1 Kesulitan teknis dalam menghubungkan terminal tembaga dan kabel aluminium
1.1 Ada film oksida di permukaan konduktor aluminium
Ada afinitas yang kuat antara konduktor aluminium dan oksigen. Bahkan pada suhu kamar, aluminium oksida padat (Al2O3) akan terbentuk di permukaan pada saat terjadi kontak dengan udara. Film oksida ini hanya setebal 2nm, tetapi dikombinasikan erat dengan permukaan substrat aluminium. Dibandingkan dengan konduktor tembaga, meskipun film oksida pada konduktor aluminium mencegah oksigen berdifusi ke dalamnya, film ini juga berperan baik dalam perlindungan korosi di atmosfer. Tetapi efek insulasi yang baik mencegah elektron berpindah dari satu konduktor substrat aluminium ke konduktor substrat aluminium lainnya, yaitu elektron hanya dapat bergerak dalam badan substrat aluminium.
Karena fitur ini, setelah melepas selubung isolasi di ujung kawat aluminium, film oksida terbentuk pada permukaan konduktor aluminium yang kontak dengan udara. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, elektron dalam konduktor aluminium hanya dapat bergerak dalam satu kabel aluminium, tetapi tidak dapat bergerak di antara kabel aluminium dan kabel aluminium. Jika terdapat fenomena sebagian kabel putus pada sekumpulan kabel inti aluminium, maka pergerakan elektronik pada kabel putus tersebut akan terhalang. Dibandingkan dengan kawat alumunium sebelum kabel putus maka nilai resistansinya akan meningkat dan konduktivitasnya akan menurun.
Sebaliknya, permukaan konduktor substrat tembaga tidak dengan cepat membentuk lapisan oksida padat di udara, sehingga meskipun kabel putus, elektron pada kabel yang putus tersebut masih dapat bergerak maju melalui kabel tembaga lainnya. Oleh karena itu, dari sudut pandang kualitatif, ketika persentase tertentu dari kabel yang putus terjadi pada kawat tembaga, meskipun konduktivitasnya berkurang, tetap dapat memenuhi persyaratan penggunaan.
1.2 Korosi elektrokimia terjadi di bagian kontak konduktor tembaga dan aluminium
Gambar 2 menunjukkan urutan potensial elektrokimia dari bahan logam yang berbeda di air laut. Terlihat bahwa terdapat perbedaan potensial kimiawi antara logam tembaga dan logam aluminium pada air laut. Ketika kedua logam ini berada dalam elektrolit pada saat yang sama, sel galvanik terbentuk, dan reaksi elektrokimia terjadi. Atom aluminium pada material aluminium berpotensi rendah akan meninggalkan kisi kristal dan kehilangan elektron, membentuk ion terhidrasi. Konduktor aluminium yang telah berada di lingkungan ini untuk waktu yang lama secara bertahap akan dimakan habis. Fenomena ini disebut korosi elektrokimia.
Ketika kelembapan udara tinggi atau mengandung kotoran asin, lingkungan elektrolit yang ideal akan terbentuk. Bagian di mana terminal tembaga dan kabel aluminium bersentuhan langsung akan membentuk baterai primer dengan aluminium sebagai elektroda negatif dan tembaga sebagai elektroda positif. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, jika bagian sambungan tidak ditangani dengan benar, korosi elektrokimia yang serius akan terjadi, dan sifat listrik dan mekanik sambungan tembaga-aluminium akan hilang.
1.3 Sifat listrik dan kekuatan mekanik kabel aluminium lebih lemah dari kabel tembaga
Di bawah kondisi diameter kawat yang sama, konduktivitas kabel aluminium lebih lemah dari pada kabel tembaga. Oleh karena itu, kabel aluminium dengan diameter lebih besar dari kabel tembaga harus digunakan untuk mengurangi hambatannya guna mencapai kinerja listrik yang setara dengan kabel tembaga.
Selain itu, kekuatan tarik, kekerasan dan sifat mekanik lainnya dari konduktor aluminium lebih lemah dari pada konduktor tembaga, sehingga tidak cocok untuk diproses menjadi terminal aluminium untuk dihubungkan dengan bagian lain pada mobil. Terminal tembaga hanya dapat dipertimbangkan untuk sambungan dengan kabel aluminium, tetapi bagian sambungan mudah Kerusakan mekanis atau terjadi kerusakan akibat kelelahan, sehingga tindakan perlindungan yang sesuai harus diambil selama aplikasi.
2 Dasar penilaian untuk pengelasan kawat aluminium dan terminal tembaga
2. 1 Pastikan kinerja kelistrikan yang baik dari bagian pengelasan
2.1.1 Pastikan ukuran kabel aluminium yang dipilih setara dengan kabel tembaga
Saat ini, standar kawat tembaga yang umum digunakan di industri adalah ISO6722-1 [1], dan standar kawat aluminium adalah ISO 6722-2 [2]. Penggantian yang setara dari kabel aluminium harus mempertimbangkan karakteristik konduktivitas yang serupa, kapasitas hantar arus, kurva penurunan dan karakteristik lain dari kabel tembaga yang diganti, untuk mengganti bahan konduktor dan mempertahankan strategi proteksi rangkaian aslinya.
Tabel 1 mencantumkan tabel perbandingan spesifikasi kawat aluminium dan kawat tembaga yang dapat dipertimbangkan untuk penggantian yang setara. Tabel ini dapat digunakan sebagai referensi untuk penggantian setara kabel tembaga-aluminium, dan verifikasi dan konfirmasi lebih lanjut diperlukan dalam aplikasi khusus.
2.1.2 Gerakan bebas elektron antara kabel aluminium diwujudkan dengan pengelasan ultrasonik
Pengelasan ultrasonik menggunakan gelombang getaran frekuensi tinggi untuk disalurkan ke permukaan dua benda yang akan dilas. Di bawah tekanan, permukaan kedua benda tersebut saling bergesekan untuk membentuk fusi antar lapisan molekul (lihat Gambar 4).
Melalui metode ini, film oksida pada permukaan kawat aluminium dapat dihancurkan secara efektif, dan pergerakan bebas elektron antara berbagai konduktor kawat aluminium dapat direalisasikan (lihat Gambar 5).
Melalui metode yang sama, dimungkinkan juga untuk mencapai fusi tingkat molekuler antara substrat tembaga terminal dan substrat aluminium pada kawat, untuk mencapai kinerja listrik yang baik. Evaluasi kinerja pengelasan ultrasonik di bidang harness kabel otomotif umumnya menggunakan standar USCar38-2016 [3]. Dalam edisi standar ini, kriteria evaluasi untuk pengelasan terminal tembaga dan kabel aluminium telah diberikan. Metode evaluasi dan kriteria untuk konduktivitas listrik sama dengan metode dan kriteria untuk terminal tembaga dan kabel tembaga.
2.2 Pastikan sifat mekanik yang baik dari bagian pengelasan
Rakitan kabel akan terkena risiko ditarik oleh gaya luar selama penggunaan, terutama untuk kabel baterai dengan penampang besar. Gaya eksternal seringkali bekerja langsung pada satu kabel. Untuk rangkaian kelistrikan yang menggunakan kabel alumunium kekuatan mekanik yang relatif lemah berada di dekat area sambungan pengelasan. Misalnya, dalam proses perakitan kabel baterai, ketika pemasangannya tidak nyaman, operator akan menarik kabel untuk menghasilkan tarikan lurus sepanjang arah kabel, atau menerapkan gaya robek tegak lurus permukaan pengelasan ke kabel. Oleh karena itu, saat mendesain struktur terminal, perlu dipertimbangkan tindakan proteksi yang cukup untuk menahan gaya tarik lurus dan gaya robek.
Standar USCar38 [3] telah menetapkan batas bawah dari panjang tarikan yang harus dicapai ketika spesifikasi yang berbeda dari kabel aluminium disambungkan ke terminal tembaga. Untuk kabel aluminium dengan diameter kawat besar (≥10 mm 2), standar USCar38 [3] tidak secara jelas menentukan batas bawah kekuatan kupas, dan teknisi pabrikan&# 39 biasanya memberikan batas bawah yang direkomendasikan.
2. 3 Pastikan ketahanan korosi elektrokimia yang baik dari bagian yang dilas
Untuk mencegah korosi elektrokimia pada bagian pengelasan terminal tembaga dan kawat aluminium, kuncinya adalah mengisolasi bagian sambungan dari lingkungan yang lembab atau asin. Ada dua metode penyegelan pengelasan ultrasonik yang umum digunakan: penyegelan tabung susut panas dinding ganda (Gambar 6) dan penyegelan perekat lelehan panas (Gambar 7). Kedua metode ini dapat memenuhi persyaratan spesifikasi dalam uji verifikasi lingkungan akhir, tetapi dengan mempertimbangkan persyaratan fluiditas lem dalam rongga injeksi selama proses perekat lelehan panas, ketebalan dinding perekat lelehan panas harus dijaga minimal 2,5 ~ 3mm. Akibatnya, volume bagian sambungan terminal setelah perawatan penyegelan relatif besar, dan tidak dapat digunakan di ruang sempit di lingkungan pemuatan. Ketebalan dinding tabung susut panas dinding ganda setelah perlakuan penyusutan panas adalah 1 ~ 1,5 mm, sehingga penyegelan tabung susut panas dinding ganda memiliki jangkauan aplikasi yang lebih luas.
Tabung menyusut panas dinding ganda umumnya dikenal sebagai tabung menyusut panas terpaku. Itu dipanaskan oleh suhu tinggi dan dinding luar menyusut, dan lem padat di dinding bagian dalam meleleh menjadi lem cair.
Tabung menyusut panas dinding ganda umumnya dikenal sebagai tabung menyusut panas terpaku. Itu dipanaskan oleh suhu tinggi dan dinding luar menyusut, dan lem padat di dinding bagian dalam meleleh menjadi lem cair. Setelah aliran penuh, itu menutupi bagian koneksi terminal dan permukaan kulit isolasi kawat, dan disegel setelah efek pendinginan dan penyembuhan. Efek penyegelan dari bagian sambungan dapat dievaluasi dengan uji semprotan garam. Kriteria evaluasi dapat mengacu pada GMW3191 [4].
2. 4 Pastikan manufakturabilitas yang baik dari bagian yang dilas
Pengelasan ultrasonik adalah gerakan relatif reciprocating berkecepatan tinggi dari dua permukaan material pada tekanan dan frekuensi tertentu. Gerakan gesekan menyebabkan kedua permukaan meleleh pada suhu tinggi dan membentuk fusi lapisan molekuler. Biasanya terminal dipasang pada peralatan pengelasan, dan kawat membuat gerakan bolak-balik frekuensi tinggi relatif terhadap terminal tetap. Oleh karena itu, terminal perlu memiliki struktur yang dapat diandalkan untuk pemasangan. Kualitas efek pengelasan juga dapat diuji dan dinilai dengan persyaratan gaya tarik lurus yang ditentukan oleh standar USCar38 [1] dan persyaratan gaya sobek yang direkomendasikan oleh pelanggan.
