无损导电性异种金属连接

来源：PSTproductsChina•作者：线束世界•2024-07-23 13:37

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无损导电性异种金属连接

消费者都希望电动车有较长的续航里程以及快速的充电速度。这也使得汽车制造商们也想要尽可能采用较大的的电流，如1000A。但这对传统电缆解决方案会导致线缆产生较高的发热量，且比较重。而采用铜铝汇流排的方式会有显著的优势。

线缆在安装时，方向的改变有时需要较大的弯曲半径，而汇流排可通过结构设计贴合安装路径，无需额外的空间来容纳这样的弯曲半径。此外，考虑散热，线缆的铺设必须保持一定距离，而汇流排无需如此，这能大大减少空间。

尤为重要的是：汇流排无需担心燃烧风险。此外，与线缆组装相比，安装汇流排只需花费大约三分之一的时间，而在配电系统中，由于刚性汇流排比柔性电缆更易于自动安装，因此在某些场景安装汇流排的速度可提高约70%。

汇流排可在恶劣环境下长期可靠运行，并能承受-40至+125℃的工作温度。它们有非常好的散热性，因此有助于防止过热。与线缆相比，汇流排具有更低的电感和更高的电流通过性，因此充电效率更高。

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为电动汽车提供安全快速的充电，以及轻巧紧凑的电气布置。与传统电缆相比，汇流排优势显著。采用电磁脉冲技术(EMPT), 可以轻松实现大规模生产，且制造成本低，效率高。

利用 EMPT 技术高效连接铝和铜

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最适合制作汇流排的材料是铝和铜。出于成本考虑，主体部分可采用成本更低的铝，仅接触/转换区域可采用铜。然而，当这两种金属在有一定湿度的环境下，容易发生电化学反应。惰性较高的铜会腐蚀惰性较低的铝，从而导致接触电阻增加，使用温度升高，严重时可能导致火灾。此外，这两种金属还不易连接。

“这就是 EMPT 发挥作用的地方。该技术高效、安全且易于实现自动化。用它生产的焊缝非常稳定，而且焊缝连续可实现密封，这意味着任何腐蚀性介质都无法渗入。此外，与其他方法相比，对被焊接部件几何形状的限制也更少”。PSTPRODUCTS 研发负责人 RALPH SCHÄFER 博士总结道。

这种电磁脉冲设备的主要包括脉冲发生器与工具线圈两大核心部件。脉冲发生器由并联的电容器组成，提供产生磁场所需的电流。当工具线圈和电容器之间的大电流开关闭合时，电流以脉冲形式流入线圈，可以产生几百千安到1000千安以上的脉冲电流。通过工具线圈生成磁场力作用在导电工件表面。工具线圈由一个或多个绕组构成，通常由高强度铜或铝合金制成。工具线圈的横截面通常在10平方毫米到数百平方毫米之间。然而，由于电容器的充电时间仅需3至8秒，设备所需的电源容量也仅需380V/64A。每个脉冲的耗电量在0.015至0.03千瓦时之间，具体取决于系统的大小。

EMPT 焊接基于短于100μS 的电磁脉冲。脉冲电流具有极高的振幅和频率，通常为几百KA, 放电频率在10至50KHZ 之间，因此会产生一个强磁场，在其中一个工件上产生涡流。两个工件重叠放置，中间有一个加速间隙。工具线圈将两个工件中的一个加速推向另一个工件产生碰撞。两个工件在碰撞时，是在瞬时高磁压的作用下生成的相互排斥的磁场力，该磁场力超过了材料的屈服强度，使其中一个工件以高达500米/秒的速度向另一个静止的工件撞击。在碰撞区域，会产生极高的机械应力和应变。

最大电压出现在接触点，并在两个工件的连接区域前产生一种冲击波。这种塑性变形会破坏接触双方的表层氧化层，并留下波浪状结构。工件之间的气隙被压缩，将污垢和碎屑吹出接合区域。

两个表面在巨大的压力下压合在一起，使得连接构件的原子形成金属键。由于未达到连接件的熔点，可以实现不同熔点金属的无热变形连接。连接区域通常比较弱的母材具有更高的强度。EMPT 焊接没有温度的升高，因此没有结构的任何变化，也就是说没有弱化的热影响区。

另一个主要优点是，在铝和铜的EMPT 焊接过程中，过渡电阻不会增加，两种金属伴侣的良好导电性在整个连接中保持完好。根据常见的测试程序，这种连接的抗热冲击和抗振动性能明显优于电阻焊接或激光焊接。

EMPT 焊接无需使用保护气体或焊接添加剂即可产生高质量焊缝。目前，PSTPRODUCTS 公司的脉冲发生器和线圈已经被优化到可以在更换电容器或线圈的部分之前轻松实现超过200万脉冲的使用寿命。

使用 EMPT 设备，每个脉冲可连接多达10件汇流排，焊接周期约为5秒。这使得这种焊接工艺具有很好的商业成本效益。因此，每月可批量生产多达数千万件，材料厚度可达4毫米。目前在技术上可实现的材料厚度可达8毫米。

多年来，国际客户一直使用EMPT 焊接用来大批量制造零部件。一家工厂每年通常要进行100万到500万次焊接。此外，由于该工艺不会产生任何烟雾或辐射，因此非常环保。磁场和焊接参数都可以非常精确地控制，从而提供稳定、可记录的质量。

适合大规模生产的 EMPT 焊接

“PSTproducts 公司通过选择合适的材料和优化生产设备，延长了脉冲发生器和线圈的使用寿命，从而将维护间隔延长至500,000至2,000,000次脉冲。因此，连接成本可降至几美分。EMPT 设备的可用性满足了当今的工业要求，100%的过程控制和成熟的自动化产线应用。”据Ralph Schäfer 博士的报告。

如有需要，PSTproducts 可为用户提供详细分析、原型和样品测试，以及产品试制。我们团队可就基于电磁脉冲技术产线建设相关的工厂建设、改造、升级提供建议。

在不久的将来，汇流排将取代电动汽车的部分线路，使其更加安全。

只要是传输大电流的地方汇流排都是热门话题，不仅在汽车中如此，在风力发电和电动船舶推进系统中也是如此。汇流排也能为光伏和风力发电系统提供重大的优势。

使用 EMPT 焊接，您就拥有了一种新的可靠工艺，给未来新的材料连接带来了更多新的可能，但有一点：材料必须导电。

原文作者

Dr.Barbara Stumpp,specialist journalist from Freiburg.

网站

www.pstproducts.com

翻译

PSTproducts China

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