Kadangi aliuminio laidininkai vis dažniau naudojami automobilių laidų jungtyse, šiame straipsnyje analizuojama ir organizuojama aliuminio maitinimo laidų jungčių prijungimo technologija, analizuojami ir lyginami skirtingų prijungimo būdų našumas, siekiant vėliau palengvinti aliuminio maitinimo laidų jungčių prijungimo būdų pasirinkimą.
01 Apžvalga
Skatinant aliuminio laidininkų naudojimą automobilių laidų jungtyse, palaipsniui didėja aliuminio laidininkų naudojimas vietoj tradicinių varinių laidininkų. Tačiau naudojant aliuminio laidus, kurie pakeičia varinius laidus, elektrocheminė korozija, aukštos temperatūros valkšnumas ir laidininkų oksidacija yra problemos, su kuriomis reikia susidurti ir jas išspręsti taikymo proceso metu. Tuo pačiu metu, naudojant aliuminio laidus, kurie pakeičia varinius laidus, jie turi atitikti originalių varinių laidų reikalavimus. Elektrinės ir mechaninės savybės turi būti geresnės, kad būtų išvengta eksploatacinių savybių pablogėjimo.
Siekiant išspręsti tokias problemas kaip elektrocheminė korozija, aukštos temperatūros šliaužimas ir laidininkų oksidacija naudojant aliuminio laidus, pramonėje šiuo metu yra keturi pagrindiniai jungimo būdai: trinties suvirinimas ir slėginis suvirinimas, trinties suvirinimas, ultragarsinis suvirinimas ir plazminis suvirinimas.
Toliau pateikiama šių keturių jungčių tipų jungimo principų ir struktūrų analizė ir našumo palyginimas.
02 Trintinis ir slėginis suvirinimas
Trintinio suvirinimo ir slėginio sujungimo metu pirmiausia naudojami variniai ir aliuminio strypai trinties suvirinimui, o tada variniai strypai štampuojami, kad būtų suformuotos elektros jungtys. Aliuminio strypai yra apdirbami ir formuojami taip, kad susidarytų aliuminio užspaudžiami antgaliai, ir pagaminami variniai ir aliuminio gnybtai. Tada aliuminio viela įkišama į vario-aliuminio gnybto aliuminio užspaudžiamą galą ir hidrauliškai užspaudžiama naudojant tradicinę laidų pynės užspaudimo įrangą, kad būtų užbaigta jungtis tarp aliuminio laidininko ir vario-aliuminio gnybto, kaip parodyta 1 paveiksle.
Lyginant su kitomis jungčių formomis, trinties suvirinimas ir slėginis suvirinimas suformuoja vario ir aliuminio lydinio pereinamąją zoną, suvirinant vario ir aliuminio strypus trinties būdu. Suvirinimo paviršius yra vienodesnis ir tankesnis, todėl efektyviai išvengiama terminio šliaužimo problemos, kurią sukelia skirtingi vario ir aliuminio terminio plėtimosi koeficientai. Be to, lydinio pereinamosios zonos formavimas taip pat efektyviai apsaugo nuo elektrocheminės korozijos, kurią sukelia skirtingas metalų aktyvumas tarp vario ir aliuminio. Vėlesnis sandarinimas šilumos susitraukiančiais vamzdeliais naudojamas druskos purslams ir vandens garams izoliuoti, taip pat efektyviai išvengiama elektrocheminės korozijos. Hidrauliniu aliuminio vielos ir vario ir aliuminio gnybto aliuminio užspaudžiamojo galo užspaudimu sunaikinama ir nulupama aliuminio laidininko monofilamentinė struktūra ir oksido sluoksnis ant aliuminio užspaudžiamojo galo vidinės sienelės, o tada tarp atskirų laidų ir tarp aliuminio laidininko bei užspaudžiamojo galo vidinės sienelės užbaigiamas šaltis. Suvirinimo derinys pagerina jungties elektrines charakteristikas ir užtikrina patikimiausią mechaninį našumą.
03 Trintinis suvirinimas
Trintinio suvirinimo metu aliuminio laidininkas užspaudžiamas ir formuojamas naudojant aliuminio vamzdelį. Nupjovus galinį paviršių, atliekamas trintinio suvirinimas su variniu gnybtu. Laido laidininko ir varinio gnybto suvirinimo jungtis užbaigiama trintinio suvirinimo būdu, kaip parodyta 2 paveiksle.
Trintinio suvirinimo būdu sujungiami aliuminio laidai. Pirmiausia aliuminio vamzdelis užspaudžiamas ant aliuminio vielos laidininko. Laidininko monofilamentinė struktūra plastifikuojama užspaudžiant, kad susidarytų tankus apskritas skerspjūvis. Tada suvirinimo skerspjūvis suplokštinamas sukant, kad būtų užbaigtas procesas. Suvirinimo paviršių paruošimas. Vienas vario gnybto galas yra elektros jungties konstrukcija, o kitas galas – vario gnybto suvirinimo jungties paviršius. Vario gnybto suvirinimo jungties paviršius ir aliuminio vielos suvirinimo paviršius suvirinami ir sujungiami trinties suvirinimu, o tada suvirinimo siūlė išpjaunama ir suformuojama, kad būtų užbaigtas trinties suvirinimo aliuminio vielos sujungimo procesas.
Lyginant su kitomis jungtimis, trinties suvirinimas sudaro pereinamąją jungtį tarp vario ir aliuminio, suvirinant varinius gnybtus ir aliuminio laidus, efektyviai sumažindamas vario ir aliuminio elektrocheminę koroziją. Vario ir aliuminio trinties suvirinimo pereinamoji zona vėlesniame etape užsandarinama lipniu šilumos susitraukiančiu vamzdeliu. Suvirinimo vieta nebus veikiama oro ir drėgmės, o tai dar labiau sumažins koroziją. Be to, suvirinimo vietoje aliuminio laido laidininkas tiesiogiai suvirinamas su variniu gnybtu, o tai efektyviai padidina jungties ištraukimo jėgą ir supaprastina apdorojimo procesą.
Tačiau aliuminio laidų ir vario-aliuminio gnybtų jungtys, parodytos 1 paveiksle, taip pat turi trūkumų. Trintinio suvirinimo taikymas laidų pynėms gaminti reikalauja atskiros specialios trintinio suvirinimo įrangos, kuri yra mažai universali ir padidina laidų pynėms skirtų gamintojų investicijas į ilgalaikį turtą. Antra, trintinio suvirinimo metu vielos monofilamentinė struktūra tiesiogiai suvirinama trinties būdu su vario gnybtu, todėl trinties suvirinimo jungties srityje susidaro ertmės. Dulkių ir kitų priemaišų buvimas turės įtakos galutinei suvirinimo kokybei, sukeldamas suvirinimo jungties mechaninių ir elektrinių savybių nestabilumą.
04 Ultragarsinis suvirinimas
Ultragarsinis aliuminio vielos suvirinimas atliekamas ultragarsiniu būdu, naudojant ultragarsinį suvirinimo įrangą, kad būtų sujungti aliuminio laidai ir variniai gnybtai. Ultragarsinio suvirinimo įrangos suvirinimo galvutės aukšto dažnio virpesiais sujungiami aliuminio vielos monofilamentai, aliuminio laidai ir variniai gnybtai, kad būtų gauta aliuminio viela. Varinių gnybtų sujungimas parodytas 3 paveiksle.
Ultragarsinis suvirinimas – tai aliuminio laidų ir vario gnybtų vibracija aukšto dažnio ultragarso bangomis. Vibracija ir trintis tarp vario ir aliuminio užbaigia vario ir aliuminio jungtį. Kadangi tiek varis, tiek aliuminis turi kubinę metalo kristalinę struktūrą, centruotą paviršiuje, aukšto dažnio svyravimų aplinkoje tokioje aplinkoje užbaigiamas atominis pakeitimas metalo kristalinėje struktūroje, suformuojant lydinio pereinamąjį sluoksnį, efektyviai išvengiant elektrocheminės korozijos. Tuo pačiu metu ultragarsinio suvirinimo proceso metu nulupamas oksido sluoksnis ant aliuminio laidininko monofilamento paviršiaus, o tada užbaigiamas monofilamentų suvirinimas, o tai pagerina jungties elektrines ir mechanines savybes.
Palyginti su kitomis jungčių formomis, ultragarsinio suvirinimo įranga yra dažniausiai naudojama laidų pynių gamintojų apdorojimo įranga. Jai nereikia naujų ilgalaikio turto investicijų. Tuo pačiu metu gnybtuose naudojami vario štampuoti gnybtai, o gnybtų kaina yra mažesnė, todėl ji turi didžiausią kainos pranašumą. Tačiau yra ir trūkumų. Palyginti su kitomis jungčių formomis, ultragarsinis suvirinimas pasižymi silpnesnėmis mechaninėmis savybėmis ir prastu atsparumu vibracijai. Todėl ultragarsinio suvirinimo jungčių nerekomenduojama naudoti aukšto dažnio vibracijos zonose.
05 Plazminis suvirinimas
Plazminio suvirinimo metu užspaudžiamoms jungtims naudojami variniai gnybtai ir aliuminio vielos, o tada, pridedant lydmetalio, plazmos lankas naudojamas suvirinamai vietai apšvitinti ir įkaitinti, lydmetaliui išlydyti, užpildyti suvirinimo vietą ir užbaigti aliuminio vielos jungtį, kaip parodyta 4 paveiksle.
Aliuminio laidininkų plazminis suvirinimas pirmiausia atlieka varinių gnybtų plazminį suvirinimą, o aliuminio laidininkų užspaudimas ir tvirtinimas užbaigiamas užspaudimu. Plazminio suvirinimo gnybtai po užspaudimo sudaro statinės formos struktūrą, o tada gnybtų suvirinimo vieta užpildoma cinko turinčiu lydmetaliu, o užspaustas galas papildomai užspaudžiamas cinko turinčiu lydmetaliu. Veikiant plazmos lanku, cinko turintis lydmetalis kaitinamas ir išlydomas, o po to kapiliariniu būdu patenka į vielos tarpą užspaudimo srityje, kad būtų užbaigtas varinių gnybtų ir aliuminio laidų sujungimo procesas.
Plazminio suvirinimo aliuminio vielos užtikrina greitą sujungimą tarp aliuminio laidų ir varinių gnybtų užspaudimo būdu, užtikrinant patikimas mechanines savybes. Tuo pačiu metu, užspaudimo proceso metu, esant 70–80 % suspaudimo santykiui, laidininko oksido sluoksnis yra visiškai sunaikinamas ir nulupamas, efektyviai pagerinamos elektrinės charakteristikos, sumažinamas jungties taškų kontaktinis varža ir išvengiama jungties taškų įkaitimo. Tada užspaudimo srities gale pridedama cinko turinčio lydmetalio ir plazmos spinduliuote apšvitinama bei kaitinama suvirinimo vieta. Cinko turintis lydmetalis kaitinamas ir išlydomas, o lydmetalis kapiliariniu būdu užpildo tarpą užspaudimo srityje, sukurdamas druskos ir vandens purslus užspaudimo srityje. Garų izoliacija apsaugo nuo elektrocheminės korozijos. Tuo pačiu metu, kadangi lydmetalis yra izoliuotas ir buferizuotas, susidaro pereinamoji zona, kuri efektyviai apsaugo nuo terminio šliaužimo ir sumažina padidėjusio jungties varžos riziką esant karščio ir šalčio smūgiams. Plazminio suvirinimo būdu efektyviai pagerinamos jungties srities elektrinės charakteristikos ir dar labiau pagerinamos jungties srities mechaninės savybės.
Lyginant su kitomis jungčių formomis, plazminis suvirinimas izoliuoja vario gnybtus ir aliuminio laidininkus per pereinamąjį suvirinimo sluoksnį ir sustiprintą suvirinimo sluoksnį, efektyviai sumažindamas vario ir aliuminio elektrocheminę koroziją. Sustiprintas suvirinimo sluoksnis apgaubia aliuminio laidininko galinį paviršių taip, kad vario gnybtai ir laidininko šerdis nesiliestų su oru ir drėgme, dar labiau sumažindami koroziją. Be to, pereinamasis suvirinimo sluoksnis ir sustiprintas suvirinimo sluoksnis sandariai pritvirtina vario gnybtus ir aliuminio vielos jungtis, efektyviai padidindami jungčių ištraukimo jėgą ir supaprastindami apdorojimo procesą. Tačiau yra ir trūkumų. Plazminio suvirinimo taikymas laidų pynės gamintojams reikalauja atskiros specialios plazminio suvirinimo įrangos, kuri yra mažai universali ir padidina laidų pynės gamintojų investicijas į ilgalaikį turtą. Antra, plazminio suvirinimo procese litavimas užbaigiamas kapiliariniu veikimu. Tarpų užpildymo procesas užspaudimo srityje yra nekontroliuojamas, todėl plazminio suvirinimo jungties srityje galutinė suvirinimo kokybė yra nestabili, o tai lemia didelius elektrinių ir mechaninių savybių nuokrypius.
Įrašo laikas: 2024 m. vasario 19 d.