알루미늄 도체가 자동차 배선 하네스에서 점점 더 많이 사용됨에 따라, 이 글에서는 알루미늄 전력 배선 하네스의 연결 기술을 분석하고 정리하며, 다양한 연결 방법의 성능을 분석하고 비교하여 추후 알루미늄 전력 배선 하네스 연결 방법을 선택하는 데 도움이 되도록 합니다.
01 개요
자동차 배선 하네스에 알루미늄 도체 적용이 확대됨에 따라 기존 구리 도체 대신 알루미늄 도체를 사용하는 사례가 점차 증가하고 있습니다. 그러나 구리선을 알루미늄 도체로 대체하는 과정에서는 전기화학적 부식, 고온 크리프, 도체 산화 등의 문제가 발생하며, 이러한 문제는 적용 과정에서 반드시 해결해야 합니다. 또한, 구리선을 알루미늄 도체로 대체할 때는 기존 구리선의 성능 저하를 방지하기 위해 전기적 및 기계적 특성 요건을 충족해야 합니다.
알루미늄 와이어를 적용할 때 발생하는 전기화학적 부식, 고온 크립, 도체 산화 등의 문제를 해결하기 위해 현재 업계에서는 마찰용접 및 압력용접, 마찰용접, 초음파용접, 플라스마용접 등 4가지 주요 접속방법이 사용되고 있다.
다음은 이러한 4가지 유형의 연결 원리와 구조에 대한 분석 및 성능 비교입니다.
02 마찰용접 및 압력용접
마찰 용접 및 가압 접합은 먼저 구리 막대와 알루미늄 막대를 마찰 용접에 사용한 후, 구리 막대를 스탬핑하여 전기적 연결을 형성합니다. 알루미늄 막대는 기계 가공 및 성형 과정을 거쳐 알루미늄 압착 단자를 형성하고, 이를 통해 구리 및 알루미늄 단자가 생산됩니다. 그런 다음 알루미늄 와이어를 구리-알루미늄 단자의 알루미늄 압착 단자에 삽입하고, 기존 와이어 하네스 압착 장비를 통해 유압 압착하여 그림 1과 같이 알루미늄 도체와 구리-알루미늄 단자 사이의 연결을 완료합니다.
다른 접합 방식과 비교했을 때, 마찰 용접과 가압 용접은 구리 막대와 알루미늄 막대의 마찰 용접을 통해 구리-알루미늄 합금 전이 영역을 형성합니다. 용접 표면은 더욱 균일하고 조밀하여 구리와 알루미늄의 열팽창 계수 차이로 인한 열 크리프 문제를 효과적으로 방지합니다. 또한, 합금 전이 영역 형성은 구리와 알루미늄 사이의 금속 활동 차이로 인한 전기화학적 부식을 효과적으로 방지합니다. 이후 열수축 튜브를 이용한 밀봉을 통해 염수 분무와 수증기를 차단하여 전기화학적 부식 발생을 효과적으로 방지합니다. 알루미늄 와이어와 구리-알루미늄 단자의 알루미늄 크림프 단부를 유압 압착하여 알루미늄 도체의 모노필라멘트 구조와 알루미늄 크림프 단부 내벽의 산화층을 파괴하고 박리한 후, 단선과 알루미늄 도체 도체와 크림프 단부 내벽 사이의 냉간 접합을 완료합니다. 이러한 용접 조합은 접합부의 전기적 성능을 향상시키고 가장 신뢰할 수 있는 기계적 성능을 제공합니다.
03 마찰용접
마찰 용접은 알루미늄 튜브를 사용하여 알루미늄 도체를 압착하고 성형합니다. 단면을 절단한 후 구리 단자와 마찰 용접을 수행합니다. 전선 도체와 구리 단자 사이의 용접 연결은 그림 2와 같이 마찰 용접을 통해 완료됩니다.
마찰 용접은 알루미늄 와이어를 연결합니다. 먼저, 알루미늄 튜브를 크림핑을 통해 알루미늄 와이어 도체 위에 설치합니다. 도체의 모노필라멘트 구조를 크림핑을 통해 가소화하여 촘촘한 원형 단면을 형성합니다. 그런 다음 용접 단면을 회전시켜 평평하게 만들어 공정을 완료합니다. 용접면 준비. 구리 단자의 한쪽 끝은 전기적 연결 구조이고, 다른 쪽 끝은 구리 단자의 용접 연결면입니다. 구리 단자의 용접 연결면과 알루미늄 와이어의 용접면을 마찰 용접으로 용접 및 연결한 후, 용접 플래시를 절단하고 성형하여 마찰 용접 알루미늄 와이어의 연결 공정을 완료합니다.
다른 접합 방식과 비교했을 때, 마찰 용접은 구리 단자와 알루미늄 와이어를 마찰 용접하여 구리와 알루미늄 사이에 전이 접합을 형성하여 구리와 알루미늄의 전기화학적 부식을 효과적으로 줄입니다. 구리-알루미늄 마찰 용접 전이 영역은 이후 접착식 열수축 튜브로 밀봉됩니다. 용접 영역은 공기와 습기에 노출되지 않아 부식을 더욱 줄입니다. 또한, 용접 영역은 알루미늄 와이어 도체가 용접을 통해 구리 단자에 직접 연결되는 부분이기 때문에 접합부의 인발력을 효과적으로 높이고 가공 공정을 간소화합니다.
그러나 그림 1에서 알루미늄 와이어와 구리-알루미늄 단자를 연결하는 방식에도 단점이 있습니다. 와이어 하네스 제조업체에 마찰 용접을 적용하려면 별도의 특수 마찰 용접 장비가 필요하며, 이는 범용성이 떨어지고 와이어 하네스 제조업체의 고정 자산 투자를 증가시킵니다. 둘째, 마찰 용접에서는 와이어의 모노필라멘트 구조가 구리 단자와 직접 마찰 용접되므로 마찰 용접 연결 부위에 캐비티가 발생합니다. 먼지 및 기타 불순물은 최종 용접 품질에 영향을 미쳐 용접 연결부의 기계적 및 전기적 특성이 불안정해질 수 있습니다.
04 초음파용접
알루미늄 와이어의 초음파 용접은 초음파 용접 장비를 사용하여 알루미늄 와이어와 구리 단자를 연결합니다. 초음파 용접 장비의 용접 헤드의 고주파 진동을 통해 알루미늄 와이어 모노필라멘트와 알루미늄 와이어 및 구리 단자가 연결되어 알루미늄 와이어와 구리 단자가 완성됩니다. 구리 단자의 연결은 그림 3에 나와 있습니다.
초음파 용접 접합은 알루미늄 와이어와 구리 단자가 고주파 초음파로 진동하는 방식입니다. 구리와 알루미늄 사이의 진동과 마찰로 구리와 알루미늄의 접합이 완성됩니다. 구리와 알루미늄은 모두 면심입방 금속 결정 구조를 가지고 있기 때문에, 고주파 진동 환경에서 금속 결정 구조의 원자 치환이 완료되어 합금 전이층이 형성되어 전기화학적 부식 발생을 효과적으로 방지합니다. 동시에 초음파 용접 과정에서 알루미늄 도체 모노필라멘트 표면의 산화층이 박리되어 모노필라멘트 간의 용접 접합이 완료되어 접합부의 전기적 및 기계적 특성이 향상됩니다.
다른 연결 방식과 비교했을 때, 초음파 용접 장비는 와이어 하네스 제조업체에서 일반적으로 사용되는 가공 장비입니다. 새로운 고정 자산 투자가 필요하지 않습니다. 또한, 단자는 구리 스탬핑 단자를 사용하고 단자 비용이 저렴하여 비용 측면에서 가장 유리합니다. 하지만 단점도 있습니다. 다른 연결 방식에 비해 초음파 용접은 기계적 특성이 약하고 진동 저항성이 낮습니다. 따라서 고주파 진동이 발생하는 영역에서는 초음파 용접 연결 방식을 사용하지 않는 것이 좋습니다.
05 플라즈마 용접
플라즈마 용접은 구리 단자와 알루미늄 와이어를 크림프 연결에 사용한 다음 납땜을 추가하고, 플라즈마 아크를 사용하여 용접할 영역을 조사하고 가열하여 납땜을 녹이고 용접 영역을 채우고 그림 4와 같이 알루미늄 와이어 연결을 완료합니다.
알루미늄 도체의 플라즈마 용접은 먼저 구리 단자를 플라즈마 용접한 후, 압착을 통해 알루미늄 도체의 압착 및 고정을 완료합니다. 압착 후 플라즈마 용접 단자는 통 모양의 구조를 형성하고, 단자 용접 부위에 아연 함유 땜납을 채우고 압착된 끝부분에 아연 함유 땜납을 추가합니다. 플라즈마 아크 조사 하에서 아연 함유 땜납은 가열 및 용융되어 모세관 현상을 통해 압착 부위의 전선 틈으로 들어가 구리 단자와 알루미늄 전선의 연결을 완료합니다.
플라즈마 용접 알루미늄 와이어는 압착을 통해 알루미늄 와이어와 구리 단자 사이의 빠른 연결을 완성하여 안정적인 기계적 특성을 제공합니다. 동시에, 압착 과정에서 70~80%의 압축률을 통해 도체의 산화막이 파괴되고 벗겨져 전기적 성능을 효과적으로 향상시키고, 연결 지점의 접촉 저항을 줄이며, 연결 지점의 발열을 방지합니다. 압착 영역 끝부분에 아연 함유 솔더를 추가하고 플라즈마 빔을 사용하여 용접 영역을 조사 및 가열합니다. 아연 함유 솔더는 가열 및 용융되어 모세관 현상을 통해 압착 영역의 틈새를 메워 압착 영역에 염수 분무를 생성합니다. 증기 분리는 전기화학적 부식 발생을 방지합니다. 동시에 솔더가 분리되고 완충되어 전이 영역이 형성되어 열 크리프 발생을 효과적으로 방지하고 고온 및 저온 충격 시 연결 저항 증가 위험을 줄입니다. 접속부의 플라즈마 용접을 통해 접속부의 전기적 성능이 효과적으로 향상되고, 접속부의 기계적 성질도 더욱 향상됩니다.
다른 접합 방식과 비교했을 때, 플라즈마 용접은 전이 용접층과 강화 용접층을 통해 구리 단자와 알루미늄 도체를 절연시켜 구리와 알루미늄의 전기화학적 부식을 효과적으로 감소시킵니다. 강화 용접층은 알루미늄 도체의 단면을 감싸 구리 단자와 도체 심선이 공기 및 습기와 접촉하지 않도록 하여 부식을 더욱 감소시킵니다. 또한, 전이 용접층과 강화 용접층은 구리 단자와 알루미늄 와이어 접합부를 단단히 고정하여 접합부의 인발력을 효과적으로 높이고 가공 공정을 간소화합니다. 그러나 단점도 존재합니다. 와이어 하네스 제조업체에 플라즈마 용접을 적용하려면 별도의 전용 플라즈마 용접 장비가 필요하여 범용성이 떨어지고 와이어 하네스 제조업체의 고정 자산 투자가 증가합니다. 둘째, 플라즈마 용접 공정에서 납땜은 모세관 현상으로 완료됩니다. 압착 영역의 갭 충전 공정을 제어할 수 없어 플라즈마 용접 접합 영역의 최종 용접 품질이 불안정해지고 전기적 및 기계적 성능에 큰 편차가 발생합니다.
게시 시간: 2024년 2월 19일