Tecnología de soldadura por difusión de conexión blanda de lámina de cobre: ​​análisis de principios, procesos y aplicaciones de ingeniería

La soldadura por difusión de conexión blanda de lámina de cobre es un método de soldadura que utiliza múltiples capas de lámina de cobre delgada u otras láminas metálicas para difundir átomos en la interfaz de contacto a través de alta temperatura y presión para formar una unión metalúrgica fuerte. Esta tecnología se utiliza principalmente en escenarios de conexión conductiva que requieren alta flexibilidad, gran capacidad de transporte de corriente-y resistencia a la vibración, como conexiones de transición flexibles en nuevos sistemas de baterías de energía, equipos electrónicos de alta-potencia y dispositivos de transmisión y distribución de energía. A diferencia de la soldadura fuerte o por fusión tradicional, la soldadura por difusión no requiere la adición de soldadura o metal de aportación durante el proceso de soldadura. En cambio, se basa en la migración atómica de los propios materiales conectados en estado sólido para lograr la unión. Por lo tanto, la unión soldada tiene ventajas de ingeniería como composición uniforme, sin fase frágil en la interfaz y resistencia estable.

 

En la fabricación de barras colectoras de cobre flexibles, el proceso de soldadura por difusión puede consolidar los extremos de la lámina de cobre multi-capa en un área de conexión densa y rígida, mientras que la parte media mantiene una estructura de separación multi-capa para proporcionar flexibilidad, asegurando así la capacidad de carga-corriente y la resistencia mecánica de la junta del extremo y utilizando el área flexible para absorber el desplazamiento de expansión térmica y la vibración durante la operación del equipo. Para los módulos de baterías de energía nueva, las barras colectoras flexibles para conectores de baterías y las barras colectoras flexibles de cobre para baterías de litio se fabrican ampliamente mediante este proceso, que se utiliza para establecer rutas eléctricas de baja-resistencia y alta-flexibilidad entre los polos de las celdas o entre el paquete de baterías y el circuito principal. Los conectores flexibles laminados de cobre son un producto típico de la tecnología de soldadura por difusión. Su estructura laminada multi-capa hace que su vida útil a la flexión y su resistencia a la fatiga sean significativamente mejores que las de una sola barra de cobre.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En comparación con los métodos de soldadura tradicionales, la soldadura por difusión de conexiones blandas de láminas de cobre presenta varias ventajas de ingeniería. Primero, no se requiere soldadura. Al no depender de soldadura o fundente, esta tecnología esencialmente elimina el riesgo de salpicaduras de soldadura, corrosión residual del fundente y corrosión galvánica entre metales diferentes. La falta de capa de soldadura también reduce la resistencia de la unión, especialmente para rutas de transmisión de alta-corriente. Cada reducción de resistencia en micro-ohm reducirá el calentamiento Joule y mejorará la eficiencia energética del sistema. En segundo lugar, las uniones soldadas son planas y lisas. Dado que no hay flujo ni solidificación del metal fundido durante el proceso de soldadura, la superficie del área de conexión después de la soldadura por difusión mantiene la textura de laminación de lámina original o forma una estructura recristalizada uniforme, casi sin protuberancias o depresiones de soldadura visibles. Esta característica es particularmente importante para el conector de lámina estañada para batería eléctrica instalado en un espacio limitado, porque las áreas de soldadura desiguales pueden causar concentración de campo eléctrico o mala adhesión de la película aislante. En tercer lugar, la conexión es fuerte y estable. La unión formada por soldadura por difusión es de tipo unión metalúrgica. Su resistencia a la tracción y a la fatiga por cizallamiento son mejores que los métodos de conexión mecánica, como el engarzado o el remachado, y no es propenso a la relajación por fluencia en ciclos térmicos a largo plazo.

 

La barra colectora de batería de energía de almacenamiento flexible de lámina de cobre debe resistir la expansión y contracción periódica del núcleo de la batería durante el proceso de carga y descarga en el sistema de almacenamiento de energía. Los extremos de la conexión de soldadura por difusión pueden transmitir tensiones de forma fiable sin derivar la resistencia de contacto. Cuarto, la gama de materiales aplicables es amplia. Esta tecnología no solo es adecuada para la misma conexión metálica entre cobre y cobre, sino que también puede realizar la conexión de difusión de metales diferentes como cobre y aluminio, cobre y níquel a través de un diseño de capa de transición de interfaz razonable, satisfaciendo las necesidades de aplicación de terminales compuestos de cobre-aluminio en paquetes de baterías. Quinto, la protección del medio ambiente. El proceso de soldadura por difusión no requiere soldadura ni fundente, no produce humo nocivo ni líquidos residuales, y el método de calentamiento utiliza calentamiento eléctrico, que no tiene emisiones directas de carbono y cumple con los requisitos de producción limpia.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Los campos de aplicación de las conexiones blandas de lámina de cobre se han expandido profundamente desde la industria tradicional de la electrónica de potencia hasta campos de fabricación de alto nivel-como vehículos de nueva energía, sistemas de almacenamiento de energía y transporte aeroespacial y ferroviario. En el campo de los vehículos de nueva energía, la barra colectora de lámina de cobre se usa ampliamente como medio conductor para las conexiones en serie y en paralelo entre los módulos internos del paquete de baterías de energía, la transición flexible entre las celdas y la barra colectora, y la conexión principal entre el paquete de baterías y la caja de distribución de alto-voltaje del vehículo. Sus características ligeras y flexibles son de gran importancia para mejorar la densidad energética del paquete de baterías y adaptarse a las limitaciones de espacio del chasis del vehículo. En los convertidores de almacenamiento de energía y los inversores fotovoltaicos, la conexión entre el módulo de potencia IGBT y la barra colectora de CC debe cumplir con los requisitos de baja inductancia, baja resistencia y alta flexibilidad. La estructura integrada de lámina de cobre multi- de los conectores flexibles laminados de cobre lograda mediante soldadura por difusión reduce eficazmente el exceso de voltaje y la interferencia electromagnética durante el proceso de conmutación. En el campo aeroespacial, los sistemas de energía de satélites y las redes de distribución de energía de aviones son extremadamente sensibles al peso de los conectores. Las conexiones blandas de lámina de cobre se han convertido en la solución preferida debido a su alta resistencia específica y propiedades conductoras. En el sistema de tracción de tránsito ferroviario, la sección de transición del cable de alimentación entre el convertidor de tracción y el motor utiliza una conexión suave de lámina de cobre de sección grande-, que no solo resiste la vibración continua durante la operación del vehículo sino que también garantiza una transmisión eficiente de potencia a nivel de megavatios-.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El proceso de fabricación de conexiones blandas de lámina de cobre para soldadura por difusión cubre múltiples vínculos de precisión, como la preparación del material, el ensamblaje apilado, la formación de soldadura y el pos-procesamiento. Durante la etapa de preparación del material, la lámina de cobre debe someterse a una estricta limpieza y desengrase de la superficie para eliminar el aceite de laminación, la película de óxido y las partículas de polvo. Cualquier contaminante residual formará inclusiones en la interfaz a altas temperaturas y degradará la calidad de la soldadura. En la etapa de ensamblaje de laminación, las múltiples capas de lámina de cobre se laminan con precisión en el orden y dirección diseñados a través de accesorios de posicionamiento. Se pueden insertar láminas de níquel o capas de niquelado entre las capas para mejorar la compatibilidad de la interfaz de soldadura de metales diferentes. La etapa de formación de soldadura se completa en un horno de soldadura por difusión al vacío o en una máquina de soldadura con atmósfera protectora. El perfil de temperatura generalmente se establece cerca de la temperatura de recristalización del cobre. El tiempo de espera varía de minutos a horas, dependiendo del espesor de la pila y del tamaño de la junta. La etapa de pos-procesamiento incluye corrección pos-soldadura, desbarbado, limpieza de superficies y muestreo del rendimiento eléctrico. Para especificaciones que requieren recubrimiento de superficie, como el conector de lámina estañada para batería eléctrica, se debe realizar un estañado o plateado después de la soldadura por difusión para mejorar la resistencia a la oxidación y la soldabilidad del ensamblaje posterior.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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