Didelis tradicinių varinių laidų tankis ir išlaidos automobiliuose paskatino pramonę ieškoti alternatyvių medžiagų, kad būtų galima sumažinti išlaidas ir lengvą. Aliuminis tapo idealiu vario pakaitalu dėl jo gero laidumo, mažo tankio ir mažų išlaidų, tačiau jis taip pat turi tokių problemų kaip mažas stiprumas ir lengvas oksidacija. Straipsnyje pagrindinis dėmesys skiriamas didelio sekcijos automobilių galios kabeliams ir giliai tiria techninius sunkumus, kuriuos reikia išspręsti keičiant vario aliuminį, įskaitant laidumą, stiprumą, gniuždymo šliaužimą, oksidaciją ir terminio išsiplėtimo koeficientų skirtumus. Išanalizavus tarptautinius automobilių laidų standartus, buvo atliktas galimybių tyrimas dėl vario pakeitimo aliuminiu ir buvo pasiūlytas specialus techninis sprendimas: naudojant 1 serijos gryną aliuminio vielą su didesne skerspjūvio plotu, kuris pakeistų vario vielą, laikantis lygiaverčio atsparumo principo; Pateikiami du vielos ir galinės jungties tirpalai: trinties suvirinimas ir ultragarsinis suvirinimas ir naudojant dvigubos sienos klijų šilumos susitraukimo vamzdelius sandaruojant. Straipsnyje pateikiamas naujas kelias, kuriame yra atskaitos vertė automobilių įmonėms, kad būtų galima sumažinti išlaidas ir lengvą.

Automobilių laidų diržai yra visame automobilio korpuse. Tradiciniai laidai gaminami iš didelio grynumo elektrolitinio vario, suklastoto, nupiešto ir vyriško specialiais procesais. Dėl didelio vario tankio bendras transporto priemonės laidų diržų svoris viršija 20 kg, o išlaidos yra didelės, o tai suteikia įmonėms išlaidų spaudimą. Šiuo tikslu pramonė aktyviai tyrinėja alternatyvias vario laidų medžiagas, kad pasiektų išlaidų mažinimo ir lengvojo darbo tikslus. Tarp įprastų laidininkų medžiagų aliuminis yra idealus pakaitalas. Jis turi gerą laidumą, antra - tik vario tarp dažniausiai naudojamų metalų ir yra lengvas. Jo tankis yra apie 30% vario, o jo kaina yra tik 20% ~ 30% vario, tačiau jis turi tokių problemų kaip mažas stiprumas ir lengvas oksidacija. Šiame straipsnyje siūlomas etaloninis techninis sprendimas, skirtas pakeisti vario aliuminį didelio skyriaus automobilių galios kabeliams.

1.Techninės problemos, kurias reikia išspręsti keičiant vario aliuminį

Aliuminis yra pranašesnis už vario sąnaudas ir kokybę. Jis tapo karšta vieta mažinant išlaidas ir lengvus automobilių kompanijų tyrimus. Tačiau vario pakeitimas aliuminiu vis dar susiduria su tam tikrais techniniais sunkumais.

1) Aliuminio laidumas yra prastesnis nei vario. Jei problema bus išspręsta padidinus aliuminio vielos skerspjūvio plotą, aliuminio vielos specifikaciją reikia padidinti 1 ~ 2 lygiu, todėl aliuminio laido diržai bus didesni už vario vielos diržą. Įrengimo erdvę ir lenkimo spindulį reikia atsižvelgti rengiant diržą.

2) Aliuminis turi mažą stiprumą. Mechaninis stipris yra tik 1 / 3 iš vario, ir jį lengva sulaužyti. Kai automobilis važiuoja, viela vibruoja ir ją lengva sulaužyti, todėl reikia padidinti aliuminio vielos stiprumą.

3) Aliuminis turi reikšmingą gniuždomojo šliaužimo reiškinį. Esant maždaug 80 ℃, šliaužimas sustiprėja esant slėgiui, tuo tarpu varis turi būti didesnis nei 230 ℃, kad būtų parodytas tam tikras gniuždomojo šliaužimo laipsnis. Aliuminio gniuždomosios šliaužimo charakteristikos sukels jungties tašką su temperatūros pokyčiais ir laiku po to, kai gnybtas bus suspaustas, ir tai paveiks vielos elektrinę veikimą.

Todėl aliuminio-vamzdžio ryšio technologijai reikalinga speciali dizainas, kad būtų užtikrintas patikimas elektrinis našumas per visą produkto gyvavimo ciklą.

4) Aliuminis yra chemiškai aktyvus. Jis lengvai oksiduojamas, kai veikiamas oras, sudarant tankią ir kietą aliuminio oksido plėvelę. Aliuminio oksidas pasižymi stipriomis izoliacijos savybėmis ir turės įtakos aliuminio laidų laidumui. Kai aliuminis kontaktuoja vario gnybtus drėgnoje ir energetinėje aplinkoje, nesunku suformuoti galvaninę reakciją, sukeliančią elektrocheminę koroziją jungtyje ir korozijant aliuminio laidininką. Tokios situacijos reikia vengti.

5) Aliuminis ir varis turi skirtingus šiluminio išsiplėtimo koeficientus. Po ilgalaikio karšto ir šalto kintamojo, ryšį lengva atlaisvinti, o tai daro įtaką ryšio taško patikimumui.

2. Aliuminio, pakeičiančio vario, galimybių analizė ir techniniai sprendimai

1) Galimybių analizė

Tarptautiniu mastu yra trys pagrindiniai automobilių laidų standartai: amerikiečių, japonų ir europiečių. Visuotinai integruojant pramonės technologijas automobilių pramonėje, įvairių šalių laidų standartai pamažu juda arčiau ISO tarptautinių standartų serijų. Šiuo metu dauguma buitinių automobilių originalios įrangos gamintojų naudoja vario šerdies laidus ir laikosi ISO 19642-5 ir ISO 6722-1 tarptautinių standartų. Šie du standartai turi panašius automobilių vario šerdies laidų techninius reikalavimus, ir jie išsamiai nurodo atsparumą, atlaiko įtampą ir kitas laidų savybes. Tarp jų, 19642-5 ISO turi išsamesnius vielos veikimo reikalavimus.

Užsienio aliuminio laidai buvo naudojami pramonėje mažiausiai 30 metų. Jie pirmą kartą buvo naudojami aviacijos pramonėje ir buvo pradėta naudoti automobilių srityje XXI amžiaus pradžioje. 2013 m. Buvo išleistas oficialus tarptautinis standartas ISO 6722-2, skirtas automobilių aliuminio laidams, o 2019 m. Buvo išleistas panašus ISO 19642-6. Tarptautiniai standartai ISO 19642-6 ir ISO 6722-2 pateikia techninius reikalavimus, susijusius su laidininko skersmeniu, atsparumu, izoliacijos tūrio varža ir kt. Abiejų standartų turinys yra panašūs, o ISO 19642-6 turi išsamesnius reikalavimus automobilių aliuminio laidininkų veikimui. Todėl schemos projektavimas turi išsamiai apsvarstyti šiuos du tarptautinius standartus.

Aliuminio laidininkai turi būti lygiaverčiai vario laidininkams ir atitikti tris taškus: pirma, jie turi užtikrinti, kad jie turi panašias laidumo ir kitų savybių savybes kaip pakeisti vario laidininkai, užtikrindami, kad pradinė grandinės funkcija iš esmės palaikoma keičiant laidininko medžiagą; Antra, užkirsti kelią aliuminio vielai oksiduoti; Trečia, pasiekite patikimą ryšį tarp aliuminio vielos ir gnybto, nes aliuminio medžiaga kietumas yra mažas, o po lenkimo, apvijos ir aukšto dažnio vibracijos gali nuovargis ir sulaužymas.

2) Elektros linijų laidininkų alternatyvos

Palyginus tarptautinius standartus ISO 19642-5 ir ISO 6722-1 vario laidininkams, ir ISO 19642-6 ir ISO 6722-2 aliuminio laidininkams, galima pastebėti, kad kai atsparumas yra panašus, aliuminio laidininkui reikia didesnės specifikacijos, kad būtų pasiektas laidumas, panašus į vario laidininko.

Europos aliuminio ir aliuminio lydinio sudėties standartas EN 573-3: 2003 nustato, kad aliuminio ir aliuminio lydiniai gali būti suskirstyti į 8 serijas. Tarp jų 1 serija yra gryna aliuminio viela, kurios aliuminio kiekis yra daugiau kaip 99%; 2–8 serijos aliuminio lydiniai yra nauji aliuminio pagrindu pagaminti kompoziciniai lydiniai, sukurti pridedant skirtingos Si, Fe, Cu, MG, MN, nanodalelių ir anglies nanomedžiagų proporcijas grynam aliuminiam. Matrica yra termiškai apdorotas sustiprintas lydinys. Esant sąlygoms užtikrinti tam tikrą laidumą, maksimalus aliuminio lydinio tempimo stipris, tuo pačiu užtikrinant pakankamą pailgėjimą.

1 serijos gryno aliuminio vielos charakteristikos yra didelis laidumas, geras šilumos laidumas, tempimo stipris 60 ~ 110MPa, o laidumo pailgėjimas didesnis nei 12%. Automobilių kabeliams tai dažniausiai naudojamas aliuminio laidininkas. Ši aliuminio vielos laipsnis tinka didelio skersmens maitinimo laidams.

Apibendrinant galima pasakyti, kad gali būti laikomasi lygiaverčio pasipriešinimo principo, norint pakeisti vario vielą grynu aliuminio viela didesne skerspjūvio plotu, o laidų pasipriešinimas prieš ir po pakeitimo yra tas pats arba artimas. Pvz., Originalios vario vielos skerspjūvio plotas yra 35 mm2, o didžiausias laidininko atsparumas ilgio vienetui esant 20 ℃ yra 0,527MΩ / m. Aliuminio laidininko specifikacija su artimiausiu pasipriešinimo parametru turi būti padidintas iki 60 mm2. Šiuo metu maksimalus laidininko atsparumas ilgiui, esant 20 ℃, yra 0,525mΩ / m.
3) Prijungimo schema tarp laidų ir gnybtų
①Frikos suvirinimo tirpalas

Trinties suvirinimo technologija atsirado daugiau nei prieš šimtą metų. Jis naudoja šilumą, kurią sukuria ruošinio kontaktinio paviršiaus trintis, kad ruošinys būtų plastiniu būdu deformuotas esant slėgiui, taip pasiekiant suvirinimą. Ši technologija yra plačiai naudojama civilinėse ir kosmoso srityse.

Įranga varo ruošinį, kad būtų galima daug šilumos sukuriant trintį, o tai sumažina metalo kietumą, pagerina plastiškumą, o metalo atomai tampa difuziniai, vėsūs ir kristalizuojasi, kad sudarytų tvirtą trinties suvirinimo sąnarį. Tuo pat metu greitaeigė trintis sunaikina oksido plėvelę ant metalo paviršiaus ir pagerina suvirinto sąnario laidumą. Palyginti su tradiciniu suvirinimo suvirinimu, trinties suvirinimas pasižymi šiomis savybėmis: pirma, suvirintas sąnarys turi aukštą stiprumą, stabilią kokybę, gerą komponentų konsistenciją, o sąnario stiprumas yra lygus pagrindinės medžiagos; Antra, tai yra energija taupanti ir ekologiška, nereikia suvirinimo strypų ir apsauginių dujų, suvirinimo proceso metu nėra toksiškų ar kenksmingų dujų, o įranga sunaudoja mažai jėgų; Trečia, trinties suvirinimas gali pasiekti skirtingų medžiagų suvirinimą, sąnarys neturi porų ar intarpų, o elektrocheminė korozija nėra.

Šiame tirpale „L“ formos vario-aliuminio kompozicinis terminalas priima sukamąjį trinties suvirinimo procesą, kad sujungtų galutinę suklastotą vario plokštę ir uodegos gryno aliuminio cilindrą. Kalta vario plokštė naudojama surinkti prie akumuliatoriaus ar starterio. Jis pagamintas iš žalvario, turi didelį stiprumą, nėra lengva sulaužyti montavimo metu, o paviršiaus skardinimas gali palengvinti elektrocheminę koroziją, kurią sukelia žalvario ir automobilio korpuso kontaktas. Uodegos gryno aliuminio cilindras yra stulpelinės tuščiavidurės struktūra, naudojama aliuminio laidininkui sujungti. Po to, kai aliuminio laidininkas dedamas į gryną aliuminio cilindrą specialia įranga, jis yra susmulkintas kalimo įranga. Grynas aliuminio viela ir gryno aliuminio cilindras yra pagaminti iš tos pačios medžiagos ir turi tą patį šiluminio išsiplėtimo koeficientą, kuris gali išvengti nuovargio lūžių, kai aukšta ir žema temperatūra pakaitomis dėl šiluminio išsiplėtimo koeficiento skirtumo.

Šio tirpalo pranašumai yra šie: kalta vario plokštelė gali atitikti surinkimo reikalavimus, o aliuminio vamzdis, jungiantis aliuminio vielą, gali išvengti nuovargio lūžio, kurį sukelia skirtingi tradicinio vario terminalo terminalo ir aliuminio laidininko, ir ne tik terminalo montavimo problemą, bet taip pat išsprendžia ryšį tarp aliuminio laidos ir terminalo.

Po to, kai terminalas yra prijungtas prie aliuminio laidininko, sandaruojant gali būti naudojamas dvigubas sieneltas šilumos susitraukimo vamzdis su klijais. Šilumos susitraukimo vamzdis turi izoliaciją, atsparumą korozijai ir atsparumui dilimui. Kai buvo pašildyta specialia įranga, išorinė siena susitraukia, o kietas klijus ant vidinės sienos ištirpsta į skystus klijus, dengiančią galinės jungties dalį ir vielos izoliacijos odos paviršių. Po aušinimo ir sukietėjimo jis gali pasiekti sandarinimą ir atsparumą korozijai bei užkirsti kelią oksidacijos korozijai sąnaryje.
②ultragarsinis suvirinimo tirpalas

Nuo devintojo dešimtmečio ultragarso metalo suvirinimo technologija buvo pritaikyta vielos diržų suvirinimui, naudojant ultragarso dažnio vibracijos energiją, siekiant pertvarkyti metalinės molekulinės gardelės struktūrą ir sujungti tuos pačius ar skirtingus metalus. Suvirintas sąnarys pasiekia metalurginį ryšį, neišlydydamas pirminės medžiagos, kuri priklauso kietojo kūno suvirinimui ir gali veiksmingai išvengti įprasto suvirinimo purslų ir oksidacijos.

Ultragarsinės suvirinimo technologija yra plačiai naudojama laidų ir laidų, laidų ir gnybtų prijungime. Suvirinimo procesas yra greitas, o proceso parametrai gali būti stebimi viso proceso metu. Suviruota jungtis yra grynos metalinės jungties, kuriai lengvai įtakos negalima paveikti senėjimo, šliaužimo ir nuovargio. Ryšys yra tvirtas, patikimumas yra didelis, o kontaktinis pasipriešinimas yra mažas.

Ši technologija gali sujungti tas pačias ar skirtingas medžiagas, tokias kaip vario ir aliuminio. Kadangi metalas yra tiesiogiai suvirintas, nereikia jokio papildomo lydmetalio ar srauto. Be to, ultragarsinis suvirinimas turi mažą šiluminį medžiagą ir iš esmės nekeičia suvirintos medžiagos ir aplinkinių medžiagų savybių. Ultragarsinis suvirinimas turi paprastą procesą, didelį sąnario stiprumą, gerą laidumą ir platų laidininkų specifikacijų spektrą, kurį galima suvirinti. Laidininkai, kurių skerspjūvio plotas yra 160 mm2 ar net didesnis, gali būti suvirinti. Panašiai kaip trinties suvirinimo technologija, ultragarso suvirinimo technologija yra tinkama skirtingoms medžiagoms ir formoms, tokioms kaip vario ir aliuminio, viela ir plokštelė, prijungti ir yra plačiai naudojama vielos ir kabelių pramonėje. Todėl šiame sprendime naudojami žalvario gnybtai, kurie yra sujungti su grynais aliuminio laidininkais per ultragarso suvirinimo technologiją, ir yra suspausti ir pritvirtinti nagais gnybtų galuose, kad padidintų ryšio patikimumą. Panašiai, dvigubai sienos klijai šilumos susitraukimo vamzdeliai gali būti naudojami jungčiai užklijuoti, kad būtų išvengta oksidacijos korozijos sąnaryje.

3. Santrauka

Remiantis dabartine automobilių varinių laidų didelių kainų ir sunkaus svorio padėtimi, šiame dokumente nagrinėjami vario ir aliuminio laidų našumo standartai ir siūlomas techninis sprendimas, kaip pakeisti vario laidus aliuminio laidais, suteikiant naują būdą įmonėms sumažinti išlaidas ir sumažinti svorį.