1 Bakır terminalleri ve alüminyum telleri bağlamadaki teknik zorluklar
1.1 Alüminyum iletkenin yüzeyinde bir oksit filmi var
Alüminyum iletken ile oksijen arasında güçlü bir afinite vardır. Oda sıcaklığında bile hava ile temas anında yüzeyde yoğun alüminyum oksit (Al2O3) oluşacaktır. Bu oksit film yalnızca 2 nm kalınlığındadır, ancak alüminyum substratın yüzeyi ile sıkıca birleştirilmiştir. Bakır iletkenlerle karşılaştırıldığında, alüminyum iletken üzerindeki oksit film oksijenin içine yayılmasını engellemesine rağmen, atmosferdeki korozyon korumasında da iyi bir rol oynar. Ancak iyi yalıtım etkisi, elektronların bir alüminyum substrat iletkeninden başka bir alüminyum substrat iletkenine hareket etmesini önler, yani elektronlar yalnızca alüminyum substrat gövdesi içinde hareket edebilir.
Bu özelliğinden dolayı alüminyum telin ucundaki izolasyon kılıfı çıkarıldıktan sonra alüminyum iletkenin hava ile temas eden yüzeyinde bir oksit film oluşur. Şekil 1'de görüldüğü gibi, alüminyum iletkendeki elektronlar yalnızca tek bir alüminyum tel içinde hareket edebilir ancak alüminyum tel ile alüminyum tel arasında hareket edemez. Bir grup alüminyum özlü telde kısmi bir kırık tel fenomeni varsa, bu kırık tellerdeki elektronik hareket engellenecektir. Kırılan tellerden önceki alüminyum tel ile karşılaştırıldığında direnç değeri artacak ve iletkenlik azalacaktır.
Aksine, bakır alt tabaka iletkeninin yüzeyi havada hızlı bir şekilde yoğun bir oksit filmi oluşturmaz, bu nedenle tel kopsa bile, kopuk teldeki elektronlar diğer bakır teller boyunca ilerlemeye devam edebilir. Bu nedenle kalitatif açıdan bakıldığında bakır telde belirli bir oranda kopuk tel oluştuğunda iletkenlik azalmasına rağmen yine de kullanım gereksinimlerini karşılayabilir.
1.2 Bakır ve alüminyum iletkenlerin temas eden kısımlarında elektrokimyasal korozyon mevcuttur
Şekil 2, deniz suyundaki farklı metal malzemelerin elektrokimyasal potansiyel dizisini göstermektedir. Deniz suyunda bakır metal ile alüminyum metal arasında kimyasal potansiyel farkı olduğu görülmektedir. Bu iki metal aynı anda bir elektrolit içinde bulunduğunda, bir galvanik hücre oluşur ve bir elektrokimyasal reaksiyon meydana gelir. Düşük potansiyelli alüminyum malzemedeki alüminyum atomları kristal kafesi terk edecek ve elektron kaybederek hidratlanmış iyonlar oluşturacaktır. Uzun süredir bu ortamda bulunan alüminyum iletkenler yavaş yavaş yenecektir. Bu fenomene elektrokimyasal korozyon denir.
Havadaki nem yüksek olduğunda veya tuzlu safsızlıklar içerdiğinde ideal bir elektrolit ortamı oluşacaktır. Bakır terminal ile alüminyum telin doğrudan temas halinde olduğu kısım, negatif elektrot olarak alüminyum ve pozitif elektrot olarak bakır ile bir birincil pil oluşturacaktır. Şekil 3'te görüldüğü gibi bağlantı parçası düzgün kullanılmazsa ciddi elektrokimyasal korozyon meydana gelecek ve bakır-alüminyum bağlantının elektriksel ve mekanik özellikleri kaybolacaktır.
1.3 Alüminyum tellerin elektriksel özellikleri ve mekanik dayanımı bakır tellerden daha zayıftır
Aynı tel çapı olması durumunda, alüminyum tellerin iletkenliği bakır tellere göre daha zayıftır. Bu nedenle, bakır tellerin eşdeğer elektriksel performansına ulaşmak için direncini azaltmak için bakır tellerden daha büyük çaplı alüminyum teller kullanılmalıdır.
Ek olarak, alüminyum iletkenlerin çekme mukavemeti, sertliği ve diğer mekanik özellikleri bakır iletkenlere göre daha zayıftır, bu nedenle araçtaki diğer parçalarla bağlantı kurmak için alüminyum terminallere işlenmeye uygun değildirler. Bakır terminaller sadece alüminyum tellerle bağlantı için düşünülebilir, ancak bağlantı parçaları kolaydır.Mekanik hasar veya yorulma hasarı meydana gelir, bu nedenle uygulama sırasında ilgili koruyucu önlemler alınmalıdır.
2 Alüminyum tel ve bakır terminal kaynağı için karar temeli
2. 1 Kaynak parçasının iyi elektriksel performansının sağlanması
2.1.1 Seçilen alüminyum tel boyutunun bakır tele eşdeğer olduğundan emin olun
Şu anda, endüstride yaygın olarak kullanılan bakır tel standardı ISO6722-1 [1] ve alüminyum tel standardı ISO 6722-2 [2] 'dir. Alüminyum tellerin eşdeğer değişimi, iletken malzemeyi değiştirmek ve orijinal devre koruma stratejisini sürdürmek için benzer iletkenlik, akım taşıma kapasitesi, değer kaybı eğrisi ve değiştirilen bakır tellerin diğer özelliklerini dikkate almalıdır.
Tablo 1, eşdeğer değiştirme için düşünülebilecek alüminyum tel ve bakır tel özelliklerinin karşılaştırma tablosunu listelemektedir. Bu tablo, bakır-alüminyum tellerin eşdeğer değişimi için bir referans olarak kullanılabilir ve belirli uygulamalarda daha fazla doğrulama ve onay gereklidir.
2.1.2 Elektronların alüminyum teller arasında serbest hareketi ultrasonik kaynak ile gerçekleştirilir.
Ultrasonik kaynak, kaynak yapılacak iki nesnenin yüzeyine iletilecek yüksek frekanslı titreşim dalgalarını kullanır. Basınç altında, moleküler katmanlar arasında bir füzyon oluşturmak için iki nesnenin yüzeyleri birbirine sürtülür (bkz. Şekil 4).
Bu yöntem sayesinde, alüminyum telin yüzeyindeki oksit film etkin bir şekilde yok edilebilir ve elektronların farklı alüminyum tel iletkenler arasında serbest hareketi gerçekleştirilebilir (bkz. Şekil 5).
Aynı yöntemle, iyi bir elektrik performansı elde etmek için terminalin bakır alt tabakası ile telin alüminyum alt tabakası arasında moleküler seviyede füzyon elde etmek de mümkündür. Otomotiv kablo demeti alanındaki ultrasonik kaynak performansının değerlendirilmesi genellikle USCar38-2016 standardını [3] kullanır. Standardın bu baskısında, bakır terminallerin ve alüminyum tellerin kaynağı için değerlendirme kriterleri verilmiştir. Elektriksel iletkenlik için değerlendirme yöntemleri ve kriterleri, bakır terminaller ve bakır teller için olanlarla aynıdır.
2.2 Kaynak parçasının iyi mekanik özelliklerinin sağlanması
Kablo tertibatı, özellikle geniş kesitli akü kabloları için kullanım sırasında dış kuvvetler tarafından çekilme riskine maruz kalacaktır. Dış kuvvetler genellikle doğrudan tek bir kabloya etki eder. Alüminyum teller kullanan elektrik devreleri için, nispeten zayıf mekanik dayanım, kaynak bağlantı alanına yakındır. Örneğin, pil teli montaj sürecinde, kurulum uygun olmadığında, operatör telin yönü boyunca düz bir çekme oluşturmak için teli çekecek veya tele kaynak yüzeyine dik bir yırtma kuvveti uygulayacaktır. Bu nedenle, terminal yapısını tasarlarken, düz çekme kuvvetine ve yırtılma kuvvetine direnmek için yeterli koruma önlemlerinin dikkate alınması gerekir.
USCar38 standardı [3], bakır terminallere alüminyum tellerin farklı özellikleri bağlandığında ulaşılması gereken çekme kuvvetinin alt sınırını şart koşmuştur. Büyük tel çaplarına (≥10 mm 2) sahip alüminyum teller için, USCar38 standardı [3] soyulma mukavemetinin alt sınırını açıkça belirtmez ve üretici&# 39'un mühendisi genellikle önerilen alt sınırı verir.
2. 3 Kaynaklı parçalarda iyi bir elektrokimyasal korozyon direnci sağlayın
Bakır terminalin kaynak kısmının ve alüminyum telin elektrokimyasal korozyonunu önlemek için anahtar, bağlantı parçasını nemli veya tuzlu ortamdan izole etmektir. Yaygın olarak kullanılan iki ultrasonik kaynak sızdırmazlık yöntemi vardır: çift cidarlı ısıyla daralan tüp sızdırmazlığı (Şekil 6) ve sıcakta eriyen yapışkan sızdırmazlık (Şekil 7). Bu iki yöntem, son çevresel doğrulama testindeki spesifikasyonun gerekliliklerini karşılayabilir, ancak sıcak eriyik yapıştırma işlemi sırasında enjeksiyon boşluğundaki tutkalın akışkanlık gereksinimleri göz önünde bulundurulduğunda, sıcakta eriyen yapıştırıcının duvar kalınlığı en az 2,5 oranında muhafaza edilmelidir. ~ 3 mm. Sonuç olarak, sızdırmazlık işleminden sonra terminal bağlantı parçasının hacmi nispeten büyüktür ve yükleme ortamının dar alanında kullanılamaz. Isıyla büzüştürme işleminden sonra çift cidarlı ısıyla büzüşebilen tüpün cidar kalınlığı 1 ~ 1.5 mm'dir, bu nedenle çift cidarlı ısıyla büzülebilir tüpün sızdırmazlığı daha geniş bir uygulama alanına sahiptir.
Çift cidarlı ısıyla daralan tüp, genellikle yapıştırılmış ısıyla daralan tüp olarak bilinir. Yüksek sıcaklıkta ısıtılır ve dış duvar büzülür ve iç duvardaki katı tutkal eriyerek sıvı tutkal haline gelir.
Çift cidarlı ısıyla daralan tüp, genellikle yapıştırılmış ısıyla daralan tüp olarak bilinir. Yüksek sıcaklıkta ısıtılır ve dış duvar büzülür ve iç duvardaki katı tutkal eriyerek sıvı tutkal haline gelir. Tam akıştan sonra, terminal bağlantı kısmını ve tel izolasyon cidarının yüzeyini kaplar, soğuma ve kürlenme etkisinden sonra sızdırmaz hale getirilir. Bağlantı parçasının sızdırmazlık etkisi tuz püskürtme testi ile değerlendirilebilir. Değerlendirme kriterleri GMW3191'e [4] başvurabilir.
2. 4 Kaynaklı parçaların iyi üretilebilirliğini sağlayın
Ultrasonik kaynak, iki malzeme yüzeyinin belirli bir basınç ve frekansta yüksek hızlı karşılıklı göreceli hareketidir. Sürtünme hareketi, iki yüzeyin yüksek sıcaklıkta erimesine ve bir moleküler katman füzyonu oluşturmasına neden olur. Genellikle terminal kaynak ekipmanına sabitlenir ve tel, sabit terminale göre yüksek frekanslı ileri geri hareket yapar. Bu nedenle terminalin sabitleme için güvenilir bir yapıya sahip olması gerekir. Kaynak etkisinin kalitesi, USCar38 standardı [1] tarafından belirtilen düz çekme kuvveti gereklilikleri ve müşteriler tarafından önerilen yırtılma kuvveti gereklilikleri ile test edilebilir ve değerlendirilebilir.
