電磁脈沖壓接技術(shù)在電氣及自動(dòng)化工程中的應(yīng)用

文/楊大可 孫瑋 黨麗琴

電線電纜導(dǎo)體的連接不僅僅在電氣及自動(dòng)化工程領(lǐng)域中使用廣泛，在汽車制造業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)以及航天航空領(lǐng)域中都起到了一定的重要作用，能夠保證電氣線路和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)連接方法進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，提高導(dǎo)線接頭質(zhì)量的安全，是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，對(duì)企業(yè)的發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 傳統(tǒng)壓接方式的不足之處

1.1 傳統(tǒng)壓接的連接方式

壓接是指讓金屬在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行壓縮，完成壓縮后將導(dǎo)線連接到接觸對(duì)上，簡單來說就是通過壓力的方式，讓壓線筒沿著導(dǎo)線產(chǎn)生變形，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線和壓線筒之間的連接。壓線連接是一次使用，永久連接。目前使用最多的連接方式是壓縮連接，壓縮連接一般應(yīng)用在壓線筒與鋁接線端子中，采用特定的工具對(duì)連接導(dǎo)體的連接件進(jìn)行壓力擴(kuò)充，依靠這種強(qiáng)大的壓力讓材料變形，從而讓導(dǎo)體和連接線緊密連接，形成導(dǎo)電線路。這種壓接方式按照壓膜的形狀進(jìn)行劃分，可以分為局部和整體兩種壓接類型，局部壓接的壓力較小，伸長率也較小，但是容易產(chǎn)生電廠變形，因此在高電廠的作用下，需要使用填平壓坑的方式使電場能夠在一個(gè)均勻的狀態(tài)下工作；整體壓接與局部壓接正好相反，整體壓接所產(chǎn)生的壓力較大，其伸長率也較大，壓縮的部位不會(huì)變形，能夠壓縮成各種需要的接頭，因此這種壓接方式也是目前低壓電纜中使用最為廣泛的一種方法。

1.2 傳統(tǒng)壓接的制作方法

傳統(tǒng)壓接在制作的時(shí)候較為簡單，如果小于50mm2的電纜線與接線端子，兩者在連接的過程中一定要使用專門的手動(dòng)壓接工具進(jìn)行壓接，這種壓接方式操作便捷，使用起來也較為方便，比較使用與工程安裝或者現(xiàn)場維修等情況中。如果超過50mm2的電纜線，則需要使用液壓鉗進(jìn)行制作，液壓鉗的鉗口硬度較高，是使用專門的鋼件制作而成，壓緊成型后，接頭的橫截面形狀與其他接頭較為不同，因此還需要對(duì)壓接接頭進(jìn)行填充，從而增加銅線與套管的面積，添加助焊劑能夠更好的進(jìn)行錫焊填充。目前市場上認(rèn)為錫焊沒有正確的壓接方式好，大電流的情況下使用壓接更為合適。

1.3 傳統(tǒng)壓接方式的不足

傳統(tǒng)的壓接方式對(duì)于工作人員而言，勞動(dòng)量過大；芯線進(jìn)行壓接后會(huì)影響緊密度，會(huì)出現(xiàn)松散情況；壓接后的連接端子會(huì)出現(xiàn)較重的壓痕，容易損害芯線；壓接的地方無法得到均勻受力，會(huì)降低接頭的性能；壓接接頭容易受到外部環(huán)境的影響產(chǎn)生接觸不良；錫焊填充增加工作量，允許的溫度較為局限，對(duì)電路系統(tǒng)的安全性具有較大的影響；錫焊接頭中，對(duì)錫的要求較高，溫度過高或過低都會(huì)影響焊接的性能，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。施工工藝對(duì)于導(dǎo)線連接的安全性影響非常重大，良好的導(dǎo)線連接方式一定要具備較小的電阻、較強(qiáng)的抗拉能力以及耐腐蝕的功能。因此，傳統(tǒng)的壓接工藝已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有電氣及自動(dòng)化工程領(lǐng)域的應(yīng)用，急需一種新的工藝進(jìn)行市場的無縫對(duì)接，而電磁脈沖壓接方式是對(duì)接的關(guān)鍵技術(shù)。

2 電磁脈沖壓接技術(shù)在電氣及自動(dòng)化工程中的具體應(yīng)用

分析了傳統(tǒng)壓接方式中存在的諸多問題，一種新型的電磁脈沖壓接方法應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)的機(jī)械壓接不同，電磁脈沖壓接是利用電磁力應(yīng)用在連接端子套管中，從而產(chǎn)生壓力波，這種壓力波是一種向內(nèi)的徑向波，能夠使套管受到強(qiáng)大的壓縮力，套管受到壓縮力后會(huì)向內(nèi)急劇收縮，受到擠壓的電線線纜導(dǎo)體會(huì)整齊的排列在一起，完成壓接。

2.1 電磁脈沖壓接技術(shù)的優(yōu)勢

使用電磁脈沖壓接能夠增加導(dǎo)體與套管內(nèi)壁的面積，且密度較高；壓接的地方不會(huì)出現(xiàn)空隙，不會(huì)出現(xiàn)腐蝕的情況；將多股導(dǎo)線壓接后會(huì)形成一個(gè)實(shí)心，能夠增強(qiáng)接頭的抗拉性能；電磁脈沖壓接工藝綠色環(huán)保，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；與傳統(tǒng)壓接工藝相比能夠保證質(zhì)量，可靠性高；電磁脈沖壓接操作簡單，能夠有效的節(jié)省成本；電磁脈沖壓接類似于冷焊，能夠起到較好的電連續(xù)性，在環(huán)境惡劣的條件下也能夠進(jìn)行焊接，這是傳統(tǒng)壓接方式所不具備的。

圖1：壓接裝置系統(tǒng)組成

圖2：壓接接頭橫截面

2.2 電磁脈沖壓接技術(shù)的壓接原理

電磁脈沖壓接中，端子采用的是導(dǎo)電性較好的材料進(jìn)行制作，當(dāng)線圈開始通電后，連接端子套管的表面會(huì)產(chǎn)生電流，根據(jù)楞次定律可知電磁線圈中產(chǎn)生的磁場與感應(yīng)電流的磁場不會(huì)出現(xiàn)交集。磁場之間會(huì)出現(xiàn)排斥，外層的工件也會(huì)受到受到徑向力，在很短的時(shí)間內(nèi)朝著軸心的地方進(jìn)行壓縮，然后進(jìn)行收縮；當(dāng)外層的工件收縮的速度超過200m/s，將會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)現(xiàn)象，在收縮的過程中會(huì)將內(nèi)層的工件進(jìn)行包裹，從而實(shí)現(xiàn)緊密的連接。

2.3 電磁脈沖壓接技術(shù)的實(shí)現(xiàn)過程

將電纜線導(dǎo)體插到固定的位置，然后再將其一起放在特定的工作線圈中；開啟裝置后，對(duì)儲(chǔ)能電容器進(jìn)行充電，充電的電壓到達(dá)設(shè)定的值后會(huì)自動(dòng)打開放電的開關(guān)，讓電容器能夠迅速的進(jìn)行放電；電流需要在很短的時(shí)間進(jìn)行電流的釋放，釋放的過程中會(huì)產(chǎn)生脈沖磁場，同時(shí)套管的外壁也會(huì)產(chǎn)生電流，從而出現(xiàn)磁場，脈沖磁場與感應(yīng)磁場之間會(huì)發(fā)生排斥，套管會(huì)在高磁場的壓力下進(jìn)行收縮。如果磁場力能夠滿足變形的條件，則內(nèi)部的導(dǎo)線就會(huì)僅僅的包裹在一起，從而實(shí)現(xiàn)壓接。要想實(shí)現(xiàn)壓接需要關(guān)注套管材料的強(qiáng)度大小，用強(qiáng)度的大小設(shè)置電流的大小，如果強(qiáng)越大則電流越大。

2.4 壓接裝置

壓接裝置的組成如圖1所示。

壓接裝置在進(jìn)行工作的過程中需要先將閉合充電的開關(guān)關(guān)閉，關(guān)閉后對(duì)電容進(jìn)行充電，電容器充電極快，在幾秒鐘之內(nèi)就能夠充電完畢；將充電開關(guān)關(guān)閉后，需要通過觸發(fā)單元導(dǎo)通電流開關(guān)，將電容器中的電流進(jìn)行放電；電容器的存貯能量大約為20KJ，能量公式為：

2.5 效果呈現(xiàn)

剖開壓接完成后的接頭，如圖2所示，觀察圖2的橫截面，多股導(dǎo)線緊密排列，導(dǎo)線之間沒有出現(xiàn)空隙，導(dǎo)線由圓柱轉(zhuǎn)為六棱柱，排列的十分緊密。

使用電磁脈沖壓接，壓接時(shí)間非常短；通過設(shè)定的電壓能夠精準(zhǔn)的對(duì)壓接力的大小進(jìn)行控制，接頭的質(zhì)量也較好；接頭處的電阻很小，可以將其忽略；導(dǎo)線受到強(qiáng)大的磁場壓力后會(huì)出現(xiàn)擠壓形成六棱柱，增加導(dǎo)線之間的緊實(shí)度，讓多股導(dǎo)線成為一個(gè)整體提高機(jī)械的強(qiáng)度，與常規(guī)的壓接方法相比具有更強(qiáng)的拉力；接線端子套管在全方位無死角的圓周上會(huì)根據(jù)一定的長度進(jìn)行均勻的包裹，這種方式也不會(huì)損壞接線端子；接頭的表面沒有機(jī)械壓痕的痕跡，外觀完美；有效的降低的工作人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本，適合批量生產(chǎn)。

3 結(jié)束語

對(duì)傳統(tǒng)壓接工藝進(jìn)行了介紹，繼而針對(duì)傳統(tǒng)壓接工藝中存在的問題提出了一種新型的電磁脈沖壓接，這種新型的壓接工藝綠色環(huán)保，能耗非常低，被廣泛應(yīng)用在了電氣及自動(dòng)化工程領(lǐng)域中，取代了傳統(tǒng)的機(jī)械壓接。為了使電磁脈沖壓接方式能夠得到更好的應(yīng)用，需要不斷的對(duì)電磁脈沖壓接進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，以滿足現(xiàn)場裝配工程的需要。