เนื่องจากมีการใช้ตัวนำอลูมิเนียมมากขึ้นในสายไฟรถยนต์ บทความนี้จึงวิเคราะห์และจัดระเบียบเทคโนโลยีการเชื่อมต่อสายไฟอลูมิเนียม และวิเคราะห์และเปรียบเทียบประสิทธิภาพของวิธีการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันเพื่ออำนวยความสะดวกในการเลือกวิธีการเชื่อมต่อสายไฟอลูมิเนียมในภายหลัง
01 ภาพรวม
ด้วยการส่งเสริมการใช้ตัวนำอลูมิเนียมในสายไฟรถยนต์ การใช้ตัวนำอลูมิเนียมแทนตัวนำทองแดงแบบดั้งเดิมจึงเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการใช้สายอลูมิเนียมแทนสายทองแดง การกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า การคืบคลานที่อุณหภูมิสูง และการเกิดออกซิเดชันของตัวนำเป็นปัญหาที่ต้องเผชิญและแก้ไขในระหว่างกระบวนการใช้ ในขณะเดียวกัน การใช้สายอลูมิเนียมแทนสายทองแดงจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของสายทองแดงดั้งเดิม คุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลเพื่อหลีกเลี่ยงการเสื่อมประสิทธิภาพ
เพื่อแก้ไขปัญหาต่างๆ เช่น การกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า การคืบคลานที่อุณหภูมิสูง และการเกิดออกซิเดชันของตัวนำระหว่างการใช้สายอลูมิเนียม ปัจจุบันในอุตสาหกรรมมีวิธีการเชื่อมต่อหลักๆ สี่วิธี ได้แก่ การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานและการเชื่อมด้วยแรงดัน การเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก และการเชื่อมพลาสมา
ต่อไปนี้เป็นการวิเคราะห์และเปรียบเทียบประสิทธิภาพของหลักการเชื่อมต่อและโครงสร้างของการเชื่อมต่อทั้งสี่ประเภทนี้
02 การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานและการเชื่อมด้วยแรงดัน
การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานและการเชื่อมต่อด้วยแรงดัน ขั้นแรกให้ใช้แท่งทองแดงและแท่งอลูมิเนียมสำหรับการเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน จากนั้นปั๊มแท่งทองแดงเพื่อสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า แท่งอลูมิเนียมจะถูกกลึงและขึ้นรูปเพื่อสร้างปลายจีบอลูมิเนียม จากนั้นจึงผลิตขั้วต่อทองแดงและอลูมิเนียม จากนั้นจึงสอดลวดอลูมิเนียมเข้าไปในปลายจีบอลูมิเนียมของขั้วต่อทองแดง-อลูมิเนียม แล้วจีบด้วยไฮดรอลิกผ่านอุปกรณ์จีบสายไฟแบบดั้งเดิมเพื่อให้การเชื่อมต่อระหว่างตัวนำอลูมิเนียมและขั้วต่อทองแดง-อลูมิเนียมเสร็จสมบูรณ์ ดังที่แสดงในรูปที่ 1

เมื่อเทียบกับรูปแบบการเชื่อมต่ออื่นๆ การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานและการเชื่อมด้วยแรงดันจะสร้างโซนเปลี่ยนผ่านโลหะผสมทองแดง-อลูมิเนียมผ่านการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานของแท่งทองแดงและแท่งอลูมิเนียม พื้นผิวการเชื่อมมีความสม่ำเสมอและหนาแน่นมากขึ้น หลีกเลี่ยงปัญหาการคืบคลานเนื่องจากความร้อนที่เกิดจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่แตกต่างกันของทองแดงและอลูมิเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ การก่อตัวของโซนเปลี่ยนผ่านโลหะผสมยังช่วยป้องกันการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าที่เกิดจากกิจกรรมโลหะที่แตกต่างกันระหว่างทองแดงและอลูมิเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ การปิดผนึกในภายหลังด้วยท่อหดความร้อนใช้เพื่อแยกละอองเกลือและไอน้ำ ซึ่งยังช่วยป้องกันการเกิดการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย ผ่านการจีบแบบไฮดรอลิกของลวดอลูมิเนียมและปลายจีบอลูมิเนียมของขั้วต่อทองแดง-อลูมิเนียม โครงสร้างโมโนฟิลาเมนต์ของตัวนำอลูมิเนียมและชั้นออกไซด์บนผนังด้านในของปลายจีบอลูมิเนียมจะถูกทำลายและลอกออก จากนั้นความเย็นจะเสร็จสมบูรณ์ระหว่างสายเดี่ยวและระหว่างตัวนำตัวนำอลูมิเนียมกับผนังด้านในของปลายจีบ การเชื่อมแบบผสมผสานช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของการเชื่อมต่อและให้ประสิทธิภาพเชิงกลที่เชื่อถือได้มากที่สุด
03 การเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน
การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานใช้ท่ออลูมิเนียมในการจีบและขึ้นรูปตัวนำอลูมิเนียม หลังจากตัดหน้าด้านท้ายแล้ว จะทำการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานโดยใช้ขั้วต่อทองแดง การเชื่อมต่อระหว่างตัวนำลวดและขั้วต่อทองแดงจะเสร็จสมบูรณ์ด้วยการเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน ดังแสดงในรูปที่ 2

การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานจะเชื่อมต่อสายอลูมิเนียม ขั้นแรกให้ติดตั้งท่ออลูมิเนียมบนตัวนำของสายอลูมิเนียมโดยการจีบ โครงสร้างโมโนฟิลาเมนต์ของตัวนำจะถูกทำให้เป็นพลาสติกโดยการจีบเพื่อสร้างหน้าตัดวงกลมที่แน่นหนา จากนั้นหน้าตัดการเชื่อมจะถูกทำให้แบนโดยการพลิกเพื่อให้กระบวนการเสร็จสมบูรณ์ การเตรียมพื้นผิวการเชื่อม ปลายด้านหนึ่งของขั้วต่อทองแดงเป็นโครงสร้างการเชื่อมต่อไฟฟ้าและปลายอีกด้านหนึ่งเป็นพื้นผิวการเชื่อมต่อของขั้วต่อทองแดง พื้นผิวการเชื่อมต่อของขั้วต่อทองแดงและพื้นผิวการเชื่อมของลวดอลูมิเนียมจะถูกเชื่อมและเชื่อมต่อผ่านการเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน จากนั้นแฟลชเชื่อมจะถูกตัดและขึ้นรูปเพื่อให้กระบวนการเชื่อมต่อของลวดอลูมิเนียมเชื่อมด้วยแรงเสียดทานเสร็จสมบูรณ์
เมื่อเปรียบเทียบกับรูปแบบการเชื่อมต่ออื่นๆ การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานจะสร้างการเชื่อมต่อระหว่างทองแดงและอลูมิเนียมผ่านการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานระหว่างขั้วต่อทองแดงและสายอลูมิเนียม ซึ่งช่วยลดการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าของทองแดงและอลูมิเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ โซนการเปลี่ยนผ่านการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานระหว่างทองแดงและอลูมิเนียมจะถูกปิดผนึกด้วยท่อหดความร้อนแบบมีกาวในขั้นตอนหลัง พื้นที่เชื่อมจะไม่สัมผัสกับอากาศและความชื้น จึงลดการกัดกร่อนได้มากขึ้น นอกจากนี้ พื้นที่เชื่อมยังเป็นจุดที่ตัวนำสายอลูมิเนียมเชื่อมต่อโดยตรงกับขั้วต่อทองแดงผ่านการเชื่อม ซึ่งช่วยเพิ่มแรงดึงของข้อต่อได้อย่างมีประสิทธิภาพ และทำให้กระบวนการประมวลผลง่ายขึ้น
อย่างไรก็ตาม ข้อเสียยังมีอยู่ในการเชื่อมต่อระหว่างสายอลูมิเนียมและขั้วต่อทองแดง-อลูมิเนียมในรูปที่ 1 การใช้การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานกับผู้ผลิตสายรัดสายไฟต้องใช้อุปกรณ์เชื่อมด้วยแรงเสียดทานพิเศษแยกต่างหากซึ่งมีความคล่องตัวต่ำและเพิ่มการลงทุนในสินทรัพย์ถาวรของผู้ผลิตสายรัดสายไฟ ประการที่สองในการเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน ในระหว่างกระบวนการ โครงสร้างโมโนฟิลาเมนต์ของลวดจะถูกเชื่อมด้วยแรงเสียดทานโดยตรงกับขั้วต่อทองแดง ส่งผลให้เกิดโพรงในบริเวณการเชื่อมต่อด้วยการเชื่อมด้วยแรงเสียดทาน การมีฝุ่นและสิ่งเจือปนอื่นๆ จะส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อมขั้นสุดท้าย ส่งผลให้คุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้าของการเชื่อมต่อการเชื่อมไม่เสถียร
04 การเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง
การเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงของลวดอลูมิเนียมใช้เครื่องเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเพื่อเชื่อมลวดอลูมิเนียมและขั้วต่อทองแดง โดยการเชื่อมลวดอลูมิเนียมเส้นเดียวและลวดอลูมิเนียมและขั้วต่อทองแดงด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงจะเชื่อมต่อกันเพื่อให้ลวดอลูมิเนียมสมบูรณ์ การเชื่อมต่อขั้วต่อทองแดงจะแสดงในรูปที่ 3

การเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงคือเมื่อสายอลูมิเนียมและขั้วทองแดงสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง การสั่นสะเทือนและแรงเสียดทานระหว่างทองแดงและอลูมิเนียมทำให้การเชื่อมต่อระหว่างทองแดงและอลูมิเนียมสมบูรณ์ เนื่องจากทองแดงและอลูมิเนียมมีโครงสร้างผลึกโลหะลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลางหน้า ในสภาพแวดล้อมการสั่นความถี่สูง ภายใต้เงื่อนไขนี้ การแทนที่อะตอมในโครงสร้างผลึกโลหะจะเสร็จสมบูรณ์เพื่อสร้างชั้นทรานสิชั่นโลหะผสม ซึ่งหลีกเลี่ยงการเกิดการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในเวลาเดียวกัน ในระหว่างกระบวนการเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง ชั้นออกไซด์บนพื้นผิวของโมโนฟิลาเมนต์ตัวนำอลูมิเนียมจะถูกลอกออก จากนั้นการเชื่อมต่อการเชื่อมระหว่างโมโนฟิลาเมนต์จะเสร็จสมบูรณ์ ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลของการเชื่อมต่อ
เมื่อเปรียบเทียบกับรูปแบบการเชื่อมต่ออื่นๆ อุปกรณ์เชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเป็นอุปกรณ์การประมวลผลที่ใช้กันทั่วไปสำหรับผู้ผลิตสายรัดสายไฟ ไม่จำเป็นต้องลงทุนในสินทรัพย์ถาวรใหม่ ในขณะเดียวกัน ขั้วต่อใช้ขั้วต่อที่ปั๊มด้วยทองแดง และต้นทุนขั้วต่อก็ต่ำกว่า จึงมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนที่ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม ข้อเสียก็มีเช่นกัน เมื่อเปรียบเทียบกับรูปแบบการเชื่อมต่ออื่นๆ การเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงมีคุณสมบัติทางกลที่อ่อนแอกว่าและทนต่อการสั่นสะเทือนได้ไม่ดี ดังนั้น จึงไม่แนะนำให้ใช้การเชื่อมต่อด้วยการเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงในพื้นที่ที่มีการสั่นสะเทือนความถี่สูง
05 การเชื่อมพลาสม่า
การเชื่อมพลาสม่าใช้ขั้วทองแดงและลวดอลูมิเนียมในการเชื่อมต่อแบบจีบ จากนั้นเติมตะกั่วบัดกรีลงไปเพื่อใช้พลาสม่าอาร์กในการฉายรังสีและให้ความร้อนบริเวณที่จะเชื่อม หลอมตะกั่วบัดกรี เติมพื้นที่เชื่อม และทำให้การเชื่อมต่อลวดอลูมิเนียมเสร็จสมบูรณ์ ดังที่แสดงในรูปที่ 4

การเชื่อมพลาสม่าของตัวนำอลูมิเนียมนั้นใช้การเชื่อมพลาสม่าของขั้วต่อทองแดงก่อน จากนั้นการจีบและการยึดตัวนำอลูมิเนียมจะเสร็จสมบูรณ์โดยการจีบ ขั้วต่อเชื่อมพลาสม่าจะสร้างโครงสร้างรูปทรงกระบอกหลังจากการจีบ จากนั้นพื้นที่เชื่อมขั้วต่อจะเต็มไปด้วยตะกั่วบัดกรีที่มีสังกะสี และปลายที่จีบจะเติมตะกั่วบัดกรีที่มีสังกะสี ภายใต้การฉายรังสีของพลาสม่าอาร์ก ตะกั่วบัดกรีที่มีสังกะสีจะถูกให้ความร้อนและหลอมละลาย จากนั้นจึงเข้าสู่ช่องว่างของลวดในพื้นที่จีบผ่านการกระทำของเส้นเลือดฝอยเพื่อให้กระบวนการเชื่อมต่อขั้วต่อทองแดงและลวดอลูมิเนียมเสร็จสมบูรณ์
การเชื่อมด้วยพลาสม่าลวดอลูมิเนียมทำให้การเชื่อมต่อระหว่างลวดอลูมิเนียมและขั้วต่อทองแดงรวดเร็วขึ้นด้วยการจีบ ทำให้มีคุณสมบัติทางกลที่เชื่อถือได้ ในขณะเดียวกัน ในระหว่างกระบวนการจีบ การทำลายและการลอกออกของชั้นออกไซด์ของตัวนำก็เสร็จสมบูรณ์ด้วยอัตราส่วนการบีบอัด 70% ถึง 80% ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดความต้านทานการสัมผัสของจุดเชื่อมต่อ และป้องกันความร้อนของจุดเชื่อมต่อ จากนั้นจึงเติมตะกั่วบัดกรีที่มีสังกะสีที่ปลายของพื้นที่จีบ แล้วใช้ลำแสงพลาสม่าฉายรังสีและให้ความร้อนกับพื้นที่เชื่อม ตะกั่วบัดกรีที่มีสังกะสีจะถูกทำให้ร้อนและหลอมละลาย และตะกั่วบัดกรีจะเติมช่องว่างในพื้นที่จีบผ่านการกระทำของเส้นเลือดฝอย ทำให้ได้น้ำเกลือพ่นในพื้นที่จีบ การแยกไอช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากตะกั่วบัดกรีถูกแยกและบัฟเฟอร์ จึงเกิดโซนเปลี่ยนผ่าน ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงการเกิดการคืบคลานจากความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และลดความเสี่ยงของความต้านทานการเชื่อมต่อที่เพิ่มขึ้นภายใต้แรงกระแทกจากความร้อนและความเย็น ผ่านการเชื่อมพลาสม่าของพื้นที่เชื่อมต่อ ประสิทธิภาพไฟฟ้าของพื้นที่เชื่อมต่อได้รับการปรับปรุงอย่างมีประสิทธิภาพ และคุณสมบัติทางกลของพื้นที่เชื่อมต่อยังได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมอีกด้วย
เมื่อเทียบกับรูปแบบการเชื่อมต่ออื่นๆ การเชื่อมด้วยพลาสม่าจะแยกขั้วทองแดงและตัวนำอลูมิเนียมผ่านชั้นเชื่อมทรานสิชั่นและชั้นเชื่อมเสริมแรง ซึ่งช่วยลดการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าของทองแดงและอลูมิเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ และชั้นเชื่อมเสริมแรงจะหุ้มหน้าด้านท้ายของตัวนำอลูมิเนียมเพื่อให้ขั้วทองแดงและแกนตัวนำไม่สัมผัสกับอากาศและความชื้น ซึ่งจะช่วยลดการกัดกร่อนได้มากขึ้น นอกจากนี้ ชั้นเชื่อมทรานสิชั่นและชั้นเชื่อมเสริมแรงยังยึดขั้วทองแดงและข้อต่อลวดอลูมิเนียมอย่างแน่นหนา ทำให้เพิ่มแรงดึงของข้อต่อได้อย่างมีประสิทธิภาพและทำให้กระบวนการประมวลผลง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม ข้อเสียก็มีเช่นกัน การเชื่อมด้วยพลาสม่ากับผู้ผลิตสายรัดสายไฟต้องใช้อุปกรณ์เชื่อมพลาสม่าเฉพาะทางซึ่งมีความคล่องตัวต่ำและเพิ่มการลงทุนในสินทรัพย์ถาวรของผู้ผลิตสายรัดสายไฟ ประการที่สอง ในกระบวนการเชื่อมพลาสม่า การบัดกรีจะเสร็จสมบูรณ์โดยการกระทำของเส้นเลือดฝอย กระบวนการเติมช่องว่างในพื้นที่การจีบไม่สามารถควบคุมได้ ส่งผลให้คุณภาพการเชื่อมขั้นสุดท้ายในพื้นที่การเชื่อมต่อการเชื่อมพลาสม่าไม่เสถียร ส่งผลให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและเชิงกลเบี่ยงเบนไปมาก
เวลาโพสต์ : 19 ก.พ. 2567