4種行業(yè)內(nèi)常用的鋁導(dǎo)線連接方式

【摘要】隨著鋁導(dǎo)線在汽車線束中的應(yīng)用逐步廣泛，本文對鋁電源線束的連接技術(shù)進(jìn)行分析整理，對不同連接方式的性能進(jìn)行分析比較，以便后期鋁電源線束連接方式的選型。

01 概 述

隨著汽車線束鋁導(dǎo)線應(yīng)用的推廣，鋁導(dǎo)線替代傳統(tǒng)銅導(dǎo)線的應(yīng)用正在逐步增多。但是在鋁導(dǎo)線替代銅導(dǎo)線的應(yīng)用過程中，電化學(xué)腐蝕、高溫蠕變、導(dǎo)體氧化是應(yīng)用過程中必須要面臨與解決的問題，同時(shí)鋁導(dǎo)線替代銅導(dǎo)線的應(yīng)用中要滿足原有銅導(dǎo)線的電氣性能及機(jī)械性能，避免性能降低。

為解決鋁導(dǎo)線應(yīng)用過程中的電化學(xué)腐蝕、高溫蠕變、導(dǎo)體氧化等問題，目前行業(yè)內(nèi)主流的連接方式有4種，分別是：摩擦焊接加壓接、摩擦焊接、超聲波焊接、等離子焊接。

下面對這4種連接的連接原理、結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析及性能比較。

02 摩擦焊接加壓接

摩擦焊接加壓接，首先采用銅棒與鋁棒進(jìn)行摩擦焊接，然后對銅棒進(jìn)行沖壓成型，形成電氣連接端。鋁棒機(jī)加工成型，形成鋁壓接端，制作完成銅鋁端子。然后鋁線穿入銅鋁端子鋁壓接端通過傳統(tǒng)線束壓接設(shè)備進(jìn)行液壓壓接，完成鋁導(dǎo)線與銅鋁端子的連接，如圖1所示。

相比其他連接形式，摩擦焊接加壓接，通過銅棒與鋁棒的摩擦焊接，形成銅鋁合金過渡區(qū)，焊接面更加均勻致密，有效避免了銅鋁因熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致的熱蠕變問題，另外合金過渡區(qū)的形成也有效避免了因銅鋁之間金屬活性不同導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕情況產(chǎn)生。后續(xù)通過熱縮管密封隔絕鹽霧水汽，也有效避免了電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生。通過鋁線與銅鋁端子鋁壓接端的液壓壓接，對鋁導(dǎo)線單絲結(jié)構(gòu)及鋁壓接端內(nèi)壁的氧化層進(jìn)行破壞剝離，然后單絲之間以及鋁導(dǎo)線導(dǎo)體與壓接端內(nèi)壁完成冷焊結(jié)合，提升了連接處的電氣性能，提供了最可靠的機(jī)械性能。

03 摩擦焊接

摩擦焊接采用鋁管對鋁導(dǎo)線壓接塑形，切除端面后與銅端子進(jìn)行摩擦焊接，通過摩擦焊接完成導(dǎo)線導(dǎo)體與銅端子的焊接連接，如圖2所示。

摩擦焊接連接鋁導(dǎo)線，首先鋁管通過壓接連接安裝在鋁導(dǎo)線的導(dǎo)體上，通過壓接對導(dǎo)體的單絲結(jié)構(gòu)進(jìn)行塑性，形成緊密的圓形斷面，然后通過車削完成焊接斷面的平整，完成焊接面的準(zhǔn)備。銅端子的一端為電器端連接結(jié)構(gòu)，另一端為銅端子的焊接連接面。銅端子的焊接連接面與鋁線焊接面通過摩擦焊接進(jìn)行焊接連接，然后對焊接飛邊進(jìn)行切削整型，完成摩擦焊接鋁導(dǎo)線的連接加工。

相比其他連接形式，摩擦焊接通過銅端子和鋁導(dǎo)線之間的摩擦焊接連接，形成銅鋁之間的過渡連接，有效降低銅和鋁的電化學(xué)腐蝕。銅鋁摩擦焊接過渡區(qū)后期經(jīng)過帶膠熱縮管密封，焊接區(qū)域不會接觸到空氣和水分，進(jìn)一步減少腐蝕。此外，焊接區(qū)域是鋁導(dǎo)線導(dǎo)體通過焊接與銅端子直接連接，有效地增加了接頭的拉拔力，加工過程簡單。

但缺點(diǎn)也同圖1 鋁導(dǎo)線與銅鋁端子的連接時(shí)存在，摩擦焊接在線束廠商的應(yīng)用需要單獨(dú)增加摩擦焊接專用設(shè)備，通用性較差，增加了線束廠商的固定資產(chǎn)投入，其次在摩擦焊接過程中，導(dǎo)線的單絲結(jié)構(gòu)與銅端子直接摩擦焊接，導(dǎo)致摩擦焊接連接區(qū)域存在空洞，粉塵等雜質(zhì)的存在會影響最終焊接品質(zhì)，導(dǎo)致焊接連接的機(jī)械性能及電性能具有不穩(wěn)定性。

04 超聲波焊接

超聲波焊接鋁導(dǎo)線是將鋁導(dǎo)線與銅端子使用超聲波焊接設(shè)備，通過超聲波焊接設(shè)備焊頭的高頻振蕩，將鋁導(dǎo)線單絲之間和鋁導(dǎo)線與銅端子之間連接在一起，完成鋁導(dǎo)線與銅端子的連接，如圖3所示。

超聲波焊接連接是鋁導(dǎo)線和銅端子在超聲波高頻振動的情況下，銅鋁之間振動摩擦完成了銅鋁間的連接，因?yàn)殂~鋁均為面心立方的金屬晶體結(jié)構(gòu)，在高頻振蕩環(huán)境下，完成了金屬晶體結(jié)構(gòu)中的原子置換，形成合金過渡層，有效避免了電化學(xué)腐蝕情況的產(chǎn)生。同時(shí)在超聲波焊接過程中，鋁導(dǎo)體單絲表面的氧化層被剝離，然后單絲之間完成焊接結(jié)合，提升了連接處的電氣性能及機(jī)械性能。

相比其他連接形式，超聲波焊接設(shè)備是線束生產(chǎn)廠商常用加工設(shè)備，無需新增固定資產(chǎn)投入，同時(shí)端子采用銅沖壓端子，端子成本較低，所以擁有最優(yōu)的成本優(yōu)勢。但缺點(diǎn)也同時(shí)存在，相比其他連接形式，超聲波焊接的機(jī)械性能較弱，抗振性差，所以在高頻振動區(qū)域不建議超聲波焊接連接的使用。

05 等離子焊接

等離子焊接采用銅端子與鋁導(dǎo)線進(jìn)行壓接連接，然后通過添加焊料，采用等離子弧對待焊接區(qū)域進(jìn)行照射加熱，熔化焊料，填充焊接區(qū)域，完成鋁導(dǎo)線連接，如圖4所示。

等離子焊接鋁導(dǎo)線首先采用等離子焊接銅端子，通過壓接完成鋁導(dǎo)線的壓接緊固，等離子焊接端子壓接后形成圓桶狀結(jié)構(gòu)，然后在端子焊接區(qū)填充含鋅焊料，在壓接端部添加含鋅焊料，在等離子弧的照射下，含鋅焊料通過加熱熔化，然后通過毛細(xì)作用進(jìn)入到壓接區(qū)域的導(dǎo)線縫隙中，完成銅端子和鋁導(dǎo)線的連接加工。

等離子焊接鋁導(dǎo)線通過壓接完成鋁導(dǎo)線與銅端子的緊固連接，提供可靠的機(jī)械性能同時(shí)在壓接過程中，通過70%~80%的壓縮比，完成導(dǎo)線導(dǎo)體氧化層的破壞剝離，有效提高電氣性能，降低連接點(diǎn)的接觸電阻，防止連接點(diǎn)的發(fā)熱。然后在壓接區(qū)端部添加含鋅焊料，使用等離子束對焊接區(qū)進(jìn)行照射加熱，含鋅焊料經(jīng)過加熱熔化，通過毛細(xì)作用完成焊料對壓接區(qū)的縫隙填充，實(shí)現(xiàn)壓接區(qū)的鹽霧水汽隔絕，避免了電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生。同時(shí)因?yàn)楹噶细綦x緩沖，形成過渡區(qū)，有效避免了熱蠕變現(xiàn)象的發(fā)生，降低了在冷熱沖擊下連接電阻的升高風(fēng)險(xiǎn)。通過連接區(qū)域的等離子焊接，有效提高了連接區(qū)的電氣性能，同時(shí)對連接區(qū)的機(jī)械性能也有進(jìn)一步的提升。

相比其他連接形式，等離子焊接通過過渡焊接層和強(qiáng)化焊接層使銅端子和鋁導(dǎo)線隔絕開來，有效地降低銅和鋁的電化學(xué)腐蝕。且強(qiáng)化焊接層包裹鋁導(dǎo)線端面，銅端子與導(dǎo)線的導(dǎo)芯不會接觸到空氣和水分，進(jìn)一步減少腐蝕。此外，過渡焊接層和強(qiáng)化焊接層緊緊地固定住銅端子和鋁導(dǎo)線接頭，有效地增加了接頭的拉拔力，加工過程簡單。但缺點(diǎn)也同時(shí)存在，等離子焊接在線束廠商的應(yīng)用需要單獨(dú)增加等離子焊接專用設(shè)備，通用性較差，增加了線束廠商的固定資產(chǎn)投入，其次在等離子焊接過程中，焊料是通過毛細(xì)作用完成焊料對壓接區(qū)的縫隙填充，此過程是不可控的，導(dǎo)致等離子焊接連接區(qū)的最終焊接品質(zhì)并不穩(wěn)定，導(dǎo)致電氣性能及機(jī)械性能表現(xiàn)偏差較大。

06 結(jié)束語

綜上所述，4種行業(yè)內(nèi)常用的鋁導(dǎo)線連接方式各有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，無論何種連接方式均可滿足解決鋁導(dǎo)線與銅端子連接過程中的電化學(xué)腐蝕、高溫蠕變、導(dǎo)體氧化等問題，保證了鋁導(dǎo)線與銅端子之間的連接性能，但在穩(wěn)定性、成本、性能等方面存在差異，可根據(jù)成本要求、裝車環(huán)境等因素綜合評價(jià)選取最適用的連接。