1 구리 단자와 알루미늄 와이어 연결의 기술적 어려움
1.1 알루미늄 도체 표면에 산화막이 있습니다.
알루미늄 도체와 산소 사이에는 강한 친 화성이 있습니다. 상온에서도 공기와 접촉하는 순간 조밀 한 산화 알루미늄 (Al2O3)이 표면에 형성됩니다. 이 산화막은 두께가 2nm에 불과하지만 알루미늄 기판 표면과 단단히 결합되어 있습니다. 구리 도체에 비해 알루미늄 도체의 산화막은 산소가 확산되는 것을 방지하지만 대기의 부식 방지에도 좋은 역할을합니다. 그러나 우수한 절연 효과는 전자가 한 알루미늄 기판 도체에서 다른 알루미늄 기판 도체로 이동하는 것을 방지합니다. 즉, 전자는 알루미늄 기판 본체에서만 이동할 수 있습니다.
이로 인해 알루미늄 와이어 끝의 절연 피복을 제거한 후 공기와 접촉하는 알루미늄 도체 표면에 산화막이 형성됩니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 알루미늄 도체의 전자는 단일 알루미늄 와이어에서만 이동할 수 있지만 알루미늄 와이어와 알루미늄 와이어 사이를 이동할 수는 없습니다. 한 묶음의 알루미늄 심선에 부분적인 단선 현상이 있으면 이러한 단선의 전자적 움직임이 차단됩니다. 와이어가 끊어지기 전의 알루미늄 와이어에 비해 저항 값이 증가하고 전도도가 감소합니다.
반면에 구리 기판 도체의 표면은 공기 중에 조밀 한 산화막을 빠르게 형성하지 않으므로 와이어가 끊어져도 끊어진 와이어의 전자는 다른 구리 와이어를 통해 계속 앞으로 이동할 수 있습니다. 따라서 정 성적 관점에서 구리선에 일정 비율의 단선이 발생하면 전도도가 감소하더라도 사용 요건을 충족 할 수 있습니다.
1.2 구리 및 알루미늄 전도체의 접촉 부분에 전기 화학적 부식이 존재합니다.
그림 2는 해수에서 다양한 금속 재료의 전기 화학적 전위 시퀀스를 보여줍니다. 바닷물에서 구리 금속과 알루미늄 금속 사이에 화학적 전위차가 있음을 알 수 있습니다. 이 두 금속이 전해질에 동시에 존재하면 갈바니 전지가 형성되고 전기 화학 반응이 일어난다. 저 전위 알루미늄 재료의 알루미늄 원자는 결정 격자를 떠나 전자를 잃어 수화 된 이온을 형성합니다. 오랫동안이 환경에 있었던 알루미늄 도체는 점차적으로 사라질 것입니다. 이 현상을 전기 화학적 부식이라고합니다.
공기 중의 습도가 높거나 염분 불순물이 포함되어 있으면 이상적인 전해질 환경이 형성됩니다. 구리 단자와 알루미늄 와이어가 직접 접촉하는 부분은 알루미늄을 음극으로, 구리를 양극으로 사용하여 1 차 전지를 형성합니다. 그림 3에서와 같이 연결 부분을 적절하게 다루지 않으면 심각한 전기 화학적 부식이 발생하고 구리-알루미늄 연결의 전기적 및 기계적 특성이 손실됩니다.
1.3 알루미늄 와이어의 전기적 특성과 기계적 강도는 구리 와이어보다 약합니다.
동일한 와이어 직경의 조건에서 알루미늄 와이어의 전도도는 구리 와이어보다 약합니다. 따라서 구리선과 동등한 전기적 성능을 얻기 위해서는 저항을 줄이기 위해 구리선보다 직경이 큰 알루미늄 와이어를 사용해야합니다.
또한 알루미늄 도체의 인장 강도, 경도 및 기타 기계적 특성이 구리 도체보다 약하기 때문에 알루미늄 단자로 가공하여 자동차의 다른 부품과 연결하는 데 적합하지 않습니다. 구리 단자는 알루미늄 와이어와의 연결에만 고려할 수 있지만 연결 부품은 용이합니다. 기계적 손상 또는 피로 손상이 발생하므로 적용 중에 해당 보호 조치를 취해야합니다.
2 알루미늄 와이어 및 구리 단자 용접의 판단 기준
2. 1 용접부의 우수한 전기적 성능을 보장
2.1.1 선택한 알루미늄 와이어 크기가 구리 와이어와 동일한 지 확인
현재 업계에서 일반적으로 사용되는 구리선 표준은 ISO6722-1 [1]이고 알루미늄 와이어 표준은 ISO 6722-2 [2]입니다. 알루미늄 와이어의 동등한 교체는 전도체 재료를 교체하고 원래의 회로 보호 전략을 유지하기 위해 유사한 전도도, 전류 전달 용량, 경감 곡선 및 교체 된 구리 와이어의 기타 특성의 특성을 고려해야합니다.
표 1은 동등한 교체를 고려할 수있는 알루미늄 와이어 및 구리 와이어 사양의 비교 표를 나열합니다. 이 표는 구리-알루미늄 와이어의 동등한 교체를위한 참조로 사용할 수 있으며, 특정 애플리케이션에서는 추가 확인 및 확인이 필요합니다.
2.1.2 알루미늄 와이어 사이의 전자의 자유로운 이동은 초음파 용접에 의해 실현됩니다.
초음파 용접은 고주파 진동 파를 사용하여 용접 할 두 물체의 표면에 전달합니다. 압력을 받으면 두 물체의 표면이 서로 문질러 분자 층 사이의 융합을 형성합니다 (그림 4 참조).
이 방법을 통해 알루미늄 와이어 표면의 산화막을 효과적으로 파괴 할 수 있으며 서로 다른 알루미늄 와이어 도체 사이에서 전자의 자유로운 이동을 실현할 수 있습니다 (그림 5 참조).
동일한 방법을 통해 단자의 구리 기판과 와이어의 알루미늄 기판 사이에 분자 수준의 융합을 달성하여 우수한 전기적 성능을 달성 할 수도 있습니다. 자동차 배선 하니스 분야의 초음파 용접 성능 평가는 일반적으로 USCar38-2016 표준을 사용합니다 [3]. 이 표준 버전에서는 구리 단자와 알루미늄 와이어 용접에 대한 평가 기준이 제공되었습니다. 전기 전도도에 대한 평가 방법 및 기준은 구리 단자 및 구리 와이어의 평가 방법과 동일합니다.
2.2 용접 부품의 우수한 기계적 특성 보장
케이블 어셈블리는 특히 단면이 큰 배터리 케이블의 경우 사용 중에 외부 힘에 의해 당겨질 위험에 노출됩니다. 외부 힘은 종종 단일 케이블에 직접 작용합니다. 알루미늄 와이어를 사용하는 전기 회로의 경우 상대적으로 약한 기계적 강도는 용접 연결 영역 근처입니다. 예를 들어 배터리 와이어 조립 과정에서 설치가 불편할 때 작업자는 와이어를 당겨 와이어 방향을 따라 직선으로 당기거나 용접 표면에 수직 인 인 열력을 와이어에 적용합니다. 따라서 단자 구조를 설계 할 때 직선 당기는 힘과 인 열력에 저항 할 수있는 충분한 보호 조치를 고려할 필요가 있습니다.
USCar38 표준 [3]은 알루미늄 와이어의 다른 사양이 구리 단자에 연결될 때 도달해야하는 인장 강도의 하한을 규정했습니다. 와이어 직경이 큰 (≥10 mm 2) 알루미늄 와이어의 경우 USCar38 표준 [3]은 박리 강도의 하한을 명확하게 지정하지 않으며 제조업체&# 39의 엔지니어는 일반적으로 권장 하한을 제공합니다.
2. 3 용접 부품의 우수한 전기 화학적 내식성 보장
구리 단자와 알루미늄 와이어의 용접 부분의 전기 화학적 부식을 방지하기 위해 핵심은 연결 부분을 습하거나 염분이있는 환경으로부터 격리하는 것입니다. 일반적으로 사용되는 초음파 용접 밀봉 방법에는 이중벽 열 수축 튜브 밀봉 (그림 6)과 핫멜트 접착 밀봉 (그림 7)의 두 가지가 있습니다. 이 두 가지 방법은 최종 환경 검증 테스트에서 사양의 요구 사항을 충족 할 수 있지만 핫멜트 접착제 공정 중 주입 캐비티에서 접착제의 유동성 요구 사항을 고려할 때 핫멜트 접착제의 벽 두께는 최소 2.5를 유지해야합니다. ~ 3mm. 그 결과, 실링 처리 후 단자 연결부의 체적이 상대적으로 커서 적재 환경의 좁은 공간에서 사용할 수 없습니다. 열수축 처리 후 이중벽 열수축 튜브의 벽 두께는 1 ~ 1.5mm이므로 이중벽 열수축 튜브의 실링에 적용 범위가 넓습니다.
이중 벽 열 수축 튜브는 일반적으로 접착 열 수축 튜브로 알려져 있습니다. 고온으로 가열되어 외벽이 수축하고 내벽의 고체 접착제가 녹아 액체 접착제로 변합니다.
이중 벽 열 수축 튜브는 일반적으로 접착 열 수축 튜브로 알려져 있습니다. 고온으로 가열되어 외벽이 수축하고 내벽의 고체 접착제가 녹아 액체 접착제로 변합니다. 완전 유동 후 단자 연결부와 전선 절연 피부 표면을 덮고, 냉각 및 경화 효과 후 봉인한다. 연결부의 실링 효과는 염수 분무 시험으로 평가할 수 있습니다. 평가 기준은 GMW3191 [4]을 참조 할 수 있습니다.
2. 4 용접 부품의 우수한 제조 가능성 보장
초음파 용접은 특정 압력과 주파수에서 두 재료 표면의 고속 왕복 상대 이동입니다. 마찰 운동은 두 표면이 고온에서 녹고 분자 층 융합을 형성합니다. 일반적으로 터미널은 용접 장비에 고정되고 와이어는 고정 터미널에 대해 고주파 왕복 운동을합니다. 따라서 단말기는 고정을위한 안정적인 구조를 가져야합니다. 용접 효과의 품질은 USCar38 표준 [1]에 지정된 직선 인장력 요구 사항과 고객이 권장하는 인 열력 요구 사항에 따라 테스트하고 판단 할 수도 있습니다.