1 مشکلات فنی در اتصال پایانه های مسی و سیم های آلومینیومی
1.1 یک فیلم اکسید در سطح هادی آلومینیوم وجود دارد
قرابت قوی بین هادی آلومینیوم و اکسیژن وجود دارد. حتی در دمای اتاق، اکسید آلومینیوم متراکم (Al2O3) در لحظه تماس با هوا بر روی سطح تشکیل خواهد شد. این فیلم اکسیدی تنها ۲nm ضخامت دارد، اما به شدت با سطح بستر آلومینیوم ترکیب می شود. در مقایسه با هادی های مس، اگرچه فیلم اکسید روی هادی آلومینیوم مانع از انتشار اکسیژن در آن می شود، اما نقش خوبی در حفاظت از خوردگی در جو نیز دارد. اما اثر عایق خوب آن مانع از حرکت الکترون ها از یک هادی بستر آلومینیومی به یک هادی بستر آلومینیومی دیگر می شود، به این صورت که الکترون ها تنها می توانند در بدنه بستر آلومینیوم حرکت کنند.
به دلیل این ویژگی، پس از از بین بردن sheath عایق در انتهای سیم آلومینیومی، یک فیلم اکسیدی بر روی سطح هادی آلومینیومی در تماس با هوا تشکیل می شود. همان طور که در شکل ۱ نشان داده شده است، الکترون های هادی آلومینیومی تنها می توانند در یک سیم آلومینیومی واحد حرکت کنند، اما نمی توانند بین سیم آلومینیومی و سیم آلومینیومی حرکت کنند. اگر پدیده سیم شکسته جزئی در یک دسته سیم های هسته آلومینیومی وجود داشته باشد، آنگاه حرکت الکترونیکی در این سیم های شکسته مسدود خواهد شد. در مقایسه با سیم آلومینیومی قبل از سیم های شکسته، مقدار مقاومت افزایش خواهد یافت و هدایت کاهش خواهد یافت.
در مقابل، سطح هادی بستر مسی به سرعت یک فیلم اکسید متراکم در هوا تشکیل نمی دهد، بنابراین حتی اگر سیم شکسته شود، الکترون های در سیم شکسته هنوز هم می توانند از طریق سیم های مسی دیگر به جلو حرکت کنند. بنابراین از دیدگاه کیفی، هنگامی که درصد مشخصی از سیم های شکسته در سیم مسی رخ می دهد، اگرچه هدایت کاهش می یابد، باز هم می تواند الزامات استفاده را برآورده کند.
1.2 خوردگی الکتروشیمیایی در بخش های تماسی هادی های مس و آلومینیوم وجود دارد
شکل ۲ توالی پتانسیل الکتروشیمیایی مواد فلزی مختلف در آب دریا را نشان می دهد. دیده می شود که تفاوت پتانسیل شیمیایی بین فلز مس و فلز آلومینیوم در آب دریا وجود دارد. هنگامی که این دو فلز در یک الکترولیت در یک زمان وجود داشته باشند، یک سلول گالوانیک تشکیل می شود، و یک واکنش الکتروشیمیایی رخ می دهد. اتم های آلومینیومی در ماده آلومینیومی کم پتانسیل شبکه کریستالی را ترک خواهند کرد و الکترون ها را از دست خواهند داد و به تشکیل آهن های هیدراته می رند. هادی های آلومینیومی که مدت هاست در این محیط بوده اند به تدریج خورده خواهند شد. این پدیده را خوردگی الکتروشیمیایی می نامند.
هنگامی که رطوبت موجود در هوا زیاد باشد یا حاوی نشات شور باشد، یک محیط الکترولیت ایده آل تشکیل خواهد شد. بخشی که ترمینال مسی و سیم آلومینیومی در تماس مستقیم هستند، یک باتری اولیه با آلومینیوم به عنوان الکترود منفی و مس به عنوان الکترود مثبت تشکیل خواهد داد. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، اگر بخش اتصال به درستی رسیدگی نمی شود، خوردگی الکتروشیمیایی جدی رخ خواهد داد، و خواص الکتریکی و مکانیکی اتصال مس و آلومینیوم از دست خواهد رفت.
۱٫۳ خواص الکتریکی و استحکام مکانیکی سیم های آلومینیومی ضعیف تر از سیم های مسی است
در شرایطی که قطر سیم یکسان باشد، هدایت سیم های آلومینیومی ضعیف تر از سیم های مسی است. بنابراین باید از سیم های آلومینیومی با قطر بزرگتر از سیم های مسی برای کاهش مقاومت آن برای رسیدن به عملکرد الکتریکی معادل سیم های مسی استفاده کرد.
علاوه بر این، استحکام کششی، سختی و دیگر خواص مکانیکی هادی های آلومینیومی ضعیف تر از هادی های مسی است، بنابراین برای پردازش به پایانه های آلومینیومی مناسب نیستند تا با سایر قطعات روی خودرو ارتباط برقرار کنند. پایانه های مسی را تنها می توان برای ارتباط با سیم های آلومینیومی در نظر گرفت، اما قطعات اتصال آسیب مکانیکی آسان هستند یا آسیب خستگی رخ می دهد، بنابراین اقدامات حفاظتی متناظر باید در طول کاربرد انجام شود.
2 پایه قضاوت برای سیم آلومینیومی و پایانه مسی
2. 1 اطمینان از عملکرد الکتریکی خوب از بخش ولدینگ
۲٫۱٫۱ اطمینان حاصل کنید که اندازه سیم آلومینیومی انتخاب شده معادل سیم مسی است
در حال حاضر استاندارد سیم مسی که معمولاً در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد ISO6722-1 [1]، و استاندارد سیم آلومینیوم ISO 6722-2 [2] است. جایگزینی معادل سیم های آلومینیومی باید ویژگی های هدایت مشابه، ظرفیت حمل جریان، منحنی درینگ و دیگر ویژگی های سیم های مسی جایگزین شده را در نظر بگیرد، تا جایگزین ماده هادی شود و استراتژی حفاظت مدار اصلی را حفظ کند.
جدول ۱ جدول مقایسه مشخصات سیم آلومینیومی و سیم مسی را فهرست می کند که می توان آن ها را برای جایگزینی معادل در نظر گرفت. این جدول می تواند به عنوان مرجعی برای جایگزینی معادل سیم های مسی-آلومینیومی مورد استفاده قرار گیرد و تأیید و تأیید بیشتر در کاربردهای خاص مورد نیاز است.
2.1.2 حرکت آزاد الکترون ها بین سیم های آلومینیومی توسط welding مافوق صوت تحقق یافته است
جوش مافوق صوت با استفاده از امواج ارتعاش با فرکانس بالا به سطوح دو جسم منتقل می شود به جوش. تحت فشار، سطوح دو جسم به یکدیگر مالیده می شوند تا همجوشی بین لایه های مولکولی تشکیل دهند (شکل ۴ را ببینید).
از طریق این روش می توان فیلم اکسید روی سطح سیم آلومینیومی را به طور مؤثری از بین رفت و حرکت آزاد الکترون ها بین هادی های مختلف سیم آلومینیومی را می توان تحقق بخشید (شکل ۵ را ببینید).
از طریق همین روش می توان به همجوشی سطح مولکولی بین بستر مس ترمینال و بستر آلومینیوم سیم نیز دست یافت، تا به عملکرد الکتریکی خوبی دست یابد. ارزیابی عملکرد ولدینگ مافوق صوت در میدان مهار سیم کشی خودرو به طور کلی با استفاده از استاندارد USCar38-2016 [3]. در این نسخه از استاندارد، معیارهای ارزیابی برای قالب گیری پایانه های مسی و سیم های آلومینیومی داده شده است. روش های ارزیابی و معیارهای هدایت الکتریکی همان روش هایی است که برای پایانه های مسی و سیم های مسی وجود دارد.
2.2 اطمینان از خواص مکانیکی خوب از بخش welding
مونتاژ کابل در معرض خطر کشیده شدن توسط نیروهای خارجی در طول استفاده، به ویژه برای کابل های باتری با مقطع های بزرگ قرار خواهد گرفت. نیروهای خارجی اغلب مستقیماً بر روی یک کابل واحد عمل می کنند. برای مدارهای الکتریکی که از سیم های آلومینیومی استفاده می کنند، استحکام مکانیکی نسبتاً ضعیفی در نزدیکی منطقه اتصال ولدینگ است. به عنوان مثال، در فرایند مونتاژ سیم باتری، هنگامی که نصب ناخوشایند است، اپراتور سیم را خواهد کشید تا یک کشش مستقیم در طول جهت سیم تولید کند، یا یک نیروی پاره کننده عمود بر سطح ویلدینگ را به سیم اعمال کند. بنابراین در هنگام طراحی ساختار ترمینال لازم است اقدامات حفاظتی کافی برای مقاومت در برابر نیروی کشیدن مستقیم و نیروی پاره کننده در نظر گرفته شود.
استاندارد USCar38 [3] حد پایین تر کشش pullstrength را که باید به زمانی برسد که مشخصات مختلف سیم های آلومینیومی به پایانه های مسی متصل شوند، تعیین کرده است. برای سیم های آلومینیومی با قطر سیم بزرگ (≥10 میلی متر 2) ، استاندارد USCar38 [3] به وضوح حد پایین تر از قدرت پوست را مشخص نمی کند ، و مهندس تولید کننده معمولا می دهد حد پایین تر توصیه می شود.
2. 3 اطمینان از مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی خوب از قطعات welded
برای جلوگیری از خوردگی الکتروشیمیایی بخش جوش پایانه مسی و سیم آلومینیوم، کلید جداسازی بخش اتصال از محیط مرطوب یا شور است. دو روش آب بندی معمولاً با استفاده از روش های آب بندی اولتراسونیک وجود دارد: آب بندی لوله قابل کوچک شدن حرارت دو دیواره (شکل ۶) و آب بندی چسب مذاب داغ (شکل ۷). این دو روش می توانند الزامات مشخصات را در آزمون تأیید نهایی محیط زیست برآورده کنند، اما با توجه به الزامات سیالیت چسب در حفره تزریق در طول فرایند چسب مذاب گرم، ضخامت دیواره چسب مذاب داغ باید حداقل ۲٫۵ ~ ۳mm حفظ شود. در نتیجه حجم قسمت اتصال ترمینال پس از درمان آب بندی نسبتاً بزرگ است، و نمی توان از آن در فضای باریک محیط بارگذاری استفاده کرد. ضخامت دیوار لوله قابل کوچک شدن حرارت دو دیواره پس از درمان کوچک شدن گرما 1 ~ 1.5 میلی متر است، بنابراین آب بندی لوله قابل کوچک شدن حرارت دو دیواره دارای طیف گسترده تری از برنامه های کاربردی است.
لوله قابل کوچک شدن حرارت دو دیواره معمولاً به عنوان لوله قابل کوچک شدن گرمای چسب دار شناخته می شود. با دمای بالا گرم می شود و دیواره بیرون کوچک می شود و چسب جامد روی دیوار داخلی به چسب مایع ذوب می شود.
لوله قابل کوچک شدن حرارت دو دیواره معمولاً به عنوان لوله قابل کوچک شدن گرمای چسب دار شناخته می شود. با دمای بالا گرم می شود و دیواره بیرون کوچک می شود و چسب جامد روی دیوار داخلی به چسب مایع ذوب می شود. پس از جریان کامل، بخش اتصال ترمینال و سطح پوست عایق سیم را می پوشانند، و پس از اثر خنک کننده و درمان مهر و موم می شود. اثر آب بندی قسمت اتصال را می توان با آزمایش اسپری نمک ارزیابی کرد. معیارهای ارزیابی می تواند به GMW3191 [4] اشاره کند.
2. 4 اطمینان از تولید خوب از قطعات
Welding مافوق صوت با سرعت بالا حرکت متقابل نسبی از دو سطح مواد در فشار و فرکانس خاص است. حرکت اصطکاکی باعث ذوب شدن دو سطح در دمای بالا و تشکیل همجوشی لایه مولکولی می شود. معمولاً ترمینال بر روی تجهیزات ولدینگ ثابت است، و سیم حرکت متقابل با فرکانس بالا را نسبت به پایانه ثابت انجام می دهد. بنابراین ترمینال نیاز به یک ساختار قابل اعتماد برای تعمیر دارد. کیفیت اثر welding نیز می تواند آزمایش و قضاوت توسط نیروی کشش مستقیم مورد نیاز مشخص شده توسط استاندارد USCar38 [1] و الزامات نیروی اشک توصیه شده توسط مشتریان.
