Kočevar d.o.o.
Kompaktiranje večžilnih električnih vodnikov z uporabo uporovnega varjenja predstavlja uveljavljen industrijski postopek za izdelavo zanesljivih električnih spojev.
Postopek omogoča oblikovanje kompaktnih in mehansko stabilnih povezav brez uporabe dodatnih spojnih elementov. V članku je predstavljena tehnologija kontinuirnega kompaktiranja vodnikov v območju presekov od približno 0,5 mm² do 18 mm², ki temelji na mikro uporovnem varjenju. Opisana je tudi zasnova kompaktirnega sistema KT-S ter osnovni procesni parametri, nadzor procesa in možnosti integracije v industrijska proizvodna okolja.
Večžilni vodniki imajo pomembno vlogo v sodobnih elektrotehničnih sistemih, saj omogočajo prenos električne energije in signalov v pogojih, kjer so vodniki izpostavljeni mehanskim obremenitvam, vibracijam ali ponavljajočim se upogibom. Zaradi strukture, sestavljene iz večjega števila tankih posameznih žic, večžilni vodniki ohranjajo visoko fleksibilnost ter dobro odpornost proti mehanskim obremenitvam. Takšne lastnosti so ključne v številnih industrijskih aplikacijah, kot so avtomobilska industrija, železniški sistemi, energetska infrastruktura, medicinska oprema ter proizvodnja elektronskih naprav.
Pri izdelavi električnih povezav med večžilnimi vodniki je pomembno zagotoviti nizko električno kontaktno upornost, zadostno mehansko trdnost spoja ter odpornost proti degradaciji zaradi korozije ali termičnih obremenitev. Eden izmed učinkovitih tehnoloških pristopov za doseganje teh lastnosti je kompaktiranje vodnikov z uporabo uporovnega varjenja, pri katerem se posamezne žice vodnika trajno povežejo v homogeno strukturo.
Proces kompaktiranja temelji na kombinaciji mehanskega pritiska in električnega toka. Posamezne žice vodnika se med postopkom stisnejo med elektrode, skozi kontaktno območje pa steče električni tok. Zaradi električne upornosti na stičnih površinah nastaja toplota, ki povzroči lokalno plastifikacijo materiala ter omogoča nastanek metalurških vezi med posameznimi žicami. Posledično nastane kompaktna struktura, ki zagotavlja stabilen električni stik ter visoko mehansko stabilnost spoja. Pomembna prednost postopka je, da vodnik izven območja kompaktiranja ohrani svojo prvotno fleksibilnost.
V primerjavi s klasičnimi postopki spajanja, kot je krimpanje, lahko uporovno varjenje zagotavlja boljšo električno prevodnost spoja ter večjo ponovljivost proizvodnega procesa. Tehnologija je primerna tudi za obdelavo prevlečenih vodnikov, na primer kositrano prevlečenih bakrenih žic, ter za emajlirane vodnike, pri katerih se izolacijski sloj odstrani neposredno med procesom varjenja.
Za izvajanje takšnega postopka je bil razvit kompaktirni sistem KT-S, ki temelji na principih mikro uporovnega varjenja in omogoča ponovljivo obdelavo večžilnih vodnikov v širokem razponu presekov. Sistem je namenjen kompaktiranju vodnikov s preseki od približno 0,5 mm² do 18 mm² (AWG 20 do AWG 4) ter omogoča obdelavo različnih materialov vodnikov, kot so baker, kositrani baker, srebrno ali nikljevo prevlečeni vodniki ter nikljeve zlitine.
Kompaktirani del vodnika ima praviloma kvadratno ali pravokotno obliko, pri čemer je končni presek kompaktiranega dela enak vsoti presekov posameznih žic v vodniku. Dolžina kompaktiranega območja običajno znaša približno 10 mm, širina spoja pa približno 6 mm. Posebna značilnost sistema je tudi možnost povezovanja emajliranih vodnikov, ki se pogosto uporabljajo pri izdelavi elektromagnetnih tuljav.
Za stabilno delovanje procesa je ključnega pomena ustrezen nadzor procesnih parametrov. Sistem uporablja konstrukcijsko rešitev, pri kateri se keramični element spusti proti vodnikom in omogoča obdelavo različnih presekov brez potrebe po menjavi elektrod ali kompleksnih nastavitev. Širina kompaktiranega območja se nastavi mehansko z mikrometrskim vijakom, ustrezen varilni program pa se izbere preko krmilnega sistema.
V sistem je integriran merilni mehanizem za spremljanje višine kompaktiranja, ki omogoča nadzor kakovosti procesa. Na osnovi izmerjenih vrednosti je mogoče zaznati odstopanja od predpisanih parametrov ter ustrezno prilagoditi proces. Takšen način nadzora omogoča visoko ponovljivost proizvodnje, pri čemer je mogoče dosegati proizvodne tolerance v območju približno ±0,05 mm.
Vir varilnega toka predstavlja inverter za uporovno varjenje, ki omogoča natančno regulacijo energije varjenja in stabilen potek varilnega cikla. Stopnja kompaktiranja se lahko uporablja tudi kot indikator kakovosti spoja, kar omogoča prilagajanje procesnih parametrov različnim tipom vodnikov. Elektrode sistema so izdelane iz volframa ali volframovih zlitin, ki zagotavljajo visoko odpornost proti obrabi in stabilne procesne pogoje. Komponente sistema so zasnovane za dolgo življenjsko dobo in večkratno uporabo, menjava obrabljenih elementov pa je relativno enostavna.
Za stabilno delovanje pri večjih proizvodnih obremenitvah je pomembno učinkovito odvajanje toplote. Sistem uporablja vodno hlajenje, integrirano v nosilce elektrod, vpenjalne elemente in sekundarne tokovne vodnike. Takšna zasnova preprečuje pregrevanje komponent ter zagotavlja stabilno kakovost varilnega procesa tudi pri visokih proizvodnih ciklih.
Kontinuirano kompaktiranje večžilnih vodnikov z uporabo uporovnega varjenja predstavlja učinkovit tehnološki pristop za izdelavo električnih spojev z nizko električno upornostjo in visoko mehansko stabilnostjo. Tehnologija omogoča dobro ponovljivost procesa in ohranja fleksibilnost vodnika izven območja spoja.
Kočevar d.o.o.
Sončna cesta 10, Ločica ob Savinji
3313 Polzela
041 639 260
www.kocevar.eu
