1 الصعوبات الفنية في توصيل المحطات النحاسية وأسلاك الألمنيوم
1.1 يوجد فيلم أكسيد على سطح موصل الألمنيوم
هناك تقارب قوي بين موصل الألمنيوم والأكسجين. حتى في درجة حرارة الغرفة ، يتشكل أكسيد الألومنيوم الكثيف (Al2O3) على السطح في لحظة ملامسة الهواء. يبلغ سمك فيلم الأكسيد 2 نانومتر فقط ، ولكنه مدمج بإحكام مع سطح ركيزة الألومنيوم. بالمقارنة مع الموصلات النحاسية ، على الرغم من أن طبقة الأكسيد الموجودة على موصل الألمنيوم تمنع الأكسجين من الانتشار فيه ، إلا أنها تلعب أيضًا دورًا جيدًا في الحماية من التآكل في الغلاف الجوي. لكن تأثير العزل الجيد يمنع الإلكترونات من الانتقال من موصل ركيزة من الألومنيوم إلى موصل ركيزة آخر من الألومنيوم ، أي أن الإلكترونات يمكن أن تتحرك فقط في جسم ركيزة الألومنيوم.
بسبب هذه الميزة ، بعد إزالة الغلاف العازل في نهاية سلك الألمنيوم ، يتم تشكيل فيلم أكسيد على سطح موصل الألمنيوم الملامس للهواء. كما هو موضح في الشكل 1 ، يمكن للإلكترونات الموجودة في موصل الألمنيوم أن تتحرك فقط في سلك ألمنيوم واحد ، ولكن لا يمكنها التحرك بين سلك الألمنيوم وسلك الألومنيوم. إذا كانت هناك ظاهرة الأسلاك المكسورة الجزئية في مجموعة من أسلاك الألمنيوم الأساسية ، فسيتم حظر الحركة الإلكترونية في هذه الأسلاك المكسورة. مقارنة بسلك الألمنيوم قبل الأسلاك المكسورة ، ستزداد قيمة المقاومة وتنخفض الموصلية.
في المقابل ، لا يشكل سطح موصل الركيزة النحاسية بسرعة فيلم أكسيد كثيف في الهواء ، لذلك حتى إذا تم كسر السلك ، فلا يزال بإمكان الإلكترونات في السلك المكسور التحرك للأمام عبر أسلاك نحاسية أخرى. لذلك ، من وجهة نظر نوعية ، عندما تحدث نسبة معينة من الأسلاك المكسورة في الأسلاك النحاسية ، على الرغم من انخفاض الموصلية ، لا يزال بإمكانها تلبية متطلبات الاستخدام.
1.2 يوجد التآكل الكهروكيميائي في الأجزاء الملامسة لموصلات النحاس والألمنيوم
يوضح الشكل 2 التسلسل الكهروكيميائي المحتمل للمواد المعدنية المختلفة في مياه البحر. يمكن ملاحظة أن هناك فرق جهد كيميائي بين معدن النحاس ومعدن الألومنيوم في مياه البحر. عندما يتواجد هذان المعدنان في إلكتروليت في نفس الوقت ، تتشكل خلية جلفانية ويحدث تفاعل كهروكيميائي. ستترك ذرات الألومنيوم الموجودة في مادة الألومنيوم منخفضة الإمكانات الشبكة البلورية وتفقد الإلكترونات وتشكل أيونات رطبة. موصلات الألمنيوم التي كانت في هذه البيئة لفترة طويلة سوف تتآكل تدريجياً. هذه الظاهرة تسمى التآكل الكهروكيميائي.
عندما تكون الرطوبة في الهواء عالية أو تحتوي على شوائب مملحة ، سيتم تكوين بيئة إلكتروليت مثالية. سيشكل الجزء الذي يكون فيه الطرف النحاسي وسلك الألمنيوم على اتصال مباشر بطارية أساسية مع الألومنيوم كالقطب السالب والنحاس كقطب موجب. كما هو مبين في الشكل 3 ، إذا لم يتم التعامل مع جزء التوصيل بشكل صحيح ، فسيحدث تآكل كهروكيميائي خطير ، وستفقد الخواص الكهربائية والميكانيكية لوصلة النحاس والألمنيوم.
1.3 تعتبر الخواص الكهربائية والقوة الميكانيكية لأسلاك الألمنيوم أضعف من الأسلاك النحاسية
في حالة نفس قطر السلك ، تكون موصلية أسلاك الألمنيوم أضعف من الأسلاك النحاسية. لذلك ، يجب استخدام أسلاك الألمنيوم ذات القطر الأكبر من الأسلاك النحاسية لتقليل مقاومتها لتحقيق الأداء الكهربائي المكافئ للأسلاك النحاسية.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن قوة الشد والصلابة والخصائص الميكانيكية الأخرى لموصلات الألمنيوم أضعف من الموصلات النحاسية ، لذا فهي غير مناسبة للمعالجة في أطراف الألمنيوم للتواصل مع الأجزاء الأخرى في السيارة. لا يمكن النظر في المحطات النحاسية إلا للتوصيل بأسلاك الألمنيوم ، ولكن أجزاء التوصيل سهلة التلف الميكانيكي أو يحدث تلف بسبب التعب ، لذلك يجب اتخاذ تدابير الحماية المقابلة أثناء التطبيق.
2 أساس الحكم لحام سلك الألومنيوم ومحطة النحاس
2. 1 تأكد من الأداء الكهربائي الجيد لجزء اللحام
2.1.1 تأكد من أن حجم أسلاك الألمنيوم المحدد يعادل الأسلاك النحاسية
في الوقت الحاضر ، معيار الأسلاك النحاسية المستخدم بشكل شائع في الصناعة هو ISO6722-1 [1] ، ومعيار أسلاك الألمنيوم هو ISO 6722-2 [2]. يجب أن يأخذ الاستبدال المكافئ لأسلاك الألمنيوم في الاعتبار خصائص الموصلية المماثلة ، وقدرة تحمل التيار ، ومنحنى خفض التيار وخصائص أخرى للأسلاك النحاسية المستبدلة ، وذلك لاستبدال مادة الموصل والحفاظ على استراتيجية حماية الدائرة الأصلية.
يسرد الجدول 1 جدول المقارنة لمواصفات أسلاك الألمنيوم والأسلاك النحاسية التي يمكن اعتبارها لاستبدال مماثل. يمكن استخدام هذا الجدول كمرجع لاستبدال مكافئ لأسلاك النحاس والألمنيوم ، وهناك حاجة إلى مزيد من التحقق والتأكيد في تطبيقات محددة.
2.1.2 تتحقق الحركة الحرة للإلكترونات بين أسلاك الألمنيوم عن طريق اللحام بالموجات فوق الصوتية
يستخدم اللحام بالموجات فوق الصوتية موجات اهتزاز عالية التردد ليتم نقلها إلى أسطح جسمين ليتم لحامهما. تحت الضغط ، يتم فرك أسطح الجسمين ببعضهما البعض لتشكيل اندماج بين الطبقات الجزيئية (انظر الشكل 4).
من خلال هذه الطريقة ، يمكن تدمير فيلم الأكسيد الموجود على سطح سلك الألمنيوم بشكل فعال ، ويمكن تحقيق الحركة الحرة للإلكترونات بين موصلات أسلاك الألمنيوم المختلفة (انظر الشكل 5).
من خلال نفس الطريقة ، من الممكن أيضًا تحقيق اندماج المستوى الجزيئي بين الركيزة النحاسية للمحطة وركيزة الألومنيوم للسلك ، وذلك لتحقيق أداء كهربائي جيد. يستخدم تقييم أداء اللحام بالموجات فوق الصوتية في مجال تسخير أسلاك السيارات بشكل عام معيار USCar38-2016 [3]. في هذا الإصدار من المعيار ، تم تقديم معايير التقييم الخاصة بلحام المحطات النحاسية وأسلاك الألومنيوم. طرق ومعايير التقييم الخاصة بالتوصيل الكهربائي هي نفسها المستخدمة في المحطات النحاسية والأسلاك النحاسية.
2.2 ضمان الخصائص الميكانيكية الجيدة لجزء اللحام
ستتعرض مجموعة الكابلات لخطر سحبها بواسطة قوى خارجية أثناء الاستخدام ، خاصة بالنسبة لكابلات البطارية ذات المقاطع العرضية الكبيرة. غالبًا ما تعمل القوى الخارجية مباشرة على كابل واحد. بالنسبة للدوائر الكهربائية التي تستخدم أسلاك الألمنيوم ، تكون القوة الميكانيكية الضعيفة نسبيًا بالقرب من منطقة اتصال اللحام. على سبيل المثال ، في عملية تجميع سلك البطارية ، عندما يكون التثبيت غير مريح ، سيقوم المشغل بسحب السلك لتوليد سحب مستقيم على طول اتجاه السلك ، أو تطبيق قوة تمزق عمودية على سطح اللحام على السلك. لذلك ، عند تصميم الهيكل النهائي ، من الضروري مراعاة تدابير الحماية الكافية لمقاومة قوة السحب المستقيمة وقوة التمزق.
حدد معيار USCar38 [3] الحد الأدنى لقوة السحب التي يجب الوصول إليها عند توصيل مواصفات مختلفة لأسلاك الألمنيوم بأطراف نحاسية. بالنسبة لأسلاك الألمنيوم ذات أقطار الأسلاك الكبيرة (10 مم 2) ، لا يحدد معيار USCar38 [3] بوضوح الحد الأدنى لقوة القشر ، وعادة ما يعطي مهندس الشركة المصنعة&# 39 ؛ الحد الأدنى الموصى به.
2. 3 ضمان مقاومة جيدة للتآكل الكهروكيميائي للأجزاء الملحومة
لمنع التآكل الكهروكيميائي لجزء اللحام من طرف النحاس وسلك الألمنيوم ، المفتاح هو عزل جزء التوصيل عن البيئة الرطبة أو المملحة. هناك طريقتان شائعتان لختم اللحام بالموجات فوق الصوتية: ختم أنبوب مزدوج قابل للتقلص بالحرارة (الشكل 6) وختم لاصق بالذوبان الساخن (الشكل 7). يمكن أن تلبي هاتان الطريقتان متطلبات المواصفات في اختبار التحقق البيئي النهائي ، ولكن بالنظر إلى متطلبات السيولة للغراء في تجويف الحقن أثناء عملية اللصق بالذوبان الساخن ، يجب الحفاظ على سمك جدار المادة اللاصقة بالذوبان الساخن 2.5 على الأقل ~ 3 مم. نتيجة لذلك ، يكون حجم جزء التوصيل الطرفي بعد معالجة الختم كبيرًا نسبيًا ، ولا يمكن استخدامه في المساحة الضيقة لبيئة التحميل. سمك الجدار للأنبوب المزدوج الجدار القابل للتقلص بالحرارة بعد المعالجة بالانكماش الحراري هو 1 ~ 1.5 مم ، لذلك فإن ختم الأنبوب المزدوج الجدار القابل للتقلص بالحرارة له نطاق أوسع من التطبيقات.
يُعرف الأنبوب القابل للانكماش الحراري بجدار مزدوج باسم الأنبوب الملصق القابل للتقلص بالحرارة. يتم تسخينها بدرجة حرارة عالية ويتقلص الجدار الخارجي ، ويذوب الغراء الصلب على الجدار الداخلي في غراء سائل.
يُعرف الأنبوب القابل للانكماش الحراري بجدار مزدوج باسم الأنبوب الملصق القابل للتقلص بالحرارة. يتم تسخينها بدرجة حرارة عالية ويتقلص الجدار الخارجي ، ويذوب الغراء الصلب على الجدار الداخلي في غراء سائل. بعد التدفق الكامل ، يغطي جزء التوصيل الطرفي وسطح جلد عزل السلك ، ويتم غلقه بعد تأثير التبريد والمعالجة. يمكن تقييم تأثير الختم لجزء التوصيل عن طريق اختبار رش الملح. يمكن أن تشير معايير التقييم إلى GMW3191 [4].
2. 4 ضمان قابلية تصنيع جيدة للأجزاء الملحومة
اللحام بالموجات فوق الصوتية هو الحركة النسبية الترددية عالية السرعة لسطحين من المواد عند ضغط وتردد معينين. تؤدي حركة الاحتكاك إلى ذوبان السطحين عند درجة حرارة عالية وتشكيل طبقة جزيئية انصهار. عادةً ما يتم تثبيت الطرف على معدات اللحام ، ويقوم السلك بعمل حركة ترددية عالية التردد بالنسبة للمحطة الثابتة. لذلك ، يحتاج الجهاز إلى بنية موثوقة للتثبيت. يمكن أيضًا اختبار جودة تأثير اللحام والحكم عليها من خلال متطلبات قوة السحب المستقيمة المحددة بواسطة معيار USCar38 [1] ومتطلبات قوة التمزق الموصى بها من قبل العملاء.
