• สายรัดสายไฟ

ข่าว

เทคโนโลยีการเชื่อมต่อสายไฟอะลูมิเนียมยานยนต์

เนื่องจากมีการใช้ตัวนำอลูมิเนียมมากขึ้นในสายรัดสายไฟของยานยนต์ บทความนี้จึงวิเคราะห์และจัดระเบียบเทคโนโลยีการเชื่อมต่อสายรัดสายไฟอลูมิเนียม และวิเคราะห์และเปรียบเทียบประสิทธิภาพของวิธีการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันเพื่ออำนวยความสะดวกในการเลือกวิธีการเชื่อมต่อสายรัดสายไฟอลูมิเนียมในภายหลัง

01 ภาพรวม

ด้วยการส่งเสริมการใช้ตัวนำอะลูมิเนียมในชุดสายไฟรถยนต์ การใช้ตัวนำอะลูมิเนียมแทนตัวนำทองแดงแบบเดิมจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการนำลวดอะลูมิเนียมมาใช้แทนลวดทองแดง ปัญหาการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า การคืบคลานที่อุณหภูมิสูง และการเกิดออกซิเดชันของตัวนำไฟฟ้า ล้วนเป็นปัญหาที่ต้องเผชิญและแก้ไข ขณะเดียวกัน การใช้ลวดอะลูมิเนียมแทนลวดทองแดงต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของลวดทองแดงดั้งเดิม สมบัติทางไฟฟ้าและทางกลจึงควรได้รับการปกป้องไม่ให้ประสิทธิภาพลดลง
เพื่อแก้ไขปัญหาต่างๆ เช่น การกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า การคืบคลานที่อุณหภูมิสูง และการเกิดออกซิเดชันของตัวนำระหว่างการใช้สายอลูมิเนียม ปัจจุบันอุตสาหกรรมมีวิธีการเชื่อมต่อหลักอยู่ 4 วิธี ได้แก่ การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานและการเชื่อมด้วยแรงดัน การเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก และการเชื่อมพลาสมา
ต่อไปนี้คือการวิเคราะห์และเปรียบเทียบประสิทธิภาพของหลักการเชื่อมต่อและโครงสร้างของการเชื่อมต่อทั้งสี่ประเภทนี้

02 การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานและการเชื่อมด้วยแรงดัน

การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานและการเชื่อมด้วยแรงดัน ขั้นแรกใช้แท่งทองแดงและแท่งอลูมิเนียมสำหรับการเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน จากนั้นจึงปั๊มแท่งทองแดงเพื่อสร้างจุดเชื่อมต่อทางไฟฟ้า แท่งอลูมิเนียมจะถูกกลึงและขึ้นรูปให้เป็นปลายจีบอลูมิเนียม จากนั้นจึงผลิตขั้วต่อทองแดงและอลูมิเนียม จากนั้นจึงสอดลวดอลูมิเนียมเข้าไปในปลายจีบอลูมิเนียมของขั้วต่อทองแดง-อลูมิเนียม และจีบด้วยไฮดรอลิกผ่านอุปกรณ์จีบสายไฟแบบดั้งเดิม เพื่อเชื่อมต่อระหว่างตัวนำอลูมิเนียมและขั้วต่อทองแดง-อลูมิเนียมให้เสร็จสมบูรณ์ ดังแสดงในรูปที่ 1

สายไฟรถยนต์ ลวดอลูมิเนียม

เมื่อเทียบกับรูปแบบการเชื่อมต่ออื่นๆ การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานและการเชื่อมด้วยแรงดันจะสร้างโซนเปลี่ยนผ่านระหว่างโลหะผสมทองแดงและอะลูมิเนียมผ่านการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานของแท่งทองแดงและแท่งอลูมิเนียม พื้นผิวการเชื่อมมีความสม่ำเสมอและหนาแน่นมากขึ้น ช่วยป้องกันปัญหาการคืบคลานเนื่องจากความร้อนที่เกิดจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันของทองแดงและอะลูมิเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ การเกิดโซนเปลี่ยนผ่านของโลหะผสมยังช่วยป้องกันการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าที่เกิดจากกิจกรรมโลหะที่แตกต่างกันระหว่างทองแดงและอะลูมิเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ต่อมามีการปิดผนึกด้วยท่อหดความร้อนเพื่อแยกละอองเกลือและไอน้ำ ซึ่งช่วยป้องกันการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ การจีบลวดอลูมิเนียมและปลายจีบอลูมิเนียมของขั้วต่อทองแดง-อะลูมิเนียมด้วยไฮดรอลิก จะช่วยทำลายและลอกโครงสร้างโมโนฟิลาเมนต์ของตัวนำอลูมิเนียมและชั้นออกไซด์บนผนังด้านในของปลายจีบอลูมิเนียมออก จากนั้นจึงทำการหล่อเย็นระหว่างสายเดี่ยวและระหว่างตัวนำตัวนำอลูมิเนียมกับผนังด้านในของปลายจีบ การเชื่อมแบบผสมผสานนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของการเชื่อมต่อและให้ประสิทธิภาพเชิงกลที่เชื่อถือได้มากที่สุด

03 การเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน

การเชื่อมแบบเสียดทานใช้ท่ออลูมิเนียมเพื่อย้ำและขึ้นรูปตัวนำอลูมิเนียม หลังจากตัดหน้าตัดออกแล้ว จะทำการเชื่อมแบบเสียดทานโดยใช้ขั้วต่อทองแดง การเชื่อมต่อระหว่างตัวนำลวดและขั้วต่อทองแดงเสร็จสมบูรณ์ด้วยการเชื่อมแบบเสียดทาน ดังแสดงในรูปที่ 2

สายไฟรถยนต์ สายอลูมิเนียม-1

การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานเชื่อมต่อลวดอลูมิเนียม ขั้นแรก ติดตั้งท่ออลูมิเนียมเข้ากับตัวนำของลวดอลูมิเนียมโดยการจีบ โครงสร้างโมโนฟิลาเมนต์ของตัวนำจะถูกทำให้เป็นพลาสติกโดยการจีบ เพื่อสร้างหน้าตัดวงกลมที่แน่นหนา จากนั้นหน้าตัดของลวดเชื่อมจะถูกทำให้แบนโดยการบิดเพื่อเสร็จสิ้นกระบวนการ การเตรียมพื้นผิวการเชื่อม ปลายด้านหนึ่งของขั้วทองแดงเป็นโครงสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า และปลายอีกด้านหนึ่งเป็นพื้นผิวการเชื่อมต่อของขั้วทองแดง พื้นผิวการเชื่อมต่อของขั้วทองแดงและพื้นผิวการเชื่อมต่อของลวดอลูมิเนียมจะถูกเชื่อมและเชื่อมต่อด้วยการเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน จากนั้นจึงตัดและขึ้นรูปแฟลชเชื่อมเพื่อเสร็จสิ้นกระบวนการเชื่อมต่อของลวดอลูมิเนียมเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน
เมื่อเทียบกับรูปแบบการเชื่อมต่ออื่นๆ การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานจะสร้างการเชื่อมต่อระหว่างทองแดงและอลูมิเนียมผ่านการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานระหว่างขั้วทองแดงและสายอลูมิเนียม ซึ่งช่วยลดการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าของทองแดงและอลูมิเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ระยะเปลี่ยนผ่านของการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานระหว่างทองแดงและอลูมิเนียมจะถูกปิดผนึกด้วยท่อหดความร้อนแบบมีกาวในขั้นตอนหลัง พื้นที่เชื่อมจะไม่สัมผัสกับอากาศและความชื้น จึงช่วยลดการกัดกร่อนได้มากขึ้น นอกจากนี้ พื้นที่เชื่อมยังเป็นจุดที่ตัวนำสายอลูมิเนียมเชื่อมต่อโดยตรงกับขั้วทองแดงผ่านการเชื่อม ซึ่งช่วยเพิ่มแรงดึงของข้อต่อได้อย่างมีประสิทธิภาพและทำให้กระบวนการแปรรูปง่ายขึ้น
อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อระหว่างสายอลูมิเนียมและขั้วต่อทองแดง-อลูมิเนียมในรูปที่ 1 ก็มีข้อเสียเช่นกัน การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานสำหรับผู้ผลิตสายรัดสายไฟจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เชื่อมด้วยแรงเสียดทานพิเศษแยกต่างหาก ซึ่งมีความคล่องตัวต่ำและเพิ่มการลงทุนในสินทรัพย์ถาวรของผู้ผลิตสายรัดสายไฟ ประการที่สอง ในการเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน ในระหว่างกระบวนการ โครงสร้างโมโนฟิลาเมนต์ของลวดจะถูกเชื่อมด้วยแรงเสียดทานโดยตรงกับขั้วต่อทองแดง ทำให้เกิดโพรงในบริเวณจุดเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน ฝุ่นและสิ่งเจือปนอื่นๆ จะส่งผลกระทบต่อคุณภาพการเชื่อมขั้นสุดท้าย ส่งผลให้คุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้าของจุดเชื่อมไม่เสถียร

04 การเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิก

การเชื่อมลวดอลูมิเนียมด้วยคลื่นอัลตราโซนิกใช้อุปกรณ์เชื่อมอัลตราโซนิกเพื่อเชื่อมต่อลวดอลูมิเนียมและขั้วทองแดง โดยการสั่นความถี่สูงของหัวเชื่อมของอุปกรณ์เชื่อมอัลตราโซนิก ลวดอลูมิเนียมโมโนฟิลาเมนต์ ลวดอลูมิเนียม และขั้วทองแดงจะถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันจนเป็นลวดอลูมิเนียมที่สมบูรณ์ การเชื่อมต่อขั้วทองแดงแสดงในรูปที่ 3

สายไฟรถยนต์ สายอลูมิเนียม-2

การเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิกคือการเชื่อมลวดอะลูมิเนียมและขั้วทองแดงด้วยคลื่นความถี่สูงด้วยคลื่นอัลตราโซนิก การสั่นสะเทือนและแรงเสียดทานระหว่างทองแดงและอะลูมิเนียมทำให้การเชื่อมต่อระหว่างทองแดงและอะลูมิเนียมสมบูรณ์ เนื่องจากทั้งทองแดงและอะลูมิเนียมมีโครงสร้างผลึกโลหะทรงลูกบาศก์ที่มีหน้าเป็นศูนย์กลาง ในสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นความถี่สูง ภายใต้สภาวะนี้ การแทนที่อะตอมในโครงสร้างผลึกโลหะจะเสร็จสมบูรณ์ ก่อให้เกิดชั้นทรานซิชันโลหะผสม ช่วยป้องกันการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกัน ในระหว่างกระบวนการเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิก ชั้นออกไซด์บนพื้นผิวของโมโนฟิลาเมนต์ตัวนำอะลูมิเนียมจะถูกลอกออก จากนั้นการเชื่อมโมโนฟิลาเมนต์จะเสร็จสมบูรณ์ ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้าและเชิงกลของการเชื่อมต่อ
เมื่อเทียบกับรูปแบบการเชื่อมต่ออื่นๆ อุปกรณ์เชื่อมอัลตราโซนิกเป็นอุปกรณ์แปรรูปที่นิยมใช้กันสำหรับผู้ผลิตสายรัดสายไฟ ไม่จำเป็นต้องลงทุนสินทรัพย์ถาวรใหม่ ขณะเดียวกัน ขั้วต่อใช้ขั้วต่อทองแดงปั๊มขึ้นรูป จึงมีต้นทุนต่ำกว่า จึงได้เปรียบด้านต้นทุนมากที่สุด อย่างไรก็ตาม ก็มีข้อเสียเช่นกัน เมื่อเทียบกับรูปแบบการเชื่อมต่ออื่นๆ การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกมีคุณสมบัติเชิงกลที่ด้อยกว่าและต้านทานการสั่นสะเทือนได้ไม่ดี ดังนั้น จึงไม่แนะนำให้ใช้การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกในบริเวณที่มีการสั่นสะเทือนความถี่สูง

05 การเชื่อมพลาสม่า

การเชื่อมพลาสม่าใช้ขั้วทองแดงและลวดอลูมิเนียมสำหรับการเชื่อมต่อแบบจีบ จากนั้นจึงใช้พลาสม่าอาร์กในการฉายรังสีและให้ความร้อนบริเวณที่จะเชื่อม ละลายตะกั่ว เติมพื้นที่เชื่อม และทำให้การเชื่อมต่อลวดอลูมิเนียมเสร็จสมบูรณ์ ดังแสดงในรูปที่ 4

สายไฟรถยนต์ สายอลูมิเนียม-3

การเชื่อมพลาสมาของตัวนำอะลูมิเนียมนั้นใช้การเชื่อมพลาสมากับขั้วทองแดงก่อน จากนั้นการจีบและยึดตัวนำอะลูมิเนียมจะเสร็จสมบูรณ์ด้วยการจีบ ขั้วเชื่อมพลาสมาจะมีโครงสร้างรูปทรงกระบอกหลังจากการจีบ จากนั้นบริเวณที่เชื่อมขั้วจะถูกเติมด้วยตะกั่วบัดกรีที่มีสังกะสี และปลายที่จีบจะถูกเติมด้วยตะกั่วบัดกรีที่มีสังกะสี ภายใต้การฉายรังสีพลาสมาอาร์ก ตะกั่วบัดกรีที่มีสังกะสีจะถูกให้ความร้อนและหลอมละลาย จากนั้นจึงเข้าสู่ช่องว่างของลวดในบริเวณจีบผ่านกระบวนการแคปิลลารี เพื่อสิ้นสุดกระบวนการเชื่อมต่อขั้วทองแดงและสายอะลูมิเนียม
ลวดเชื่อมอลูมิเนียมพลาสม่าช่วยให้การเชื่อมต่อระหว่างสายอลูมิเนียมและขั้วทองแดงเป็นไปอย่างรวดเร็วด้วยการจีบ ซึ่งทำให้ได้คุณสมบัติเชิงกลที่เชื่อถือได้ ขณะเดียวกัน ในกระบวนการจีบ ด้วยอัตราส่วนการบีบอัด 70% ถึง 80% ชั้นออกไซด์ของตัวนำจะถูกทำลายและหลุดลอกออกอย่างสมบูรณ์ เพิ่มประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ลดความต้านทานการสัมผัสของจุดเชื่อมต่อ และป้องกันความร้อนที่จุดเชื่อมต่อ จากนั้นจึงเติมตะกั่วบัดกรีที่มีสังกะสีที่ปลายบริเวณจีบ และใช้ลำแสงพลาสม่าฉายรังสีและให้ความร้อนแก่บริเวณเชื่อม ตะกั่วบัดกรีที่มีสังกะสีจะถูกทำให้ร้อนและหลอมละลาย และตะกั่วบัดกรีจะเติมเต็มช่องว่างในบริเวณจีบด้วยปฏิกิริยาแคปิลลารี ทำให้เกิดน้ำเกลือพ่นในบริเวณจีบ การแยกไอระเหยช่วยป้องกันการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน เนื่องจากตะกั่วบัดกรีถูกแยกและบัฟเฟอร์ จึงเกิดเป็นโซนทรานซิชัน ซึ่งช่วยป้องกันการเกิดการคืบคลานจากความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และลดความเสี่ยงของการเพิ่มความต้านทานการเชื่อมต่อภายใต้สภาวะช็อกจากความร้อนและความเย็น การเชื่อมพลาสม่าในพื้นที่เชื่อมต่อทำให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของพื้นที่เชื่อมต่อได้รับการปรับปรุงอย่างมีประสิทธิภาพ และคุณสมบัติเชิงกลของพื้นที่เชื่อมต่อยังได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมอีกด้วย
เมื่อเทียบกับรูปแบบการเชื่อมต่ออื่นๆ การเชื่อมด้วยพลาสม่าจะแยกขั้วทองแดงและตัวนำอลูมิเนียมผ่านชั้นเชื่อมทรานซิชันและชั้นเชื่อมเสริมความแข็งแรง ช่วยลดการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าของทองแดงและอลูมิเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ชั้นเชื่อมเสริมความแข็งแรงจะหุ้มปลายตัวนำอลูมิเนียมเพื่อไม่ให้ขั้วทองแดงและแกนตัวนำสัมผัสกับอากาศและความชื้น ซึ่งช่วยลดการกัดกร่อนได้มากขึ้น นอกจากนี้ ชั้นเชื่อมทรานซิชันและชั้นเชื่อมเสริมความแข็งแรงยังยึดขั้วทองแดงและข้อต่อลวดอลูมิเนียมให้แน่นหนา ช่วยเพิ่มแรงดึงของข้อต่อได้อย่างมีประสิทธิภาพและทำให้กระบวนการทำงานง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม ข้อเสียก็มีเช่นกัน การเชื่อมด้วยพลาสม่าสำหรับผู้ผลิตสายรัดสายไฟ จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เชื่อมพลาสม่าเฉพาะทาง ซึ่งมีความคล่องตัวต่ำและเพิ่มการลงทุนในสินทรัพย์ถาวรของผู้ผลิตสายรัดสายไฟ ประการที่สอง ในกระบวนการเชื่อมพลาสม่า การบัดกรีจะเสร็จสมบูรณ์โดยกระบวนการแคปิลลารี กระบวนการเติมช่องว่างในบริเวณจีบไม่สามารถควบคุมได้ ส่งผลให้คุณภาพการเชื่อมขั้นสุดท้ายในบริเวณจุดเชื่อมพลาสม่าไม่เสถียร ส่งผลให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและทางกลคลาดเคลื่อนอย่างมาก


เวลาโพสต์: 19 ก.พ. 2567