Autojen perinteisten kuparilankojen korkeatiheys ja kustannukset ovat saaneet alan etsimään vaihtoehtoisia materiaaleja kustannusten vähentämisen ja kevyen painon saavuttamiseksi. Alumiinista on tullut ihanteellinen korvike kuparille hyvän johtavuuden, alhaisen tiheyden ja alhaisen kustannuksensa vuoksi, mutta sillä on myös ongelmia, kuten alhainen lujuus ja helppo hapettuminen. Artikkelissa keskitytään suurikokoisiin autotehokaapeleihin ja tutkitaan syvästi teknisiä vaikeuksia, jotka on ratkaistava, kun korvaavat kuparia alumiinilla, mukaan lukien johtavuus, lujuus, puristusveto, hapettuminen ja erot lämmön laajennuskertoimissa. Analysoimalla kansainvälisiä autojen langan standardeja, tehtiin toteutettavuustutkimus alumiinin kuparin korvaamisesta, ja ehdotettiin erityistä teknistä ratkaisua: käyttämällä 1-sarjaa puhdasta alumiinilankaa, jolla oli suurempi poikkileikkauspinta-ala kuparilangan korvaamiseksi vastaavan resistenssin periaatteen mukaisesti; Kaksi lanka- ja terminaaliyhteysratkaisua: kitkahitsaus ja ultraäänihitsaus ja käyttämällä kaksiseinäistä liimaa lämmön kutistumista tiivistämistä varten. Artikkeli tarjoaa uuden polun, jolla on viitearvo autoyrityksille kustannusten vähentämisen ja kevyen saavuttamiseksi.

Auton johtosarjat ovat koko auton rungossa. Perinteiset johdot on valmistettu erittäin puhtaasta elektrolyyttisestä kuparista, joka on taottu, piirretty ja saranoitu erityisprosesseilla. Kuparin suuren tiheyden vuoksi ajoneuvon johtosarjan kokonaispaino ylittää 20 kg ja kustannukset ovat korkeat, mikä tuo yritysten kustannuspaineen. Tätä varten teollisuus tutkii aktiivisesti vaihtoehtoisia materiaaleja kuparilangoille kustannusten vähentämisen ja kevyen tavoitteiden saavuttamiseksi. Yhteisten kapellimateriaalien joukossa alumiini on ihanteellinen korvike. Sillä on hyvä johtavuus, toiseksi vain kuparille yleisesti käytettyjen metallien keskuudessa, ja se on kevyt. Sen tiheys on noin 30% kuparista ja sen kustannukset ovat vain 20% ~ 30% kuparista, mutta sillä on ongelmia, kuten alhainen lujuus ja helppo hapettuminen. Tässä artikkelissa ehdotetaan vertailun teknistä ratkaisua kuparin korvaamiseksi alumiinilla suurten leikkausten autojen tehokaapeleille.

1.Tekniset kysymykset, jotka on ratkaistava, kun korvataan kuparia alumiinilla

Alumiini on parempi kuin kuparin kustannukset ja laatu, ja siitä on tullut kuuma paikka kustannusten vähentämiselle ja kevyelle tutkimukselle autoyhtiöissä. Kuparin korvaavalla alumiinilla on kuitenkin edelleen joitain teknisiä vaikeuksia.

1) Alumiinin johtavuus on huonompi kuin kupari. Jos ongelma ratkaistaan lisäämällä alumiinilangan poikkileikkauspinta-ala, alumiinilangan määritystä on nostettava 1 ~ 2-tasolla, mikä tekee alumiinilangan johtosarjasta suuremman kuin kuparilangan valjaat. Asennustila ja taivutussäde on otettava huomioon valjaiden järjestämisessä.

2) Alumiinilla on alhainen lujuus. Mekaaninen lujuus on vain 1 / 3 kuparista, ja se on helppo rikkoa puristuksen aikana. Kun auto ajaa, lanka värähtelee ja se on helppo rikkoa, joten alumiinilangan voimakkuutta on lisättävä.

3) Alumiinilla on merkittävä puristuva ryömintäilmiö. Noin 80 ℃: n kohdalla hiipivät paineessa, kun taas kuparin on oltava yli 230 ℃ tietyn määrin puristusveto. Alumiinin puristusvetoominaisuudet aiheuttavat liitäntäpisteen löysämisen lämpötilan muutoksilla ja ajanjaksolla sen jälkeen, kun terminaali on puristettu, mikä vaikuttaa langan sähköiseen suorituskykyyn.

Siksi alumiini-kuverin yhteysteknologia vaatii erityistä suunnittelua luotettavan sähkösuorituskyvyn varmistamiseksi koko tuotteen elinkaaren ajan.

4) Alumiini on kemiallisesti aktiivinen. Se hapetetaan helposti, kun se altistetaan ilmalle, muodostaen tiheän ja kovan alumiinioksidikalvon. Alumiinioksidilla on vahvat eristysominaisuudet ja ne vaikuttavat alumiinilontojen johtavuuteen. Kun alumiini koskettaa kuparipäätteitä kosteassa ja virran ympäristössä, galvaanisen reaktion muodostaminen on helppo muodostaa, mikä aiheuttaa sähkökemiallisen korroosion kytkemässä ja syövyttäen alumiinijohtimen. Tätä tilannetta on vältettävä.

5) Alumiinilla ja kuparilla on erilaiset lämpölaajennuskertoimet. Kuuman ja kylmän pitkäaikaisen vuorottelun jälkeen yhteys on helppo löysätä, mikä vaikuttaa yhteyspisteen luotettavuuteen.

2. Alumiinin korvaavan kuparin korvausanalyysi ja tekniset ratkaisut

1) toteutettavuusanalyysi

Kansainvälisesti on olemassa kolme pääautolangan standardia: amerikkalaiset, japanilaiset ja eurooppalaiset. Autoteollisuuden teollisuusteknologian globaalin integroinnin myötä eri maiden lankastandardit siirtyvät vähitellen lähemmäksi kansainvälisten ISO -sarjoja. Tällä hetkellä useimmat kotimaiset autovalmistajat käyttävät kuparin ydinjohtoja ja seuraavat ISO 19642-5- ja ISO 6722-1 -standardeja. Näillä kahdella standardilla on samanlaiset tekniset vaatimukset autojen kuparin ydinjohdoista, ja molemmat määrittelevät resistiivisyyden, kestävät jännitteet ja muut johtimien ominaisuudet yksityiskohtaisesti. Heidän joukossaan ISO 19642-5 on yksityiskohtaisempia vaatimuksia langan suorituskyvystä.

Ulkomaisia alumiinilankoja on käytetty teollisuussovelluksissa vähintään 30 vuoden ajan. Niitä käytettiin ensin ilmailualalla ja alettiin käyttää autoteollisuutta 2000 -luvun alkupuolella. Vuonna 2013 autoteollisuuden alumiinilankojen virallinen kansainvälinen ISO 6722-2 julkaistiin, ja vuonna 2019 julkaistiin samanlainen ISO 19642-6. Kansainväliset standardit ISO 19642-6 ja ISO 6722-2 tarjoavat teknisiä vaatimuksia johtimen halkaisijalle, vastus, eristyksen määrän resistiivisyys jne. Nämä kaksi standardia ovat sisällössä samanlaisia, ja ISO 19642-6: lla on yksityiskohtaisempia vaatimuksia autoteollisuuden alumiinijohtimien suorituskykyyn. Siksi järjestelmän suunnittelun on otettava huomioon kattavasti nämä kaksi kansainvälistä standardia.

Alumiinijohtimien on oltava vastaavia kuparinjohtimia ja täytettävä kolme pistettä: Ensinnäkin niiden on varmistettava, että niillä on samanlainen johtavuus ja muut ominaisuudet kuin korvatut kuparinjohtimet, varmistaen, että alkuperäinen piirin toiminto ylläpidetään periaatteessa vaihdettaessa; toiseksi, estä alumiinilanka hapettumista; Kolmanneksi saavuta luotettava yhteys alumiinilangan ja päätelaitteen välillä, koska alumiinimateriaalilla on pieni kovuus ja se voi väsymystä ja murtaa taivutuksen, käämityksen ja korkean taajuuden värähtelyn jälkeen.

2) Vaihtoehdot voimajohtojohtimille

Vertaamalla kansainvälisiä standardeja ISO 19642-5 ja ISO 6722-1 kuparinjohtimille ja ISO 19642-6 ja ISO 6722-2 alumiinijohtimille, voidaan nähdä, että kun vastus on samanlainen, alumiinijohdin tarvitsee suuremman määritelmän saavuttaakseen samankaltaisen johtavuuden kuin kuparilijohdin.

Euroopan alumiini- ja alumiiniseoskoostumuksen standardi EN 573-3: 2003 säädetään, että alumiini- ja alumiiniseokset voidaan jakaa 8 sarjaan. Niistä sarja 1 on puhdas alumiinilanka, jonka alumiinipitoisuus on yli 99%; Sarjan 2-8 alumiiniseokset ovat uusia alumiinipohjaisia komposiittiseoksia, jotka on kehitetty lisäämällä erilaisia osuuksia Si, Fe, Cu, MG, MN, nanokeramiikasta ja hiilinanomateriaaleista puhtaan alumiiniin. Matriisi on lämpökäsitetty vahvistettu seos. Tiettyjen johtavuuden varmistamisessa alumiiniseoksen vetolujuus maksimoi, samalla kun varmistetaan riittävä pidennys.

1 -sarjan puhtaan alumiinilangan ominaisuudet ovat korkea johtavuus, hyvä lämmönjohtavuus, vetolujuus 60 ~ 110mPa ja johtimen pidentäminen yli 12%. Se on yleisimmin käytetty alumiinijohdin autokaapeleille. Tämä alumiinilangan luokka soveltuu suurten halkaisijan virtajohtoihin.

Yhteenvetona voidaan todeta, että ekvivalenttivastuksen periaatetta voidaan noudattaa kuparilangan korvaamiseksi puhtaalla alumiinilangalla suuremmalla poikkileikkausalueella, ja johtimien vastus ennen ja jälkeen vaihtamisen on sama tai lähellä. Esimerkiksi alkuperäisen kuparilangan poikkileikkauspinta-ala on 35 mm2, ja johtimen enimmäisvastus yksikköä kohti 20 ℃ on 0,527MΩ / m. Alumiinijohdinspesifikaatio lähimmällä vastusparametrilla on nostettava arvoon 60 mm2. Tällä hetkellä johtimen enimmäisvastus yksikköä kohden 20 ℃ on 0,525mΩ / m.
3) Lyhien ja päätteiden välinen yhteysjärjestelmä
①Friction -hitsausratkaisu

Kitkahitsaustekniikka oli peräisin yli sata vuotta sitten. Se käyttää työkappaleen kosketuspinnan kitkan aiheuttamaa lämpöä, jotta työkappale on muodonmuutos paineessa, ja saavuttaa siten hitsauksen. Tätä tekniikkaa käytetään laajasti siviili- ja ilmailu- ja avaruusalueilla.

Laitteet ohjaavat työkappaleen tuottamaan paljon lämpöä kitkalla, mikä vähentää metallin kovuutta, parantaa plastisuutta ja tekee metalliatomit diffuusiota ja jäähdyttämään ja kiteyttämään toisiaan kiinteän kitkahitsauksen nivelen muodostamiseksi. Samanaikaisesti nopea kitka tuhoaa oksidikalvon metallipinnalla ja parantaa hitsatun nivelten johtavuutta. Verrattuna perinteiseen fuusiohitsaukseen kitkahitsauksella on seuraavat ominaisuudet: Ensinnäkin hitsatulla nivelillä on korkea lujuus, vakaa laatu, hyvä komponenttien konsistenssi ja nivellujuus vastaa kuin emolateriaalin; Toiseksi se on energiaa säästävää ja ympäristöystävällistä, ilman hitsaustangojen ja suojakaasujen tarvetta, hitsausprosessin aikana ei tuoteta myrkyllisiä tai haitallisia kaasuja, ja laitteet kuluttavat vähän virtaa; Kolmanneksi kitkahitsaus voi saavuttaa erilaisten materiaalien hitsauksen, nivelillä ei ole huokosia tai sulkeumia, eikä sähkökemiallista korroosiota tapahdu.

Tässä liuoksessa "L" -muotoinen kupari-alumiini-komposiittipääte käyttää pyörivää kitkahitsausprosessia, joka kytketään taottu kuparilevy ja hännän puhdas alumiinisylinteri. Takoitua kuparilevyä käytetään akkuun tai aloittelijaan. Se on messinki, jolla on suuri lujuus, ei ole helppo rikkoa asennuksen aikana, ja pinnan tinkä voi lievittää messinki- ja auton rungon välisen kosketuksen aiheuttamaa sähkökemiallista korroosiota. Häntä puhdas alumiinisylinteri on pylväs ontto rakenne, jota käytetään alumiinijohtimen kytkemiseen. Kun alumiinijohdin on asetettu puhtaan alumiinisylinteriin erityislaitteilla, se puristetaan taontalaitteilla. Puhdas alumiinilanka ja puhdas alumiinisylinteri on valmistettu samasta materiaalista ja niillä on sama lämpölaajennuskerroin, mikä voi välttää väsymyksen murtumaa, kun korkeat ja matalat lämpötilat vuorotellen ovat lämmönlaajennuskertoimen eron vuoksi.

Tämän liuoksen edut ovat: taottu kuparilevy voi täyttää kokoonpanovaatimukset, ja alumiinilangan yhdistävä alumiiniputki voi välttää perinteisen kupariterminaalin ja alumiinijohtimen erilaisten lämpölaajennuskertoimien aiheuttamat väsymysmurtumat, jotka eivät vain ratkaise vain terminaalisen asennuslujuuden ongelmaa, mutta myös ratkaisee liitäntä alumiinjohdin.

Kun liite on kytketty alumiinijohtimeen, tiivistämiseen voidaan käyttää kaksiseinäistä lämmön kutistumisputkea liimalla. Lämmön kutistumisputkessa on eristys, korroosionkestävyys ja kulutuskestävyys. Sen jälkeen kun se on lämmitetty erityisillä laitteilla, ulkoseinä kutistuu ja sisäseinän kiinteä liima sulaa nestemäiseksi liimaksi peittäen liitäntäosan ja langan eristyksen pinnan. Jäähdytyksen ja kiinteyttämisen jälkeen se voi saavuttaa tiivistymisen ja korroosionkestävyyden ja estää hapettumiskorroosion nivelissä.
②Ultrasoninen hitsausliuos

1980 -luvulta lähtien ultraäänimetallihitsaustekniikkaa on käytetty johtosarjojen hitsaukseen käyttämällä ultraäänitaajuuden värähtelyenergiaa metallimolekyylihilan rakenteen uudelleenjärjestelyyn ja samojen tai erilaisten metallien kytkemiseen. Hitsattu nivel saavuttaa metallurgisen sidoksen sulamatta emolateriaalia, joka kuuluu kiinteän tilan hitsaukseen ja pystyy välttämään tehokkaasti roiskeita ja tavallisen hitsauksen hapettumista.

Ultraäänihitsaustekniikkaa käytetään laajasti johtimien ja johtojen, johtojen ja napojen kytkemiseen. Hitsausprosessi on nopea ja prosessiparametreja voidaan seurata koko prosessin ajan. Hitsattu nivel on puhdas metalliliitin, johon ikääntyminen, hiipi ja väsymys ei vaikuta helposti. Yhteys on kiinteä, luotettavuus on korkea ja kosketusvastus on alhainen.

Tämä tekniikka voi yhdistää samat tai erilaiset materiaalit, kuten kupari ja alumiini. Koska metalli on suoraan hitsattu, ylimääräistä juotetta tai vuoa ei tarvita. Lisäksi ultraäänihitsauksella on matala lämpöjännitys materiaalissa, ja pohjimmiltaan ei muuta hitsatun materiaalin ja ympäröivien materiaalien ominaisuuksia. Ultraäänihitsauksella on yksinkertainen prosessi, korkea nivelten vahvuus, hyvä johtavuus ja laaja valikoima hitsausta voidaan hitsausta. Johtimet, joiden poikkileikkauspinta-ala on 160 mm2 tai jopa suurempi, voidaan hitsata. Samoin kuin kitkahitsaustekniikka, ultraäänihitsaustekniikka sopii erilaisten materiaalien ja -muotojen, kuten kuparin ja alumiinin, langan ja levyn, kytkemiseen, ja sitä käytetään laajasti lanka- ja kaapeliteollisuudessa. Siksi tämä ratkaisu käyttää messinkipäätteitä, jotka on kytketty puhtaisiin alumiinijohtimiin ultraäänihitsaustekniikan avulla ja puristuvat ja kiinnitetään kynnin päätelaitteiden päissä yhteyden luotettavuuden parantamiseksi. Samoin kaksiseinäistä liimaa kutistumista voidaan käyttää liiton tiivistämiseen hapetuskorroosion estämiseksi nivelissä.

3. Yhteenveto

Automotive -kuparilankojen nykyisen kustannus- ja raskaan painon tilanteen perusteella tässä artikkelissa tutkitaan kuparin ja alumiinilankojen suorituskykystandardeja ja ehdottaa teknistä ratkaisua kuparilankojen korvaamiseksi alumiinilanoilla tarjoamalla yrityksille uuden tavan vähentää kustannuksia ja vähentää painoa.