1 Dificultades técnicas para conectar terminales de cobre y cables de aluminio.
1.1 Hay una película de óxido en la superficie del conductor de aluminio.
Existe una fuerte afinidad entre el conductor de aluminio y el oxígeno. Incluso a temperatura ambiente, se formará óxido de aluminio denso (Al2O3) en la superficie en el momento del contacto con el aire. Esta película de óxido tiene solo 2 nm de espesor, pero está estrechamente combinada con la superficie del sustrato de aluminio. En comparación con los conductores de cobre, aunque la película de óxido en el conductor de aluminio evita que el oxígeno se difunda en él, también juega un buen papel en la protección contra la corrosión en la atmósfera. Pero su buen efecto de aislamiento evita que los electrones se muevan de un conductor de sustrato de aluminio a otro conductor de sustrato de aluminio, es decir, los electrones solo pueden moverse en el cuerpo del sustrato de aluminio.
Debido a esta característica, después de retirar la funda aislante en el extremo del alambre de aluminio, se forma una película de óxido en la superficie del conductor de aluminio en contacto con el aire. Como se muestra en la Figura 1, los electrones en el conductor de aluminio solo pueden moverse en un solo alambre de aluminio, pero no pueden moverse entre el alambre de aluminio y el alambre de aluminio. Si hay un fenómeno de cable roto parcial en un grupo de cables con núcleo de aluminio, entonces se bloqueará el movimiento electrónico en estos cables rotos. En comparación con el cable de aluminio antes de los cables rotos, el valor de resistencia aumentará y la conductividad disminuirá.
Por el contrario, la superficie del conductor del sustrato de cobre no forma rápidamente una película densa de óxido en el aire, por lo que incluso si el cable está roto, los electrones en el cable roto aún pueden avanzar a través de otros cables de cobre. Por tanto, desde un punto de vista cualitativo, cuando se produce un cierto porcentaje de hilos rotos en el hilo de cobre, aunque se reduce la conductividad, todavía puede cumplir con los requisitos de uso.
1.2 Existe corrosión electroquímica en las partes de contacto de los conductores de cobre y aluminio.
La Figura 2 muestra la secuencia de potencial electroquímico de diferentes materiales metálicos en agua de mar. Puede verse que existe una diferencia de potencial químico entre el metal de cobre y el metal de aluminio en el agua de mar. Cuando estos dos metales existen en un electrolito al mismo tiempo, se forma una celda galvánica y se produce una reacción electroquímica. Los átomos de aluminio en el material de aluminio de bajo potencial dejarán la red cristalina y perderán electrones, formando iones hidratados. Los conductores de aluminio que han estado en este entorno durante mucho tiempo se irán consumiendo gradualmente. Este fenómeno se llama corrosión electroquímica.
Cuando la humedad en el aire es alta o contiene impurezas saladas, se formará un ambiente electrolítico ideal. La parte donde el terminal de cobre y el alambre de aluminio están en contacto directo formará una batería primaria con aluminio como electrodo negativo y cobre como electrodo positivo. Como se muestra en la Figura 3, si la pieza de conexión no se manipula correctamente, se producirá una corrosión electroquímica grave y se perderán las propiedades eléctricas y mecánicas de la conexión de cobre-aluminio.
1.3 Las propiedades eléctricas y la resistencia mecánica de los alambres de aluminio son más débiles que los alambres de cobre
Bajo la condición del mismo diámetro de alambre, la conductividad de los alambres de aluminio es más débil que la de los alambres de cobre. Por lo tanto, deben usarse alambres de aluminio con un diámetro mayor que los alambres de cobre para reducir su resistencia y lograr el rendimiento eléctrico equivalente a los alambres de cobre.
Además, la resistencia a la tracción, la dureza y otras propiedades mecánicas de los conductores de aluminio son más débiles que los conductores de cobre, por lo que no son adecuados para procesar en terminales de aluminio para conectar con otras partes del automóvil. Los terminales de cobre solo se pueden considerar para la conexión con cables de aluminio, pero las piezas de conexión son fáciles Se producen daños mecánicos o por fatiga, por lo que se deben tomar las medidas de protección correspondientes durante la aplicación.
2 Base de juicio para soldar alambre de aluminio y terminal de cobre
2. 1 Asegure un buen rendimiento eléctrico de la pieza de soldadura
2.1.1 Asegúrese de que el tamaño del cable de aluminio seleccionado sea equivalente al cable de cobre
En la actualidad, el estándar de alambre de cobre comúnmente utilizado en la industria es ISO6722-1 [1], y el estándar de alambre de aluminio es ISO 6722-2 [2]. El reemplazo equivalente de cables de aluminio debe considerar las características de conductividad similar, capacidad de transporte de corriente, curva de reducción y otras características de los cables de cobre reemplazados, para reemplazar el material conductor y mantener la estrategia de protección del circuito original.
La Tabla 1 enumera la tabla de comparación de especificaciones de alambre de aluminio y alambre de cobre que pueden considerarse para reemplazo equivalente. Esta tabla se puede utilizar como referencia para el reemplazo equivalente de cables de cobre y aluminio, y se requieren más verificaciones y confirmaciones en aplicaciones específicas.
2.1.2 El libre movimiento de electrones entre alambres de aluminio se realiza mediante soldadura ultrasónica
La soldadura ultrasónica utiliza ondas de vibración de alta frecuencia que se transmiten a las superficies de dos objetos a soldar. Bajo presión, las superficies de los dos objetos se frotan entre sí para formar una fusión entre las capas moleculares (ver Figura 4).
A través de este método, la película de óxido en la superficie del alambre de aluminio se puede destruir de manera efectiva y se puede realizar el movimiento libre de electrones entre diferentes conductores de alambre de aluminio (ver Figura 5).
Mediante el mismo método, también es posible lograr una fusión a nivel molecular entre el sustrato de cobre del terminal y el sustrato de aluminio del alambre, para lograr un buen rendimiento eléctrico. La evaluación del rendimiento de la soldadura ultrasónica en el campo del arnés de cableado automotriz generalmente utiliza el estándar USCar38-2016 [3]. En esta edición de la norma se han dado los criterios de evaluación para la soldadura de terminales de cobre y alambres de aluminio. Los métodos y criterios de evaluación de la conductividad eléctrica son los mismos que los de los terminales de cobre y los cables de cobre.
2.2 Asegurar buenas propiedades mecánicas de la pieza de soldadura
El conjunto de cables estará expuesto al riesgo de ser arrastrado por fuerzas externas durante el uso, especialmente para cables de batería con grandes secciones transversales. Las fuerzas externas a menudo actúan directamente sobre un solo cable. Para los circuitos eléctricos que utilizan alambres de aluminio, la resistencia mecánica relativamente débil está cerca del área de conexión de soldadura. Por ejemplo, en el proceso de ensamblaje del cable de la batería, cuando la instalación es inconveniente, el operador tirará del cable para generar un tirón recto a lo largo de la dirección del cable, o aplicará una fuerza de desgarro perpendicular a la superficie de soldadura del cable. Por lo tanto, al diseñar la estructura del terminal, es necesario considerar suficientes medidas de protección para resistir la fuerza de tracción recta y la fuerza de desgarro.
La norma USCar38 [3] ha estipulado el límite inferior de la fuerza de tracción que debe alcanzarse cuando se conectan diferentes especificaciones de cables de aluminio a terminales de cobre. Para alambres de aluminio con diámetros de alambre grandes (≥10 mm 2), la norma USCar38 [3] no especifica claramente el límite inferior de la resistencia al pelado, y el ingeniero del fabricante&# 39 generalmente da el límite inferior recomendado.
2. 3 Garantizar una buena resistencia a la corrosión electroquímica de las piezas soldadas.
Para evitar la corrosión electroquímica de la parte de soldadura del terminal de cobre y el alambre de aluminio, la clave es aislar la parte de conexión del ambiente húmedo o salado. Hay dos métodos de sellado por soldadura ultrasónica que se utilizan comúnmente: sellado de tubos termocontraíbles de doble pared (Figura 6) y sellado con adhesivo termofusible (Figura 7). Estos dos métodos pueden cumplir los requisitos de la especificación en la prueba final de verificación ambiental, pero considerando los requisitos de fluidez del pegamento en la cavidad de inyección durante el proceso de adhesivo termofusible, el espesor de la pared del adhesivo termofusible debe mantenerse al menos 2.5 ~ 3 mm. Como resultado, el volumen de la parte de conexión del terminal después del tratamiento de sellado es relativamente grande y no se puede usar en el espacio estrecho del entorno de carga. El grosor de la pared del tubo termorretráctil de doble pared después del tratamiento termorretráctil es de 1 ~ 1,5 mm, por lo que el sellado del tubo termorretráctil de doble pared tiene una gama más amplia de aplicaciones.
El tubo termorretráctil de doble pared se conoce comúnmente como tubo termorretráctil encolado. Se calienta a alta temperatura y la pared exterior se contrae, y el pegamento sólido de la pared interior se funde en pegamento líquido.
El tubo termorretráctil de doble pared se conoce comúnmente como tubo termorretráctil encolado. Se calienta a alta temperatura y la pared exterior se contrae, y el pegamento sólido de la pared interior se funde en pegamento líquido. Después de un flujo total, cubre la parte de conexión del terminal y la superficie de la piel de aislamiento del cable, y se sella después del efecto de enfriamiento y curado. El efecto de sellado de la pieza de conexión se puede evaluar mediante la prueba de niebla salina. Los criterios de evaluación pueden referirse a GMW3191 [4].
2. 4 Garantizar una buena capacidad de fabricación de piezas soldadas
La soldadura ultrasónica es el movimiento relativo alternativo de alta velocidad de dos superficies de material a una cierta presión y frecuencia. El movimiento de fricción hace que las dos superficies se fundan a alta temperatura y formen una fusión de capa molecular. Por lo general, el terminal se fija en el equipo de soldadura y el cable realiza un movimiento alternativo de alta frecuencia en relación con el terminal fijo. Por lo tanto, el terminal debe tener una estructura confiable para su fijación. La calidad del efecto de soldadura también se puede probar y juzgar por los requisitos de fuerza de tracción recta especificados por la norma USCar38 [1] y los requisitos de fuerza de desgarro recomendados por los clientes.
