Високата плътност и цената на традиционните медни проводници в автомобилите подтикнаха индустрията да търси алтернативни материали, за да постигне намаляване на разходите и леко тегло. Алуминият се превърна в идеален заместител на медта поради добрата си проводимост, ниска плътност и ниска цена, но също така има проблеми като ниска якост и лесно окисляване. Статията се фокусира върху автомобилните кабели с голям секция и дълбоко изследва техническите затруднения, които трябва да бъдат решени при подмяна на мед с алуминий, включително проводимост, якост, компресивно пълзене, окисляване и разлики в коефициентите на термично разширяване. Чрез анализиране на международните стандарти за автомобилни тел беше проведено проучване за осъществимост на подмяната на мед с алуминий и беше предложено специфично техническо решение: Използване на 1 серия чист алуминиев тел с по-голяма площ на напречното сечение, за да се замени медната жица, следвайки принципа на еквивалентно съпротивление; Предоставяне на две разтвори за свързване на тел и терминал: заваряване на триене и ултразвуково заваряване и използване на двустенна лепилна топлинна тръба за запечатване за уплътняване. Статията предоставя нов път с референтна стойност за автомобилните компании за постигане на намаляване на разходите и леко тегло.

Автомобилните кабелни сбруи са по цялото тяло на автомобила. Традиционните проводници са изработени от електролитично медно коване, изтеглени и шарнирни от специални процеси. Поради високата плътност на медта, общото тегло на сбруя за окабеляване на превозното средство надвишава 20 кг, а цената е висока, което носи налягане на разходите за предприятията. За тази цел индустрията активно изследва алтернативни материали за медни проводници, за да постигне целите за намаляване на разходите и леко тегло. Сред обикновените диригентни материали алуминият е идеален заместител. Той има добра проводимост, втори само за мед сред често използваните метали и е леко тегло. Плътността му е около 30% от медта и цената му е само 20% ~ 30% от медта, но има проблеми като ниска якост и лесно окисляване. Тази статия предлага референтно техническо решение за подмяна на мед с алуминий за автомобилни кабели с голям секция.

1. Технически проблеми, които трябва да бъдат решени при подмяна на мед с алуминий

Алуминият е по -добър от медта по разходи и качество и се превърна в горещо място за намаляване на разходите и леки изследвания в автомобилните компании. Въпреки това, алуминият подмяна на мед все още е изправен пред някои технически затруднения.

1) Проводимостта на алуминий е по -ниска от медта. Ако проблемът се решава чрез увеличаване на площта на напречното сечение на алуминиевия тел, спецификацията на алуминиевата жица трябва да бъде увеличена с 1 ~ 2 нива, което ще направи алуминиевата проводник по-голям от сбруя на медната тел. Монтационното пространство и радиусът на огъване трябва да се вземат предвид при подреждането на сбруята.

2) Алуминият има ниска якост. Механичната якост е само 1 / 3 от тази на медта и е лесно да се счупи по време на кримче. Когато колата се движи, проводникът вибрира и е лесно да се счупи, така че силата на алуминиевия проводник трябва да се увеличи.

3) Алуминият има значително явление на натиск на натиск. При около 80 ℃ пълзенето се засилва под налягане, докато медта трябва да бъде над 230 ℃, за да покаже известна степен на пълзене на натиск. Компресивните характеристики на пълзене на алуминия ще доведат до разхлабване на точката на свързване с температурни промени и време след криленето на терминала, което ще повлияе на електрическата характеристика на жицата.

Следователно технологията за свързване на алуминиево-местния местник изисква специален дизайн, за да се гарантира надеждни електрически характеристики през целия жизнен цикъл на продукта.

4) Алуминият е химически активен. Лесно се окислява, когато се излага на въздух, образувайки плътен и твърд алуминиев оксид. Алуминиевият оксид има силни изолационни свойства и ще повлияе на проводимостта на алуминиевите проводници. Когато алуминиевият контакт контактува с медни терминали във влажна и енергизирана среда, е лесно да се образува галванична реакция, причинявайки електрохимична корозия при връзката и корозираща алуминиевия проводник. Тази ситуация трябва да се избягва.

5) Алуминият и медта имат различни коефициенти на термично разширение. След дългосрочно редуване на горещо и студено, връзката е лесна за разхлабване, което влияе върху надеждността на точката на свързване.

2. Анализ на възможностите и технически решения на алуминий, заместващ медта

1) Анализ на осъществимостта

В международен план има три основни стандарта за автомобилни тел: американски, японски и европейски. С глобалната интеграция на индустриалните технологии в автомобилната индустрия, стандартите на тел на различни страни постепенно се приближават до ISO серията международни стандарти. Понастоящем повечето вътрешни автомобилни производители използват медни основни проводници и следват ISO 19642-5 и ISO 6722-1 Международните стандарти. Тези два стандарта имат сходни технически изисквания за автомобилни медни основни проводници и двете определят подробно съпротивлението, издържа на напрежение и други характеристики на проводниците. Сред тях ISO 19642-5 има по-подробни изисквания за производителността на телта.

Чуждестранните алуминиеви проводници се използват в индустриални приложения от поне 30 години. Те за първи път са били използвани в авиационната индустрия и започват да се използват в автомобилното поле в началото на 21 век. През 2013 г. беше пуснат официалният международен стандарт ISO 6722-2 за автомобилни алуминиеви проводници, а през 2019 г. сходният ISO 19642-6 беше пуснат. Международните стандарти ISO 19642-6 и ISO 6722-2 осигуряват технически изисквания за диаметър на проводника, съпротивление, съпротивление на обема на изолацията и др. Двата стандарта са сходни по съдържание, а ISO 19642-6 има по-подробни изисквания за изпълнението на автомобилните алуминиеви проводници. Следователно дизайнът на схемата трябва да разгледа цялостно тези два международни стандарта.

Алуминиевите проводници трябва да са еквивалентни на медните проводници и да отговарят на три точки: Първо, те трябва да гарантират, че имат подобна проводимост и други свойства на заменените медни проводници, като гарантират, че оригиналната функция на веригата се поддържа основно, докато се заменят проводниковия материал; Второ, предотвратяване на окисляването на алуминиевата жица; Трето, постигнете надеждна връзка между алуминиевия тел и терминала, тъй като алуминиевият материал има ниска твърдост и може да умора и да се счупи след огъване, навиване и вибрация с висока честота.

2) Алтернативи за проводника на електропровода

Сравнявайки международните стандарти ISO 19642-5 и ISO 6722-1 за медни проводници, а ISO 19642-6 и ISO 6722-2 за алуминиеви проводници, може да се види, че когато съпротивлението е сходно, алуминиевият проводник се нуждае от по-голяма спецификация, за да постигне проводимост, подобна на тази на медния проводник.

Съставът на европейския алуминий и алуминиева сплав EN 573-3: 2003 предвижда, че алуминиевите и алуминиевите сплави могат да бъдат разделени на 8 серии. Сред тях серия 1 е чиста алуминиева тел със съдържание на алуминий над 99%; Серия 2 до 8 алуминиеви сплави са нови композитни сплави на алуминиева основа, разработени чрез добавяне на различни пропорции на Si, Fe, Cu, Mg, Mn, нано-керамика и въглеродни наноматериали към чист алуминий. Матрицата е обработена с топлина сплав. При условие за осигуряване на определена проводимост, якостта на опън на алуминиевата сплав се увеличава максимално, като същевременно се осигурява достатъчно удължение.

Характеристиките на 1 серия чист алуминиев тел са висока проводимост, добра топлопроводимост, якост на опън от 60 ~ 110mpa и удължаване на проводника над 12%. Това е най -често използваният алуминиев проводник за автомобилни кабели. Тази степен на алуминиев тел е подходяща за захранващи кабели с голям диаметър.

В обобщение, принципът на еквивалентно съпротивление може да се спазва, за да се замени медната жица с чист алуминиев тел с по-голяма площ на напречното сечение, а съпротивлението на проводниците преди и след подмяната е същото или близо. Например, площта на напречното сечение на оригиналната медна жица е 35 мм2, а максималното съпротивление на проводника на дължина на единица при 20 ℃ е 0,527mΩ / m. Спецификацията на алуминиевия проводник с най -близкия параметър за съпротивление трябва да бъде увеличена до 60 mm2. По това време максималното съпротивление на проводника на дължина на единица при 20 ℃ е 0,525MΩ / m.
3) Схема на свързване между проводници и терминали
①Фиграционен заваръчен разтвор

Технологията за заваряване на триене възниква преди повече от сто години. Той използва топлината, генерирана от триенето на контактната повърхност на детайла, за да направи деколтето пластично под налягане, като по този начин постига заваряване. Тази технология се използва широко в гражданските и аерокосмическите полета.

Оборудването задвижва детайла, за да генерира много топлина чрез триене, което намалява твърдостта на метала, подобрява пластичността и прави металните атоми да дифузират и да се охлаждат и да се кристализират взаимно, за да образуват твърда заваряване на триене. В същото време високоскоростното триене унищожава оксидния филм върху металната повърхност и подобрява проводимостта на заварената фуга. В сравнение с традиционното заваряване на синтез, заваряването на триене има следните характеристики: Първо, заварената фуга има висока якост, стабилно качество, добра консистенция на компонента, а якостта на ставата е еквивалентна на тази на родителския материал; Второ, това е енергийно и екологично, без да е необходимо заваряване на пръти и защитни газове, по време на процеса на заваряване не се генерират токсични или вредни газове, а оборудването консумира малка мощност; Трето, заваряването на триене може да постигне заваряването на различни материали, фугата няма пори или включвания и не се появява електрохимична корозия.

В този разтвор композитният терминал "L", оформен с мед-алуминиев, приема процес на заваряване на въртящо се триене, за да свърже крайната кована медна плоча и опашката чист алуминиев цилиндър. Кованата медна плоча се използва за сглобяване на батерията или стартера. Той е направен от месинг, има висока якост, не е лесно да се счупи по време на монтажа и повърхностната калайнг може да облекчи електрохимичната корозия, причинена от контакта между месинга и тялото на автомобила. Опашният чист алуминиев цилиндър е колонарна куха структура, използвана за свързване на алуминиевия проводник. След като алуминиевият проводник се постави в чистия алуминиев цилиндър чрез специално оборудване, той се крие чрез коване на оборудване. Чистият алуминиев тел и чистият алуминиев цилиндър са направени от един и същ материал и имат същия коефициент на термично разширение, който може да избегне счупване на умора, когато високите и ниските температури се редуват поради разликата в коефициента на термично разширение.

Предимствата на този разтвор са: кованата медна плоча може да отговаря на изискванията за сглобяване, а алуминиевата тръба, свързваща алуминиевата жица, може да избегне счупване на умора, причинена от различните коефициенти на термично разширение на традиционния меден терминал и алуминиевия проводник, който не само решава проблема на терминалната сила на инсталиране, но също така решава проблема с връзката между алуминумния проводник и също така решава проблема с връзката между алуминумния проводник и също така решава проблема с връзката между алуминумния проводник и тоналния терминал, но също така решава проблема с връзката между алуминумния проводник и токлета.

След като терминалът е свързан към алуминиевия проводник, за уплътняване може да се използва двустенна топлинна тръба с лепило. Топлинната свиваща тръба има изолация, устойчивост на корозия и устойчивост на износване. След като се нагрява от специално оборудване, външната стена се свива, а плътното лепило върху вътрешната стена се разтапя в течно лепило, покривайки частта за свързване на терминала и повърхността на телената изолационна кожа. След охлаждане и втвърдяване, той може да постигне устойчивост на уплътняване и корозия и да предотврати окисляването на корозия в ставата.
②Ultrasonic заваръчен разтвор

От 80 -те години на миналия век се прилага ултразвуковата технология за заваряване на метали за заваряване на тел, използвайки ултразвукова честотна енергия на вибрация за реорганизиране на металната молекулярна решетка и свързване на същите или различни метали. Заварената става постига металургично свързване, без да се топи родителския материал, което принадлежи на твърдо заваряване и може ефективно да избегне пръскането и окисляването на обикновеното заваряване.

Ултразвуковата технология за заваряване се използва широко при свързването на проводници и проводници, проводници и терминали. Процесът на заваряване е бърз и параметрите на процеса могат да бъдат наблюдавани през целия процес. Заварената фуга е чист метален конектор, който не се влияе лесно от стареене, пълзене и умора. Връзката е твърда, надеждността е висока, а съпротивлението на контакт е ниска.

Тази технология може да свърже едни и същи или различни материали, като мед и алуминий. Тъй като металът е директно заварен, не се изисква допълнителна спойка или поток. В допълнение, ултразвуковото заваряване има нисък термичен стрес върху материала и по принцип не променя свойствата на заварения материал и околните материали. Ултразвуковото заваряване има прост процес, висока якост на ставите, добра проводимост и широк спектър от спецификации на проводника, които могат да бъдат заварени. Проводниците с площ на напречно сечение от 160 мм2 или дори по-големи могат да бъдат заварени. Подобно на технологията за заваряване на триене, ултразвуковата технология за заваряване е подходяща за свързване на различни материали и форми, като мед и алуминий, тел и плоча и се използва широко в промишлеността на жицата и кабелите. Следователно, това решение използва месингови терминали, които са свързани с чисти алуминиеви проводници чрез ултразвукова технология за заваряване и се крият и фиксират с нокти в краищата на терминалите, за да подобрят надеждността на връзката. По същия начин, двустранното лепило с топлинни свиващи тръби може да се използва за запечатване на връзката, за да се предотврати окисляването на корозия в ставата.

3. Обобщение

Въз основа на текущата ситуация на висока цена и тежко тегло на автомобилните медни проводници, тази статия изучава стандартите за производителност на медни и алуминиеви проводници и предлага техническо решение за подмяна на медни проводници с алуминиеви проводници, осигурявайки нов начин за предприятия за намаляване на разходите и намаляване на теглото.