ככל שמוליכי אלומיניום נמצאים בשימוש הולך וגובר בצמתים לרכב, מאמר זה מנתח ומארגן את טכנולוגיית החיבור של צמתים לחיבור חשמל מאלומיניום, ומנתח ומשווה את הביצועים של שיטות חיבור שונות כדי להקל על הבחירה המאוחרת יותר של שיטות חיבור צמתים לחיבור חשמל מאלומיניום.
01 סקירה כללית
עם קידום השימוש במוליכי אלומיניום בצמתים לרכב, השימוש במוליכי אלומיניום במקום מוליכי נחושת מסורתיים הולך וגובר בהדרגה. עם זאת, בתהליך היישום של חוטי אלומיניום המחליפים חוטי נחושת, קורוזיה אלקטרוכימית, זחילה בטמפרטורה גבוהה וחמצון מוליכים הן בעיות שיש להתמודד איתן ולפתור במהלך תהליך היישום. יחד עם זאת, יישום חוטי אלומיניום המחליפים חוטי נחושת חייב לעמוד בדרישות של חוטי הנחושת המקוריים. תכונות חשמליות ומכניות כדי למנוע פגיעה בביצועים.
על מנת לפתור בעיות כגון קורוזיה אלקטרוכימית, זחילה בטמפרטורה גבוהה וחמצון מוליכים במהלך יישום חוטי אלומיניום, קיימות כיום ארבע שיטות חיבור מרכזיות בתעשייה, דהיינו: ריתוך חיכוך וריתוך בלחץ, ריתוך חיכוך, ריתוך אולטרסאונד וריתוך פלזמה.
להלן ניתוח והשוואת ביצועים של עקרונות ומבני החיבור של ארבעת סוגי החיבורים הללו.
02 ריתוך חיכוך וריתוך לחץ
ריתוך חיכוך וחיבור בלחץ, תחילה משתמשים במוטות נחושת ומוטות אלומיניום לריתוך חיכוך, ולאחר מכן חותמים את מוטות הנחושת ליצירת חיבורים חשמליים. מוטות האלומיניום עוברים עיבוד ועיצוב ליצירת קצוות לחיצה מאלומיניום, ומיוצרים הדקי נחושת ואלומיניום. לאחר מכן, חוט האלומיניום מוכנס לקצה הלחיצה של הדקי נחושת-אלומיניום ומדביקים הידראולית באמצעות ציוד לחיצה מסורתי של צמת חוטים כדי להשלים את החיבור בין מוליך האלומיניום לדקי נחושת-אלומיניום, כפי שמוצג באיור 1.
בהשוואה לצורות חיבור אחרות, ריתוך חיכוך וריתוך בלחץ יוצרים אזור מעבר של סגסוגת נחושת-אלומיניום באמצעות ריתוך חיכוך של מוטות נחושת ומוטות אלומיניום. משטח הריתוך אחיד וצפוף יותר, ובכך נמנע ביעילות מבעיית הזחילה התרמית הנגרמת על ידי מקדמי התפשטות תרמיים שונים של נחושת ואלומיניום. בנוסף, היווצרות אזור המעבר של הסגסוגת נמנעת ביעילות גם מקורוזיה אלקטרוכימית הנגרמת על ידי פעילויות מתכת שונות בין נחושת לאלומיניום. איטום לאחר מכן באמצעות צינורות כיווץ בחום משמש לבידוד ריסוס מלח ואדי מים, מה שגם נמנע ביעילות מהתרחשות קורוזיה אלקטרוכימית. באמצעות כיווץ הידראולי של חוט האלומיניום וקצה כיווץ האלומיניום של מסוף הנחושת-אלומיניום, מבנה המונופילמנט של מוליך האלומיניום ושכבת התחמוצת על הדופן הפנימית של קצה כיווץ האלומיניום נהרסים ומתקלפים, ולאחר מכן הקור הושלם בין החוטים הבודדים ובין מוליך האלומיניום לדופן הפנימית של קצה כיווץ. שילוב הריתוך משפר את הביצועים החשמליים של החיבור ומספק את הביצועים המכניים האמינים ביותר.
03 ריתוך חיכוך
ריתוך חיכוך משתמש בצינור אלומיניום כדי לגלגל ולעצב את מוליך האלומיניום. לאחר חיתוך פני הקצה, מתבצע ריתוך חיכוך עם מסוף הנחושת. חיבור הריתוך בין מוליך החוט למסוף הנחושת מושלם באמצעות ריתוך חיכוך, כפי שמוצג באיור 2.
ריתוך חיכוך מחבר חוטי אלומיניום. ראשית, צינור האלומיניום מותקן על מוליך חוט האלומיניום באמצעות לחיצה. מבנה המונופילמנט של המוליך מפלסטלי באמצעות לחיצה ליצירת חתך רוחב עגול הדוק. לאחר מכן, חתך הריתוך משטח על ידי סיבוב כדי להשלים את התהליך. הכנת משטחי הריתוך. קצה אחד של מסוף הנחושת הוא מבנה החיבור החשמלי, והקצה השני הוא משטח חיבור הריתוך של מסוף הנחושת. משטח חיבור הריתוך של מסוף הנחושת ומשטח הריתוך של חוט האלומיניום מרותכים ומחוברים באמצעות ריתוך חיכוך, ולאחר מכן חותכים ומעוצבים את הבזק הריתוך כדי להשלים את תהליך החיבור של חוט האלומיניום לריתוך חיכוך.
בהשוואה לצורות חיבור אחרות, ריתוך בחיכוך יוצר חיבור מעבר בין נחושת לאלומיניום באמצעות ריתוך בחיכוך בין הדקי נחושת לחוטי אלומיניום, ובכך מפחית ביעילות קורוזיה אלקטרוכימית של נחושת ואלומיניום. אזור המעבר של ריתוך בחיכוך נחושת-אלומיניום אטום בצינורות דבק מתכווצים בחום בשלב מאוחר יותר. אזור הריתוך לא ייחשף לאוויר וללחות, מה שמפחית עוד יותר את הקורוזיה. בנוסף, אזור הריתוך הוא המקום שבו מוליך חוט האלומיניום מחובר ישירות להדק הנחושת באמצעות ריתוך, מה שמגדיל ביעילות את כוח המשיכה של החיבור והופך את תהליך העיבוד לפשוט.
עם זאת, חסרונות קיימים גם בחיבור בין חוטי אלומיניום להדקים מנחושת-אלומיניום באיור 1. יישום ריתוך חיכוך על יצרני צמות חוטים דורש ציוד ריתוך חיכוך מיוחד נפרד, אשר בעל גמישות נמוכה ומגדיל את ההשקעה בנכסים קבועים של יצרני צמות חוטים. שנית, בריתוך חיכוך במהלך התהליך, מבנה המונופילמנט של החוט מרותך ישירות בחיכוך עם הדק הנחושת, וכתוצאה מכך נוצרים חללים באזור חיבור ריתוך החיכוך. נוכחות אבק וזיהומים אחרים ישפיעו על איכות הריתוך הסופית, ויגרום לחוסר יציבות בתכונות המכניות והחשמליות של חיבור הריתוך.
04 ריתוך אולטרסאונד
ריתוך אולטרסאונד של חוטי אלומיניום משתמש בציוד ריתוך אולטרסאונד לחיבור חוטי אלומיניום ודקי נחושת. באמצעות תנודה בתדר גבוה של ראש הריתוך של ציוד ריתוך אולטרסאונד, חוטי האלומיניום המונופילמנטים וחוטי האלומיניום ודקי הנחושת מחוברים יחד להשלמת חוט האלומיניום. חיבור דקי הנחושת מוצג באיור 3.
חיבור ריתוך אולטרסאונד הוא כאשר חוטי אלומיניום ודקי נחושת רוטטים בגלי אולטרסאונד בתדר גבוה. רטט וחיכוך בין נחושת לאלומיניום משלימים את החיבור בין נחושת לאלומיניום. מכיוון שנחושת ולאלומיניום כאחד בעלי מבנה גבישי מתכת קובי במרכז הפנים, בסביבת תנודה בתדר גבוה, בתנאי זה, ההחלפה האטומית במבנה גבישי המתכת הושלמה ליצירת שכבת מעבר של סגסוגת, ובכך נמנעת ביעילות התרחשות של קורוזיה אלקטרוכימית. במקביל, במהלך תהליך הריתוך האולטרסאונד, שכבת התחמוצת על פני מונופילמנט מוליך האלומיניום מתקלפת, ולאחר מכן חיבור הריתוך בין המונופילמנטים הושלם, מה שמשפר את התכונות החשמליות והמכניות של החיבור.
בהשוואה לצורות חיבור אחרות, ציוד ריתוך אולטרסאונד הוא ציוד עיבוד נפוץ עבור יצרני צמות חוטים. הוא אינו דורש השקעה חדשה בנכסים קבועים. יחד עם זאת, המסופים משתמשים במסופים חותמים נחושת, ועלות המסופים נמוכה יותר, כך שיש לו את יתרון העלות הטוב ביותר. עם זאת, קיימים גם חסרונות. בהשוואה לצורות חיבור אחרות, לריתוך אולטרסאונד יש תכונות מכניות חלשות יותר ועמידות ירודה לרעידות. לכן, השימוש בחיבורי ריתוך אולטרסאונד אינו מומלץ באזורים עם רעידות בתדירות גבוהה.
05 ריתוך פלזמה
ריתוך בפלזמה משתמש במסופי נחושת וחוטי אלומיניום לחיבור לחיצה, ולאחר מכן, על ידי הוספת הלחמה, קשת הפלזמה משמשת להקרנה וחימום של האזור המיועד לריתוך, להמסת ההלחמה, למילוי אזור הריתוך ולהשלמת חיבור חוט האלומיניום, כפי שמוצג באיור 4.
ריתוך פלזמה של מוליכי אלומיניום משתמש תחילה בריתוך פלזמה של הדקי נחושת, והלחיצה והידוק של מוליכי האלומיניום מסתיימים על ידי חיתוך. הדקי ריתוך הפלזמה יוצרים מבנה בצורת חבית לאחר החיתוך, ולאחר מכן אזור ריתוך הדקים ממולא בהלחמה המכילה אבץ, והקצה המחוטט מוסיף הלחמה המכילה אבץ. תחת הקרנת קשת פלזמה, ההלחמה המכילה אבץ מחוממת ונמסה, ולאחר מכן נכנסת לפער החוטים באזור החיתוך באמצעות פעולה נימית כדי להשלים את תהליך החיבור של הדקי נחושת וחוטי אלומיניום.
ריתוך פלזמה של חוטי אלומיניום משלים את החיבור המהיר בין חוטי האלומיניום למסופי הנחושת באמצעות לחיצה, ומספק תכונות מכניות אמינות. במקביל, במהלך תהליך הלחיצה, באמצעות יחס דחיסה של 70% עד 80%, מתבצעת הרס וקילוף של שכבת התחמוצת של המוליך, מה שמשפר ביעילות את הביצועים החשמליים, מפחית את התנגדות המגע של נקודות החיבור ומונע חימום של נקודות החיבור. לאחר מכן, מוסיפים הלחמה המכילה אבץ לקצה אזור הלחיצה, ומשמשים באמצעות קרן פלזמה כדי להקרין ולחמם את אזור הריתוך. ההלחמה המכילה אבץ מחוממת ונמסה, וההלחמה ממלאת את הפער באזור הלחיצה באמצעות פעולה נימית, ומשיגה ריסוס מלח באזור הלחיצה. בידוד אדים מונע התרחשות של קורוזיה אלקטרוכימית. יחד עם זאת, מכיוון שההלחמה מבודדת ומחומצנת, נוצר אזור מעבר, אשר מונע ביעילות התרחשות של זחילה תרמית ומפחית את הסיכון להתנגדות חיבור מוגברת תחת זעזועים חמים וקרים. באמצעות ריתוך פלזמה של אזור החיבור, הביצועים החשמליים של אזור החיבור משתפרים ביעילות, וגם התכונות המכניות של אזור החיבור משתפרות עוד יותר.
בהשוואה לצורות חיבור אחרות, ריתוך פלזמה מבודד הדקי נחושת ומוליכי אלומיניום דרך שכבת ריתוך המעבר ושכבת הריתוך המחוזקת, ובכך מפחית ביעילות את הקורוזיה האלקטרוכימית של נחושת ואלומיניום. ושכבת הריתוך המחוזקת עוטפת את פני הקצה של מוליך האלומיניום כך שהדקי הנחושת וליבת המוליך לא יבואו במגע עם אוויר ולחות, מה שמפחית עוד יותר את הקורוזיה. בנוסף, שכבת ריתוך המעבר ושכבת הריתוך המחוזקת מקבעות היטב את הדקי הנחושת ואת חיבורי חוטי האלומיניום, ומגדילות ביעילות את כוח המשיכה של החיבורים והופכות את תהליך העיבוד לפשוט. עם זאת, קיימים גם חסרונות. יישום ריתוך פלזמה על יצרני צמות חוטים דורש ציוד ריתוך פלזמה ייעודי נפרד, בעל גמישות נמוכה ומגדיל את ההשקעה בנכסים קבועים של יצרני צמות חוטים. שנית, בתהליך ריתוך פלזמה, ההלחמה מתבצעת באמצעות פעולה נימית. תהליך מילוי הפערים באזור הלחיצה אינו ניתן לשליטה, וכתוצאה מכך איכות הריתוך הסופית לא יציבה באזור חיבור ריתוך הפלזמה, וכתוצאה מכך סטיות גדולות בביצועים החשמליים והמכניים.
זמן פרסום: 19 בפברואר 2024