1 Tehnilised raskused vaseklemmide ja alumiiniumjuhtmete ühendamisel
1.1 Alumiiniumjuhtme pinnal on oksiidkile
Alumiiniumijuhtme ja hapniku vahel on tugev afiinsus. Isegi toatemperatuuril moodustub õhuga kokkupuute hetkel pinnale tihe alumiiniumoksiid (Al2O3). See oksiidkile on ainult 2nm paks, kuid see on tihedalt kombineeritud alumiiniumist substraadi pinnaga. Võrreldes vasejuhtmed, kuigi oksiidi kile alumiiniumi dirigent takistab hapniku hajumist see, see mängib ka hea roll korrosioonikaitse atmosfääris. Kuid selle hea isolatsiooniefekt takistab elektronidel liikuda ühelt alumiiniumist substraadi juhtmelt teisele alumiiniumist substraadi dirigent, see on elektronid saavad liikuda ainult alumiiniumist substraadi korpuses.
Kuna see funktsioon, pärast eemaldamist isoleerkesta lõpus alumiiniumtraat, oksiidi kile on moodustatud pinnal alumiiniumist dirigent kokkupuutel õhuga. Nagu joonisel 1 näidatud, võivad alumiiniumjuhtme elektronid liikuda ainult ühes alumiiniumtraadis, kuid ei saa liikuda alumiiniumtraadi ja alumiiniumtraadi vahel. Kui on osaline purustatud traat nähtus hunnik alumiiniumist südamiku juhtmed, siis elektrooniline liikumine nende purustatud juhtmed blokeeritakse. Võrreldes alumiiniumtraadiga enne purunenud juhtmeid, suureneb resistentsuse väärtus ja juhtivus väheneb.
Seevastu vasealusjuhtme pind ei moodusta kiiresti õhus tiheoksiidkile, nii et isegi kui traat on katki, võivad katkise traadi elektronid siiski teiste vaskjuhtmete kaudu edasi liikuda. Seega, kvalitatiivsest seisukohast, kui vasetraadis esineb teatav protsent purustatud traate, kuigi elektrijuhtivus on vähenenud, võib see siiski vastata kasutusnõuetele.
1.2 Vase- ja alumiiniumjuhtmete kontaktosades on elektrokeemiline korrosioon
Joonisel 2 on kujutatud erinevate metallmaterjalide elektrokeemiline potentsiaalne järjestus merevees. Võib näha, et on keemiline potentsiaalne erinevus vaskmetalli ja alumiiniummetalli merevees. Kui need kaks metalli on elektrolüüdis olemas samal ajal, moodustub galvaaniline rakk ja tekib elektrokeemiline reaktsioon. Madala võimaliku alumiiniummaterjali alumiiniumiaatomid lahkuvad kristallvõrest ja kaotavad elektronid, moodustades hüdreeritud ioonid. Alumiiniumjuhtmed, mis on olnud selles keskkonnas pikka aega järk-järgult süüakse ära. Seda nähtust nimetatakse elektrokeemiliseks korrosiooniks.
Kui õhuniiskus on kõrge või sisaldab soolasi lisandeid, tekib ideaalne elektrolüütide keskkond. See osa, kus vaseterminal ja alumiiniumtraat on otseses kontaktis, moodustavad esmase aku alumiiniumist kui negatiivse elektroodi ja vase positiivse elektroodina. Nagu joonisel 3 näidatud, kui ühendusosa ei käidelda korralikult, tekib tõsine elektrokeemiline korrosioon ning vase-alumiiniumühenduse elektrilised ja mehaanilised omadused lähevad kaotsi.
1.3 Alumiiniumjuhtmete elektrilised omadused ja mehaaniline tugevus on nõrgemad kui vaskjuhtmed
Sama traadi läbimõõdu tingimustes on alumiiniumjuhtmete juhtivus nõrgem kui vaskjuhtmetel. Seetõttu tuleb kasutada vasktraate suurema läbimõõduga alumiiniumtraate, et vähendada selle vastupidavust vaskjuhtmete samaväärse elektrilise jõudluse saavutamiseks.
Lisaks on alumiiniumjuhtmete tõmbetugevus, kõvadus ja muud mehaanilised omadused nõrgemad kui vasejuhtmed, nii et need ei sobi alumiiniumklemmide töötlemiseks, et ühendada need teiste osadega autol. Vaskklemmid e-d saab kaaluda ainult alumiiniumjuhtmetega ühendamiseks, kuid ühendusosad on lihtsad Mehhaanilised kahjustused või väsimuskahjustused, seega tuleb kasutamise ajal võtta vastavad kaitsemeetmed.
2 Otsuse alusel keevitus alumiiniumtraat ja vask terminal
2. 1 Tagada keevitusosa hea elektriline jõudlus
2.1.1 Veenduge, et valitud alumiiniumtraadi suurus on samaväärne vasktraadiga
Praegu on tööstuses levinud vasktraadi standard ISO6722-1 [1] ja alumiiniumtraadi standard iso 6722-2 [2]. Alumiiniumjuhtmete samaväärses asendamises tuleb arvesse võtta samalaadse juhtivuse, kandevõime, deponeerimise kõvera ja asendatud vasktraadi muude omaduste omadusi, et asendada elektrijuhtmematerjal ja säilitada algne vooluahela kaitsestrateegia.
Tabelis 1 on loetletud alumiiniumtraadi ja vasktraadi spetsifikatsioonide võrdlustabel, mida võib kaaluda samaväärse asendamise puhul. Seda tabelit saab kasutada võrdlusalusena vase-alumiiniumjuhtmete asendamiseks ning konkreetsetes rakendustes on vaja täiendavat kontrollimist ja kinnitamist.
2.1.2 Elektronide vaba liikumine alumiiniumjuhtmete vahel realiseeritakse ultraheli keevituse abil
Ultraheli keevitus kasutab kõrgsageduslikke vibratsioonilaineid, mis edastatakse kahe keevitatava objekti pindadele. Surve all hõõrutakse kahe objekti pindu üksteise vastu, et moodustada molekulaarkihtide vaheline segu (vt joonis 4).
Selle meetodi abil saab alumiiniumtraadi pinnal olevat oksiidikile tõhusalt hävitada ning elektronide vaba liikumist erinevate alumiiniumjuhtmete vahel on võimalik realiseerida (vt joonis 5).
Sama meetodi abil on võimalik saavutada ka molekulaarne fusioon terminali vasesubstraadi ja traadi alumiiniumist substraadi vahel, et saavutada hea elektriline jõudlus. Ultraheli keevitusjõudluse hindamine autojuhtmestiku väljal kasutab tavaliselt USCar38-2016 standardit [3]. Käesolevas numbris standard, kriteeriumid keevitamine vask klemmid ja alumiiniumjuhtmed on antud. Elektrijuhtivuse hindamismeetodid ja -kriteeriumid on samad, mis vaskklemmide ja vaskjuhtmete puhul.
2.2 Keevitusosa heade mehaaniliste omaduste tagamine
Kaablikoost puutub kokku ohuga, et kasutamise ajal tõmmatakse välisjõud, eriti suurte ristlõigetega akukaablite puhul. Välised jõud tegutsevad sageli otse ühe kaabli. Alumiiniumjuhtmete abil vooluahelate puhul on suhteliselt nõrk mehaaniline tugevus keevitusühenduse ala lähedal. Näiteks akujuhtme tehtu protsessis, kui paigaldamine on ebamugav, tõmbab operaator juhtme, et tekitada juhtme suunas sirge tõmme, või rakendab juhtmekeevituspinnaga risti olevat rebenemisjõudu. Seetõttu on terminali konstruktsiooni projekteerimisel vaja kaaluda piisavaid kaitsemeetmeid, et seista vastu sirgele tõmbejõule ja rebenemisjõule.
USCar38 standardis [3] on sätestatud tõmbetugevuse alumine piir, mis tuleb saavutada, kui alumiiniumjuhtmete erinevad spetsifikatsioonid on ühendatud vaseklemmidega. Suure traadi läbimõõduga alumiiniumjuhtmete puhul (≥10 mm 2) ei ole USCar38 standardis [3] selgelt kindlaks määratud koorimistugevuse alampiir ning tootja insener annab tavaliselt soovitatava alampiiri.
2. 3 Tagada keevitatud osade hea elektrokeemiline korrosioonikindlus
Vaseterminali ja alumiiniumtraadi keevitusosa elektrokeemilise korrosiooni vältimiseks on võtmeks ühenduse osa isoleerimine niiskest või soolatud keskkonnast. On kaks levinumat ultraheli keevitustihendusmeetodit: kaheseinaline soojuse kahanev toru tihendus (joonis 6) ja kuumsulaliimi tihendus (joonis 7). Need kaks meetodit võivad vastata spetsifikaadi nõuetele lõplikus keskkonnakontrolli katses, kuid arvestades liimi voolavust nõudeid sissepritseõõnes kuumsulamise liimi protsessi ajal, peab kuumsulamise liimi seina paksus olema vähemalt 2,5 ~ 3 mm. Selle tulemusena on terminali ühenduse osa maht pärast pitseerimist suhteliselt suur ja seda ei saa kasutada laadimiskeskkonna kitsas ruumis. Kahekordse seina kuumenemise toru seina paksus pärast kuumenemist on 1 ~ 1,5 mm, nii et tihendus kahe seina kuumenemas toru on laiem valik rakendusi.
Kahekordse seina soojuse kahanev toru on üldtuntud kui liimitud soojuse kahanev toru. Seda soojendatakse kõrge temperatuuri ga ja välissein kahaneb ning tahke liim seinal sulab vedelaks liimiks.
Kahekordse seina soojuse kahanev toru on üldtuntud kui liimitud soojuse kahanev toru. Seda soojendatakse kõrge temperatuuri ga ja välissein kahaneb ning tahke liim seinal sulab vedelaks liimiks. Pärast täisvoolu katab see klemmiühenduse osa ja traadi isolatsiooninaha pinna ning see on suletud pärast jahutamist ja kuivatamist. Ühendusosa tihendusefekti saab hinnata soolapihustuse katsega. Hindamiskriteeriumid võivad viidata gMW3191 [4].
2. 4 Tagada hea manööverdusvõime keevitatud osad
Ultraheli keevitus on kahe materjalipinna kiire edasi-tagasi liikumine teatud rõhu ja sagedusega. Hõõrdeliikumine põhjustab kahe pinna sulamist kõrgel temperatuuril ja moodustavad molekulaarkihi fusiooni. Tavaliselt on terminal keevitusseadmele kinnitatud ja traat teeb fikseeritud terminali suhtes kõrgsagedusliku kolbagi. Seetõttu peab terminalil olema kindel fikseerimisstruktuur. Keevitusefekti kvaliteeti saab katsetada ja hinnata ka USCar38 standardiga [1] määratletud sirge tõmbejõu nõuete ja klientide soovitatud pisarjõu nõuete alusel.