大電流線纜的壓接評估

來源：?作者：?2021-06-16 11:16

摘要：線纜與連接器之間的連接采用的一個重要的連接方式就是壓接。壓接的參數(shù)和評估主要靠標(biāo)準(zhǔn)和實驗，本文采用CAE的方式，提前評估出不同壓接參數(shù)造成的拉脫力、伸長數(shù)據(jù)，對后續(xù)解決壓接的參數(shù)優(yōu)化和使用壽命有明顯且積極的作用。

關(guān)鍵詞：壓接，溫升，拉脫力，壽命

1?? 壓接的現(xiàn)狀及參考標(biāo)準(zhǔn)

壓接工藝對于大電流產(chǎn)品來說非常重要，但是目前市面上能找到的壓接工藝參數(shù)和指導(dǎo)資料有限。

1.1?壓接的參考標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)的壓接工藝要求主要是對應(yīng)不同平方數(shù)的線纜有不同的最小拉拔力標(biāo)準(zhǔn),比較主流的是大眾VW60330和VW80304，其中VW60330針對的是比較小平方數(shù)的線纜壓接，拉拔力標(biāo)準(zhǔn)如圖一所示；VW80304針對的是高壓大電流的線纜壓接，拉拔力標(biāo)準(zhǔn)如圖二所示。

輔之以接觸電阻、電壓降和溫升等測試來確定壓接性能的合格與否。

而溫升的參考標(biāo)準(zhǔn)則為USCAR-2中的最大50度要求，電壓降采用的多為USCAR-2中的最大50mV的要求，對應(yīng)的連接電阻要求通常采用LV215-1中的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

圖一 ?VW60330壓接拉拔力標(biāo)準(zhǔn)

二 ?VW80304壓接拉拔力標(biāo)準(zhǔn)

圖三?接觸電阻要求（LV215-1-2013）

1.2?壓接的形狀?

各個企業(yè)針對壓接的形狀和壓縮比率都有自己的標(biāo)準(zhǔn)和理解，比如壓縮率從70%~95%，形狀從正六邊形、扁形、正方形甚至其他復(fù)雜的形狀，這些形狀和參數(shù)的定義大多由實際工程經(jīng)驗而來。

2? 壓接的評估方法

采用CAE手法，可以在壓接參數(shù)定義前得到壓接產(chǎn)品的拉脫力、壓接電阻，甚至簡潔評估出對長期使用的影響。

本文中主要分析的是大平方數(shù)的線纜的壓接，基本采用都是正六面體壓接。

分析的結(jié)果包括三個部分：

（1）?壓接后的壓縮率

（2）?壓接后的拉脫力

（3）?壓接后的銅套伸長數(shù)據(jù)

（4）?壓接后的最大應(yīng)力

在這些結(jié)果中，確定好壓接的高度標(biāo)準(zhǔn)后，壓縮率的計算只是其中一個小小的結(jié)果。在這個仿真評估過程中，可以推算出拉脫力較準(zhǔn)確的計算方法。如下圖所示，根據(jù)計算結(jié)果與實測結(jié)果的對比，發(fā)現(xiàn)評估結(jié)果與實驗結(jié)果相符，可確認(rèn)此壓接的拉脫力評估方法基本可靠，但還需要繼續(xù)改進(jìn)。在這些結(jié)果中，壓接后的銅套伸長數(shù)據(jù)會稍微比實測結(jié)果偏大15%左右。

3? 長期使用環(huán)境下的應(yīng)力松弛、蠕變影響

通過標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗得來的參數(shù)值，大多是知其然不知其所以然。在大部分大電流連接器產(chǎn)品中，壓接點都是載流能力的一個關(guān)鍵薄弱點，溫升最高點往往發(fā)生在接觸端子和壓接區(qū)域這兩個部分；且在長期的使用、電流循環(huán)實驗和環(huán)境老化測試后，壓接部位的接觸電阻迅速升高，導(dǎo)致溫升大幅度提升最終造成載流能力下降的情況屢見不鮮。

其中的原因主要在與：壓接后的線纜和銅套之間，相互之間有較大的接觸壓力；而長期處于電流引起的自熱和環(huán)境溫度的影響下，自身由于應(yīng)力松弛或蠕變現(xiàn)象呢，則會導(dǎo)致接觸壓力的降低或流失，引起相應(yīng)的接觸電阻的顯著增大，最終造成了載流能力的大幅度下降。

目前針對應(yīng)力松弛可以采用拉森-米勒法，主要應(yīng)用于以合金短時間的使用情況精確估算長期使用情況。這種方法精確度高，使用頻繁，但是需要具體材料的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

雖然對不同材料的蠕變和應(yīng)力松弛問題的處理有大量的公開資料，但是有關(guān)蠕變和應(yīng)力松弛對電接觸的作用的資料非常少。甚至無法找到紫銅、黃銅的應(yīng)力松弛曲線（溫度，應(yīng)力與時間關(guān)系的曲線圖），這對我們研究解決壓接的問題造成不少困難。

但是我們知道的一個基本原理是應(yīng)力松弛與初始應(yīng)力水平和作用時間長短有關(guān)，初始應(yīng)力水平越高，同樣的時間和溫度下，應(yīng)力松弛或蠕變的比例越大，故在確定壓接參數(shù)時，我們需要遵循的原則是：由壓接而產(chǎn)生的應(yīng)力盡量小于拉伸強度，如有可能，盡量控制在屈服強度以內(nèi)；因為較高的應(yīng)力水準(zhǔn)會造成更大比例的應(yīng)力松弛。

由壓接造成銅套、線纜的形狀變化和接觸壓強，進(jìn)而產(chǎn)生的壓接點接觸電阻，則是另外一個較深的課題了，需要更深入的探討研究。