te isoleren, wat ook effectief het optreden van elektrochemische corrosie voorkomt. Door het hydraulisch krimpen van de aluminiumdraad en het aluminium krimpuiteinde van de koper-aluminium aansluiting worden de monofilamentstructuur van de aluminium geleider en de oxidelaag op de binnenwand van het aluminium krimpuiteinde vernietigd en afgepeld, waarna de koude verbinding wordt voltooid tussen de afzonderlijke draden en tussen de aluminium geleider en de binnenwand van het krimpuiteinde. Deze lascombinatie verbetert de elektrische prestaties van de verbinding en biedt de meest betrouwbare mechanische prestaties.
03 Wrijvingslassen
Wrijvingslassen maakt gebruik van een aluminium buis om de aluminium geleider te krimpen en te vormen. Nadat het uiteinde is afgesneden, wordt wrijvingslassen uitgevoerd met de koperen aansluiting. De lasverbinding tussen de draadgeleider en de koperen aansluiting wordt voltooid door wrijvingslassen, zoals weergegeven in figuur 2.
Wrijvingslassen verbindt aluminiumdraden. Eerst wordt de aluminium buis door middel van krimpen op de geleider van de aluminiumdraad geplaatst. De monofilamentstructuur van de geleider wordt door middel van krimpen geplastificeerd tot een strakke cirkelvormige doorsnede. Vervolgens wordt de lasdoorsnede afgevlakt door te draaien om het proces te voltooien. Voorbereiding van de lasoppervlakken. Het ene uiteinde van de koperen aansluiting vormt de elektrische verbindingsstructuur en het andere uiteinde vormt het lasoppervlak van de koperen aansluiting. Het lasoppervlak van de koperen aansluiting en het lasoppervlak van de aluminiumdraad worden gelast en verbonden door middel van wrijvingslassen. Vervolgens wordt de lasnaad gesneden en gevormd om het verbindingsproces van de wrijvingsgelaste aluminiumdraad te voltooien.
Vergeleken met andere verbindingsvormen vormt wrijvingslassen een overgangsverbinding tussen koper en aluminium door middel van wrijvingslassen tussen koperen aansluitingen en aluminiumdraden, waardoor elektrochemische corrosie van koper en aluminium effectief wordt verminderd. De koper-aluminium wrijvingslasovergangszone wordt in een later stadium afgedicht met krimpkous. Het lasgebied wordt niet blootgesteld aan lucht en vocht, wat corrosie verder vermindert. Bovendien is het lasgebied de plaats waar de aluminiumdraadgeleider direct met de koperen aansluiting wordt verbonden door middel van lassen, wat de uittrekkracht van de verbinding effectief verhoogt en het verwerkingsproces vereenvoudigt.
De nadelen bestaan echter ook bij de verbinding tussen aluminiumdraden en koper-aluminium aansluitingen in figuur 1. De toepassing van wrijvingslassen bij kabelboomfabrikanten vereist aparte speciale wrijvingslasapparatuur, die weinig veelzijdig is en de investering in vaste activa van kabelboomfabrikanten verhoogt. Ten tweede wordt bij wrijvingslassen de monofilamentstructuur van de draad tijdens het proces direct met de koperen aansluiting gelast, wat resulteert in holtes in het wrijvingslasverbindingsgebied. De aanwezigheid van stof en andere onzuiverheden beïnvloedt de uiteindelijke laskwaliteit en veroorzaakt instabiliteit in de mechanische en elektrische eigenschappen van de lasverbinding.
04 Ultrasoon lassen
Bij het ultrasoon lassen van aluminiumdraden worden aluminiumdraden en koperen aansluitingen met elkaar verbonden door middel van ultrasoon lasapparatuur. Door de hoogfrequente oscillatie van de laskop van de ultrasoon lasapparatuur worden de monofilamenten van aluminiumdraad en de aluminiumdraden en koperen aansluitingen met elkaar verbonden om de aluminiumdraad te voltooien. De aansluiting van de koperen aansluitingen is weergegeven in figuur 3.
Een ultrasoon lasverbinding ontstaat wanneer aluminiumdraden en koperen aansluitingen trillen met hoogfrequente ultrasone golven. Trillingen en wrijving tussen koper en aluminium voltooien de verbinding tussen koper en aluminium. Omdat zowel koper als aluminium een kubische metaalkristalstructuur met een vlakcentrisch oppervlak hebben, wordt in een hoogfrequente oscillatieomgeving de atomaire vervanging in de metaalkristalstructuur voltooid om een legeringsovergangslaag te vormen, waardoor elektrochemische corrosie effectief wordt voorkomen. Tegelijkertijd wordt tijdens het ultrasoon lasproces de oxidelaag op het oppervlak van de aluminium monofilament geleider verwijderd, waarna de lasverbinding tussen de monofilamenten wordt voltooid, wat de elektrische en mechanische eigenschappen van de verbinding verbetert.
Vergeleken met andere verbindingsvormen is ultrasoon lasapparatuur een veelgebruikte verwerkingsmethode voor fabrikanten van kabelbomen. Er zijn geen nieuwe investeringen in vaste activa vereist. Tegelijkertijd maken de aansluitingen gebruik van koperen klemmen en zijn de kosten lager, wat het kostenvoordeel het grootst is. Er zijn echter ook nadelen. Vergeleken met andere verbindingsvormen heeft ultrasoon lassen zwakkere mechanische eigenschappen en een slechte trillingsbestendigheid. Daarom wordt het gebruik van ultrasoon gelaste verbindingen afgeraden in gebieden met hoogfrequente trillingen.
05 Plasmalassen
Bij plasmalassen worden koperen aansluitingen en aluminiumdraden gebruikt voor de krimpverbinding. Vervolgens wordt er soldeer toegevoegd. De plasmaboog wordt gebruikt om het te lassen oppervlak te bestralen en te verwarmen, het soldeer te smelten, het lasoppervlak te vullen en de verbinding van de aluminiumdraad te voltooien, zoals weergegeven in Afbeelding 4.
Plasmalassen van aluminium geleiders begint met het plasmalassen van koperen aansluitingen, waarna het krimpen en bevestigen van de aluminium geleiders wordt voltooid door middel van krimpen. De plasmalasaansluitingen vormen na het krimpen een tonvormige structuur, waarna het lasgebied wordt gevuld met zinkhoudend soldeer. Aan het gekrompen uiteinde wordt zinkhoudend soldeer toegevoegd. Onder bestraling met een plasmaboog wordt het zinkhoudende soldeer verhit en gesmolten, waarna het via capillaire werking de draadopening in het krimpgebied binnendringt om het verbindingsproces van de koperen aansluitingen en aluminium draden te voltooien.
Plasmagelaste aluminiumdraden voltooien de snelle verbinding tussen de aluminiumdraden en de koperen aansluitingen door middel van krimpen, wat zorgt voor betrouwbare mechanische eigenschappen. Tegelijkertijd wordt tijdens het krimpproces, door een compressieverhouding van 70% tot 80%, de oxidelaag van de geleider vernietigd en afgepeld, wat de elektrische prestaties effectief verbetert, de contactweerstand van de verbindingspunten vermindert en verhitting van de verbindingspunten voorkomt. Voeg vervolgens zinkhoudend soldeer toe aan het uiteinde van het krimpgebied en gebruik een plasmastraal om het lasgebied te bestralen en te verwarmen. Het zinkhoudende soldeer wordt verwarmd en gesmolten, en het soldeer vult de opening in het krimpgebied door capillaire werking, waardoor zoutnevel in het krimpgebied ontstaat. Dampisolatie voorkomt het optreden van elektrochemische corrosie. Tegelijkertijd wordt, doordat het soldeer geïsoleerd en gebufferd is, een overgangszone gevormd die thermische kruip effectief voorkomt en het risico op verhoogde verbindingsweerstand bij warme en koude schokken vermindert. Door het plasmalassen van het verbindingsgebied worden de elektrische prestaties van het verbindingsgebied effectief verbeterd. Ook de mechanische eigenschappen van het verbindingsgebied worden verder verbeterd.
Vergeleken met andere verbindingsvormen isoleert plasmalassen koperen aansluitingen en aluminium geleiders door de overgangslaslaag en de versterkte laslaag, waardoor de elektrochemische corrosie van koper en aluminium effectief wordt verminderd. De versterkte laslaag omhult bovendien de kopse kant van de aluminium geleider, zodat de koperen aansluitingen en de geleiderkern niet in contact komen met lucht en vocht, wat corrosie verder vermindert. Bovendien fixeren de overgangslaslaag en de versterkte laslaag de koperen aansluitingen en aluminium draadverbindingen stevig, waardoor de uittrekkracht van de verbindingen effectief wordt verhoogd en het verwerkingsproces wordt vereenvoudigd. Er zijn echter ook nadelen. De toepassing van plasmalassen bij fabrikanten van kabelbomen vereist aparte, speciale plasmalasapparatuur, die weinig veelzijdig is en de investering in vaste activa van fabrikanten van kabelbomen verhoogt. Ten tweede vindt bij het plasmalasproces het solderen plaats door capillaire werking. Het vullen van de spleet in het krimpgebied is oncontroleerbaar, wat resulteert in een onstabiele uiteindelijke laskwaliteit in het plasmalasverbindingsgebied, wat resulteert in grote afwijkingen in elektrische en mechanische prestaties.
Plaatsingstijd: 19-02-2024