자동차의 전통적인 구리 와이어의 고밀도와 비용으로 인해 업계는 비용 절감 및 경량을 달성하기 위해 대체 재료를 찾아야했습니다. 알루미늄은 전도도가 우수하고 밀도가 낮고 저렴한 비용으로 인해 구리를 이상적인 대체물로 대체했지만 강도가 낮고 산화가 쉬운 문제도 있습니다. 이 기사는 대형 자동차 전력 케이블에 중점을두고 구리를 전도도, 강도, 압축 크리프, 산화 및 열 팽창 계수의 차이를 포함하여 구리를 알루미늄으로 교체 할 때 해결 해야하는 기술적 어려움을 깊이 탐구합니다. 국제 자동차 와이어 표준을 분석함으로써, 구리를 알루미늄으로 대체하는 것에 대한 타당성 조사가 수행되었고, 특정 기술 솔루션이 제안되었다 : 동등한 저항의 원리에 따라 구리 와이어를 대체하기 위해 더 큰 단면 영역을 사용하여 1 시리즈 순수 알루미늄 와이어를 사용; 마찰 용접 및 초음파 용접, 이중 벽 접착 열 수축 튜브를 사용하여 두 개의 와이어 및 터미널 연결 솔루션을 제공합니다. 이 기사는 자동차 회사가 비용 절감 및 경량을 달성 할 수있는 참조 가치를 가진 새로운 경로를 제공합니다.

자동차 배선 하네스는 차체 전체에 있습니다. 전통적인 와이어는 고급 전해 구리로 만들어져 특수 공정에 의해 그려지고 힌지가 있습니다. 구리 밀도가 높기 때문에 차량 배선 하네스의 총 중량은 20kg을 초과하고 비용이 높기 때문에 기업에 비용 압력이 생깁니다. 이를 위해 업계는 비용 절감 및 경량 목표를 달성하기 위해 구리 와이어의 대체 재료를 적극적으로 탐색하고 있습니다. 일반적인 도체 재료 중 알루미늄은 이상적인 대체물입니다. 전도도가 우수하며 일반적으로 사용되는 금속 중 구리에 이어 두 번째로 무게가 가볍습니다. 밀도는 구리의 약 30%이며 비용은 구리의 20% ~ 30%에 불과하지만 강도가 낮고 산화 쉬운 문제가 있습니다. 이 기사는 구리를 대형 자동차 전원 케이블을위한 알루미늄으로 교체하기위한 참조 기술 솔루션을 제안합니다.

1. 구리를 알루미늄으로 교체 할 때 해결 해야하는 기술 문제

알루미늄은 비용과 품질이 구리보다 우수하며 자동차 회사의 비용 절감 및 경량 연구의 핫스팟이되었습니다. 그러나 구리를 대체하는 알루미늄은 여전히 기술적 어려움에 직면 해 있습니다.

1) 알루미늄의 전도도는 구리보다 열등합니다. 알루미늄 와이어의 단면 영역을 증가시켜 문제가 해결되면 알루미늄 와이어 사양을 1 ~ 2 레벨 씩 증가시켜야하므로 알루미늄 와이어 하니스가 구리 와이어 하니스보다 커질 것입니다. 하네스를 정렬 할 때 설치 공간 및 굽힘 반경을 고려해야합니다.

2) 알루미늄은 강도가 낮습니다. 기계적 강도는 구리의 1 / 3에 불과하며 크림 핑 중에는 쉽게 파손되기 쉽습니다. 자동차가 운전할 때 와이어가 진동하고 파손되기 쉽기 때문에 알루미늄 와이어의 강도를 높여야합니다.

3) 알루미늄은 상당한 압축 크리프 현상을 가지고 있습니다. 약 80 ℃에서 크리프는 압력 하에서 강화되는 반면, 구리는 어느 정도의 압축 크리프를 나타내려면 구리가 230 ℃ 이상이어야한다. 알루미늄의 압축 크리프 특성은 터미널이 크림 핑 된 후 온도 변화와 시간으로 연결 지점이 풀려 와이어의 전기 성능에 영향을 미칩니다.

따라서, 알루미늄-코퍼 연결 기술은 제품 수명주기 동안 안정적인 전기 성능을 보장하기 위해 특수 설계가 필요합니다.

4) 알루미늄은 화학적으로 활성입니다. 공기에 노출 될 때 쉽게 산화되어 밀도가 높고 단단한 산화 알루미늄 필름을 형성합니다. 산화 알루미늄은 강한 절연 특성을 가지며 알루미늄 와이어의 전도도에 영향을 미칩니다. 알루미늄이 습한 환경에서 구리 터미널과 접촉 할 때, 갈바니 반응을 쉽게 형성하여 연결에 전기 화학적 부식을 일으키고 알루미늄 도체를 부식시킬 수 있습니다. 이 상황은 피해야합니다.

5) 알루미늄과 구리는 열 팽창 계수가 다릅니다. 뜨겁고 냉간의 장기 교대 후, 연결을 쉽게 풀어 연결 지점의 신뢰성에 영향을 미칩니다.

2. 구리를 대체하는 알루미늄의 관련성 분석 및 기술 솔루션

1) 타당성 분석

국제적으로 미국, 일본 및 유럽의 세 가지 주요 자동차 와이어 표준이 있습니다. 자동차 산업에서 산업 기술의 글로벌 통합으로 다양한 국가의 와이어 표준이 점차 ISO 일련의 국제 표준에 가깝게 이동하고 있습니다. 현재 대부분의 국내 자동차 OEM은 구리 코어 와이어를 사용하고 ISO 19642-5 및 ISO 6722-1 국제 표준을 따릅니다. 이 두 표준은 자동차 구리 코어 와이어에 대한 유사한 기술적 요구 사항을 가지고 있으며, 저항성, 견고 견고 및 전선의 기타 특성을 자세히 지정합니다. 그 중 ISO 19642-5는 와이어 성능에 대한 자세한 요구 사항이 있습니다.

외국 알루미늄 와이어는 최소 30 년 동안 산업 응용 분야에서 사용되었습니다. 그들은 항공 산업에서 처음 사용되었으며 21 세기 초 자동차 분야에서 사용되기 시작했습니다. 2013 년 자동차 알루미늄 와이어의 공식 국제 표준 ISO 6722-2가 출시되었으며 2019 년에는 유사한 ISO 19642-6이 출시되었습니다. 국제 표준 ISO 19642-6 및 ISO 6722-2는 도체 직경, 저항, 절연 볼륨 저항성 등에 대한 기술적 요구 사항을 제공합니다. 두 표준은 컨텐츠에서 유사하며 ISO 19642-6은 자동차 알루미늄 도체의 성능에 대한 자세한 요구 사항을 가지고 있습니다. 따라서이 계획의 설계는이 두 가지 국제 표준을 종합적으로 고려해야합니다.

알루미늄 도체는 구리 도체와 동일해야하며 세 가지 점을 충족해야합니다. 첫째, 교체 된 구리 도체와 유사한 전도도 및 기타 특성이 있는지 확인해야하므로 원래 회로 기능이 기본적으로 유지되는 동안 도체 재료를 교체해야합니다. 둘째, 알루미늄 와이어가 산화되는 것을 방지합니다. 셋째, 알루미늄 재료는 경도가 낮고 굽힘, 와인딩 및 고주파 진동 후 피로와 파손될 수 있기 때문에 알루미늄 와이어와 터미널 사이의 신뢰할만한 연결을 달성하십시오.

2) 전력선 도체에 대한 대안

구리 도체의 경우 국제 표준 ISO 19642-5 및 ISO 6722-1과 알루미늄 도체의 경우 ISO 19642-6 및 ISO 6722-2를 비교하면 저항이 유사 할 때 알루미늄 도체가 구리 지휘자와 유사한 전도도를 달성하기 위해 더 큰 사양이 필요하다는 것을 알 수 있습니다.

유럽 알루미늄 및 알루미늄 합금 조성 표준 EN 573-3 : 2003은 알루미늄 및 알루미늄 합금이 8 시리즈로 나눌 수 있다고 규정하고 있습니다. 그 중 시리즈 1은 알루미늄 함량이 99%이상인 순수한 알루미늄 와이어입니다. 시리즈 2 ~ 8 알루미늄 합금은 SI, FE, Cu, MG, MN, 나노-세라믹 및 탄소 나노 물질의 순수한 알루미늄에 다른 비율을 첨가함으로써 개발 된 새로운 알루미늄 기반 복합 합금이다. 매트릭스는 열처리 강화 합금입니다. 특정 전도도를 보장하는 조건 하에서 알루미늄 합금의 인장 강도가 최대화되어 충분한 신장을 보장합니다.

1 시리즈 순수 알루미늄 와이어의 특성은 높은 전도도, 우수한 열전도율, 60 ~ 110mpa의 인장 강도 및 12%보다 큰 도체 신장입니다. 자동차 케이블에 가장 일반적으로 사용되는 알루미늄 도체입니다. 이 등급의 알루미늄 와이어는 대형 직경 전원 코드에 적합합니다.

요약하면, 동등한 저항의 원리를 따라 구리선을 더 큰 단면 영역으로 순수한 알루미늄 와이어로 대체 할 수 있으며, 교체 전후의 와이어의 저항은 동일하거나 가깝습니다. 예를 들어, 원래 구리 와이어의 단면적은 35mm2이고, 20 ℃에서 단위 길이 당 도체의 최대 저항은 0.527mΩ / m이다. 가장 가까운 저항 매개 변수를 갖는 알루미늄 도체 사양은 60mm2로 증가해야합니다. 이 시점에서, 20 ℃에서 단위 길이 당 도체의 최대 저항은 0.525mΩ / m이다.
3) 와이어와 터미널 간의 연결 체계
priction 용접 솔루션

마찰 용접 기술은 백년 전에 시작되었습니다. 공작물 접촉 표면의 마찰에 의해 생성 된 열을 사용하여 공작물이 압력 하에서 플라스틱으로 변형되어 용접을 달성합니다. 이 기술은 시민 및 항공 우주 분야에서 널리 사용됩니다.

이 장비는 공작물을 구동하여 마찰에 의해 많은 열을 생성하여 금속의 경도를 줄이고 가소성을 향상 시키며 금속 원자를 확산시키고 서로를 냉각시키고 결정화하여 확고한 마찰 용접 조인트를 형성합니다. 동시에, 고속 마찰은 금속 표면의 산화물 필름을 파괴하고 용접 조인트의 전도도를 향상시킵니다. 전통적인 퓨전 용접과 비교하여, 마찰 용접은 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다. 첫째, 용접 조인트는 높은 강도, 안정적인 품질, 우수한 구성 요소 일관성을 가지며 관절 강도는 모재의 것과 동일합니다. 둘째, 용접 막대와 보호 가스가 필요하지 않고 에너지 절약 및 환경 친화적이며 용접 공정 동안 독성 또는 유해 가스가 생성되지 않으며 장비는 거의 전력을 소비하지 않습니다. 셋째, 마찰 용접은 다른 재료의 용접을 달성 할 수 있으며, 관절에는 모공이나 포함이 없으며 전기 화학적 부식이 발생하지 않습니다.

이 용액에서, "L"형태의 구리-알루미늄 복합 터미널은 끝 단조 구리 플레이트와 꼬리 순수 알루미늄 실린더를 연결하기 위해 로터리 마찰 용접 공정을 채택합니다. 단조 구리판은 배터리 또는 스타터에 조립하는 데 사용됩니다. 황동으로 만들어지고, 강도가 높고, 설치 중에는 쉽게 파손되지 않으며, 표면 주석은 황동과 자동차 몸 사이의 접촉으로 인한 전기 화학적 부식을 완화시킬 수 있습니다. 꼬리 순수 알루미늄 실린더는 알루미늄 도체를 연결하는 데 사용되는 원주 중공 구조입니다. 알루미늄 도체가 특수 장비에 의해 순수한 알루미늄 실린더에 배치 된 후에는 장비를 단조하여 크림 핑됩니다. 순수한 알루미늄 와이어와 순수한 알루미늄 실린더는 동일한 재료로 만들어지며 동일한 열 팽창 계수를 가지므로 열 팽창 계수의 차이로 인해 높은 온도와 저온이 번갈아 가면 피로 골절을 피할 수 있습니다.

이 용액의 장점은 다음과 같습니다. 단조 구리판은 조립 요구 사항을 충족 할 수 있으며, 알루미늄 와이어를 연결하는 알루미늄 튜브는 전통적인 구리 터미널 및 알루미늄 도체의 다양한 열 팽창 계수로 인한 피로 골절을 피할 수 있으며, 이는 말단 설치 강도의 문제를 해결할뿐만 아니라 알루미늄 전도제와 말기에 문제를 해결합니다.

터미널이 알루미늄 도체에 연결된 후, 접착제가있는 이중 벽 열 수축 튜브를 밀봉하는 데 사용될 수 있습니다. 열 수축 튜브에는 단열재, 내식성 및 내마모성이 있습니다. 특수 장비에 의해 가열 된 후, 외벽이 줄어들고 내벽의 고체 접착제가 액체 접착제로 녹아 터미널 연결 부분과 와이어 절연 피부의 표면을 덮습니다. 냉각 및 응고 후, 밀봉 및 부식 저항성을 달성하고 관절의 산화 부식을 방지 할 수 있습니다.
② ultrasonic 용접 솔루션

1980 년대 이래로 초음파 금속 용접 기술은 초음파 주파수 진동 에너지를 사용하여 금속 분자 격자 구조를 재구성하고 동일하거나 다른 금속을 연결하기 위해 와이어 하네스 용접에 적용되었습니다. 용접 된 관절은 고체 용접에 속하는 모재를 녹이지 않고 야금 결합을 달성하며 일반 용접의 스터프 및 산화를 효과적으로 피할 수 있습니다.

초음파 용접 기술은 와이어 및 와이어, 와이어 및 터미널의 연결에 널리 사용됩니다. 용접 공정이 빠르며 프로세스 매개 변수는 프로세스 전체에서 모니터링 될 수 있습니다. 용접 조인트는 순수한 금속 커넥터로, 노화, 크리프 및 피로로 인해 쉽게 영향을받지 않습니다. 연결은 확고하고 신뢰성이 높고 접촉 저항이 낮습니다.

이 기술은 구리 및 알루미늄과 같은 동일하거나 다른 재료를 연결할 수 있습니다. 금속이 직접 용접되므로 추가 솔더 또는 플럭스가 필요하지 않습니다. 또한 초음파 용접은 재료에 열 응력이 낮으며 기본적으로 용접 재료 및 주변 재료의 특성을 변경하지 않습니다. 초음파 용접은 간단한 공정, 높은 관절 강도, 양호성 및 용접 할 수있는 광범위한 도체 사양을 가지고 있습니다. 단면적이 160mm2 이상인 도체를 용접 할 수 있습니다. 마찰 용접 기술과 마찬가지로 초음파 용접 기술은 구리 및 알루미늄, 와이어 및 플레이트와 같은 이종 재료 및 형태의 연결에 적합하며 와이어 및 케이블 산업에서 널리 사용됩니다. 따라서이 솔루션은 초음파 용접 기술을 통해 순수한 알루미늄 도체에 연결된 황동 터미널을 사용하며 터미널 끝에 발톱으로 압착되어 고정되어 연결의 신뢰성을 향상시킵니다. 유사하게, 이중 벽 접착제 열 수축 튜브를 사용하여 연결을 밀봉하여 관절의 산화 부식을 방지 할 수 있습니다.

3. 요약

이 논문은 자동차 구리 와이어의 높은 비용과 무거운 무게의 상황에 따라 구리 및 알루미늄 와이어의 성능 표준을 연구하고 구리 와이어를 알루미늄 와이어로 교체하는 기술 솔루션을 제안하여 기업이 비용을 절감하고 무게를 줄이는 새로운 방법을 제공합니다.