Kepadatan tinggi dan biaya kabel tembaga tradisional di mobil telah mendorong industri untuk mencari bahan alternatif untuk mencapai pengurangan biaya dan ringan. Aluminium telah menjadi pengganti yang ideal untuk tembaga karena konduktivitasnya yang baik, kepadatan rendah dan biaya rendah, tetapi juga memiliki masalah seperti kekuatan rendah dan oksidasi yang mudah. Artikel ini berfokus pada kabel daya otomotif besar-besaran, dan sangat mengeksplorasi kesulitan teknis yang perlu diselesaikan saat mengganti tembaga dengan aluminium, termasuk konduktivitas, kekuatan, creep tekan, oksidasi dan perbedaan dalam koefisien ekspansi termal. Dengan menganalisis standar kawat otomotif internasional, studi kelayakan tentang penggantian tembaga dengan aluminium dilakukan, dan solusi teknis spesifik diusulkan: menggunakan 1 seri kawat aluminium murni dengan area cross-sectional yang lebih besar untuk menggantikan kawat tembaga, mengikuti prinsip resistansi yang setara; Menyediakan dua solusi koneksi kawat dan terminal: pengelasan gesekan dan pengelasan ultrasonik, dan menggunakan tabung psiki panas perekat berdinding ganda untuk penyegelan. Artikel ini menyediakan jalur baru dengan nilai referensi bagi perusahaan otomotif untuk mencapai pengurangan biaya dan ringan.

Harness kabel otomotif ada di seluruh tubuh mobil. Kabel tradisional terbuat dari tembaga tembaga elektrolitik dengan kemurnian tinggi, ditarik dan diandalkan oleh proses khusus. Karena kepadatan tembaga yang tinggi, berat total harness kabel kendaraan melebihi 20kg dan biayanya tinggi, yang membawa tekanan biaya bagi perusahaan. Untuk tujuan ini, industri ini secara aktif mengeksplorasi bahan alternatif untuk kabel tembaga untuk mencapai tujuan pengurangan biaya dan ringan. Di antara bahan konduktor umum, aluminium adalah pengganti yang ideal. Ini memiliki konduktivitas yang baik, kedua setelah tembaga di antara logam yang umum digunakan, dan beratnya ringan. Kepadatannya adalah sekitar 30% dari tembaga dan biayanya hanya 20% ~ 30% dari tembaga, tetapi memiliki masalah seperti kekuatan rendah dan oksidasi mudah. Artikel ini mengusulkan solusi teknis referensi untuk mengganti tembaga dengan aluminium untuk kabel daya otomotif bagian besar.

1. Masalah teknis yang perlu diselesaikan saat mengganti tembaga dengan aluminium

Aluminium lebih unggul daripada tembaga dalam biaya dan kualitas, dan telah menjadi titik panas untuk pengurangan biaya dan penelitian ringan di perusahaan mobil. Namun, aluminium yang menggantikan tembaga masih menghadapi beberapa kesulitan teknis.

1) Konduktivitas aluminium lebih rendah daripada tembaga. Jika masalah diselesaikan dengan meningkatkan luas penampang kawat aluminium, spesifikasi kawat aluminium perlu ditingkatkan sebesar 1 ~ 2 level, yang akan membuat harness kawat aluminium lebih besar dari harness kawat tembaga. Ruang pemasangan dan jari -jari lentur perlu dipertimbangkan saat mengatur harness.

2) Aluminium memiliki kekuatan rendah. Kekuatan mekanis hanya 1 / 3 dari tembaga, dan mudah dipatahkan selama crimping. Saat mobil mengemudi, kawat bergetar dan mudah untuk rusak, sehingga kekuatan kawat aluminium perlu ditingkatkan.

3) Aluminium memiliki fenomena creep tekan yang signifikan. Pada sekitar 80 ℃, creep meningkat di bawah tekanan, sementara tembaga harus di atas 230 ℃ untuk menunjukkan tingkat creep tekan tertentu. Karakteristik creep tekan aluminium akan menyebabkan titik koneksi melonggarkan dengan perubahan suhu dan waktu setelah terminal berkerut, mempengaruhi kinerja listrik kawat.

Oleh karena itu, teknologi koneksi aluminium-copper membutuhkan desain khusus untuk memastikan kinerja listrik yang andal di seluruh siklus hidup produk.

4) Aluminium aktif secara kimia. Mudah teroksidasi saat terpapar udara, membentuk film oksida aluminium yang padat dan keras. Aluminium oksida memiliki sifat isolasi yang kuat dan akan mempengaruhi konduktivitas kabel aluminium. Ketika aluminium menghubungi terminal tembaga di lingkungan yang lembab dan berenergi, mudah untuk membentuk reaksi galvanik, menyebabkan korosi elektrokimia pada koneksi dan mengkorosiasi konduktor aluminium. Situasi ini harus dihindari.

5) Aluminium dan tembaga memiliki koefisien ekspansi termal yang berbeda. Setelah pergantian jangka panjang panas dan dingin, koneksi mudah dilonggarkan, mempengaruhi keandalan titik koneksi.

2. Analisis Lagibilitas dan Solusi Teknis Aluminium Mengganti Tembaga

1) Analisis kelayakan

Secara internasional, ada tiga standar kawat otomotif utama: Amerika, Jepang, dan Eropa. Dengan integrasi global teknologi industri di industri otomotif, standar kawat berbagai negara secara bertahap bergerak lebih dekat ke serangkaian standar internasional ISO. Saat ini, sebagian besar OEM mobil domestik menggunakan kabel inti tembaga dan mengikuti standar internasional ISO 19642-5 dan ISO 6722-1. Kedua standar ini memiliki persyaratan teknis yang serupa untuk kabel inti tembaga otomotif, dan keduanya menentukan resistivitas, menahan tegangan dan karakteristik lain dari kabel secara rinci. Di antara mereka, ISO 19642-5 memiliki persyaratan yang lebih rinci untuk kinerja kawat.

Kabel aluminium asing telah digunakan dalam aplikasi industri selama setidaknya 30 tahun. Mereka pertama kali digunakan di industri penerbangan dan mulai digunakan di bidang otomotif di awal abad ke -21. Pada tahun 2013, ISO Standar Internasional 6722-2 untuk Kabel Aluminium Otomotif dirilis, dan pada 2019, ISO 19642-6 yang serupa dirilis. Standar Internasional ISO 19642-6 dan ISO 6722-2 memberikan persyaratan teknis untuk diameter konduktor, resistensi, resistivitas volume isolasi, dll. Dua standar ini serupa dalam konten, dan ISO 19642-6 memiliki persyaratan yang lebih rinci untuk kinerja konduktor aluminium otomotif. Oleh karena itu, desain skema perlu secara komprehensif mempertimbangkan dua standar internasional ini.

Konduktor aluminium harus setara dengan konduktor tembaga dan memenuhi tiga poin: pertama, mereka harus memastikan bahwa mereka memiliki konduktivitas yang sama dan sifat lain dengan konduktor tembaga yang diganti, memastikan bahwa fungsi sirkuit asli pada dasarnya dipertahankan saat mengganti bahan konduktor; kedua, mencegah kawat aluminium dioksidasi; Ketiga, raih hubungan yang andal antara kawat aluminium dan terminal, karena bahan aluminium memiliki kekerasan rendah dan dapat kelelahan dan pecah setelah membungkuk, belitan, dan getaran frekuensi tinggi.

2) Alternatif untuk konduktor saluran listrik

Membandingkan standar internasional ISO 19642-5 dan ISO 6722-1 untuk konduktor tembaga, dan ISO 19642-6 dan ISO 6722-2 untuk konduktor aluminium, dapat dilihat bahwa ketika resistensi serupa, konduktor aluminium membutuhkan spesifikasi yang lebih besar untuk mencapai a konduktivitas yang mirip dengan konduktor tembaga.

Standar komposisi aluminium dan aluminium Eropa EN 573-3: 2003 menetapkan bahwa paduan aluminium dan aluminium dapat dibagi menjadi 8 seri. Di antara mereka, Seri 1 adalah kawat aluminium murni dengan kandungan aluminium lebih dari 99%; Seri 2 hingga 8 paduan aluminium adalah paduan komposit berbasis aluminium baru yang dikembangkan dengan menambahkan proporsi berbeda dari Si, Fe, Cu, MG, MN, Nano-Keramik dan Nanomaterial Karbon ke Aluminium Murni. Matriks adalah paduan yang diperkuat dengan panas. Di bawah kondisi memastikan konduktivitas tertentu, kekuatan tarik paduan aluminium dimaksimalkan, sambil memastikan perpanjangan yang cukup.

Karakteristik 1 seri kawat aluminium murni adalah konduktivitas tinggi, konduktivitas termal yang baik, kekuatan tarik 60 ~ 110mpa, dan perpanjangan konduktor lebih dari 12%. Ini adalah konduktor aluminium yang paling umum digunakan untuk kabel otomotif. Tingkat kawat aluminium ini cocok untuk kabel listrik berdiameter besar.

Singkatnya, prinsip resistansi yang setara dapat diikuti untuk menggantikan kawat tembaga dengan kawat aluminium murni dengan luas penampang yang lebih besar, dan resistansi kabel sebelum dan sesudah penggantian adalah sama atau dekat. Misalnya, luas penampang kawat tembaga asli adalah 35mm2, dan resistansi maksimum konduktor per satuan panjang pada 20 ℃ adalah 0,527mΩ / m. Spesifikasi konduktor aluminium dengan parameter resistansi terdekat perlu ditingkatkan menjadi 60mm2. Pada saat ini, resistansi maksimum konduktor per satuan panjang pada 20 ℃ adalah 0,525mΩ / m.
3) Skema koneksi antara kabel dan terminal
① Solusi Pengelasan Friksi

Teknologi pengelasan gesekan berasal lebih dari seratus tahun yang lalu. Ini menggunakan panas yang dihasilkan oleh gesekan permukaan kontak benda kerja untuk membuat benda kerja secara plastik cacat di bawah tekanan, sehingga mencapai pengelasan. Teknologi ini banyak digunakan di bidang sipil dan kedirgantaraan.

Peralatan mendorong benda kerja untuk menghasilkan banyak panas dengan gesekan, yang mengurangi kekerasan logam, meningkatkan plastisitas, dan membuat atom logam menyebar dan dingin dan mengkristal satu sama lain untuk membentuk sambungan pengelasan gesekan yang kuat. Pada saat yang sama, gesekan berkecepatan tinggi menghancurkan film oksida pada permukaan logam dan meningkatkan konduktivitas sendi yang dilas. Dibandingkan dengan pengelasan fusi tradisional, pengelasan gesekan memiliki karakteristik berikut: pertama, sambungan yang dilas memiliki kekuatan tinggi, kualitas stabil, konsistensi komponen yang baik, dan kekuatan sendi setara dengan bahan induk; Kedua, hemat energi dan ramah lingkungan, tanpa perlu batang pengelasan dan gas pelindung, tidak ada gas beracun atau berbahaya yang dihasilkan selama proses pengelasan, dan peralatan tersebut mengkonsumsi sedikit daya; Ketiga, pengelasan gesekan dapat mencapai pengelasan bahan yang berbeda, sambungan tidak memiliki pori -pori atau inklusi, dan tidak ada korosi elektrokimia.

Dalam solusi ini, terminal komposit tembaga-aluminium yang berbentuk "L" mengadopsi proses pengelasan gesekan putar untuk menghubungkan pelat tembaga yang ditempa ujung dan silinder aluminium murni ekor. Pelat tembaga tempa digunakan untuk merakit ke baterai atau starter. Itu terbuat dari kuningan, memiliki kekuatan tinggi, tidak mudah dipecahkan selama pemasangan, dan pengembangan permukaan dapat mengurangi korosi elektrokimia yang disebabkan oleh kontak antara kuningan dan badan mobil. Silinder aluminium murni ekor adalah struktur berongga kolom yang digunakan untuk menghubungkan konduktor aluminium. Setelah konduktor aluminium ditempatkan ke dalam silinder aluminium murni oleh peralatan khusus, ia dikerjakan dengan memalsukan peralatan. Kawat aluminium murni dan silinder aluminium murni terbuat dari bahan yang sama dan memiliki koefisien ekspansi termal yang sama, yang dapat menghindari fraktur kelelahan ketika suhu tinggi dan rendah bergantian karena perbedaan dalam koefisien ekspansi termal.

Keuntungan dari solusi ini adalah: pelat tembaga yang ditempa dapat memenuhi persyaratan perakitan, dan tabung aluminium yang menghubungkan kawat aluminium dapat menghindari fraktur kelelahan yang disebabkan oleh berbagai koefisien ekspansi termal dan konduktor aluminium, yang tidak hanya memecahkan masalah kekuatan instalasi terminal, tetapi juga masalah. Solving. Masalahnya. Solving. Solving. Solving. Solving. Solving. Masalahnya. Solving. Masalahnya. Solving. Solving. Solving.

Setelah terminal terhubung ke konduktor aluminium, tabung penyusutan panas berdinding ganda dengan lem dapat digunakan untuk penyegelan. Tabung penyusutan panas memiliki isolasi, ketahanan korosi dan ketahanan aus. Setelah dipanaskan oleh peralatan khusus, dinding luar menyusut, dan lem padat di dinding bagian dalam meleleh menjadi lem cair, menutupi bagian koneksi terminal dan permukaan kulit isolasi kawat. Setelah pendinginan dan pemadatan, ia dapat mencapai ketahanan penyegelan dan korosi, dan mencegah korosi oksidasi pada sendi.
Solus Solusi Pengelasan Ultrasonik

Sejak 1980 -an, teknologi pengelasan logam ultrasonik telah diterapkan pada pengelasan harness kawat, menggunakan energi getaran frekuensi ultrasonik untuk mengatur ulang struktur kisi molekul logam dan menghubungkan logam yang sama atau berbeda. Sambungan yang dilas mencapai ikatan metalurgi tanpa melelehkan bahan induk, yang termasuk pengelasan solid-state dan secara efektif dapat menghindari percikan dan oksidasi pengelasan biasa.

Teknologi pengelasan ultrasonik banyak digunakan dalam koneksi kabel dan kabel, kabel dan terminal. Proses pengelasan cepat dan parameter proses dapat dipantau sepanjang proses. Sambungan yang dilas adalah konektor logam murni, yang tidak mudah dipengaruhi oleh penuaan, creep dan kelelahan. Koneksi tegas, keandalannya tinggi, dan resistensi kontak rendah.

Teknologi ini dapat menghubungkan bahan yang sama atau berbeda, seperti tembaga dan aluminium. Karena logam dilas langsung, tidak diperlukan solder atau fluks tambahan. Selain itu, pengelasan ultrasonik memiliki tekanan termal yang rendah pada bahan dan pada dasarnya tidak mengubah sifat -sifat bahan yang dilas dan bahan di sekitarnya. Pengelasan ultrasonik memiliki proses sederhana, kekuatan sendi tinggi, konduktivitas yang baik, dan berbagai spesifikasi konduktor yang dapat dilas. Konduktor dengan luas penampang 160mm2 atau bahkan lebih besar dapat dilas. Mirip dengan teknologi pengelasan gesekan, teknologi pengelasan ultrasonik cocok untuk koneksi bahan dan bentuk yang berbeda, seperti tembaga dan aluminium, kawat dan pelat, dan banyak digunakan dalam industri kawat dan kabel. Oleh karena itu, solusi ini menggunakan terminal kuningan, yang terhubung ke konduktor aluminium murni melalui teknologi pengelasan ultrasonik, dan dikerjakan dan diperbaiki dengan cakar di ujung terminal untuk meningkatkan keandalan koneksi. Demikian pula, tubing penyusutan panas perekat berdinding ganda dapat digunakan untuk menyegel koneksi untuk mencegah korosi oksidasi pada sendi.

3. Ringkasan

Berdasarkan situasi saat ini dari biaya tinggi dan berat kabel tembaga otomotif, makalah ini mempelajari standar kinerja kabel tembaga dan aluminium, dan mengusulkan solusi teknis untuk mengganti kabel tembaga dengan kabel aluminium, menyediakan cara baru bagi perusahaan untuk mengurangi biaya dan mengurangi berat badan.