Сравнение различных типов алюмомедных наконечников

Одной из основных проблем энергетики, возникающей при подключении электрических соединений, является электрохимический процесс, происходящий при длительном взаимодействии Cu и Al. Например, при подключении кабелей с алюминиевыми жилами к электрическим аппаратам с медными шинами. В процессе их эксплуатации возникает электрохимическая разность потенциалов между металлическими поверхностями (у Al этот потенциал составляет -1.66 В, а у Cu + 0.337 В), иначе — гальваническая пара. С течением времени поверхности металлов коррозируют, что может привести к увеличению сопротивления в контактной паре, нагреву и, возможно, к выходу из строя электрического соединения.

Одним из решений этой проблемы является оконцевание алюминиевого кабеля специальным алюмомедным наконечником.

На Российском рынке существует несколько видов медно-алюминиевых наконечников, основным отличием которых является технология изготовления медной контактной части:

• медная контактная часть наконечника изготавливается из медного прутка марки М1 методом фрикционной диффузии (сварки трением). При этом соединение меди и алюминия происходит на молекулярном уровне;
• контактная часть алюминиевого наконечника покрывается тонким слоем медного порошка методом газодинамического напыления.

При первой технологии изготовления алюмомедного наконечника пруток меди приводится во вращение с постоянной скоростью (1), а алюминиевый пруток подается ему навстречу. В результате силы трения металлические детали разогреваются до пластичного состояния, образуя прочное сварное соединение (2).

В дальнейшем снимается облой, возникший на месте сварного соединения меди и алюминия. Формируется хвостовик путем выдавливания специальным штампом отверстия под кабельную жилу в алюминиевой части заготовки (3)(4).

Завершающие стадии включают в себя расплющивание лопатки медно-алюминиевого наконечника, формирование переходной зоны «хвостовик-лопатка» (5), вырубку контура лопатки с одновременной пробивкой отверстия под контактный винт и маркировкой (6).

Метод газодинамического напыления

Другой метод получения алюмомедных наконечников — газодинамическое напыление. Воздушный поток газа со смесью порошковой меди и керамическим порошком под давлением направляется на контактную часть алюминиевого наконечника. Частицы меди, набравшие в струе газа огромную скорость, при ударе об алюминиевую подложку размягчаются и привариваются к ней, создавая ровный слой нанесенного металла.

Сравним технические характеристики наконечников, изготовленных двумя принципиально разными способами:

Прочность контактной части. Фрикционная сварка позволяет получить соединение металлов на межмолекулярном уровне. В результате получается наконечник, переходная алюмомедная часть которого по прочности не уступает целостному алюминиевому наконечнику. В напыленной же контактной части при транспортировке и других механических воздействиях происходит разрушение тонкого слоя медного покрытия. Присутствие остатков абразива в медном слое снижают электропроводящие свойства по сравнению с аналогичными свойствами пластины из чистой меди.

Эксплуатационные характеристики. Сравнивая эксплуатационные характеристики, можно увидеть ряд серьезных недостатков наконечников с напыленной медной контактной частью:

• Транспортировка и хранение 
  Толщина контактной части составляет не более 20 мкм. Как правило, наконечники упаковываются по нескольку штук в полиэтиленовые пакеты и при транспортировке могут быть повреждены механическими ударами друг о друга. Длительное хранение таких наконечников не рекомендуется, поскольку медь, хоть и относится к весьма стойким металлам, все же коррозирует в год от 1 до 5 мкм. Присутствие пористости в медном слое от 6 до 12% и высокая шероховатость поверхности могут привести к более быстрой коррозии медного слоя под воздействием внешних факторов.
• Равномерность напыленного слоя меди
  Технологическая особенность газодинамического напыления состоит в том, что слой меди наплавляется качественно в том случае, если струя газа с медным порошком направлена перпендикулярно к напыляемой поверхности. Если поверхность идеально ровная, так и происходит, но если присутствуют дефекты в виде выступов и заусенцев, то сверхзвуковой поток газа сметает с них медь, не давая наплавится. Таким образом, слой меди скрывает заусенцы и неровности только в том случае, если толщина слоя выше них. Скрытые под слоем меди дефекты поверхности после зачистки окисного слоя проявляются в виде алюминиевых пятен.
• Срок службы наконечников
  Контактная часть медно-алюминиевого наконечника при обслуживании подлежит зачистке от окисного слоя. В этом случае, если алюминиевые пятна не вскрылись во время монтажа, то на 2-й или 3-й раз они, так или иначе, проявляются. Но, даже если предположить, что подобных недостатков поверхность наконечника не имеет, медная часть зачистится до алюминия за 3 или 4 раза. Это обстоятельство значительно снижает срок службы наконечника.
• Коррозия
  Если во время обслуживания для сохранения медного напыления не зачищать поверхность, то через несколько лет основная часть медного слоя окислится. Оксид меди не обладает электропроводностью меди, что может привести к преждевременному выходу из строя контактного соединения.

Сравнение показывает, что наилучшие результаты показывают алюмомедные наконечники полученные методом сварки трением. Именно такие наконечники производит Электротехнический завод КВТ под маркой ТАМ.