無損導(dǎo)電性異種金屬連接

來源：PSTproductsChina?作者：線束世界?2024-07-23 13:37

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無損導(dǎo)電性異種金屬連接

消費者都希望電動車有較長的續(xù)航里程以及快速的充電速度。這也使得汽車制造商們也想要盡可能采用較大的的電流，如1000A。但這對傳統(tǒng)電纜解決方案會導(dǎo)致線纜產(chǎn)生較高的發(fā)熱量，且比較重。而采用銅鋁匯流排的方式會有顯著的優(yōu)勢。

線纜在安裝時，方向的改變有時需要較大的彎曲半徑，而匯流排可通過結(jié)構(gòu)設(shè)計貼合安裝路徑，無需額外的空間來容納這樣的彎曲半徑。此外，考慮散熱，線纜的鋪設(shè)必須保持一定距離，而匯流排無需如此，這能大大減少空間。

尤為重要的是：匯流排無需擔(dān)心燃燒風(fēng)險。此外，與線纜組裝相比，安裝匯流排只需花費大約三分之一的時間，而在配電系統(tǒng)中，由于剛性匯流排比柔性電纜更易于自動安裝，因此在某些場景安裝匯流排的速度可提高約70%。

匯流排可在惡劣環(huán)境下長期可靠運行，并能承受-40至+125℃的工作溫度。它們有非常好的散熱性，因此有助于防止過熱。與線纜相比，匯流排具有更低的電感和更高的電流通過性，因此充電效率更高。

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為電動汽車提供安全快速的充電，以及輕巧緊湊的電氣布置。與傳統(tǒng)電纜相比，匯流排優(yōu)勢顯著。采用電磁脈沖技術(shù)(EMPT), 可以輕松實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，且制造成本低，效率高。

利用 EMPT 技術(shù)高效連接鋁和銅

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最適合制作匯流排的材料是鋁和銅。出于成本考慮，主體部分可采用成本更低的鋁，僅接觸/轉(zhuǎn)換區(qū)域可采用銅。然而，當(dāng)這兩種金屬在有一定濕度的環(huán)境下，容易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。惰性較高的銅會腐蝕惰性較低的鋁，從而導(dǎo)致接觸電阻增加，使用溫度升高，嚴重時可能導(dǎo)致火災(zāi)。此外，這兩種金屬還不易連接。

“這就是 EMPT 發(fā)揮作用的地方。該技術(shù)高效、安全且易于實現(xiàn)自動化。用它生產(chǎn)的焊縫非常穩(wěn)定，而且焊縫連續(xù)可實現(xiàn)密封，這意味著任何腐蝕性介質(zhì)都無法滲入。此外，與其他方法相比，對被焊接部件幾何形狀的限制也更少”。PSTPRODUCTS 研發(fā)負責(zé)人 RALPH SCH?FER 博士總結(jié)道。

這種電磁脈沖設(shè)備的主要包括脈沖發(fā)生器與工具線圈兩大核心部件。脈沖發(fā)生器由并聯(lián)的電容器組成，提供產(chǎn)生磁場所需的電流。當(dāng)工具線圈和電容器之間的大電流開關(guān)閉合時，電流以脈沖形式流入線圈，可以產(chǎn)生幾百千安到1000千安以上的脈沖電流。通過工具線圈生成磁場力作用在導(dǎo)電工件表面。工具線圈由一個或多個繞組構(gòu)成，通常由高強度銅或鋁合金制成。工具線圈的橫截面通常在10平方毫米到數(shù)百平方毫米之間。然而，由于電容器的充電時間僅需3至8秒，設(shè)備所需的電源容量也僅需380V/64A。每個脈沖的耗電量在0.015至0.03千瓦時之間，具體取決于系統(tǒng)的大小。

EMPT 焊接基于短于100μS 的電磁脈沖。脈沖電流具有極高的振幅和頻率，通常為幾百KA, 放電頻率在10至50KHZ 之間，因此會產(chǎn)生一個強磁場，在其中一個工件上產(chǎn)生渦流。兩個工件重疊放置，中間有一個加速間隙。工具線圈將兩個工件中的一個加速推向另一個工件產(chǎn)生碰撞。兩個工件在碰撞時，是在瞬時高磁壓的作用下生成的相互排斥的磁場力，該磁場力超過了材料的屈服強度，使其中一個工件以高達500米/秒的速度向另一個靜止的工件撞擊。在碰撞區(qū)域，會產(chǎn)生極高的機械應(yīng)力和應(yīng)變。

最大電壓出現(xiàn)在接觸點，并在兩個工件的連接區(qū)域前產(chǎn)生一種沖擊波。這種塑性變形會破壞接觸雙方的表層氧化層，并留下波浪狀結(jié) 構(gòu)。工件之間的氣隙被壓縮，將污垢和碎屑吹出接合區(qū)域。

兩個表面在巨大的壓力下壓合在一起，使得連接構(gòu)件的原子形成金屬鍵。由于未達到連接件的熔點，可以實現(xiàn)不同熔點金屬的無熱變形連接。連接區(qū)域通常比較弱的母材具有更高的強度。EMPT 焊接沒有溫度的升高，因此沒有結(jié)構(gòu)的任何變化，也就是說沒有弱化的熱影響區(qū)。

另一個主要優(yōu)點是，在鋁和銅的EMPT 焊接過程中，過渡電阻不會增加，兩種金屬伴侶的良好導(dǎo)電性在整個連接中保持完好。根據(jù)常見的測試程序，這種連接的抗熱沖擊和抗振動性能明顯優(yōu)于電阻焊接或激光焊接。

EMPT 焊接無需使用保護氣體或焊接添加劑即可產(chǎn)生高質(zhì)量焊縫。目前，PSTPRODUCTS 公司的脈沖發(fā)生器和線圈已經(jīng)被優(yōu)化到可以在更換電容器或線圈的部分之前輕松實現(xiàn)超過200萬脈沖的使用壽命。

使用 EMPT 設(shè)備，每個脈沖可連接多達10件匯流排，焊接周期約為5秒。這使得這種焊接工藝具有很好的商業(yè)成本效益。因此，每月可批量生產(chǎn)多達數(shù)千萬件，材料厚度可達4毫米。目前在技術(shù)上可實現(xiàn)的材料厚度可達8毫米。

多年來，國際客戶一直使用EMPT 焊接用來大批量制造零部件。一家工廠每年通常要進行100萬到500萬次焊接。此外，由于該工藝不會產(chǎn)生任何煙霧或輻射，因此非常環(huán)保。磁場和焊接參數(shù)都可以非常精確地控制，從而提供穩(wěn)定、可記錄的質(zhì)量。

適合大規(guī)模生產(chǎn)的 EMPT 焊接

“PSTproducts 公司通過選擇合適的材料和優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備，延長了脈沖發(fā)生器和線圈的使用壽命，從而將維護間隔延長至500,000至2,000,000次脈沖。因此，連接成本可降至幾美分。EMPT 設(shè)備的可用性滿足了當(dāng)今的工業(yè)要求，100%的過程控制和成熟的自動化產(chǎn)線應(yīng)用?！睋?jù)Ralph Sch?fer 博士的報告。

如有需要，PSTproducts 可為用戶提供詳細分析、原型和樣品測試，以及產(chǎn)品試制。我們團隊可就基于電磁脈沖技術(shù)產(chǎn)線建設(shè)相關(guān)的工廠建設(shè)、改造、升級提供建議。

在不久的將來，匯流排將取代電動汽車的部分線路，使其更加安全。

只要是傳輸大電流的地方匯流排都是熱門話題，不僅在汽車中如此，在風(fēng)力發(fā)電和電動船舶推進系統(tǒng)中也是如此。匯流排也能為光伏和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供重大的優(yōu)勢。

使用 EMPT 焊接，您就擁有了一種新的可靠工藝，給未來新的材料連接帶來了更多新的可能，但有一點：材料必須導(dǎo)電。

原文作者

Dr.Barbara Stumpp,specialist journalist from Freiburg.

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