Atualmente, o peso dos fios de cobre nos chicotes elétricos automotivos representa 75%. Como a tendência futura de desenvolvimento dos chicotes elétricos automotivos é mais leve e fino, cada vez menos fios de cobre serão utilizados. Atualmente, o principal método de substituição dos fios de cobre é fio de alumínio em vez de fio de cobre.
Vantagens da aplicação de condutores de alumínio em automóveis
O fio de alumínio (Al) é cerca de dois terços mais leve que o fio de cobre (Cu), e esse material leve reduz o peso total do chicote elétrico. Mesmo considerando a relação entre condutividade e densidade, um fio de alumínio com a mesma resistência elétrica ainda é cerca de 50% mais leve que um fio de cobre equivalente.
Além de mais leve, o fio de alumínio é um material base abundante e facilmente disponível para a condução de eletricidade. Em comparação, o fio de cobre possui recursos limitados e é um metal de "investimento". Isso significa que o preço do fio de alumínio será relativamente estável e muito menor do que o preço do fio de cobre, e o custo será mais bem controlado.
Da perspectiva do custo de instalação, como o fio de alumínio é relativamente leve, ele não requer pontes e tubos durante o processo de instalação, o que pode economizar muitos materiais de instalação, economizando de 20% a 50% do custo de instalação em comparação aos fios de cobre.
Dificuldades técnicas na aplicação de fios de alumínio em automóveis
Embora o fio de alumínio tenha as vantagens de ser leve e barato, ele raramente é utilizado em automóveis, e fios de alumínio com diâmetros pequenos são pouco utilizados. A razão principal é que fios de cobre de 0.35 mm² e 0.5 mm² são usados em maior quantidade em chicotes elétricos automotivos, e a tecnologia existente não consegue resolver completamente os problemas de desempenho mecânico e elétrico dos fios de alumínio de pequeno diâmetro, sendo, portanto, limitada. As dificuldades técnicas específicas na aplicação do fio de alumínio são as seguintes:
A condutividade do fio de alumínio é cerca de 60% da dos fios de cobre, então a ampacidade relativa é relativamente baixa.
A resistência mecânica do fio de alumínio é apenas um terço da do fio de cobre, o que afetará a força de tração da crimpagem do terminal.
Uma película de óxido é facilmente formada na superfície do fio de alumínio, e a camada de óxido tem propriedades isolantes, o que causará um aumento na resistência à crimpagem.
A diferença de potencial do eletrodo entre cobre e alumínio é de cerca de 2 V. Se o terminal de cobre for crimpado com um fio de alumínio, quando a conexão entre cobre e alumínio estiver em um ambiente úmido e um meio químico se dissolver em vapor d'água para formar um eletrólito, o alumínio será formado como eletrodo negativo. O cobre é o eletrodo positivo da bateria primária, portanto, o alumínio com potencial negativo é corroído e dissolvido, ou seja, ocorre corrosão eletroquímica.
O método de conexão do fio de alumínio usado em automóveis
Existem três maneiras de conectar o fio de alumínio. As três maneiras a seguir são adequadas para conexões de fios de cobre e alumínio.
- Soldagem ultrassônica de metais
O princípio da soldagem ultrassônica de metais é usar a energia de vibração da frequência ultrassônica (20-40 kHz) para transmitir ondas de vibração às superfícies de dois objetos metálicos a serem soldados e, sob pressão estática, as duas superfícies metálicas se esfregam uma na outra para formar uma fusão de camada molecular entre elas.
- Soldagem por fricção
Como o nome sugere, a soldagem por fricção utiliza principalmente o atrito. Embora a superfície do metal pareça muito lisa, ela é muito irregular em nível microscópico. Quando dois blocos de metal se esfregam, a superfície áspera gera muita energia térmica devido ao movimento relativo. Se a velocidade do movimento relativo for acelerada e uma pressão enorme for aplicada simultaneamente, o calor gerado nesse momento pode derreter o metal e esperar até que ele esfrie. As duas peças de metal são unidas.
- Soldagem a plasma
A soldagem a plasma é um método de soldagem que usa um arco de plasma como fonte de calor para derreter a junção de dois metais.
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