文 | 孔凡蓬 徐帆 彭寧希

風(fēng)電機(jī)組用端子壓接工藝與檢測(cè)方法分析

文 | 孔凡蓬 徐帆 彭寧希

線纜由單股或多股導(dǎo)線和絕緣層組成，用來(lái)連接電路、電器等，主要作為電能及信息傳輸作用。而風(fēng)電機(jī)組線束的制作形式基本上都是由線纜、連接端子及其它相關(guān)電器件組成，在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中至關(guān)重要，而大部分風(fēng)電機(jī)組被安裝在風(fēng)能資源較好、相反氣候條件和地形相對(duì)惡劣的地區(qū)（溫度、濕度、氣壓等較大），這就對(duì)線束制作提出更高的要求。

線束連接的分類與壓接原理

一、線束連接分類

線纜與端子連接有兩種方法：錫焊連接與壓接。在早期的線束制作工藝中，多采用錫焊連接工藝，但錫焊存在連接不牢靠、生產(chǎn)效率低等問題，逐漸被壓接取代。壓接分為冷壓接和熱壓接兩種，冷壓接是借助較大的擠壓力和金屬間的位移，使接線端子與導(dǎo)線間實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電氣連接；由于冷壓接具有操作簡(jiǎn)便，適合在任意場(chǎng)合操作，生產(chǎn)效率高、成本低、無(wú)污染，維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，冷壓接使用逐漸增多。

二、線束壓接原理

圖1 壓接原理

所謂壓接，就是連接端子包住裸導(dǎo)線，用手動(dòng)或自動(dòng)的專用壓接工具對(duì)端子進(jìn)行機(jī)械壓緊而產(chǎn)生的連接。它是讓金屬在規(guī)定的限度內(nèi)發(fā)生形變將導(dǎo)線連接到端子上的一種技術(shù)。好的壓接存在金屬互溶流動(dòng)，使絞合導(dǎo)線和端子對(duì)稱變形。由于導(dǎo)線是由多股單根圓線芯絞合而成，每根芯線之間存在一定的間隙，當(dāng)絞合而成的圓線芯發(fā)生變形并不允許大于導(dǎo)體直徑 d 時(shí)（如圖 1），勢(shì)必破壞原芯線的絞合規(guī)則而填充間隙，當(dāng)間隙填充滿并繼續(xù)變形時(shí)，導(dǎo)線的每根芯線之間以及與端子內(nèi)壁之間產(chǎn)生塑性形變而形成一定的靜摩擦力，它們之間的金屬分子相互滲透，出現(xiàn)“冷焊”現(xiàn)象。由于壓接的結(jié)果使端子與導(dǎo)線間產(chǎn)生較大的接觸面積，因此它具有較小的接觸電阻和較大的抗拉強(qiáng)度。

壓接情況

一、 壓接流程

下線→套標(biāo)識(shí)→剝絕緣層→線纜線芯插入端子→端子放入壓接鉗中→壓接→檢查

二、電纜下線、剝線要求

線纜下線、剝線時(shí)需滿足以下要求，方可進(jìn)行后續(xù)壓接操作：線纜外觀應(yīng)平整、清潔，外護(hù)套不得有損傷、氣泡、凹坑、龜裂等現(xiàn)象；下線后線纜兩端端頭應(yīng)平整、無(wú)劃傷、長(zhǎng)度適中；線纜線芯絕緣層剝離時(shí)，盡量不出現(xiàn)斷銅絲現(xiàn)象（允許斷開股數(shù)見表1）。

線纜的剝線（圖2）長(zhǎng)度直接影響著端子的壓接質(zhì)量，線纜線芯剝線長(zhǎng)度過短，線纜絕緣層易插入到端子壓接筒內(nèi)，造成壓接不良，影響電氣性能；線纜線芯剝線長(zhǎng)度過長(zhǎng)，芯線伸出端子壓接筒過長(zhǎng)，容易造成電氣連接不良；由此可見，線纜剝線長(zhǎng)度主要取決于端子壓接筒長(zhǎng)度及線芯裸露長(zhǎng)度，如圖3所示；剝線總長(zhǎng)度＝A+B+L，B、L取經(jīng)驗(yàn)值，如表2所示。

表1 最多允許割傷芯線數(shù)

三、 壓接

在風(fēng)電機(jī)組線纜制作過程中，主要使用的壓接方式為菱形壓接（圖4）、點(diǎn)壓接（圖5）、六方壓接（圖6）。菱形壓接的端子壁厚較薄，壓接力量不大，使用專用的手動(dòng)壓接鉗即可實(shí)現(xiàn)；點(diǎn)壓接及六方壓接適用于壁厚較厚且拉拔力要求較大的場(chǎng)所，并且六方壓接方式受擠壓的材料沒地方跑，端子不易變形，要求端子及線纜的匹配性要求非常好，匹配性不好，壓接端子在做截面分析時(shí)會(huì)出現(xiàn)孔洞；一般會(huì)采取在六邊形基礎(chǔ)上上下各加一個(gè)點(diǎn)，增強(qiáng)壓接的密實(shí)度。

（一）壓接基本要求（圖7）：

（1）需采取與線纜、端子相配套的工具及檔位進(jìn)行壓接；

（2）端子壓接線芯出頭需滿足以下要求：a、壓接出頭可見；b、壓接出頭不能延伸到端子的結(jié)合區(qū)內(nèi)，這樣可以保證端子的拉拔力且不會(huì)對(duì)裝配產(chǎn)生干涉，露出尺寸可參考表2（B尺寸）；

（3）端子壓接芯線的后端面與線纜絕緣層間應(yīng)可看到線纜絕緣與芯線，具體露出尺寸可參考表2（L尺寸）；

（4）相對(duì)接觸部位壓痕對(duì)稱、清晰，允許誤差0.3mm，壓接位置正確、牢固；

（5）端子可見芯線無(wú)損傷、漏壓，對(duì)于銅接頭可通過觀察孔看到芯線；

（6）無(wú)欠壓（壓接部位芯線松動(dòng)）和過壓（壓接部位芯線有因壓接形成的斷頭或畸形）的現(xiàn)象。

（二）壓接不良情況（以裸壓端子為例，圖8）及原因分析：

圖8左圖所示，導(dǎo)線線芯在壓線筒前端伸出長(zhǎng)度在0.5mm以下，主要原因?yàn)榫€纜的剝線長(zhǎng)度不夠、線纜插入不足或壓接作業(yè)時(shí)線纜偏移；

圖2 下線、剝線要求

圖3 剝線長(zhǎng)度要求

圖4 菱形壓接

圖5 點(diǎn)壓接

圖6 六方壓接

表2 線纜剝線長(zhǎng)度

圖7 壓接要求

圖8右圖所示，10mm2以下線纜線芯在壓線筒前端伸出長(zhǎng)度過長(zhǎng)，主要原因?yàn)榫€纜的剝線長(zhǎng)度過長(zhǎng)或線纜插入過深。

圖9左圖所示，10mm2以下線纜在壓線筒與絕緣層間間距1mm以上，主要原因?yàn)榫€纜的剝線長(zhǎng)度過長(zhǎng)、線纜插入不足或壓接作業(yè)時(shí)線纜偏移。

圖9右圖所示，壓痕位置偏離壓線筒的焊接中間位置，主要原因?yàn)閴壕€筒的接縫部未處于壓接工具陽(yáng)模中間。

壓接的質(zhì)量控制與檢測(cè)

圖8 壓接不良情況（1）

圖9 壓接不良情況（2）

圖10 壓接特性曲線

研究表明，端子壓接的導(dǎo)線截面積、抗拉強(qiáng)度（機(jī)械性能）、電導(dǎo)率（電氣性能）與端子壓接深度存在相關(guān)關(guān)系（如圖10所示）：

（1）隨著壓接深度的增加，壓接端子的抗拉強(qiáng)度、電導(dǎo)率同時(shí)增加，但達(dá)到某一極限值后，其性能會(huì)降低；

（2）以抗拉強(qiáng)度最大值為分界線，左側(cè)芯線會(huì)產(chǎn)生脫落的情況，右側(cè)由于壓接深度較大，壓接線芯會(huì)斷裂，抗拉強(qiáng)度也會(huì)降低；

（3）考慮到端子、線纜、工具等制造方面的原因及壓接后的整體性能，壓接深度所選取的設(shè)計(jì)值一般都會(huì)低于最大抗拉強(qiáng)度點(diǎn)，以便確定壓接端子具有低而穩(wěn)定的電阻抗、較大的拉力、合理的芯線變形及合適的壓接高度比。

一、線纜與端子壓接的拉力檢查

端子壓接完成，外觀檢查通過后，需使用拉力試驗(yàn)機(jī)按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行拉力測(cè)試，以保證端子壓接的機(jī)械性能。對(duì)不同線纜截面積與不同規(guī)格的端子壓接后拉力檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)可參照表3。

二、線纜與端子壓接的截面分析

線纜壓接過程中，當(dāng)線纜、端子、壓接工具或壓接方法出現(xiàn)變更時(shí)，需對(duì)壓接端子進(jìn)行截面分析，以便獲得最優(yōu)的電氣性能和機(jī)械性能。切取剖面如圖11所示。

制作截面的主要步驟為：切取、打磨、蝕刻、照相（放在至少20倍以上的顯微鏡下觀察剖面）、分析；切取時(shí)需確保截面垂直于壓接的X軸及Y軸，試件切削的部位應(yīng)選擇在靠近端子頭部的位置，如果端子有加強(qiáng)筋，其切削位置應(yīng)避開加強(qiáng)筋。

表3 拉力試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

圖11 切取剖面

圖12 壓接剖面分析

圖12給出了多種壓接剖面，較好的展現(xiàn)了由于線纜與端子不匹配、壓接方法不合適、壓接中心不對(duì)稱等造成壓接缺陷的情況，涵蓋了平時(shí)壓接過程中主要會(huì)出現(xiàn)的問題。

（a）圖是理想的壓接剖面，其特點(diǎn)是壓接翼封閉且對(duì)稱，所有的芯線變形，壓接翼未碰壁或觸底，端子材料無(wú)裂紋，毛刺適中；線芯間沒有間隙，空氣不易進(jìn)入，避免了由于線芯表面氧化或線芯接觸到空氣中的酸性物質(zhì)而造成的接觸不良情況。

（b）圖是線纜與端子選型不匹配的情況，如左圖所示，由于線纜線芯較粗，而端子選型較小，導(dǎo)致端子不能完全包覆線芯，個(gè)別芯線露在端子外，直接造成拉拔力不夠；右圖恰恰相反，端子選型較大，壓接翼觸到底部或側(cè)壁，對(duì)其電氣性能會(huì)造成影響。

（c）圖是壓接方法不合適或壓接高度不當(dāng)所致，當(dāng)壓接高度過高時(shí)，芯線壓接不實(shí)，未完全變形，易造成芯線與端子接觸不良；壓接高度過小時(shí)，壓接過猛，端子強(qiáng)度會(huì)受到影響。

（d）圖是壓接模具不合格或調(diào)整不到位所致，造成一側(cè)端子頂部卷入線芯過大；同時(shí)，調(diào)整不到位也會(huì)導(dǎo)致端子下角壓裂，兩端不對(duì)稱。

結(jié)語(yǔ)

在風(fēng)電機(jī)組裝配過程中，掌握端子壓接工藝與檢測(cè)方法對(duì)壓接的作業(yè)效率及設(shè)備的可靠性運(yùn)行具有十分重要的意義。本文對(duì)風(fēng)電機(jī)組用端子壓接工藝、流程、壓接方法及端子壓接的檢測(cè)方法（拉力試驗(yàn)及截面分析測(cè)試）進(jìn)行了詳細(xì)的介紹及闡述，以確保其滿足風(fēng)電機(jī)組裝配要求，具有較強(qiáng)的借鑒意義。

（作者單位：南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司）

攝影：費(fèi)雅靜