汽车铝电源线束连接技术

汽车铝电源线束连接技术

陈朋杜蓉

曼德电子电器有限公司徐水电气系统分公司河北省保定市71000

摘要:随着铝线在汽车线束中的应用推广，用铝线代替传统铜线的使用逐渐增多。但在以铝线代替铜线的应用过程中，电化学腐蚀、高温蠕变、导体氧化等是必须面对和解决的问题。同时，在用铝线代替铜线的应用中，必须满足原铜线的电气和机械性能，避免性能下降。

关键词:汽车铝动力线束;连接技术;分析;探索;研究

为解决铝线在应用中出现的电化学腐蚀、高温蠕变、导体氧化等问题，目前行业主流的连接方式有四种，即:摩擦焊压力连接、摩擦焊、超声波焊、等离子焊。下面对这四种连接方式的连接原理、结构和性能进行了分析和性能比较。

1 汽车电源系统

在所有汽车电气系统中均存在着电源系统。通过电源分配工作将电源的功率正确、合理地分配给整车电气系统中各个需要供电的设备和器件，使其可以可靠、安全地工作，并在某一电气子系统出现故障时，可方便进行故障隔离。在现代汽车产品中，电源系统包含从发电机、蓄电池到电源分配盒，再到用电设备的互连，物理介质通常包括插接件、线缆、继电器、熔断器等。用电设备互连时电源路径和返回路径之间存在着电容，用电设备不仅有照明灯、进气加热器等这种阻性负载，还有继电器、电机等这种感性负载，从而决定了汽车电源系统必然具有电阻特性、电感特性和电容特性。

2铝合金在汽车车身上的应用

铝合金具有重量轻、比强度高、耐腐蚀、易于回收等优点，广泛应用于汽车结构部件。基于多年来铝合金在汽车车身上的应用，为了实现更轻、更安全的重量，高性能铝合金板材不断推出。根据车身不同部位的不同要求，选用不同类型的铝合金。该车四门两盖主要采用5系、6系铝板;前后保险杠横梁采用的铝型材较多，悬架固定座椅主要采用压铸铝等材料。由于考虑到基本相同的热膨胀和收缩，一个组件的内外面板通常由相同的材料制成，这有利于材料的回收。例如，铝制四扇门和两个盖板的内外面板都是铝制的。如果采用不同的材料，设计结构应考虑如何消除温度变化下热胀冷缩的差异。

3摩擦焊压力连接

摩擦焊压力连接，先用铜和铝棒进行摩擦焊接，然后用铜棒冲压形成电气连接端。将铝棒加工成型，形成铝压接端，制造铜铝端子。然后将铝线穿入铜铝端子，使用传统线束压接设备对铝压接端进行液压压接，完成铝线与铜铝端子的连接。

相比其他连接形式， 摩擦焊接加压接，通过铜棒与铝棒的摩擦焊接，形 成铜铝合金过渡区，焊接 面更加均匀致密，有效避 免了铜铝因热膨胀系数不 同导致的热蠕变问题，另外合金过渡区的形成也有效避免了因铜铝之间金属活性不 同导致的电化学腐蚀情况产生。后续通过热缩管密封隔绝 盐雾水汽，也有效避免了电化学腐蚀的产生。通过铝线与 铜铝端子铝压接端的液压压接，对铝导线单丝结构及铝压 接端内壁的氧化层进行破坏剥离，然后单丝之间以及铝导 线导体与压接端内壁完成冷焊结合，提升了连接处的电气 性能，提供了最可靠的机械性能。

4摩擦焊

摩擦焊接采用铝管对 铝导线压接塑形，切除端 面后与铜端子进行摩擦焊 接，通过摩擦焊接完成导 线导体与铜端子的焊接连 接。

摩擦焊接连接铝导线， 首先铝管通过压接连接安装在铝导线的导体上，通过压接 对导体的单丝结构进行塑性，形成紧密的圆形断面，然后 通过车削完成焊接断面的平整，完成焊接面的准备。铜端 子的一端为电器端连接结构，另一端为铜端子的焊接连接 面。铜端子的焊接连接面与铝线焊接面通过摩擦焊接进行 焊接连接，然后对焊接飞边进行切削整型，完成摩擦焊接 铝导线的连接加工。

与其他连接形式相比，摩擦焊通过摩擦焊将铜端子与铝线连接起来，形成铜与铝之间的过渡连接，有效地减少了铜与铝的电化学腐蚀。铜铝摩擦焊接过渡区后期经过带胶 热缩管密封，焊接区域不会接触到空气和水分，进一步减 少腐蚀。此外，焊接区是铝线导体通过焊接直接与铜端子连接的地方，有效地增加了接头的拉力。加工过程简单，但也有缺点。摩擦焊在线束厂家的应用需要单独的摩擦焊专用设备，通用性差，增加了线束厂家的固定资产投资。其次，在摩擦焊接过程中，线材的单线结构直接摩擦焊接到铜端子上，摩擦焊接连接区域存在空隙、粉尘等杂质，会影响最终的焊接质量，导致焊接连接的机电性能不稳定。

5超声波焊接

超声波焊接铝导线是 将铝导线与铜端子使用超 声波焊接设备，通过超声 波焊接设备焊头的高频振 荡，将铝导线单丝之间和 铝导线与铜端子之间连接 在一起，完成铝导线与铜 端子的连接。

超声波焊接连接是铝线与铜端子在高频超声振动下的连接。铜和铝之间的振动摩擦完成了铜和铝之间的连接，因为铜和铝都是面心立方金属晶体结构。在高频振动环境下，金属晶体结构中质子的置换完成，形成合金过渡层，有效避免了电化学腐蚀的发生。在超声波焊接过程中，将铝导体单线表面的氧化层剥离，然后完成单线之间的焊接粘合，提高了连接的电气性能和机械性能。

相比其他形式的连接，超声波焊接设备是线束厂家常用的加工设备，不需要额外的固定资产投资。同时端子采用铜冲压端子，端子成本较低，因而具有最优的成本优势。然而，也有缺点。与其他连接形式相比，超声波焊接的力学性能较弱，抗振性较差，因此不建议在高频振动区域使用超声波焊接连接。

6等离子焊接

等离子焊接采用铜端 子与铝导线进行压接连接， 然后通过添加焊料，采用 等离子弧对待焊接区域进 行照射加热，熔化焊料， 填充焊接区域，完成铝导 线连接。

连接，如图4所示。 等离子焊接铝导线首先采用等离子焊接铜端子，通过 压接完成铝导线的压接紧固，等离子焊接端子压接后形成 圆桶状结构，然后在端子焊接区填充含锌焊料，在压接端 部添加含锌焊料，在等离子弧的照射下，含锌焊料通过加 热熔化，然后通过毛细作用进入到压接区域的导线缝隙中， 完成铜端子和铝导线的连接加工。

等离子焊接铝线通过压接与铜端子紧密连接，机械性能可靠。在压接过程中，导线导体的氧化层通过70% ~ 80%的压缩比被破坏剥落，有效提高了电性能，降低了连接点处的接触电阻，防止了连接点处的发热。然后在压接区端部添加含锌焊料，使用等离子束对焊接区 进行照射加热，含锌焊料经过加热熔化，通过毛细作用完 成焊料对压接区的缝隙填充，实现压接区的盐雾水汽隔绝， 避免了电化学腐蚀的产生。同时因为焊料隔离缓冲，形成过渡区，有效避免了热蠕变现象的发生，降低了在冷热冲击下连接电阻的升高风险。通过连接区域的等离子焊接， 有效提高了连接区的电气性能，同时对连接区的机械性能 也有进一步的提升。

与其他连接形式相比，等离子焊接通过过渡焊接层和强化焊接层将铜端子和铝线隔离，有效降低了铜和铝的电化学腐蚀。并加强焊接层包裹铝线端面，使铜端子和线芯不会接触到空气和湿气，进一步减少腐蚀。此外，过渡焊层和强化焊层将铜端子与铝线接头紧密固定，有效增加了接头的拉力，加工工艺简单。然而，也有缺点。等离子焊接在线束生产企业的应用需要单独增设等离子焊接专用设备，通用性差，增加了线束生产企业的固定资产投资。其次，在等离子焊接过程中，焊料通过毛细作用填充压接区域的空隙，这是不可控的，导致等离子焊接连接区域的最终焊接质量不稳定，导致电气和机械性能的显著偏差。

7结论

综上所述，行业中常用的四种铝线连接方式各有优缺点。无论采用何种连接方式，都能解决铝线与铜端子连接过程中出现的电化学腐蚀、高温蠕变、导体氧化等问题，保证铝线与铜端子的连接性能。但在稳定性、成本、性能等方面存在差异，可根据成本要求，通过对加载环境等因素的综合评价，选择最合适的连接方式。

参考文献

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