汽車鋁電源線束連接技術(shù)

王超　文曉珂　陳露　錢奔　李周義

【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。

【關(guān)鍵詞】鋁線束；連接；電氣性能；機(jī)械性能

中圖分類號：U463.62? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）09-0062-02

Aluminum Wiring Harness Connection Technology

WANG Chao，WEN Xiaoke，CHEN Lu，QIAN Ben，LI Zhouyi

（Hebi THB International Electric Co.，Ltd.，Hebi 458000，China）

【Abstract】With the wide application of aluminum wire in automobile wiring harness. In this paper，the connection technology of aluminum conductor is analyzed，and the performance of different connection ways is compared，so as to choose the aluminum conductor connection way in the later stage.

【Key words】aluminum wiring harness；connect；electrical performance；mechanical performance

作者簡介

王超（1986—），男，汽車線束工程師，主要從事汽車線束研發(fā)、設(shè)計(jì)等相關(guān)工作。

1? 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。

2? 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。

3? 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。

4? 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。

5? 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。

6? 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。

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（編輯? 楊? 景）