CN103354308B - 一种铜铝接头制造方法 - Google Patents

Abstract

一种铜铝接头，包括：铝线，铝管，铜接线端子，熔接层。所述铝管套装在铝线上，包裹住全部去掉绝缘层的线束和部分未去掉绝缘层的线束，熔接层为通过摩擦焊将切平后的套有铝管的线束与铜接线端子摩擦焊接而成，制造该铜铝接头的方法为：将铝线一端除去绝缘层套入铝管，加压；将铜接线端子夹持在摩擦焊机的旋转夹具中，将铝线放入摩擦焊机的轴向移动夹具中；启动摩擦焊机，通过摩擦焊接形成熔接层。在铝管和绝缘层结合部，加装热缩管。本发明的铜铝接头不易被空气、水或其他含氧物质氧化，满足新能源汽车需要。85mm²的铝线拉脱力测量结果平均值在5400-5800N左右，没有焊接的易损件产生。

Description

一种铜铝接头制造方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，特别涉及一种新能源汽车使用的铜铝接头及其制造方法。

背景技术

由于新能源汽车的动力是通过线束来传导的，需要消耗大量的有色金属，社会资源被大量消耗。为了能够在满足性能要求的前提下实现更多经济性，线束一般都采用铜接线端子和铝线相连的结构。铜接线端子和铝线相连，现有的工艺大多采用超声波焊接，但超声波焊接最适用两个扁平的工件之间的焊接，而现有的端子与铝线连接部分大多为圆形，采用超声波焊接，拉脱力相对较小且超声波焊接时对焊头的损耗比较严重，而焊头又比较昂贵，生产成本较高。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铜铝接头及其制造方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种铜铝接头，包括：铝线，铝管，铜接线端子，熔接层，其中，所述铝线包括线束和包裹在线束外的绝缘层；所述铝管套装在铝线上，一端位于所述铝线端部去掉绝缘层的线束上，另一端位于相邻的绝缘层上；所述铝管内部为阶梯状，内阶梯面与所述绝缘层端面相匹配；所述熔接层位于所述铝线和所述铜接线端子之间。

进一步地，在上述铜铝接头中，所述熔接层为通过摩擦焊将切平后的所述套有铝管的线束端部与所述铜接线端子端部焊接而成。

进一步地，在上述铜铝接头中，还包括热缩管，所述热缩管一端套装在所述铝管上，另一端套装在所述铝线的绝缘层上。

进一步地，在上述铜铝接头中，所述熔接层厚度为1-2mm。

本发明的另一方面，提供一种用于制造如上所述任一种铜铝接头的方法，包括如下步骤：

步骤1：提供铝线、铝管、铜接线端子；

步骤2：提供一种摩擦焊机，包括：旋转夹具，轴向移动夹具；

步骤3：将铝线的一端除去绝缘层，套入铝管，加压，使铝管与铝线绝缘层密闭；

步骤4：将铜接线端子夹持于旋转夹具；将套有铝管的铝线放入摩擦焊机轴向移动夹具中；

步骤5：启动摩擦焊机，旋转夹具带动铜接线端子高速旋转；

步骤6：同时轴向移动夹具带动铝线在轴向力作用下逐步向铜接线端子靠近；

步骤7：铜接线端子端面和套有铝管的铝线端面接触，通过摩擦焊接形成熔接层。

进一步地，在上述用于制造铜铝接头的方法中，还提供两个车刀，分别配置在所述旋转夹具和所述轴向移动夹具附近；在所述步骤3之后，步骤4之前，利用所述车刀分别将铜接线端子和套有铝管的铝线端面切平。

进一步地，在上述用于制造铜铝接头的方法中，还包括步骤8：在铝管和绝缘层结合部，加装热缩管使所述铜铝接头完全密闭。

采用本发明提供的制造方法制造的铜铝接头很难再被空气、水及其他含氧物质氧化，在正常的使用时间内，完全能够满足新能源汽车的应用需要。85mm²的铝线拉脱力测量结果平均值在5400-5800N左右，而且没有焊接的易损件产生。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的铜铝接头示意图；

图2为本发明一实施例提供的铜铝接头装配示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明一实施例提供一种铜铝接头，如图1和图2所示，包括：铝线1，铝管2，铜接线端子3，熔接层4，其中，所述铝线1包括线束11和包裹在线束外的绝缘层12；所述铝管2套装在铝线上，一端位于所述铝线端部去掉绝缘层的线束11上，另一端位于相邻的绝缘层12上，包裹住全部去掉绝缘层的线束和部分未去掉绝缘层的线束；所述铝管内部为阶梯状，内阶梯面21与所述绝缘层端面121相匹配；所述熔接层4位于所述铝线1和所述铜接线端子3之间。所述熔接层4为通过摩擦焊将切平后的所述套有铝管2的线束端部111与铝管端部22同时被切刀切平后与所述铜接线端子3端部焊接而成。本实施例还包括热缩管5，所述热缩管5一端套装在所述铝管2上，另一端套装在所述铝线的绝缘层12上。所述熔接层厚度为1-2mm。

用于制造上述铜铝接头的方法，包括如下步骤：

步骤1：提供如图2所示的铝线1、铝管2、铜接线端子3；

步骤2：提供一种摩擦焊机，包括：旋转夹具，轴向移动夹具；

步骤3：将铝线1的一端除去绝缘层，套入管壁密闭的铝管2，加压，使铝管2与铝线绝缘层12密闭；

铝管预先被加工成内阶梯面和铝线绝缘层端面相匹配，通过加压管壁，使其与铝线绝缘层初步密闭。该铝管能增加线束的刚性，适应下一步的摩擦焊的要求。

步骤4：将铜接线端子夹持于旋转夹具；将套有铝管2的铝线放入摩擦焊机轴向移动夹具中；

步骤5：启动摩擦焊机，旋转夹具带动铜接线端子3高速旋转；

步骤6：同时轴向移动夹具带动铝线1在轴向力作用下逐步向铜接线端子3靠近；二光滑镜面接触摩擦；

步骤7：铜接线端子端面和套有铝管的铝线端面接触，通过摩擦焊接形成熔接层。

摩擦焊接后，产生一个铜与铝的熔接层，厚度达到1-2mm,可杜绝空气进入。

本发明利用了摩擦焊原理，待焊的一对工件中，一件夹持于旋转夹具，称为旋转工件，另一件夹持于移动夹具，称为移动工件。焊接时，旋转工件在电机驱动下开始高速旋转，移动工件在轴向力作用下逐步向旋转工件靠拢，两侧工件接触并压紧后，摩擦界面上一些微凸体首先发生粘接与剪切，并产生摩擦热。随着实际接触面积增大，摩擦扭矩迅速升高，摩擦界面处温度也随之上升，摩擦界面逐渐被一层高温粘塑性金属所覆盖。此时，两侧工件的相对运动实际上已发生在这层粘塑性金属内部，产热机制已由初期的摩擦产热转变为粘塑性金属层内的塑性变形产热。在热激活作用下，这层粘塑性金属发生动态再结晶，使变形抗力降低，故摩擦扭矩升高到一定程度(前峰值扭矩)后逐渐降低。随着摩擦热量向两侧工件的传导，焊接面两侧温度亦逐渐升高，在轴向压力作用下，焊合区金属发生径向塑性流动，从而形成飞边，轴向缩短量逐渐增大。随摩擦时间延长，摩擦界面温度与摩擦扭矩基本恒定，温度分布区逐渐变宽，飞边逐渐增大，此阶段称之为准稳定摩擦阶段。在此阶段，摩擦压力与转速保持恒定。当摩擦焊接区的温度分布、变形达到一定程度后，开始刹车制动并使轴向力迅速升高到所设定的顶锻压力此时轴向缩短量急骤增大，并随着界面温度降低，摩擦压力增大，摩擦扭矩出现第二个峰值，即后峰值扭矩。在顶锻过程中及顶锻后保压过程中，焊合区金属通过相互扩散与再结晶，使两侧金属牢固焊接在一起，从而完成整个焊接过程。在整个焊接过程中，摩擦界面温度一般不会超过熔点，故摩擦焊是固态焊接。

进一步地，还提供两个车刀，分别配置在所述旋转夹具和所述轴向移动夹具附近；在上述步骤3之后，步骤4之前，利用车刀分别将铜接线端子和套有铝管的铝线端面切平。优选切成光滑的镜面。

本实施例在进行摩擦焊过程前，增加一个工序，先用车刀将铝线端面和铝套端面切平，并形成一个很光亮的镜面，这个工序能显著增加焊接质量，并且应尽快进行下一步摩擦焊操作，减少切面被空气氧化。可以把车刀装置分别配置在摩擦焊的旋转夹具和移动夹具附近，更加方便操作。

进一步地，上述实施例还可选择包括步骤8：在铝管和绝缘层结合部，加装热缩管5使所述铜铝接头完全密闭。热缩管热缩后达到完全密闭，避免了氧化，最终结构如图1所示。

使用上述实施例制造的铜铝接头具有明显的优点，例如85mm²的铝线，采用超声波焊接时，焊接后的拉脱力通常在3000N以下，而摩擦焊的拉脱力可以达到5000N左右。超声波焊接时对焊头的损耗比较严重，一套焊头可以焊接100000次，一套焊头价格大概在10000元左右，而采用上述方法没有焊接的易损件产生。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种用于制造铜铝接头的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：提供铝线、铝管、铜接线端子；

步骤2：提供一种摩擦焊机，包括：旋转夹具，轴向移动夹具；

步骤3：将铝线的一端除去绝缘层，套入铝管，加压，使铝管与铝线绝缘层密闭；

步骤4：将铜接线端子夹持于旋转夹具；将套有铝管的铝线放入摩擦焊机轴向移动夹具中；

步骤5：启动摩擦焊机，旋转夹具带动铜接线端子高速旋转；

步骤6：同时轴向移动夹具带动铝线在轴向力作用下逐步向铜接线端子靠近；

步骤7：铜接线端子端面和套有铝管的铝线端面接触，通过摩擦焊接形成熔接层；

在上述步骤中还提供两个车刀，分别配置在所述旋转夹具和所述轴向移动夹具附近；在所述步骤3之后，步骤4之前，利用所述车刀分别将铜接线端子和套有铝管的铝线端面切平。

2.根据权利要求1所述的用于制造铜铝接头的方法，其特征在于，还包括步骤8：在铝管和绝缘层结合部，加装热缩管使所述铜铝接头完全密闭。