宣布时间：2021-01-27点击：1887
一、引言
铜导线一直以来是汽车电气系统中传输动力与信号电流的主要载体。随着各国规则对节能环保要求的不绝提高, 以及行业内本钱压力的连续上升, 寻找轻量化和低本钱导体替代铜导线已成为行业的趋势。
而铝的导电率仅次于铜, 其比重仅为铜的30.13% , 且价格相对稳定, 仅为铜的30% 左右。因此它不失为铜导线的理想替代品而受到行业内的青睐。特别是应用在长度较长的大线径动力电缆上具有很是好的降低重量和降低本钱的效果。目前已有不少主机厂在实验将铝导线批量应用在整车线束上�？悸堑铰林柿系那慷任侍�, 铝导线在应用时两端仍通过铜端子与其他电气设备相连接。而大线径铝导线与铜端子之间的连接目前主要有以下3种形式:
1.超声波焊连接
2.摩擦焊连接
3.等离子体锡焊连接
二、正文
1.铜端子与铝导线连接的技术难点
1.1 铝导体外貌保存氧化膜
铝导体和氧之间具有很强的亲和力。即便在常温下, 与空气接触的瞬间其外貌就会形成致密的三氧化二铝 (Al2O3 )。 这层氧化膜仅为 2nm 厚, 却紧密地与铝基材外貌相结合。与铜导体相比, 虽然铝导体上的氧化膜阻止了氧向其内部扩散, 并在大气中起到了良好的抗腐化�；ぷ饔�。可是其良好的绝缘效果, 阻止了电子从一个铝基材导体向另一个铝基材导体移动, 即电子只能在铝基材本体内移动。
正因为这一特点, 铝导线端部在去除绝缘护套后, 接触空气的铝导体外貌形成了氧化膜。 如图1所示, 铝导体中的电子只能在单根铝丝中移动, 而无法在铝丝与铝丝之间移动。 如果在一束铝芯线中保存部分断丝现象, 那么这些断丝中的电子运动就被阻断, 相比于断丝前的铝导线, 其电阻值将会增加, 导电性能将会降低。
与之相比, 铜基材导体外貌在空气中不会迅速形成致密的氧化膜, 因而即即是泛起断丝现象, 断丝中的电子仍可以借道其他铜丝向前运动。因此从定性的角度讲, 铜导线在泛起一定比例的断丝时, 虽然导电性能有所下降, 但仍能满足使用的要求。
1.2 铜铝导体接触部位保存电化学腐化
图 2 为差别金属质料在海水中的电化学势排序, 可以看到铜金属和铝金属在海水中保存化学电位差。当这两种金属同时保存于一种电解液中时就会形成原电池, 进而爆发电化学反 应。处于低电势的铝材质中的铝原子将会离开晶格并失去电子, 从而形成水合离子。恒久处于这种情况中的铝导体将会被逐步蚕食殆尽, 这种现象被称作电化学腐化。
当空气中的湿度较大或含有盐化的杂质时, 就会形成理想的电解液情况, 铜端子与铝导线直接接触的部位就形成了以铝 为负极、 铜为正极的原电池。如图 3 所示, 如果连接部位处理不当, 将会爆发严重的电化学腐化, 从而失去铜铝连接的电气性能和机械性能。
1.3铝导线电气性能与机械强度弱于铜导线
在相同线径条件下的铝导线导电率要弱于铜导线, 因此必须使用比铜导线线径更大的铝导线, 以降低其阻值抵达与铜导线等效的电气性能。
别的, 铝导体的抗拉强度、硬度等机械性能都要弱于铜导体, 因此不适合加工成铝端子与车上的其他部件连接, 只能考虑接纳铜端子与铝导线连接, 可是连接部位容易泛起机械损伤或疲劳损伤, 因此在应用时必须接纳相应的�；げ椒�。
2 铝导线与铜端子焊接的评判依据
2. 1 确保焊接部位良好的电气性能
2.1.1确保选择的铝导线规格与铜导线等效
目前行业内普遍使用的铜导线标准为 ISO6722 - 1 [1] , 铝导线标准为 ISO 6722 - 2 [2] 。铝导线等效替代必须考虑与被替代的铜导线有相类似的导电率、载流能力、降额曲线等特性, 由此做到替换导体材质而坚持原有的电路�；ふ铰�。
表 1 列举了可考虑等效替代的铝导线和铜导线规格的比照表。该表可作为铜 - 铝导线等效替代的参考, 在具体应用时需要进一步验证确认。
2.1.2通过超声波焊实现铝丝间的电子自由移动
超声波焊接是利用高泼魅振动波通报到两个需焊接的物体外貌, 在施加压力的情况下, 使两个物体外貌相互摩擦, 从而形身分子层之间的熔合 (见图4)。
通过该要领, 可以有效地破坏铝丝外貌的氧化膜, 实现电子在差别铝丝导体之间的自由移动 (见图 5)。
通过同样的要领, 也可以使端子的铜基材与导线的铝基材之间实现分子层面的熔合, 从而抵达良好的电气性能。汽车线束领域对超声波焊接性能的评价普遍使用USCar38—2016标准[3] 。在此版标准中已给出了铜端子与铝导线焊接 的评判准则, 对导电性能的评判要领和准则与铜端子对铜导线焊接相同。
2.2 确保焊接部位良好的机械性能
电缆组件在使用历程中会受到来自外力拉扯的危害, 特别是大截面的电瓶线, 外力往往会直接作用在单根电缆上。关于应用铝导线的电气回路, 其机械强度相对薄弱的部位在焊接连接区域四周。例如在电瓶线装配的历程中, 当泛起未便于装置的情况时, 操作人员会拉拽导线从而爆发沿导线偏向的直拉力, 或对导线施加笔直于焊接面的撕裂力。因而在设计端子结构时需要考虑足够的�；げ椒ヒ远钥怪崩退毫蚜�。
在 USCar38 标准[3]中已划定了差别规格铝导线与铜端子连接时必须抵达的直拉力 (pullstrength) 下限值。关于大线径的 铝导线 (≥10 mm 2 ) 在 USCar38 标准[3]中没有明确划定撕裂力 (peel strength) 下限值, 通常由整车厂工程师给出推荐的下限值。
2. 3确保焊接部位良好的抗电化学腐化性能
要避免铜端子和铝导线焊接部位的电化学腐化, 要害是连接部位要与湿润或盐化的情况之间做好阻遏步伐。常用的超声波焊接密封方法有两种: 双壁热缩管密封 (图 6) 和热熔胶密封 (图 7)。这两种方法在***后的情况验证试验中都能抵达规范的要求, 可是考虑到热熔胶工艺历程中胶水在注塑腔体内的流动性要求, 热熔胶的壁厚必须坚持至少2.5 ~ 3mm, 以致密封处理后端子连接部位体积较大,无法应用在装车情况狭小的空间内。而双壁热缩管在热缩处理后的壁厚在1 ~ 1.5 mm,因此双壁热缩管密封具有更广泛的适用规模。
双壁热缩管俗称带胶热缩管, 它是通过高温加热后外壁收缩, 内壁固态胶水融化成液态胶,
双壁热缩管俗称带胶热缩管, 它是通过高温加热后外壁收缩, 内壁固态胶水融化成液态胶, 经充分流动后笼罩在端子连 接部位和导线绝缘皮外貌, 在冷却固化后抵达密封效果。连接部位的密封效果可以通过盐雾测试来评价。其评价的标准可以参考 GMW3191 [4] 。
2. 4 确保焊接部位良好的可制造性
超声波焊接是通过两个质料外貌在一定压力和频率下高速往复相对运动, 通过摩擦运动使两者外貌爆发高温熔化, 并形身分子层的熔合。通常端子被牢固在焊接设备上, 而导线则相关于牢固的端子做高频往复运动。因此端子需要有可靠的结构来进行牢固。焊接效果的优劣同样可以通过 USCar38 标准[1] 规 定的直拉力要求和客户推荐的撕裂力要求进行测试评判。
来源：线束中国
