電磁脈沖壓接技術在電氣及自動化工程中的應用

文/楊大可 孫瑋 黨麗琴

電線電纜導體的連接不僅僅在電氣及自動化工程領域中使用廣泛，在汽車制造業、交通運輸業以及航天航空領域中都起到了一定的重要作用，能夠保證電氣線路和系統穩定運行，對連接方法進行改進與優化，提高導線接頭質量的安全，是企業可持續發展的關鍵，對企業的發展具有極其重要的現實意義。

1 傳統壓接方式的不足之處

1.1 傳統壓接的連接方式

壓接是指讓金屬在規定的范圍內進行壓縮，完成壓縮后將導線連接到接觸對上，簡單來說就是通過壓力的方式，讓壓線筒沿著導線產生變形，從而實現導線和壓線筒之間的連接。壓線連接是一次使用，永久連接。目前使用最多的連接方式是壓縮連接，壓縮連接一般應用在壓線筒與鋁接線端子中，采用特定的工具對連接導體的連接件進行壓力擴充，依靠這種強大的壓力讓材料變形，從而讓導體和連接線緊密連接，形成導電線路。這種壓接方式按照壓膜的形狀進行劃分，可以分為局部和整體兩種壓接類型，局部壓接的壓力較小，伸長率也較小，但是容易產生電廠變形，因此在高電廠的作用下，需要使用填平壓坑的方式使電場能夠在一個均勻的狀態下工作；整體壓接與局部壓接正好相反，整體壓接所產生的壓力較大，其伸長率也較大，壓縮的部位不會變形，能夠壓縮成各種需要的接頭，因此這種壓接方式也是目前低壓電纜中使用最為廣泛的一種方法。

1.2 傳統壓接的制作方法

傳統壓接在制作的時候較為簡單，如果小于50mm2的電纜線與接線端子，兩者在連接的過程中一定要使用專門的手動壓接工具進行壓接，這種壓接方式操作便捷，使用起來也較為方便，比較使用與工程安裝或者現場維修等情況中。如果超過50mm2的電纜線，則需要使用液壓鉗進行制作，液壓鉗的鉗口硬度較高，是使用專門的鋼件制作而成，壓緊成型后，接頭的橫截面形狀與其他接頭較為不同，因此還需要對壓接接頭進行填充，從而增加銅線與套管的面積，添加助焊劑能夠更好的進行錫焊填充。目前市場上認為錫焊沒有正確的壓接方式好，大電流的情況下使用壓接更為合適。

1.3 傳統壓接方式的不足

傳統的壓接方式對于工作人員而言，勞動量過大；芯線進行壓接后會影響緊密度，會出現松散情況；壓接后的連接端子會出現較重的壓痕，容易損害芯線；壓接的地方無法得到均勻受力，會降低接頭的性能；壓接接頭容易受到外部環境的影響產生接觸不良；錫焊填充增加工作量，允許的溫度較為局限，對電路系統的安全性具有較大的影響；錫焊接頭中，對錫的要求較高，溫度過高或過低都會影響焊接的性能，影響電力系統的正常運行。施工工藝對于導線連接的安全性影響非常重大，良好的導線連接方式一定要具備較小的電阻、較強的抗拉能力以及耐腐蝕的功能。因此，傳統的壓接工藝已經無法滿足現有電氣及自動化工程領域的應用，急需一種新的工藝進行市場的無縫對接，而電磁脈沖壓接方式是對接的關鍵技術。

2 電磁脈沖壓接技術在電氣及自動化工程中的具體應用

分析了傳統壓接方式中存在的諸多問題，一種新型的電磁脈沖壓接方法應運而生。與傳統的機械壓接不同，電磁脈沖壓接是利用電磁力應用在連接端子套管中，從而產生壓力波，這種壓力波是一種向內的徑向波，能夠使套管受到強大的壓縮力，套管受到壓縮力后會向內急劇收縮，受到擠壓的電線線纜導體會整齊的排列在一起，完成壓接。

2.1 電磁脈沖壓接技術的優勢

使用電磁脈沖壓接能夠增加導體與套管內壁的面積，且密度較高；壓接的地方不會出現空隙，不會出現腐蝕的情況；將多股導線壓接后會形成一個實心，能夠增強接頭的抗拉性能；電磁脈沖壓接工藝綠色環保，不會對環境造成污染；與傳統壓接工藝相比能夠保證質量，可靠性高；電磁脈沖壓接操作簡單，能夠有效的節省成本；電磁脈沖壓接類似于冷焊，能夠起到較好的電連續性，在環境惡劣的條件下也能夠進行焊接，這是傳統壓接方式所不具備的。

圖1：壓接裝置系統組成

圖2：壓接接頭橫截面

2.2 電磁脈沖壓接技術的壓接原理

電磁脈沖壓接中，端子采用的是導電性較好的材料進行制作，當線圈開始通電后，連接端子套管的表面會產生電流，根據楞次定律可知電磁線圈中產生的磁場與感應電流的磁場不會出現交集。磁場之間會出現排斥，外層的工件也會受到受到徑向力，在很短的時間內朝著軸心的地方進行壓縮，然后進行收縮；當外層的工件收縮的速度超過200m/s，將會產生流動現象，在收縮的過程中會將內層的工件進行包裹，從而實現緊密的連接。

2.3 電磁脈沖壓接技術的實現過程

將電纜線導體插到固定的位置，然后再將其一起放在特定的工作線圈中；開啟裝置后，對儲能電容器進行充電，充電的電壓到達設定的值后會自動打開放電的開關，讓電容器能夠迅速的進行放電；電流需要在很短的時間進行電流的釋放，釋放的過程中會產生脈沖磁場，同時套管的外壁也會產生電流，從而出現磁場，脈沖磁場與感應磁場之間會發生排斥，套管會在高磁場的壓力下進行收縮。如果磁場力能夠滿足變形的條件，則內部的導線就會僅僅的包裹在一起，從而實現壓接。要想實現壓接需要關注套管材料的強度大小，用強度的大小設置電流的大小，如果強越大則電流越大。

2.4 壓接裝置

壓接裝置的組成如圖1所示。

壓接裝置在進行工作的過程中需要先將閉合充電的開關關閉，關閉后對電容進行充電，電容器充電極快，在幾秒鐘之內就能夠充電完畢；將充電開關關閉后，需要通過觸發單元導通電流開關，將電容器中的電流進行放電；電容器的存貯能量大約為20KJ，能量公式為：

2.5 效果呈現

剖開壓接完成后的接頭，如圖2所示，觀察圖2的橫截面，多股導線緊密排列，導線之間沒有出現空隙，導線由圓柱轉為六棱柱，排列的十分緊密。

使用電磁脈沖壓接，壓接時間非常短；通過設定的電壓能夠精準的對壓接力的大小進行控制，接頭的質量也較好；接頭處的電阻很小，可以將其忽略；導線受到強大的磁場壓力后會出現擠壓形成六棱柱，增加導線之間的緊實度，讓多股導線成為一個整體提高機械的強度，與常規的壓接方法相比具有更強的拉力；接線端子套管在全方位無死角的圓周上會根據一定的長度進行均勻的包裹，這種方式也不會損壞接線端子；接頭的表面沒有機械壓痕的痕跡，外觀完美；有效的降低的工作人員的工作強度，提高了工作效率，降低了生產成本，適合批量生產。

3 結束語

對傳統壓接工藝進行了介紹，繼而針對傳統壓接工藝中存在的問題提出了一種新型的電磁脈沖壓接，這種新型的壓接工藝綠色環保，能耗非常低，被廣泛應用在了電氣及自動化工程領域中，取代了傳統的機械壓接。為了使電磁脈沖壓接方式能夠得到更好的應用，需要不斷的對電磁脈沖壓接進行優化與改進，以滿足現場裝配工程的需要。