Алюминиевые гибкие соединителивсе чаще используются в аккумуляторных батареях электромобилей, системах хранения энергии, силовом оборудовании, низковольтных электротехнических изделиях и сильноточных гибких соединительных узлах. По сравнению с медными гибкими разъемами алюминиевые гибкие разъемы легче, более экономичны-и обеспечивают хорошую электро- и теплопроводность. По этой причине во многих проектах аккумуляторных блоков, шкафов для хранения энергии, шинных соединений и гибких проводящих компонентов теперь используются гибкие разъемы из алюминиевой фольги.
Однако сварка алюминиевых гибких соединителей непростая задача. При использованииаппарат для диффузионной сварки алюминияПри сварке многослойных гибких соединителей из алюминиевой фольги одной из распространенных проблем является расслоение. После сварки поверхность может выглядеть правильно спрессованной, но во время испытаний на отслаивание, изгиб или растяжение слои могут отделиться, ослабнуть или не скрепиться прочно. Во многих случаях края открываются первыми.
Этот тип дефекта не следует объяснять просто «недостаточной температурой» или «недостаточным давлением». Стабильность диффузионной сварки гибких алюминиевых соединителей зависит от нескольких факторов, включая слой оксида алюминия, контакт слоев-с-слоями, плоскостность плиты, контроль температуры, передачу давления, время выдержки, машинное уплотнение и охлаждение после-сварки. Чтобы улучшить расслоение, необходимо поэтапно проверять реальную поверхность соединения.
Расслоение обычно не вызвано одним единственным параметром
Состояние поверхности алюминиевой фольги важнее, чем думают многие.
Алюминий естественным образом образует на своей поверхности оксидный слой, и этот оксидный слой относительно стабилен. При диффузионной сварке идеальным условием является то, что каждый слой алюминиевой фольги находится в тесном контакте со следующим слоем, а затем образует стабильное соединение под воздействием температуры, давления и времени.
Если на поверхности остается оксидная пленка, масло, пыль или остатки прокатки, они могут выступать в качестве барьера между слоями. Многие заводы протирают алюминиевую фольгу только перед сваркой, но протирка обычно удаляет лишь немного масла и рыхлую пыль. Это не решает полностью проблему оксидной пленки. Поверхность может выглядеть чистой, но поверхность соединения может быть еще не готова к надежной диффузионной сварке.
В многослойной стопке алюминиевой фольги один плохо пригнанный слой может создать скрытый дефект.
Алюминиевый гибкий соединитель обычно не изготавливается из одного листа. Он сделан из множества тонких слоев алюминиевой фольги, сложенных вместе. Каждый слой должен плотно прилегать к зоне сварки. Если некоторые слои имеют выступы кромок, заусенцы, перекосы или зазоры, после сварки может возникнуть местное плохое соединение.
Сложность в том, что этот дефект может быть неочевиден снаружи. Поверхность может выглядеть плоской, а конец может выглядеть хорошо прижатым, но внутренние слои могут быть не полностью склеены. Проблема становится видимой только тогда, когда клиент проводит испытания на отслаивание, изгиб, растяжение или электрические испытания.
Правильные настройки машины не всегда означают стабильность фактического интерфейса склеивания.
Многие заводы полагают, что при правильных настройках температуры, давления и времени изделие должно свариваться правильно. Однако в реальном производстве может существовать разрыв между заданными параметрами и фактическим состоянием сварочного интерфейса.
Например, аппарат может показывать, что требуемое давление достигнуто, но если плита не ровная или графитовая пластина изношена, давление может не распределяться равномерно по зоне сварки. Машина может показывать правильную температуру, но широкий разъем из алюминиевой фольги все равно может нагреваться неравномерно. Материал может выглядеть чистым, но оксидный слой все равно может препятствовать склеиванию. Эти проблемы могут привести к тому, что некоторые детали могут пройти мимо, а другие расслаиваться при одних и тех же настройках параметров.
Почему алюминий сложнее сваривать диффузионной сваркой, чем медь?
Оксид алюминия стабилен, и обычной протирки недостаточно.
Алюминий естественным образом образует оксидную пленку при контакте с воздухом. Эта оксидная пленка защищает алюминий от дальнейшей коррозии, но при диффузионной сварке она может предотвратить прямой контакт между слоями алюминиевой фольги. Если оксидная пленка не разрушена, не разрушена и не диспергирована эффективно, трудно сформировать стабильную связь между слоями-между-слоями.
Это одна из причин, по которой алюминиевые гибкие соединители более склонны к расслоению, чем медные гибкие соединители. Медь также требует чистых поверхностей, но оксид алюминия более чувствителен и предъявляет более высокие требования к подготовке поверхности, давлению и среде сварки.
Алюминий быстро проводит тепло, что делает температурное окно более чувствительным.
Алюминий обладает хорошей теплопроводностью. Это преимущество для проводящих соединителей, но оно также создает проблемы во время сварки. Тепло может быстро распространяться по материалу. Если температура слишком низкая или время выдержки слишком короткое, соединение между слоями может быть недостаточным. Если температура слишком высокая, алюминиевая фольга может локально размягчиться, создать более глубокие следы, изменить размеры или потемнеть на поверхности.
По этой причине диффузионная сварка гибких алюминиевых соединителей — это не просто повышение температуры. Для этого процесса необходимы подходящая температура, давление и временной интервал-выдержки.
Тонкая алюминиевая фольга и несколько слоев затрудняют контроль передачи давления.
Когда много тонких алюминиевых фольг сложены вместе, внешние и внутренние слои могут не воспринимать давление одинаково. Если валик неровный, крепление неустойчиво или фольга имеет приподнятые края или заусенцы, давление может не распространяться на каждый слой равномерно.
Неравномерное давление непосредственно вызывает местное ослабление связи. Общим результатом является то, что центральная часть хорошо склеивается, а края расслаиваются. Другим распространенным результатом является то, что область рядом с основной точкой давления является сильной, а область дальше — слабее.
Как обычно выглядит расслоение на производстве?
Сваренный конец выглядит спрессованным, но во время испытания на отслаивание слои открываются.
Это самая распространенная ситуация. Сразу после сварки торцевая поверхность выглядит ровной и очевидных проблем нет. Но во время испытаний на отслаивание слои алюминиевой фольги легко отделяются. Это показывает, что сжатие поверхности — это не то же самое, что истинное соединение слоев.
В этом случае не судите о продукте только по внешнему виду. Проверьте подготовку поверхности, равномерность давления и время выдержки.
Края плохо скрепляются, а центральная часть выглядит более стабильной.
Если центральная часть держится хорошо, но края открываются во время отслаивания, вероятно, давление или температура неравномерно распределяются по зоне сварки. Возможные причины включают износ плиты, неровные графитовые пластины, плохую параллельность формы, приподнятые края фольги или слишком большую зону сварки для существующего распределения давления.
Широкие алюминиевые гибкие соединители особенно подвержены этой проблеме, поскольку большие площади сварки требуют большей плоскостности пластины и равномерности давления.
Некоторые детали проходят, а некоторые расслаиваются в пределах одной партии.
Если некоторые детали проходят, а другие расслаиваются при одних и тех же настройках, проблема может быть не только в самом параметре. Проверьте поступающие партии материала, состояние поверхности алюминиевой фольги, однородность укладки, метод зажима, температурный дрейф и стабильность давления.
Нестабильное качество партии обычно означает, что окно процесса слишком узкое или одна производственная переменная не находится под контролем.
Слои ослабляются или открываются после сгибания
Некоторые алюминиевые гибкие соединители выдерживают первоначальное испытание на отслаивание, но после изгиба обнаруживают ослабление слоя. Это говорит о том, что переход между сварным участком и гибким участком недостаточно стабилен или глубина соединения между слоями недостаточна.
В реальных условиях гибкие алюминиевые соединители часто должны выдерживать изгиб, вибрацию и термоциклирование при установке. По этой причине одного осмотра внешнего вида недостаточно. Испытания на изгиб могут лучше отражать надежность продукта.
Тип проблемы 1: Недостаточная подготовка поверхности перед сваркой
Масло, отпечатки пальцев и остатки прокатки могут блокировать соединение интерфейсов.
Во время производства, транспортировки и хранения на поверхности алюминиевой фольги может оставаться масло для прокатки, защитное масло, пыль, отпечатки пальцев или остатки упаковки. Если эти загрязнения не удалить, они остаются между слоями и препятствуют истинному контакту-с-алюминием.
Для диффузионной сварки качество межфазного контакта имеет решающее значение. Даже тонкий слой загрязнения может снизить стабильность соединения и, в тяжелых случаях, вызвать расслоение.
Если оксидная пленка не будет эффективно разрушена, слои не смогут образовать стабильный контакт.
Оксид алюминия обычно невозможно удалить простым вытиранием. Для-гибких алюминиевых соединителей с высокими требованиями подготовка поверхности может потребовать легкой механической обработки, контролируемого процесса очистки или метода подготовки, одобренного поставщиком материала и оборудования.
Цель не в том, чтобы сделать поверхность максимально шероховатой. Целью является улучшение условий контакта на границе сварки без ущерба для размеров алюминиевой фольги или качества поверхности.
Поднятые края, заусенцы и несовпадение слоев повышают риск расслоения.
Когда алюминиевая фольга уложена стопкой, заусенцы, приподнятые края или смещенные слои затрудняют плотное прилегание зоны сварки. Даже если машина приложит достаточную силу, в некоторых местах все равно могут оставаться зазоры.
Это часто происходит в результате резки, штамповки или укладки перед сваркой. Перед сваркой полезно провести проверку кромок, чтобы убедиться в плоскостности концов, наличии заусенцев и выравнивании слоев.
Слишком долгое ожидание после подготовки поверхности может привести к повторному загрязнению или повторному окислению.
После подготовки поверхности алюминиевую фольгу нельзя оставлять слишком долго на воздухе, пыли или влажности. Поверхность может собрать новые загрязнения или снова окислиться.
Лучше всего, чтобы подготовка поверхности, укладка, зажим и сварка были тесно связаны между собой. Операторы должны носить чистые перчатки и избегать прямого прикосновения к зоне сварки.
Проблема типа 2: зажим и давление не достигают каждого слоя
Сжатая поверхность не означает, что все внутренние слои находятся в контакте.
После укладки многослойной алюминиевой фольги прижатие внешней поверхности не гарантирует плотного контакта всех внутренних слоев. Если несколько слоев внутри стопки имеют небольшие зазоры, давление может не полностью передаваться на стопку, что приводит к ослаблению внутреннего соединения.
Перед сваркой проверьте, выровнен ли сложенный конец и ровна ли зона сварки. При необходимости добавьте этап предварительного-прессования, чтобы стопка фольги стала устойчивой перед началом процесса диффузионной сварки.
Неровные плиты или изношенные графитовые пластины могут вызвать локальную потерю давления.
Аппарат для диффузионной сварки алюминия обычно передает тепло и давление через плиту или графитовую пластину. После длительного использования графитовая пластина может стать изношенной, помятой, растрескавшейся, загрязненной или локально неровной. Это может привести к недостаточному местному давлению во время сварки.
Если расслоение всегда появляется в одном и том же положении, например, в одном углу или на одной стороне, проверьте плиту, графитовую пластину, параллельность верхней и нижней формы, а также положение приспособления, прежде чем вносить значительные изменения в температуру.
Широкие алюминиевые гибкие соединители с большей вероятностью расслоятся по краям.
Чем шире изделие, тем важнее становится распределение давления и равномерность нагрева. Узкие детали обычно легче сжимать, тогда как широкие алюминиевые гибкие соединители могут страдать от слабого давления на кромку, если пресс-головка и приспособление не спроектированы должным образом.
Для широких продуктов выбор машины не должен фокусироваться только на максимальном давлении. Следует также проверить, можно ли приложить давление равномерно по всей зоне сварки.
Неправильное расположение приспособления может привести к смещению эффективной зоны сварки.
Если алюминиевый гибкий соединитель расположен не-от центра, зона сварки может не полностью совпадать с эффективной зоной нагрева и прессования. Это вызывает местное слабое сцепление. При серийном производстве изменение загрузки вручную также может повлиять на стабильность.
Рекомендуется использовать специальные приспособления для позиционирования, упоры или приспособления для предварительного-прессования, чтобы обеспечить единообразие зоны сварки от детали к детали. Для более-объемного производства также можно рассмотреть возможность полу-автоматического или автоматического позиционирования.
Тип проблемы 3: температура, давление и время выдержки не сформировали стабильное технологическое окно
Если температура слишком низкая, диффузия слоя недостаточна.
Когда температура слишком низкая, алюминиевая фольга может быть механически спрессована без образования прочного соединения. Во время испытаний на отслаивание слои легко открываются, и сопротивление соединения может быть выше.
Если приварной конец кажется ослабленным и во время отслаивания отделяются большие участки, можно использовать испытание образца для постепенного повышения температуры или увеличения времени выдержки, одновременно отслеживая внешний вид, вмятины и изменения размеров.
Если температура слишком высокая, может произойти размягчение, вмятины и изменение размеров.
Алюминий относительно мягкий. Если температура слишком высокая, зона сварки может чрезмерно размягчиться. В краткосрочной перспективе это может привести к тому, что конец будет выглядеть плотно прижатым, но это также может привести к глубоким вмятинам, деформации краев, потемнению поверхности или отклонению размеров.
Не следует повышать температуру вслепую. Для гибких алюминиевых соединителей правильный процесс должен обеспечивать достаточное соединение слоев, не вызывая видимой деформации или дефектов внешнего вида.
Если давление недостаточно, оксидную пленку труднее разорвать или рассеять.
Недостаточное давление уменьшает фактическую площадь контакта-с-слоями и затрудняет разрушение или диспергирование оксидной пленки. Результатом является рыхлая поверхность раздела, расслоение кромок, нестабильная прочность на отслаивание и более высокое сопротивление соединения.
Однако большее давление не всегда означает лучшее. Чрезмерное давление может вызвать глубокие следы, изменение размеров или ненормальное течение материала. Давление должно соответствовать температуре и времени выдержки.
Если время выдержки слишком короткое, внутренние слои могут не полностью склеиться.
Для многослойной алюминиевой фольги недостаточно, чтобы только поверхность достигла целевой температуры. Внутренним слоям также требуется достаточно времени для теплопередачи, улучшения контакта и межфазного соединения. Если время выдержки слишком короткое, внешние слои могут склеиться лучше, чем внутренние.
Для толстых стопок или широких алюминиевых гибких соединителей время выдержки зачастую более важно, чем для одно-материалов.
Для толстых стопок фольги ступенчатый нагрев зачастую предпочтительнее, чем быстрый одноэтапный-нагрев.
При использовании толстой многослойной алюминиевой фольги или больших площадей сварки быстрый-нагрев в один этап может привести к разнице температур между внешним и внутренним слоями. Ступенчатый нагрев позволяет заготовке нагреваться более равномерно и снижает локальный перегрев или недостаточное внутреннее соединение.
Цель ступенчатого нагрева не состоит в том, чтобы излишне усложнить процесс. Это помогает температуре, давлению и времени действовать более согласованно по всей поверхности соединения.
Проблема типа 4: состояние аппарата влияет на реальный результат сварки
Фактическая температура может отличаться от заданной.
Температура, отображаемая на машине, не всегда совпадает с реальной температурой на границе соединения алюминия. Положение датчика, метод нагрева, состояние плиты и путь теплопередачи могут привести к тому, что фактическая температура в зоне сварки-будет ниже или выше заданного значения.
Если качество меняется при тех же настройках, проверьте систему контроля температуры, обратную связь по температуре, нагревательные элементы и состояние печатного стола. Для подтверждения фактического температурного окна может потребоваться проверка процесса.
Заедающий или нестабильный прижимной механизм может повлиять на кривую давления.
Если прижимная система имеет заедание, износ направляющей, нестабильное пневматическое или гидравлическое управление или ненормальную обратную связь по давлению, давление во время сварки может быть нестабильным. Диффузионная сварка гибких алюминиевых соединителей требует постоянного давления, а колебания давления напрямую влияют на соединение слоев.
Если расслоение появляется в разных местах и консистенция партии плохая, следует тщательно проверить механизм прессования.
Плохая герметизация или защита приводят к окислению во время сварки.
Алюминий легче окисляется при повышенных температурах. Если машина имеет плохую герметизацию и в зону сварки попадает воздух, интерфейс алюминиевой фольги может продолжать окисляться во время нагрева, что снижает качество соединения.
Для проектов с гибкими алюминиевыми соединителями-с высокими-требованиями проверьте, имеет ли оборудование стабильное уплотнение, защитную атмосферу или условия вакуума. Это особенно важно, если поверхность потемнела, очевидно окисление или соединение смеси нестабильно.
Температурный дрейф во время непрерывной работы может привести к нестабильности партии.
Некоторые машины производят приемлемые образцы при запуске, но после продолжительной работы начинают проявляться расслоения или изменения внешнего вида. Это может быть связано с термической стабильностью машины, охлаждением, отклонением температуры плиты или задержкой обратной связи по температуре.
Для массового производства одного хорошего образца недостаточно. Процесс также следует проверять с помощью небольших непрерывных-производственных испытаний вместо сварки только одного или двух образцов.
Пять практических шагов по улучшению расслоения алюминиевых гибких соединителей
Шаг 1. Еще раз проверьте состояние поверхности алюминиевой фольги и поступающий материал.
Сначала подтвердите марку алюминиевой фольги, толщину, состояние твердости, наличие поверхностного масла, окисление, заусенцы, подъем кромки и различия в партиях. Многие проблемы расслоения начинаются с неконтролируемых состояний материала, а не с неправильных настроек машины.
Если проблема усугубляется после смены партии материала, сосредоточьтесь на состоянии поверхности и допуске по толщине.
Шаг 2. Используйте приспособления для предварительного-прессования и позиционирования, чтобы обеспечить контакт слоев.
Добавление этапа предварительного-прессования или позиционирования перед диффузионной сваркой помогает сохранить многослойную алюминиевую фольгу ровной, компактной и стабильной. Это особенно полезно для широких, толстых или многослойных гибких алюминиевых соединителей.
Приспособление должно прилагать усилие равномерно по всей зоне сварки, а не только по краям.
Шаг 3. Создайте временное окно температуры-давления-с помощью выборочного тестирования.
Не полагайтесь только на опыт при настройке параметров. Используйте реальные образцы для пошаговой регулировки температуры, давления и времени выдержки. Запишите прочность на отслаивание, прочность на разрыв, сопротивление, внешний вид и деформацию при каждой настройке.
Хорошее окно процесса — это не одно значение. Это стабильный ассортимент, который можно повторить в производстве.
Шаг 4. Осмотрите рабочую поверхность, графитовую пластину, уплотнения и систему контроля температуры.
Если изменения параметров не улучшают результат, проверьте состояние машины. Проверьте плоскостность плиты, износ графитовой пластины, параллельность формы, стабильность давления, состояние уплотнения и точность температуры.
Если эти проблемы не будут решены, корректировка параметров может обеспечить лишь временное улучшение и не будет способствовать стабильному массовому производству.
Шаг 5. Проверьте улучшение с помощью испытаний на отслаивание, растяжение, сопротивление и изгиб.
Улучшение расслоения не следует оценивать только по внешнему виду. Используйте испытания на отслаивание для проверки соединения слоев, испытания на растяжение для проверки механической прочности, испытания на сопротивление или повышение температуры для подтверждения электрической стабильности, а также испытания на изгиб для оценки гибкости и-долговременной надежности.
Для аккумуляторов электромобилей, накопителей энергии и электрооборудования эти испытания более значимы, чем просто визуальный осмотр.
Заключение
Аппарат для диффузионной сварки алюминия подходит для сварки гибких соединителей алюминия, но для стабильного соединения требуется нечто большее, чем просто повышение температуры или давления. Реальная проблема заключается в том, что алюминий имеет устойчивый оксидный слой, многослойная фольга должна плотно прилегать, давление и температура должны действовать равномерно по зоне сварки, а состояние машины и рабочий процесс должны оставаться стабильными.
При возникновении расслоения сначала проверьте подготовку поверхности, контакт слоев, состояние плиты, диапазон температур-давления, герметичность машины и охлаждение после-сварки. Затем проверьте улучшение с помощью испытаний на отслаивание, растяжение, сопротивление и изгиб.
Для клиентов, выбирающихаппарат для диффузионной сварки алюминияВыбор машины не должен основываться только на тоннаже, температуре или цене. Более важно подтвердить, соответствует ли оборудование количеству слоев алюминиевой фольги, общей толщине, площади сварки, стандарту качества и производственному циклу. Реальная выборочная сварка и проверка процесса — самые безопасные способы подтвердить, подходит ли машина для производства гибких алюминиевых соединителей.
