李舜堯

(上海金亭汽車線束有限公司, 上海 200444)

0 引言

銅導(dǎo)線一直以來是汽車電氣系統(tǒng)中傳輸動(dòng)力與信號電流的主要載體。隨著各國法規(guī)對節(jié)能環(huán)保要求的不斷提高，以及行業(yè)內(nèi)成本壓力的持續(xù)上升，尋找輕量化和低成本導(dǎo)體替代銅導(dǎo)線已成為行業(yè)的趨勢。

而鋁的導(dǎo)電率僅次于銅，其比重僅為銅的30.13%，且價(jià)格相對穩(wěn)定，僅為銅的30%左右。因此它不失為銅導(dǎo)線的理想替代品而受到行業(yè)內(nèi)的青睞。特別是應(yīng)用在長度較長的大線徑動(dòng)力電纜上具有非常好的降低重量和降低成本的效果。目前已有不少主機(jī)廠在嘗試將鋁導(dǎo)線批量應(yīng)用在整車線束上。

考慮到鋁材料的強(qiáng)度問題，鋁導(dǎo)線在應(yīng)用時(shí)兩端仍通過銅端子與其他電氣設(shè)備相連接。而大線徑鋁導(dǎo)線與銅端子之間的連接目前主要有以下3種形式：超聲波焊連接、摩擦焊連接和等離子體錫焊連接。文中主要研究對象是銅端子與鋁導(dǎo)線之間的超聲波焊接連接。

1 銅端子與鋁導(dǎo)線連接的技術(shù)難點(diǎn)

1.1 鋁導(dǎo)體表面存在氧化膜

鋁導(dǎo)體和氧之間具有很強(qiáng)的親和力。即便在常溫下，與空氣接觸的瞬間其表面就會(huì)形成致密的三氧化二鋁(Al2O3)。這層氧化膜僅為2 nm厚，卻緊密地與鋁基材表面相結(jié)合。與銅導(dǎo)體相比，雖然鋁導(dǎo)體上的氧化膜阻止了氧向其內(nèi)部擴(kuò)散，并在大氣中起到了良好的抗腐蝕保護(hù)作用。但是其良好的絕緣效果，阻止了電子從一個(gè)鋁基材導(dǎo)體向另一個(gè)鋁基材導(dǎo)體移動(dòng)，即電子只能在鋁基材本體內(nèi)移動(dòng)。

正因?yàn)檫@一特點(diǎn)，鋁導(dǎo)線端部在去除絕緣護(hù)套后，接觸空氣的鋁導(dǎo)體表面形成了氧化膜。如圖1所示，鋁導(dǎo)體中的電子只能在單根鋁絲中移動(dòng)，而無法在鋁絲與鋁絲之間移動(dòng)。如果在一束鋁芯線中存在部分?jǐn)嘟z現(xiàn)象，那么這些斷絲中的電子運(yùn)動(dòng)就被阻斷，相比于斷絲前的鋁導(dǎo)線，其電阻值將會(huì)增加，導(dǎo)電性能將會(huì)降低。

圖1 電子在銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體中的移動(dòng)軌跡

與之相比，銅基材導(dǎo)體表面在空氣中不會(huì)迅速形成致密的氧化膜，因而即便是出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，斷絲中的電子仍可以借道其他銅絲向前運(yùn)動(dòng)。因此從定性的角度講，銅導(dǎo)線在出現(xiàn)一定比例的斷絲時(shí)，雖然導(dǎo)電性能有所下降，但仍能滿足使用的要求。

1.2 銅鋁導(dǎo)體接觸部位存在電化學(xué)腐蝕

圖2為不同金屬材料在海水中的電化學(xué)勢排序，可以看到銅金屬和鋁金屬在海水中存在化學(xué)電位差。當(dāng)這兩種金屬同時(shí)存在于一種電解液中時(shí)就會(huì)形成原電池，進(jìn)而產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)。處于低電勢的鋁材質(zhì)中的鋁原子將會(huì)離開晶格并失去電子，從而形成水合離子。長期處于這種環(huán)境中的鋁導(dǎo)體將會(huì)被逐步蠶食殆盡，這種現(xiàn)象被稱作電化學(xué)腐蝕。

圖2 不同金屬材料在海水中的電化學(xué)勢排序

當(dāng)空氣中的濕度較大或含有鹽化的雜質(zhì)時(shí)，就會(huì)形成理想的電解液環(huán)境，銅端子與鋁導(dǎo)線直接接觸的部位就形成了以鋁為負(fù)極、銅為正極的原電池。如圖3所示，如果連接部位處理不當(dāng)，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，從而失去銅鋁連接的電氣性能和機(jī)械性能。

圖3 鋁導(dǎo)線在端子壓接部位的電化學(xué)腐蝕案例

1.3 鋁導(dǎo)線電氣性能與機(jī)械強(qiáng)度弱于銅導(dǎo)線

在相同線徑條件下的鋁導(dǎo)線導(dǎo)電率要弱于銅導(dǎo)線，因此必須使用比銅導(dǎo)線線徑更大的鋁導(dǎo)線，以降低其阻值達(dá)到與銅導(dǎo)線等效的電氣性能。

此外，鋁導(dǎo)體的抗拉強(qiáng)度、硬度等機(jī)械性能都要弱于銅導(dǎo)體，因此不適合加工成鋁端子與車上的其他部件連接，只能考慮采用銅端子與鋁導(dǎo)線連接，但是連接部位容易出現(xiàn)機(jī)械損傷或疲勞損傷，因此在應(yīng)用時(shí)必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

2 鋁導(dǎo)線與銅端子焊接的評判依據(jù)

2.1 確保焊接部位良好的電氣性能

2.1.1 確保選擇的鋁導(dǎo)線規(guī)格與銅導(dǎo)線等效

目前行業(yè)內(nèi)普遍使用的銅導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)為ISO 6722-1[1]，鋁導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)為ISO 6722-2[2]。鋁導(dǎo)線等效替代必須考慮與被替代的銅導(dǎo)線有相類似的導(dǎo)電率、載流能力、降額曲線等特性，由此做到替換導(dǎo)體材質(zhì)而保持原有的電路保護(hù)策略。

表1列舉了可考慮等效替代的鋁導(dǎo)線和銅導(dǎo)線規(guī)格的對照表。該表可作為銅-鋁導(dǎo)線等效替代的參考，在具體應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)一步驗(yàn)證確認(rèn)。

表1 T3等級動(dòng)力電纜銅-鋁導(dǎo)線對照參考表

續(xù)表1

2.1.2 通過超聲波焊實(shí)現(xiàn)鋁絲間的電子自由移動(dòng)

超聲波焊接是利用高頻振動(dòng)波傳遞到兩個(gè)需焊接的物體表面，在施加壓力的情況下，使兩個(gè)物體表面相互摩擦，從而形成分子層之間的熔合(見圖4)。

圖4 鋁導(dǎo)線與銅端子超聲波焊接后的形態(tài)

通過該方法，可以有效地破壞鋁絲表面的氧化膜，實(shí)現(xiàn)電子在不同鋁絲導(dǎo)體之間的自由移動(dòng)(見圖5)。

圖5 鋁導(dǎo)線焊接前后電子在導(dǎo)體中移動(dòng)軌跡的變化

通過同樣的方法，也可以使端子的銅基材與導(dǎo)線的鋁基材之間實(shí)現(xiàn)分子層面的熔合，從而達(dá)到良好的電氣性能。

汽車線束領(lǐng)域?qū)Τ暡ê附有阅艿脑u價(jià)普遍使用USCar 38—2016標(biāo)準(zhǔn)[3]。在此版標(biāo)準(zhǔn)中已給出了銅端子與鋁導(dǎo)線焊接的評判準(zhǔn)則，對導(dǎo)電性能的評判方法和準(zhǔn)則與銅端子對銅導(dǎo)線焊接相同。

2.2 確保焊接部位良好的機(jī)械性能

電纜組件在使用過程中會(huì)受到來自外力拉扯的風(fēng)險(xiǎn)，特別是大截面的電瓶線，外力往往會(huì)直接作用在單根電纜上。對于應(yīng)用鋁導(dǎo)線的電氣回路，其機(jī)械強(qiáng)度相對薄弱的部位在焊接連接區(qū)域附近。例如在電瓶線裝配的過程中，當(dāng)出現(xiàn)不便于安裝的情況時(shí)，操作人員會(huì)拉拽導(dǎo)線從而產(chǎn)生沿導(dǎo)線方向的直拉力，或?qū)?dǎo)線施加垂直于焊接面的撕裂力。因而在設(shè)計(jì)端子結(jié)構(gòu)時(shí)需要考慮足夠的保護(hù)措施以對抗直拉力和撕裂力。

在USCar38標(biāo)準(zhǔn)[3]中已規(guī)定了不同規(guī)格鋁導(dǎo)線與銅端子連接時(shí)必須達(dá)到的直拉力(pull strength)下限值。對于大線徑的鋁導(dǎo)線(≥10 mm2)在USCar38標(biāo)準(zhǔn)[3]中沒有明確規(guī)定撕裂力(peel strength)下限值，通常由整車廠工程師給出推薦的下限值。

2.3 確保焊接部位良好的抗電化學(xué)腐蝕性能

要防止銅端子和鋁導(dǎo)線焊接部位的電化學(xué)腐蝕，關(guān)鍵是連接部位要與潮濕或鹽化的環(huán)境之間做好隔絕措施。

常用的超聲波焊接密封方式有兩種：雙壁熱縮管密封(圖6)和熱熔膠密封(圖7)。這兩種方式在最后的環(huán)境驗(yàn)證試驗(yàn)中都能達(dá)到規(guī)范的要求，但是考慮到熱熔膠工藝過程中膠水在注塑腔體內(nèi)的流動(dòng)性要求，熱熔膠的壁厚必須保持至少2.5～3 mm，以致密封處理后端子連接部位體積較大，無法應(yīng)用在裝車環(huán)境狹小的空間內(nèi)。而雙壁熱縮管在熱縮處理后的壁厚在1～1.5 mm，因此雙壁熱縮管密封具有更廣泛的適用范圍。

圖6 雙壁熱縮管密封

圖7 熱熔膠密封

雙壁熱縮管俗稱帶膠熱縮管，它是通過高溫加熱后外壁收縮，內(nèi)壁固態(tài)膠水融化成液態(tài)膠，經(jīng)充分流動(dòng)后覆蓋在端子連接部位和導(dǎo)線絕緣皮表面，在冷卻固化后達(dá)到密封效果。

連接部位的密封效果可以通過鹽霧測試來評價(jià)。其評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)可以參考GMW3191[4]。

2.4 確保焊接部位良好的可制造性

超聲波焊接是通過兩個(gè)材料表面在一定壓力和頻率下高速往復(fù)相對運(yùn)動(dòng)，通過摩擦運(yùn)動(dòng)使兩者表面產(chǎn)生高溫熔化，并形成分子層的熔合。通常端子被固定在焊接設(shè)備上，而導(dǎo)線則相對于固定的端子做高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此端子需要有可靠的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行固定。焊接效果的好壞同樣可以通過USCar38標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定的直拉力要求和客戶推薦的撕裂力要求進(jìn)行測試評判。

3 銅端子設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素

3.1 端子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

端子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要從兩個(gè)方面考慮。首先，確保導(dǎo)線與端子連接部位(見圖8中A區(qū)域)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化，以確保連接性能的一致性和穩(wěn)定性。其次，適應(yīng)整車安裝環(huán)境部位(見圖8中B區(qū)域)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將根據(jù)整車環(huán)境需要進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，如圖9所示。

圖8 端子與導(dǎo)線連接區(qū)域

圖9 適用于不同裝車環(huán)境的端子結(jié)構(gòu)

文中討論的是導(dǎo)線與端子連接部位的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，主要從3個(gè)方面展開：焊接區(qū)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、密封區(qū)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和壓接翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.1.1 焊接區(qū)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

焊接部位(見圖8中C區(qū)域)主要由以下3個(gè)功能結(jié)構(gòu)組成。

(1)鋁導(dǎo)體與銅端子焊接區(qū)域。這個(gè)區(qū)域的大小決定了鋁導(dǎo)線焊接后沿導(dǎo)線軸線方向的直拉力和垂直于端子焊接面的撕裂力的大小。USCar38[3]明確規(guī)定的線徑大于6 mm2導(dǎo)線焊接區(qū)域的最小寬度。該區(qū)域的長度尺寸則根據(jù)最小直拉力和最小撕裂力的要求來確定。

(2)端子兩側(cè)的固定夾持區(qū)域。以端子在Schunk焊接設(shè)備上加工為例，端子兩側(cè)夾持部位是用來在加工時(shí)固定銅端子的，使其在焊接過程中相對于下模保持靜止不動(dòng)。確保端子和導(dǎo)線在高頻發(fā)生器的作用下產(chǎn)生足夠的摩擦運(yùn)動(dòng)，使兩種導(dǎo)體表面充分結(jié)合。這也是確保連接部位良好電氣性能和機(jī)械性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一。通常在端子兩側(cè)分別保留1～1.5 mm的寬度。

(3)焊接區(qū)域表面滾花壓紋結(jié)構(gòu)。即在端子表面增加矩陣式壓紋，在超聲波焊接后，鋁導(dǎo)體會(huì)被嵌入到這些滾花壓紋中，如圖10和圖11所示。

圖10 端子表面壓紋

圖11 焊接后導(dǎo)線表面形狀

使用該結(jié)構(gòu)至少可以起到兩個(gè)作用：(1)有助于破壞鋁導(dǎo)體表面的氧化層，使非氧化的鋁導(dǎo)體直接與銅導(dǎo)體表面接觸；(2)可以增加鋁導(dǎo)體在銅端子表面的附著力。壓紋點(diǎn)的間距可以控制在1 mm，壓紋深度可以控制在0.1 mm，如圖12所示。

圖12 端子滾花壓紋結(jié)構(gòu)

3.1.2 密封過渡區(qū)域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到鋁導(dǎo)線可能會(huì)應(yīng)用在整車濕區(qū)環(huán)境中，為防止潮濕環(huán)境下的電化學(xué)腐蝕，必須對焊接部位進(jìn)行密封處理。因此在端子焊接區(qū)域的前端到端子與車身連接孔之間必須預(yù)留出密封過渡的區(qū)域，如圖8所示的D區(qū)域。

文中主要研究匹配雙壁熱縮管的端子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于熱縮管本身是圓柱形薄壁管，其一端是與同樣圓柱形面的導(dǎo)線絕緣層外壁相結(jié)合，因此在熱縮過程中，熱縮管中的液態(tài)膠可以均勻流動(dòng)并覆蓋在導(dǎo)線絕緣層表面，從而起到良好的密封效果。

但是熱縮管的另一端是與扁平的金屬端子相結(jié)合。因此在端子設(shè)計(jì)過程中必需考慮以下幾個(gè)方面：

(1)控制密封過渡區(qū)域的端子寬度。在熱縮過程中，液態(tài)膠和熱縮管外壁必定首先接觸到端子兩側(cè)的沖切邊，然后向端子上下兩平面的中間部位流動(dòng)。當(dāng)液態(tài)膠在端子平面上流動(dòng)時(shí)，需要一定的流動(dòng)時(shí)間才能充分填充到端子表面。端子越寬，膠水需要流動(dòng)到端子扁平表面中間部位的時(shí)間就越長。如果收窄端子的寬度，就可以加快膠水覆蓋到端子表面的時(shí)間。所以在滿足電氣性能和機(jī)械性能的條件下，可以適當(dāng)收窄端子前端的寬度，如圖13所示。

圖13 端子寬度收窄的密封過渡區(qū)域

(2)預(yù)留足夠長度的密封過渡區(qū)域。由于大線徑鋁導(dǎo)線的焊接高度較大，如圖14所示，且導(dǎo)線線徑越大，與端子表面的落差就越大，如120 mm2鋁導(dǎo)線的落差可達(dá)到3～5 mm。因此端子焊接區(qū)域前端必須預(yù)留足夠的密封過渡區(qū)域，以確保前端有足夠的長度被膠水完全填充。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)該區(qū)域的長度可控制在10～16 mm。

圖14 導(dǎo)線焊接部位高度

(3)去除端子沖切面的毛刺。由于端子是金屬?zèng)_壓零件。在端子成型的沖壓切斷面上斷裂帶的根部會(huì)產(chǎn)生鋒利的毛刺(如圖15所示)。在熱縮的過程中毛刺有刺破熱縮管管壁的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致熱縮管密封失效。因此，端子從密封過渡區(qū)開始向后，所有與熱塑管接觸的部位，都必須對切斷面進(jìn)行倒角處理。建議采用R=0.5 mm的倒圓角(見圖13)。

圖15 端子沖切面結(jié)構(gòu)

3.1.3 壓接翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于鋁導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度都要弱于銅導(dǎo)線，其抗疲勞強(qiáng)度也要弱于銅導(dǎo)線。這在一定程度上限制了鋁導(dǎo)線在整車上的應(yīng)用，到目前為止鋁導(dǎo)線仍被禁止使用在發(fā)動(dòng)機(jī)本體上。但是大線徑電纜通常都會(huì)被使用在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，例如連接蓄電池與電源分配器(PDU)之間電瓶線。在這些動(dòng)力電纜上應(yīng)用鋁導(dǎo)線具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此針對這些應(yīng)用需要考慮專門的結(jié)構(gòu)來提高連接部位的抗疲勞強(qiáng)度和抵御裝配過程中的外力作用。而在銅端子和鋁導(dǎo)線的連接中，最為薄弱的環(huán)節(jié)是端子尾部到導(dǎo)線絕緣層之間的區(qū)域(見圖16)。因此該部位需要采用額外結(jié)構(gòu)以增加強(qiáng)度，即在端子尾部增加絕緣皮壓接翼結(jié)構(gòu)。通過壓接翼環(huán)抱在導(dǎo)線的絕緣層外部(見圖17)，有效地將一部分外力傳遞到金屬端子本體上，緩解了鋁導(dǎo)線根部直接受到外力作用和疲勞負(fù)載。

圖16 鋁導(dǎo)線連接中最薄弱的部位

圖17 帶壓接翼結(jié)構(gòu)的銅端子

另外，考慮到大線徑電纜的外徑較大。例如120 mm2的鋁導(dǎo)線的外徑達(dá)到18.7 mm。由于端子尾部增加了壓接翼結(jié)構(gòu)，如果端子的焊接區(qū)域表面與壓接翼底面設(shè)計(jì)在同一平面上，則在焊接時(shí)芯線會(huì)向一側(cè)偏斜，導(dǎo)致鋁導(dǎo)線焊接部位前端的鋁絲參差不齊，其中過長的鋁絲會(huì)有戳破熱縮管管壁的風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，端子后端的壓接翼直接壓在導(dǎo)線上端，致使鋁導(dǎo)線上端的鋁絲存在較大的拉伸應(yīng)力。該區(qū)域的鋁絲容易在較小的外力作用下被拉斷，從而降低連接部位的電氣性能和機(jī)械性能。

為了避免此現(xiàn)象的產(chǎn)生，如圖18所示，可以通過以下兩個(gè)措施來解決：

(1)端子壓接翼底面與端子焊接面設(shè)計(jì)成有落差的結(jié)構(gòu)(見圖中X尺寸)，使鋁導(dǎo)線焊接部位盡量靠近導(dǎo)線的軸線，減小偏置的影響；

(2)控制絕緣層壓接翼與焊接區(qū)的過渡距離(見圖中Y尺寸)，減小因過渡區(qū)域過短而導(dǎo)致焊接區(qū)域的鋁絲受到拉扯作用的影響。

圖18 端子尾部臺(tái)階過渡結(jié)構(gòu)

3.2 端子基材選擇

銅端子的基材通常采用黃銅(CuZn37)，即含鋅37%的銅鋅合金。含鋅的目的是讓其作為犧牲陽極，減緩鋁電纜導(dǎo)體被電化學(xué)腐蝕。

3.3 端子表面處理

銅端子與鋁導(dǎo)線焊接連接部分，相對于銅端子與車身連接部分因功能不同，其表面需要采用不同的表面處理方式。

3.3.1 端子焊接部位表面有清潔度要求

銅鋁導(dǎo)體焊接部位表面的清潔度狀況會(huì)直接影響到焊接后兩連接導(dǎo)體間的機(jī)械性能。因此端子焊接表面需要進(jìn)行清潔處理，去除端子加工過程中產(chǎn)生的油污等異物，端子焊接表面的濕潤表面張力必須達(dá)到38 mN/m以上(根據(jù)DINISO8296標(biāo)準(zhǔn)[6])。

端子表面是否達(dá)到規(guī)定的表面張力，可以通過Arcotest公司提供的對應(yīng)38 mN/m規(guī)格的墨筆進(jìn)行判斷，即在潔凈處理后的端子表面用墨筆進(jìn)行涂鴉測試。如果涂鴉痕跡在約2 s或2 s以內(nèi)消失，則說明端子表面的濕潤表面張力達(dá)到規(guī)定的要求。

經(jīng)過清潔處理的端子成品在運(yùn)輸過程中建議使用真空袋包裝加以防護(hù)。端子在使用時(shí)應(yīng)采用干凈的手套進(jìn)行取放，防止端子表面被二次污染。

3.3.2 端子與車身連接部位的表面需進(jìn)行鍍錫處理

黃銅端子通常是與材質(zhì)為低碳鋼的車身鈑金相聯(lián)接。兩種不同材質(zhì)的接觸同樣存在化學(xué)電位差(電位差約為0.45 V)。為了縮小兩種材料的直接接觸，可考慮在端子表面與鈑金接觸的部位作鍍錫處理。錫元素的電化學(xué)勢介于黃銅和低碳鋼之間，因此可以有效地緩解黃銅和車身鈑金直接接觸而產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。建議錫的鍍層厚度控制在5 μm。

3.4 銅端子標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總結(jié)

綜上所述，適用于鋁導(dǎo)線焊接連接的銅端子標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)主要包含以下幾個(gè)方面的特征：

(1)端子基材:建議使用CuZn37黃銅材料。

(2)端子焊接部位: 端子焊接表面采用滾花壓紋結(jié)構(gòu)；端子焊接區(qū)域兩側(cè)需要有焊接定位結(jié)構(gòu)；端子焊接區(qū)域表面需進(jìn)行清潔度理。

(3)端子焊接部位前端: 端子焊接區(qū)域前端需要預(yù)留熱縮管密封過渡區(qū)域；端子前端與車身連接部位需要進(jìn)行鍍錫處理。

(4)端子焊接部位后端: 端子尾部增加壓接翼結(jié)構(gòu)；端子壓接翼底面與焊接面之間需要采用臺(tái)階過渡結(jié)構(gòu)。

(5)端子沖切部位: 端子焊接區(qū)域、前端密封過渡區(qū)域和后端壓接翼區(qū)域的沖切部位需要增加去毛刺的倒角結(jié)構(gòu)。

(6)焊接部位保護(hù): 端子焊接區(qū)域采用雙壁熱縮管進(jìn)行密封保護(hù)。

4 銅端子與鋁導(dǎo)線連接部位驗(yàn)證試驗(yàn)與結(jié)論

120 mm2鋁導(dǎo)線與銅端子的超聲波焊接是目前低壓線束中已量產(chǎn)應(yīng)用的最大線徑組合。表2列舉了該規(guī)格焊接連接的驗(yàn)證試驗(yàn)內(nèi)容和結(jié)果。經(jīng)過驗(yàn)證證明，根據(jù)上述思路設(shè)計(jì)的連接方案是可行且可靠的。

表2 120 mm2鋁導(dǎo)線超聲波焊接連接DV試驗(yàn)結(jié)果

5 鋁導(dǎo)線與銅端子超聲波焊接的局限性

鋁導(dǎo)線與銅端子超聲波焊接相比于其他連接方式雖然有成本上的優(yōu)勢，但是該連接方案也有其局限性。主要有以下3個(gè)方面：

(1)為了確保導(dǎo)線與端子的連接有足夠的抗拉強(qiáng)度，必須設(shè)計(jì)足夠大的焊接面積。這會(huì)導(dǎo)致端子焊接區(qū)域的尺寸較大，致使在整車環(huán)境中需要為端子預(yù)留足夠大的空間。因此在空間結(jié)構(gòu)較為緊湊的車型上應(yīng)用就會(huì)受到布置的局限，需要考慮其他的連接方式。

(2)由于大線徑電纜對應(yīng)的端子寬度尺寸較大，導(dǎo)致熱縮管在熱縮過程中，管內(nèi)的液態(tài)膠有可能無法在自然狀態(tài)下均勻流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)密封。在這種情況下，需要通過額外添加膠粒來實(shí)現(xiàn)焊接區(qū)域前端的密封。

(3)由于鋁導(dǎo)線的強(qiáng)度低于銅導(dǎo)線強(qiáng)度，因此鋁導(dǎo)線在整車帶有高頻振動(dòng)源的部件上(如發(fā)動(dòng)機(jī)本體等)應(yīng)用受到限制。

6 結(jié)束語

通過以上探討，梳理了銅端子標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路，以此為基礎(chǔ)可以系列化開發(fā)適用于不同線徑鋁導(dǎo)線超聲波焊接的銅端子。其意義在于：可以確保超聲波焊接后銅鋁導(dǎo)體在連接上具有良好的機(jī)械性能和電氣性能，同時(shí)能夠有效地防止電化學(xué)腐蝕；在整車電氣系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，可以依據(jù)所應(yīng)用的銅鋁連接標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)參數(shù)，提前預(yù)留銅鋁連接所需要的空間環(huán)境，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短開發(fā)周期。

鋁導(dǎo)線與銅端子超聲波焊接，采用了目前線束制造行業(yè)最為常用的超聲波焊接工藝和熱縮加工工藝，無需投資額外的專用加工設(shè)備。因此其未來的應(yīng)用具有極好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣闊的市場前景。