Otomobillerdeki geleneksel bakır tellerin yüksek yoğunluk ve maliyeti, endüstriyi maliyet azaltma ve hafifleme elde etmek için alternatif malzemeler aramaya teşvik etti. Alüminyum, iyi iletkenliği, düşük yoğunluğu ve düşük maliyeti nedeniyle bakır için ideal bir ikame haline gelmiştir, ancak düşük mukavemet ve kolay oksidasyon gibi sorunları vardır. Makale, büyük bölümlü otomotiv güç kablolarına odaklanıyor ve bakırın alüminyum ile değiştirilmesi sırasında iletkenlik, mukavemet, sıkıştırıcı sürünme, oksidasyon ve termal genleşme katsayılarındaki farklılıklar dahil olmak üzere çözülmesi gereken teknik zorlukları derinden araştırıyor. Uluslararası otomotiv tel standartlarını analiz ederek, bakırın alüminyum ile değiştirilmesi üzerine bir fizibilite çalışması gerçekleştirildi ve spesifik bir teknik çözüm önerildi: eşdeğer direnç prensibini takip ederek bakır telin yerine daha büyük bir kesit alanına sahip 1 serisi saf alüminyum tel kullanılarak; İki tel ve terminal bağlantı çözümü sağlamak: sürtünme kaynağı ve ultrasonik kaynak ve sızdırmazlık için çift duvarlı yapışkan ısı büzülme borusu kullanılması. Makale, otomotiv şirketlerinin maliyet azaltma ve hafifleme elde etmek için referans değeri olan yeni bir yol sunuyor.

Otomotiv kablo demetleri tüm araba gövdesi üzerindedir. Geleneksel teller, özel işlemler tarafından dövülmüş, çizilmiş ve menteşeli yüksek saflıkta elektrolitik bakırdan yapılmıştır. Bakırın yüksek yoğunluğu nedeniyle, araç kablo demetinin toplam ağırlığı 20kg'ı aşar ve maliyet yüksektir, bu da işletmelere maliyet baskısı getirir. Bu amaçla, endüstri, maliyet azaltma ve hafifleme hedeflerine ulaşmak için bakır teller için alternatif malzemeleri aktif olarak araştırıyor. Ortak iletken malzemeleri arasında alüminyum ideal bir yedektir. İyi bir iletkenliğe sahiptir, sadece yaygın olarak kullanılan metaller arasında bakırdan ikincisi vardır ve ağırlık hafiftir. Yoğunluğu bakırın yaklaşık% 30'udur ve maliyeti bakırın sadece% 20 ~% 30'dur, ancak düşük mukavemet ve kolay oksidasyon gibi sorunları vardır. Bu makale, büyük bölümlü otomotiv güç kabloları için bakırın alüminyumla değiştirilmesi için bir referans teknik çözüm önermektedir.

1. Bakır'ı alüminyumla değiştirirken çözülmesi gereken teknik sorunlar

Alüminyum, maliyet ve kalitede bakırdan daha üstündür ve otomobil şirketlerinde maliyet azaltma ve hafif araştırmalar için sıcak bir nokta haline gelmiştir. Bununla birlikte, bakırın yerine alüminyum hala bazı teknik zorluklarla karşı karşıyadır.

1) Alüminyumun iletkenliği bakırdan daha düşüktür. Sorun, alüminyum telin kesit alanının arttırılmasıyla çözülürse, alüminyum tel spesifikasyonunun 1 ~ 2 seviye artırılması gerekir, bu da alüminyum tel kablo demetini bakır tel kablo demetinden daha büyük hale getirecektir. Kablo demeti düzenlenirken kurulum alanı ve bükülme yarıçapının dikkate alınması gerekir.

2) Alüminyum düşük mukavemete sahiptir. Mekanik mukavemet bakırın sadece 1 / 3'üdür ve kıvırma sırasında kırılması kolaydır. Araba sürdüğünde, tel titreşir ve kırılması kolaydır, bu nedenle alüminyum telin gücünün artması gerekir.

3) Alüminyum önemli basınç sürünme fenomenine sahiptir. Yaklaşık 80 ℃ 'de, sürünme basınç altında yoğunlaşırken, bakırın belirli bir dereceye kadar sıkıştırma sürünmesi göstermek için 230 ℃ üzerinde olması gerekir. Alüminyumun basınç sürünme özellikleri, bağlantı noktasının sıcaklık değişiklikleri ile gevşemesine ve terminal kırıldıktan sonra zamanın telin elektriksel performansını etkilemesine neden olacaktır.

Bu nedenle, alüminyum bakır bağlantı teknolojisi, ürün yaşam döngüsü boyunca güvenilir elektriksel performans sağlamak için özel tasarım gerektirir.

4) Alüminyum kimyasal olarak aktiftir. Yoğun ve sert bir alüminyum oksit filmi oluşturarak havaya maruz kaldığında kolayca oksitlenir. Alüminyum oksit güçlü yalıtım özelliklerine sahiptir ve alüminyum tellerin iletkenliğini etkileyecektir. Alüminyum, nemli ve enerjili bir ortamda bakır terminalleri temas ettiğinde, galvanik bir reaksiyon oluşturmak kolaydır, bu da bağlantıda elektrokimyasal korozyona neden olur ve alüminyum iletkenin aşındırır. Bu durumdan kaçınılmalıdır.

5) Alüminyum ve bakır farklı termal genleşme katsayılarına sahiptir. Sıcak ve soğuk uzun süreli değişimden sonra, bağlantı noktasının güvenilirliğini etkileyen bağlantının gevşemesi kolaydır.

2. Bakır'ın yerine Alüminyumun Yetersiz Analizi ve Teknik Çözümleri

1) Fizibilite analizi

Uluslararası olarak, üç ana otomotiv tel standardı vardır: Amerikan, Japon ve Avrupa. Endüstriyel teknolojinin otomotiv endüstrisine küresel entegrasyonu ile, çeşitli ülkelerin tel standartları yavaş yavaş ISO serisi uluslararası standartlara yaklaşmaktadır. Şu anda, çoğu yurtiçi otomobil OEM'leri bakır çekirdek kabloları kullanıyor ve ISO 19642-5 ve ISO 6722-1 uluslararası standartlarını takip ediyor. Bu iki standart, otomotiv bakır çekirdek kabloları için benzer teknik gereksinimlere sahiptir ve her ikisi de direnci, voltaja ve tellerin diğer özelliklerine dayanmaktadır. Bunlar arasında ISO 19642-5, tel performansı için daha ayrıntılı gereksinimlere sahiptir.

Yabancı alüminyum teller en az 30 yıldır endüstriyel uygulamalarda kullanılmaktadır. İlk olarak havacılık endüstrisinde kullanıldılar ve 21. yüzyılın başlarında otomotiv alanında kullanılmaya başladılar. 2013 yılında, otomotiv alüminyum telleri için resmi uluslararası standart ISO 6722-2 piyasaya sürüldü ve 2019'da benzer ISO 19642-6 yayınlandı. Uluslararası Standartlar ISO 19642-6 ve ISO 6722-2, iletken çapı, direnç, yalıtım hacmi direnci, vb. İçin teknik gereksinimler sağlar. İki standart içerik olarak benzerdir ve ISO 19642-6 otomotiv alüminyum iletkenlerin performansı için daha ayrıntılı gereksinimlere sahiptir. Bu nedenle, planın tasarımının bu iki uluslararası standardı kapsamlı bir şekilde ele alması gerekmektedir.

Alüminyum iletkenler bakır iletkenlere eşdeğer olmalı ve üç noktayı karşılamalıdır: ilk olarak, orijinal devre işlevinin iletken malzemesini değiştirirken temel olarak korunmasını sağlayarak benzer iletkenliğe ve diğer özelliklere sahip olduklarından emin olmalıdırlar; İkincisi, alüminyum telin oksitlenmesini önleyin; Üçüncüsü, alüminyum tel ve terminal arasında güvenilir bir bağlantı elde edin, çünkü alüminyum malzemenin düşük sertliğe sahip olduğu ve bükülme, sarma ve yüksek frekanslı titreşimden sonra yorgunluk ve kırılma olabilir.

2) elektrik hattı iletkenleri için alternatifler

Bakır iletkenler için uluslararası standartlar ISO 19642-5 ve ISO 6722-1 ve alüminyum iletkenler için ISO 19642-6 ve ISO 6722-2 karşılaştırıldığında, direnç benzer olduğunda alüminyum iletkenin bakır iletkenine benzer bir iletkenlik elde etmek için daha büyük bir spesifikasyona ihtiyacı olduğu görülebilir.

Avrupa alüminyum ve alüminyum alaşım bileşimi Standart EN 573-3: 2003, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının 8 seriye ayrılabileceğini şart koşar. Bunlar arasında, Seri 1, alüminyum içeriğine%99'dan fazla olan saf alüminyum teldir; Seri 2 ila 8 alüminyum alaşımları, saf alüminyum için farklı oranlarda Si, Fe, Cu, Mg, MN, nano-seramik ve karbon nanomalzemeleri eklenerek geliştirilen yeni alüminyum bazlı kompozit alaşımlardır. Matris, ısıl işlem görmüş bir alaşımdır. Belirli iletkenliği sağlama koşulu altında, alüminyum alaşımının gerilme mukavemeti en üst düzeye çıkarılırken, yeterli uzama sağlar.

1 serisi saf alüminyum telin özellikleri yüksek iletkenlik, iyi termal iletkenlik, 60 ~ 110MPa gerilme mukavemeti ve%12'den fazla iletken uzamasıdır. Otomotiv kabloları için en sık kullanılan alüminyum iletkendir. Bu sınıf alüminyum tel, büyük çaplı güç kabloları için uygundur.

Özetle, bakır telin saf alüminyum telle daha büyük bir kesit alanıyla değiştirilmesi için eşdeğer direnç prensibi izlenebilir ve tellerin değiştirilmeden önce ve sonra direnci aynı veya yakındır. Örneğin, orijinal bakır telin enine kesit alanı 35mm2'dir ve birim uzunluk başına iletkenin maksimum direnci 20 ℃ 'dır. En yakın direnç parametresine sahip alüminyum iletken spesifikasyonunun 60mm2'ye çıkarılması gerekir. Şu anda, birim uzunluk başına iletkenin maksimum direnç 20 ℃ 'de 0.525mΩ / m'dir.
3) Kablolar ve terminaller arasındaki bağlantı şeması
Friction Kaynak çözümü

Sürtünme kaynak teknolojisi yüz yıldan fazla bir süre önce ortaya çıktı. İş parçasının basınç altında plastik olarak deforme olmasını sağlamak ve böylece kaynak elde etmek için iş parçası temas yüzeyinin sürtünmesiyle üretilen ısıyı kullanır. Bu teknoloji sivil ve havacılık alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ekipman, iş parçasını, metalin sertliğini azaltan, plastisiteyi iyileştiren ve metal atomlarını sağlam bir sürtünme kaynağı eklemi oluşturmak için birbirini difüze ve serin hale getiren ve kristalize eden ve serin hale getiren sürtünme ile çok fazla ısı üretmek için tetikler. Aynı zamanda, yüksek hızlı sürtünme metal yüzeyindeki oksit filmi yok eder ve kaynaklı eklemin iletkenliğini geliştirir. Geleneksel füzyon kaynağı ile karşılaştırıldığında, sürtünme kaynağı aşağıdaki özelliklere sahiptir: birincisi, kaynaklı eklem yüksek mukavemet, kararlı kalite, iyi bileşen tutarlılığına sahiptir ve eklem mukavemeti ana malzemeninkine eşdeğerdir; İkincisi, kaynak çubuklarına ve koruyucu gazlara ihtiyaç duymadan enerji tasarrufu ve çevre dostudur, kaynak işlemi sırasında toksik veya zararlı gaz üretilmez ve ekipman çok az güç tüketir; Üçüncüsü, sürtünme kaynağı farklı malzemelerin kaynağını elde edebilir, eklemin gözenekleri veya kapanımları yoktur ve elektrokimyasal korozyon gerçekleşmez.

Bu çözeltide, "L" şekilli bakır-alüminyum kompozit terminal, uç dövme bakır plakasını ve kuyruk saf alüminyum silindirini bağlamak için bir döner sürtünme kaynak işlemi benimser. Dökülmüş bakır plaka, pil veya marş motoruna monte etmek için kullanılır. Pirinçten yapılmıştır, yüksek mukavemete sahiptir, kurulum sırasında kırılması kolay değildir ve yüzey tenekesi pirinç ve araba gövdesi arasındaki temastan kaynaklanan elektrokimyasal korozyonu hafifletebilir. Kuyruk saf alüminyum silindir, alüminyum iletkeni bağlamak için kullanılan bir sütun içi boş yapıdır. Alüminyum iletken özel ekipman tarafından saf alüminyum silindire yerleştirildikten sonra, ekipman dövme ile suçlanır. Saf alüminyum tel ve saf alüminyum silindir aynı malzemeden yapılır ve termal genleşme katsayısındaki fark nedeniyle yüksek ve düşük sıcaklıklar değiştiğinde yorgunluk kırığından kaçınabilen aynı termal genleşme katsayısına sahiptir.

Bu çözeltinin avantajları şunlardır: dövme bakır plakası, montaj gereksinimlerini karşılayabilir ve alüminyum telini birbirine bağlayan alüminyum tüp, geleneksel bakır terminalinin ve alüminyum iletkenin farklı termal genişleme katsayılarının neden olduğu, aynı zamanda terminal kurulum gücünün problemini çözmekle kalmayıp, aynı zamanda alüminyum iletkenini çözmekten kaçınabilir.

Terminal alüminyum iletkene bağlandıktan sonra, tutkallı çift duvarlı bir ısı büzülme tüpü sızdırmazlık için kullanılabilir. Isı büzülme tüpünde yalıtım, korozyon direnci ve aşınma direnci vardır. Özel ekipman tarafından ısıtıldıktan sonra, dış duvar büzülür ve iç duvardaki katı tutkal, terminal bağlantısı kısmını ve tel yalıtım cildinin yüzeyini kaplayan sıvı tutkalına erir. Soğutma ve katılaşmadan sonra, sızdırmazlık ve korozyon direncini sağlayabilir ve eklemde oksidasyon korozyonunu önleyebilir.
②ultrasonik kaynak çözeltisi

1980'lerden bu yana, metal moleküler kafes yapısını yeniden düzenlemek ve aynı veya farklı metalleri bağlamak için ultrasonik frekans titreşim enerjisi kullanılarak tel kablo demeti kaynağına ultrasonik metal kaynak teknolojisi uygulanmıştır. Kaynaklı eklem, katı hal kaynağına ait olan ve sıradan kaynağın sıçramasını ve oksidasyonunu etkili bir şekilde önleyebilen ana malzemeyi eritmeden metalurjik bağlanma sağlar.

Ultrasonik kaynak teknolojisi, kablo ve kablo, tel ve terminallerin bağlantısında yaygın olarak kullanılır. Kaynak işlemi hızlıdır ve işlem parametreleri işlem boyunca izlenebilir. Kaynaklı eklem, yaşlanma, sürünme ve yorgunluktan kolayca etkilenmeyen saf bir metal konnektörüdür. Bağlantı sağlam, güvenilirlik yüksek ve temas direnci düşük.

Bu teknoloji, bakır ve alüminyum gibi aynı veya farklı malzemeleri birbirine bağlayabilir. Metal doğrudan kaynaklandığından, ek lehim veya akı gerekmez. Ek olarak, ultrasonik kaynak malzeme üzerinde düşük termal strese sahiptir ve temel olarak kaynaklı malzemenin ve çevredeki malzemelerin özelliklerini değiştirmez. Ultrasonik kaynağın basit bir işlemi, yüksek eklem mukavemeti, iyi iletkenlik ve kaynaklanabilen çok çeşitli iletken spesifikasyonları vardır. Kesitsel alana 160mm2 veya daha büyük olan iletkenler kaynaklanabilir. Sürtünme kaynak teknolojisine benzer şekilde, ultrasonik kaynak teknolojisi, bakır ve alüminyum, tel ve plaka gibi farklı malzemelerin ve formların bağlantısı için uygundur ve tel ve kablo endüstrisinde yaygın olarak kullanılır. Bu nedenle, bu çözüm, ultrasonik kaynak teknolojisi aracılığıyla saf alüminyum iletkenlere bağlı olan ve bağlantının güvenilirliğini arttırmak için terminallerin uçlarında pençelerle sabitlenmiş ve sabitlenmiş pirinç terminalleri kullanır. Benzer şekilde, eklemdeki oksidasyon korozyonunu önlemek için bağlantıyı kapatmak için çift duvarlı yapışkan ısı büzülme borusu kullanılabilir.

3. Özet

Otomotiv bakır kablolarının yüksek maliyet ve ağır ağırlığının mevcut durumuna dayanarak, bu makale bakır ve alüminyum tellerin performans standartlarını inceler ve bakır telleri alüminyum tellerle değiştirmek için teknik bir çözüm önerir ve işletmelerin maliyetleri azaltması ve ağırlığı azaltması için yeni bir yol sağlar.