自動車用ワイヤーハーネスにおけるアルミニウム導体の使用が増加する中、本稿では、アルミニウム電源ワイヤーハーネスの接続技術を分析および整理し、その後のアルミニウム電源ワイヤーハーネスの接続方法の選択を容易にするために、さまざまな接続方法の性能を分析および比較します。
01 概要
自動車ワイヤーハーネスへのアルミニウム導体の適用促進に伴い、従来の銅導体に代わってアルミニウム導体の使用が徐々に増加しています。しかし、銅線に代わるアルミニウム線の適用プロセスでは、電気化学的腐食、高温クリープ、および導体の酸化が、適用プロセス中に直面し、解決しなければならない問題である。同時に、銅線をアルミニウム線に置き換えて使用するには、元の銅線の要件を満たさなければなりません。性能の低下を防ぐ電気的および機械的特性。
アルミニウム線使用時の電食、高温クリープ、導体の酸化などの問題を解決するために、現在業界では摩擦圧接、摩擦圧接、超音波溶接、圧接の4つの接続方法が主流となっています。プラズマ溶接。
以下は、これら 4 種類の接続の接続原理と構造の分析と性能の比較です。
02 摩擦圧接と圧接
摩擦溶接と圧接では、最初に銅棒とアルミニウム棒を使用して摩擦溶接し、次に銅棒を打ち抜いて電気接続を形成します。アルミニウム棒は、アルミニウム圧着端を形成するために機械加工および成形され、銅およびアルミニウム端子が製造されます。次に、図 1 に示すように、アルミニウム ワイヤを銅 - アルミニウム端子のアルミニウム圧着端に挿入し、従来のワイヤー ハーネス圧着装置で油圧圧着して、アルミニウム導体と銅 - アルミニウム端子間の接続を完了します。
他の接続形式と比較して、摩擦溶接および圧接は、銅棒とアルミニウム棒を摩擦溶接することにより、銅-アルミニウム合金の移行領域を形成します。溶接表面はより均一で緻密になり、銅とアルミニウムの熱膨張係数の違いによって引き起こされる熱クリープの問題を効果的に回避します。さらに、合金遷移ゾーンの形成により、銅とアルミニウムの間の異なる金属活性によって引き起こされる電気化学的腐食も効果的に回避されます。その後、熱収縮チューブで密閉することで塩水噴霧と水蒸気を遮断し、電気化学的腐食の発生も効果的に回避します。アルミニウム線と銅-アルミニウム端子のアルミニウム圧着端の油圧圧着により、アルミニウム導体のモノフィラメント構造とアルミニウム圧着端の内壁の酸化皮膜が破壊され、剥離され、その後冷間圧着されます。単線間およびアルミ導体導体と圧着端内壁との間での圧着が完了します。溶接の組み合わせにより、接続の電気的性能が向上し、最も信頼性の高い機械的性能が得られます。
03 摩擦圧接
摩擦溶接では、アルミニウム チューブを使用してアルミニウム導体を圧着し、成形します。端面を切断後、銅端子と摩擦圧接を行います。図 2 に示すように、ワイヤ導体と銅端子間の溶接接続は摩擦溶接によって完了します。
アルミニウム線を摩擦圧接で接続します。まず、アルミ線の導体にアルミチューブを圧着して取り付けます。導体のモノフィラメント構造は圧着によって可塑化され、緻密な円形の断面を形成します。その後旋削により溶接断面を平らに整えて完成です。溶接面の準備。銅端子の一端は電気接続構造であり、他端は銅端子の溶接接続面である。銅端子の溶接接続面とアルミ線の溶接面を摩擦圧接により溶接接続し、溶接バリを切断、成形して摩擦圧接アルミ線の接続工程が完了する。
他の接続形式と比較して、摩擦溶接は銅端子とアルミニウム線の間の摩擦溶接を通じて銅とアルミニウムの間に移行接続を形成し、銅とアルミニウムの電気化学腐食を効果的に低減します。銅とアルミニウムの摩擦溶接移行ゾーンは、後の段階で粘着性の熱収縮チューブでシールされます。溶接領域が空気や湿気にさらされないため、腐食がさらに軽減されます。また、溶接部はアルミ線導体と銅端子を溶接で直接接続するため、接続部の引き抜き力が効果的に増大し、加工工程が簡素化されます。
しかし、図1のアルミニウム電線と銅-アルミニウム端子の接続にも欠点があります。ワイヤーハーネスメーカーが摩擦溶接を適用するには、別途特殊な摩擦溶接装置が必要であり、汎用性が低く、ワイヤーの固定資産への投資が増加します。ハーネスメーカー。第二に、摩擦溶接です。プロセス中に、ワイヤのモノフィラメント構造が銅端子と直接摩擦溶接されるため、摩擦溶接接続領域に空洞が生じます。粉塵やその他の不純物の存在は最終的な溶接品質に影響を与え、溶接接続の機械的および電気的特性が不安定になります。
04 超音波溶着
アルミニウム線の超音波溶接では、超音波溶接装置を使用してアルミニウム線と銅端子を接続します。超音波溶接装置の溶接ヘッドの高周波振動により、アルミニウム線のモノフィラメントとアルミニウム線と銅端子が接続され、アルミニウム線と銅端子の接続が完成します。図3に示すように、銅端子の接続が行われます。
超音波溶接接続は、アルミニウム線と銅端子が高周波の超音波で振動することによって接続されます。銅とアルミニウムの間の振動と摩擦により、銅とアルミニウムの間の接続が完了します。銅とアルミニウムはどちらも面心立方体の金属結晶構造を持っているため、高周波発振環境下では金属結晶構造内の原子置換が完了して合金遷移層が形成され、電気化学的腐食の発生を効果的に回避します。 。同時に、超音波溶接プロセス中に、アルミニウム導体モノフィラメントの表面の酸化層が剥離され、モノフィラメント間の溶接接続が完了し、接続の電気的および機械的特性が向上します。
超音波溶着装置は他の接続形態と比べて、ワイヤーハーネスメーカーでよく使われる加工装置です。新たな固定資産投資は必要ありません。同時に端子には銅プレス端子を使用しており、端子コストも安くなりコストメリットが最も優れています。ただし、欠点もあります。超音波溶着は他の接続形態に比べて機械的性質が弱く、耐振動性も劣ります。したがって、高周波振動領域では超音波溶接接続の使用はお勧めできません。
05 プラズマ溶接
プラズマ溶接では、銅端子とアルミニウム線を圧着接続し、はんだを追加することでプラズマアークを使用して溶接領域を照射および加熱し、はんだを溶かして溶接領域を充填し、アルミニウム線の接続を完了します。図 4 に示します。
アルミニウム導体のプラズマ溶接は、まず銅端子のプラズマ溶接を使用し、アルミニウム導体の圧着と固定は圧着によって完了します。プラズマ溶接端子は、圧着後にバレル状の構造を形成し、端子の溶接領域に亜鉛含有はんだが充填され、圧着端に亜鉛含有はんだが追加されます。プラズマアークの照射により、亜鉛含有はんだが加熱・溶融し、毛細管現象により圧着部の電線隙間に入り込み、銅端子とアルミ線の接続が完了します。
プラズマ溶接アルミニウム ワイヤは、圧着によってアルミニウム ワイヤと銅端子間の迅速な接続を完了し、信頼性の高い機械的特性を提供します。同時に、圧着プロセス中に、70% ～ 80% の圧縮率を通じて、導体の酸化層の破壊と剥離が完了し、電気的性能が効果的に向上し、接続点の接触抵抗が低減され、接続点の接触不良が防止されます。接続ポイントの加熱。次に、亜鉛含有はんだを圧着部分の端に追加し、プラズマ ビームを使用して溶接部分を照射して加熱します。亜鉛含有はんだが加熱されて溶融し、はんだが毛細管現象により圧着部の隙間を埋め、圧着部に塩水噴霧水が発生します。蒸気隔離により、電気化学的腐食の発生が回避されます。同時に、はんだが隔離されて緩衝されるため、遷移ゾーンが形成され、熱クリープの発生が効果的に回避され、高温および低温の衝撃下で接続抵抗が増加するリスクが軽減されます。接続領域のプラズマ溶接により、接続領域の電気的性能が効果的に改善され、接続領域の機械的特性もさらに改善されます。
他の接続形式と比較して、プラズマ溶接は遷移溶接層と強化溶接層を通じて銅端子とアルミニウム導体を隔離し、銅とアルミニウムの電気化学的腐食を効果的に低減します。また、強化溶接層がアルミニウム導体の端面を包み込むため、銅端子と導体コアが空気や湿気と接触することがなくなり、腐食がさらに軽減されます。さらに、移行溶接層と強化溶接層が銅端子とアルミニウム線の接合部をしっかりと固定し、接合部の引き抜き力を効果的に高め、加工プロセスを簡素化します。ただし、欠点もあります。ワイヤーハーネスメーカーがプラズマ溶接を適用するには、別途専用のプラズマ溶接装置が必要ですが、汎用性が低く、ワイヤーハーネスメーカーの固定資産への投資が増加します。次に、プラズマ溶接プロセスでは、毛細管現象によってはんだが完成します。圧着領域のギャップ充填プロセスは制御不能であり、その結果、プラズマ溶接接続領域の最終溶接品質が不安定になり、電気的および機械的性能に大きなばらつきが生じます。
投稿日時: 2024 年 2 月 19 日