如何对铝导线与铜端子的焊接性进行评判

2021年1月21日
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之前我们提到大线径的铝导线已经在汽车上使用了,目前还是通过铝导线与铜端子焊接实现的。那么如何对铝导线与铜端子的焊接性进行评判呢?

1 确保焊接部位良好的电气性能

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  , 铝导线标准为 ISO 6722 - 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保持原有的电路保护策略。

表 1 列举了可考虑等效替代的铝导线和铜导线规格的对照表。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。

如何对铝导线与铜端子的焊接性进行评判

如何对铝导线与铜端子的焊接性进行评判

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频振动波传递到两个需焊接的物体表面, 在施加压力的情况下, 使两个物体表面相互摩擦, 从而形成分子层之间的熔合 (见图4)。

如何对铝导线与铜端子的焊接性进行评判图 4 铝导线与铜端子超声波焊接后的形态

通过该方法, 可以有效地破坏铝丝表面的氧化膜, 实现电子在不同铝丝导体之间的自由移动 (见图 5)。

如何对铝导线与铜端子的焊接性进行评判

图 5 铝导线焊接前后电子在导体中移动轨迹的变化

通过同样的方法, 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, 从而达到良好的电气性能。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, 对导电性能的评判方法和准则与铜端子对铜导线焊接相同。

2 确保焊接部位良好的机械性能

电缆组件在使用过程中会受到来自外力拉扯的风险, 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。对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附近。例如在电瓶线装配的过程中, 当出现不便于安装的情况时, 操作人员会拉拽导线从而产生沿导线方向的直拉力, 或对导线施加垂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保护措施以对抗直拉力和撕裂力。

USCar38 标准中已规定了不同规格铝导线与铜端子连接时必须达到的直拉力 (pullstrength) 下限值。对于大线径的 铝导线 (≥10 mm 2 ) 在 USCar38 标准中没有明确规定撕裂力 (peel strength) 下限值, 通常由整车厂工程师给出推荐的下限值。

3确保焊接部位良好的抗电化学腐蚀性能

要防止铜端子和铝导线焊接部位的电化学腐蚀, 关键是连接部位要与潮湿或盐化的环境之间做好隔绝措施。常用的超声波焊接密封方式有两种: 双壁热缩管密封 (图 6) 和热熔胶密封 (图 7)。

这两种方式在最后的环境验证试验中都能达到规范的要求, 但是考虑到热熔胶工艺过程中胶水在注塑腔体内的流动性要求, 热熔胶的壁厚必须保持至少2.5 ~ 3mm, 以致密封处理后端子连接部位体积较大,无法应用在装车环境狭小的空间内。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范围。

如何对铝导线与铜端子的焊接性进行评判

图 6 双壁热缩管密封

如何对铝导线与铜端子的焊接性进行评判

图 7 热熔胶密封

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, 经充分流动后覆盖在端子连 接部位和导线绝缘皮表面, 在冷却固化后达到密封效果。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 确保焊接部位良好的可制造性

超声波焊接是通过两个材料表面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表面产生高温熔化, 并形成分子层的熔合。通常端子被固定在焊接设备上, 而导线则相对于固定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固定。焊接效果的好坏同样可以通过 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。

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