Как соединить алюминиевый и медный провод

Плюсы и минусы медной электропроводки

Как было сказано выше, медь является хорошим проводником электричества. По этой причине медная проводка существенно выигрывает у алюминиевой проводки. При одном и том же сечении проводов, подключить к медной можно гораздо большую нагрузку.

Ниже приведена наглядная «мощность» электропроводки из меди и алюминия при одном и том же сечении проводников:

• Сечение кабеля медь 1,5 мм² — нагрузка 3 кВт. У алюминиевых проводов нет такого маленького сечения;
• Сечение кабеля медь 2,5 мм² — нагрузка 5,9 кВт, на алюминиевый кабель всего 4 кВт;
• Сечение кабеля медь 4 мм² — допустимая нагрузка 8 кВт, на алюминиевый кабель всего 6 кВт.

Как видно, алюминиевый кабель существенно проигрывает медному по одной причине, что при одинаковом сечении жил, медная проводка выдерживает заметно большие нагрузки. Кроме того, медь легко паяется, она гибкая и её можно гнуть много раз, в то время как алюминиевые жилы просто ломаются и очень трудно поддаются паянию.

Связано это с тем, что на поверхности алюминия образуется прочная оксидная пленка, которая мешает проводить ток и нормально работать с проводами (паять их и т. д.). Медь окисляется также, но не так быстро как алюминий, в чем собственно его и превосходит.

Менять или не менять алюминиевую проводку на медную, решать каждому самостоятельно. Однако учитывая все вышеперечисленные преимущества медных проводов, лучше всё-таки заменить алюминиевую электропроводку, тем более, если она уже старая и не менялась несколько десятков лет.

Использование зажимов WAGO

Тут ребята нужно разделять на два типа:

Не разборный

Обычно это литой корпус, иногда прозрачный. Внутри у него металлическая планка и две пружины, вы вставляете концы проводов каждый в свою сторону, и пружины не дают им выйти обратно. Соединение прочное, однако не разборное – нет конечно выдрать провода обратно можно, но соединительные способности этой клеммы уже не будут на высоком уровне. Стоимость таких клеммников очень низкая, порядка 5 – 9 рублей за штуку.

Разборный

Как стало понятно, это практически такой же зажим, однако с небольшим отличием, у него есть два рычажка для фиксации пружины. Если рычажки опущены провода «сидят» плотно вытащить сложно, но стоит их поднять вверх, конец провода легко выходит. Такой зажим можно использовать много кратно. Однако и цена у него в два раза выше, порядка 15 – 20 рублей штука.

Таблица удельных сопротивлений проводников

В некоторых ситуациях с расходами не считаются. Военную и космическую технику создают с применением проводников из драгоценных металлов. Такие решения помогают уменьшить сечение и вес, повысить стойкость к радиационным и другим особым воздействиям.

Данные для расчета электрических параметров проводников с учетом изменения температуры

Применение нержавеющей стальной проволоки помогает увеличить прочность при одновременной оптимизации себестоимости. Для улучшения антикоррозийных свойств применяют специальные добавки. Они повышают сопротивление проводника из стали почти в 10 раз, по сравнению с медным аналогом.

В любом случае особое значение имеют конкретные условия в процессе использования, а также назначение изделий. Никель, например, проявляет ферромагнитные свойства при чрезвычайно низких температурах ниже порогового значения «точки Кюри» (-358 0°C). Кремний, который применяют для изготовления микросхем и транзисторов, обладает особыми параметрами полупроводника.

Какая проводка нужна для квартиры

В советское время для прокладки проводки использовали алюминиевые кабели. Самыми мощными потребителями электроэнергии были стиральные машины и холодильники. Они брали из сети по паре сотен ватт. С такими низкими нагрузками алюминий справлялся на ура.

Сейчас же люди используют электрические чайники (2 кВт), пылесосы (1-2 кВт) и прочие мощные бытовые приборы. Провода из алюминия в таких условиях перегреваются и отгорают. Поэтому в современной квартире можно использовать только медную проводку.

Дополнительная информация. Независимо от того, используется алюминиевая или медная проводка, стоит учитывать и материал изоляции. Должно быть соответствие требованиям пожарной безопасности. Изоляция выполняется из негорючих материалов. Особенно эти нормы контролируются в местах скопления людей.

Трудности при сварке плавлением алюминиевых и медных изделий

Сварку меди с алюминием довольно затруднительно производить при помощи сварки плавлением. Происходит это из-за того, что состав расплавленного металла регулировать практически невозможно, а механические свойства сварного соединения сильно зависят от содержания в нём меди, это хорошо видно из диаграммы (см. рисунок слева).

Если в медно-алюминиевом сплаве содержание меди превышает 12%, то предел прочности при растяжении перестаёт увеличиваться, а вязкость сплава и его коррозионная стойкость резко падают. Поэтому, при содержании меди в металле сварного шва более чем 12%, соединение становится очень хрупким и склонным к образованию трещин после сварки.

Практические исследования по свариванию алюминия и меди при помощи угольного электрода, не дали положительных результатов. Соединять медь и алюминий при помощи сварки плавлением возможно в том случае, если плавится, будет, преимущественно, алюминий. Часто применяется, так называемое, «замковое» соединение, где это возможно.

«Замковое» соединение алюминия и меди

Сущность «замкового» соединения (см. рисунок слева) состоит в следующем. На лист из алюминия, поз.1 накладывают медную накладку поз.2 и обваривают её по всему периметру сварным швом, вровень с накладкой. Далее выполняют наплавку поз.3, которая соединяет сварные швы, наплавленные по периметру медной накладки. Таким образом поучается что-то вроде замка из алюминиевого сплава. Процесс сварки необходимо производить с формирующими графитовыми планками.

Режимы сварки алюминия и меди

Режимы сварки алюминия с медью очень схожи с режимами сварки алюминия. Характер сварочного тока — постоянный, прямой полярности. В качестве присадочного материала используются прутки из литого алюминия диаметром 12-20мм для толщины алюминия 29-30мм и меди 10мм. Сила сварочного тока 500-550А. Напряжение электрической дуги 50-60В, а её длина 20-25мм. Для сварки выбираются графитовые электроды диаметром 15-20мм.

Подготовка поверхности

Прежде чем начинать лужение, необходимо выполнить следующие действия:

• обезжирить поверхность при помощи ацетона, бензина или любого другого растворителя;
• удалить оксидную пленку с места, где будет производится пайка. Для зачистки используется наждачная бумага, абразивный круг или щетка с щетиной из стальной проволоки. В качестве альтернативы можно применить травление, но эта процедура не так сильно распространена в силу своей специфичности.

Следует учитывать, что полностью оксидную пленку удалить не получится, поскольку на очищенном месте моментально появляется новое образование. Поэтому зачистка производится не с целью полного удаления пленки, а для уменьшения ее толщины, чтобы упростить флюсу задачу.

Нагрев места пайки

Для пайки небольших деталей можно воспользоваться паяльником мощностью не менее 100Вт. Массивные предметы потребуют более мощного нагревательного инструмента.

Паяльник мощностью 300 Вт

Наиболее оптимальный вариант для нагрева – использование газовой горелки или паяльной лампы.

Простая газовая горелка

При использования горелки в качестве нагревательного инструмента следует учесть следующие нюансы:

• нельзя перегревать основной металл, поскольку он может расплавиться. Поэтому в процессе необходимо регулярно контролировать температуру. Делать это можно, касаясь припоем нагреваемого элемента. Расплавление припоя даст знать, что достигнута необходимая температура;
• не следует использовать кислород для обогащения газовой смеси, поскольку он способствует сильному окислению металлической поверхности.

Удельное сопротивление чистых металлов при низких температурах

Колебательные процессы в молекулярной решетке препятствуют свободному перемещению электронов. Этим объясняется увеличение сопротивления по мере роста температуры. Линейная зависимость наблюдается от небольшой положительной температуры, вплоть до точки начала плавления. Соответствующий фазовый переход сопровождается резким увеличением электрического сопротивления. Разумеется, подобный режим после разрушения не является рабочим.

Теоретические показатели «а» подтверждаются результатами эксперимента «б». Если структуру чистого металла исказить примесями (загрязнениями, компонентами сплавов), произойдет беспорядочное распределение носителей электрического заряда. Это, в свою очередь, увеличит потери в цепи (сопротивление).

Сравнение

Электропроводность меди в полтора раза выше, чем у алюминия, но при этом плотность алюминия в 3,3 раза меньше, чем у меди. О цене и говорить не приходится – после освоения промышленной технологии производства алюминия его стоимость очень сильно упала и сейчас она значительно меньше, чем у меди. Эти обстоятельства и предопределили использование алюминия для выпуска многожильных проводов и кабелей

Обратите внимание, когда увидите ЛЭП высокого напряжения: все провода выполнены именно из алюминия. Так и дешевле, и нагрузка на опоры гораздо ниже

Ну а что электропроводность меньше – с этим приходится мириться.

Используется медь и для производства бронзы. В древности из нее изготавливали холодное оружие и орудия труда, пока не была освоена выплавка железа. Но и позже из бронзы лили пушки, причем это продолжалось довольно долго, вплоть до 19 века. Из бронзы отлиты Царь-пушка и Царь-колокол. Кроме этого, медь благодаря высокой коррозионной стойкости нашла применение при изготовлении труб для транспортировки различных жидкостей и газов, а также в некоторых других отраслях промышленности.

Алюминий называют «крылатым металлом». Это название говорит о второй масштабной области его применения (после электротехнической). При соединении алюминия (95,6 %) и меди (4,4 %) получают сплав, который называется дюралюминий, или дюраль. Обладая плотностью, близкой к плотности алюминия, он имеет значительно более высокие прочностные характеристики, поэтому широко используется для производства самолетов.

История открытия

Медь – один из первых металлов, которые человечество научилось добывать и эксплуатировать; по мнению археологов, примерно одновременно с медью люди стали использовать золото. Дело в том, что оба эти металла встречаются в природе в самородном виде, и куску меди для применения его в качестве орудия труда или оружия надо было просто придать после нагрева нужную форму. Это случилось, скорее всего, 6-7 тысяч лет назад. Постепенно люди научились выплавлять металл из руды, и шлак, свидетельствующий о наличии медной металлургии, находят при раскопках древнего поселения Чатал-Хююк в Турции. Первоначально делали оружие и сельскохозяйственные орудия из чистого металла, но со временем люди обнаружили, что в соединении с оловом из меди получается куда более прочная бронза.

Отличие алюминия от меди в том, что дата его первого получения четко зафиксирована в истории. Это случилось в 1825 году в Дании и «отцом» алюминия стал химик Ганс Эрстед. Алюминий в природе в самородном виде не встречается, а при взаимодействии с кислородом образует стойкое соединение, поэтому его производство вначале было делом очень дорогим. Первый алюминий стоил дороже золота, а великому русскому химику Дмитрию Менделееву в знак признания его заслуг перед человечеством в 1889 году британцы подарили весы именно из золота и алюминия.

Электрохимическая коррозия соединенных металлов

Существует мнение, что алюминиевые и медные провода соединять непосредственно вместе недопустимо и это действительно научно обоснованный факт. А можно ли соединять медный провод с оцинкованной клеммой? Конечно, Вы не можете сразу дать ответ, но через минуту будете ориентироваться в этом вопросе не хуже опытного химика.

Что же происходит при соприкосновении двух разных проводников тока? Если влаги нет, то соединение будет надежным всегда. Но в атмосферном воздухе всегда есть пары воды, которые и является виновником разрушения контактов. Каждый проводник тока обладает определенным электрохимическим потенциалом. Это свойство металлов широко используется в технике, например, изготавливают термопары.

Но если вода попадает между металлами, то образует короткозамкнутый гальванический элемент, начинает течь ток и как в гальванической ванне разрушается один из электродов, так и в соединении разрушается один из металлов. Электрохимический потенциал каждого токопроводящего материала известен, и зная величину можно точно определить, какие материалы допустимо соединять между собой.

Таблица электрохимических потенциалов (мВ) возникающих между соединенными проводниками

Согласно требованиям стандарта допускается механическое соединение между собой материалов, электрохимический потенциал (напряжение) между которыми не превышает 0,6 мВ. Как видно из таблицы, надежность контакта при соединении меди с нержавеющей сталью (потенциал 0,1 мВ) будет гораздо выше, чем с серебром (0,25 мВ) или золотом (0,4 мВ)!

А если медный провод покрыть оловянно-свинцовым припоем, то можно его смело соединять любым механическим способом с алюминиевым! Ведь тогда электрохимический потенциал, как видно из таблицы, составит всего 0,4 мВ.

Клеммные приспособления

В этой категории есть несколько вариантов, в которых используются разные приспособления. Одно из таких приспособлений – так называемые орешки. Такое название эти клеммники получили за большое сходство с этим плодом. Даже такое небольшой прибор имеет несколько моделей.

Самая простая модель – это орешек, внутри которого установлены три пластины. То есть, вставляя медные и алюминиевые провода между разными пластинами, вы создаете условия их несоприкосновения между собой, что и требуется для такого вида соединения. Кстати, в таких приспособлениях есть возможность не разрывать подводящий контур электрической цепи. Для этого всего лишь надо очистить часть подводящего провода от изоляции, открутить два болта на орешке, вставить туда оголенный участок между двух пластин и закрутить болты заново. В этом случае нет разрыва проводного участка.

Отводящие же провода придется избавить от изоляции (имеется в виду их концы) и вставить их в отверстия, перпендикулярные подводящему каналу, где они закрепятся между двумя другими смежными пластинами.

Модель орешка подороже – это конструкция, которая не требует разделки проводов, то есть, нет необходимости снимать с них изоляцию. Потому что пластины оборудованы зубцами, и при их сжатии болтами зубцы просто врезаются в провод, прокалывая изоляцию. Такое соединения является достаточно надежным.

Третий вариант соединения алюминиевых проводов с медными – это использование клеммников Wago. Это достаточно простые устройства. Для их использования надо сначала зачистить концы длиною 10-15 см, затем вставить их по месту назначения. Все, соединение готово. Необходимо отметить, что в таких клеммниках внутри используется производителем специальная смазка. Именно она не позволяет алюминиевой и медной жиле окислиться.

Внимание! Специалисты рекомендуют использовать клеммники Wago только в осветительных сетях. При большой нагрузке пружина, которая подпирает контакты, нагревается и теряет свои свойства, что приводит к ухудшению самого контакта между пластинами и проводами. Четвертое устройство – это обычные клеммные колодки

По сути, это стандартная планка с клеммами. Для того чтобы провести подключение медного и алюминиевого провода, необходимо концы их зачистить и вставить в соседние клеммы, где концы закрепляются винтами, расположенными сверху клеммных отверстий

Четвертое устройство – это обычные клеммные колодки. По сути, это стандартная планка с клеммами. Для того чтобы провести подключение медного и алюминиевого провода, необходимо концы их зачистить и вставить в соседние клеммы, где концы закрепляются винтами, расположенными сверху клеммных отверстий.

В принципе, данный способ соединения алюминиевых и медных проводов очень похож на болтовой. Только здесь вместо болта и гайки используется клепка, которая относится к так называемым неразъемным соединениям. То есть, после ее сборки разобрать такое устройство без выхода из строя крепежа невозможно. Придется устанавливать новую клепку.

Что касается производства работ, то здесь, как и в случае с болтами и гайками необходимо подготовить концы проводов, очистив их от изоляции и изогнув в колечки. После чего на клепку надевается одно колечко, затем шайба из анодированной стали, и уже после этого колечко второго провода. С одной стороны заклепка имеет шляпку, а по другой надо будет ударить молотком, чтобы расплющить конец, таким образом создать еще одну шляпку с противоположной стороны крепежа.

Конечно, бить сегодня молотком никто не будет, потому что есть специальные приспособления ручного действия, с помощью которых обжимается клепка. Данный инструмент очень похож на плоскогубцы. Необходимо добавить, что такое присоединение медного и алюминиевого провода считается очень надежным.

Вот такие способы соединения электрических проводов из разных металлов могут быть сегодня использованы в процессе ремонта или прокладки электрических схем

И здесь неважно, многожильный соединяется провод или одножильный. Все эти способы четко отвечают на вопрос, как соединить, к примеру, алюминиевую и медную проводку. Что такое ответвительный сжим – конструктивные особенности и способ установки

Что такое ответвительный сжим – конструктивные особенности и способ установки

СИЗ – это приспособление для изоляции скруток

Рекомендации

На поверхностях перед пайкой не должно оставаться даже маленьких пылинок или пятен краски. Нежелательно прогревать изделия с избытком — чтобы они не успевали остывать, надо всего лишь работать энергичнее. Если нет достаточного опыта, рекомендуется заранее потренироваться на заведомо ненужных деталях. Необходимо учиться определять достигнутую температуру на глаз.

Стоит учитывать, что пайка меди — довольно опасное дело. Вести ее надо непременно в защитных перчатках, а перед тем как прикоснуться к обработанной детали, следует убедиться, что она остыла. В идеале надо работать или на открытом воздухе, или при хорошей вентиляции. Паять металлы твердыми и кислотными припоями можно исключительно при использовании респиратора и изолирующих очков.

Всю используемую аппаратуру проверяют заранее. Зафиксировать соединяемые детали помогут тиски либо струбцины. Чтобы припой тек в требуемую сторону, соответствующий участок требуется разогревать. Работать нужно только в одежде из материалов, не подверженных воспламенению. До добавления к расплаву металлов и солей требуется прогревать их, полностью удаляя воду.

Нарушение этого правила грозит резким выбросом разогретого вещества или возникновением его брызг. Гигроскопические флюсы перемешивают только инструментами с заранее прогретой поверхностью (по той же причине). Подверженные испарению или выгоранию компоненты закладывают в самую последнюю очередь. Когда они введены, надо усилить наблюдение, чтобы не перегрелся сплав. Изложницы и формы для припоев надо содержать в чистоте и еще дополнительно прогревать перед разливкой припоя (флюса).

Каждый инструмент должен применяться только строго по своему назначению. Наносить флюсы на положенные места требуется кисточкой либо лопаточкой из фарфора. Чтобы порошкообразный флюс был безопаснее, меньше распылялся, его перемешивают с подходящими растворителями и переводят в пастообразную форму. Рабочие столы и другие используемые поверхности желательно накрывать материалами, которые легко моются. При постоянной пайке меди разумно каждое рабочее место оснащать индивидуальной вытяжкой.

В следующем видео рассказывается о пайке медной трубы.

Можно ли соединять алюминиевые провода с медными

По наблюдениям электриков, такой контакт имеет пониженный срок службы, но на вопрос, почему нельзя соединять медные и алюминиевые провода, разные специалисты дают различные ответы.

Различный коэффициент теплового расширения

При прохождении электрического тока место соединения нагревается. При этом форма и размеры проводников изменяются по-разному, что приводит к ослаблению контакта и дальнейшему нагреву. При работе цикл нагрев-охлаждение повторяется много раз, из-за чего соединение ослабевает и появляется искрение, завершающее разрушение проводников.

При всей «научности» этого объяснения оно не выдерживает проверку фактами. Достаточно взглянуть на коэффициент теплового расширения самых распространенных металлов:

• медь – 16,6*10-6м/(м*°С);
• алюминий – 22,2*10-6м/(м*°С);
• сталь – 10,8*10-6м/(м*°С).

Согласно этому списку самый ненадёжный контакт должен быть в паре сталь-алюминий, но на практике такие соединения, например в клеммниках, прекрасно служат много лет и обеспечивают качественное соединение проводов. Даже без знания данного параметра понятно, что причина не в этом, потому, что для предотвращения разрушения контакта было бы достаточно периодически подтягивать соединительные болты.

Окисная плёнка

На поверхности алюминиевых проводников образуется окисная плёнка, ухудшающая контакт и способствующая нагреву места соединения. В результате оно нагревается с последующим увеличением переходного сопротивления и ростом температуры. При этом контакт ухудшается, а температура растёт до разрушения проводников.

Действительно, окисная плёнка образуется на поверхности проводов, но она не препятствует соединять два алюминиевых провода. Даже если предположить, что причина в окислении поверхности медных проводников, то эта плёнка не разрушает контакт этих проводов. Следовательно, эта причина так же не имеет отношения к тому, почему нельзя соединять медь и алюминий в электропроводке.

Электрохимическая коррозия

Как известно из школьного курса физики, два разных металла, находящиеся в растворе электролита, образуют «гальваническую пару». В этом случае на этой паре проводов возникает ЭДС, а при прохождении электрического тока появляется электрохимическая коррозия. Этот эффект действует разрушительно на поверхность металлов и именно он является причиной того, почему нельзя соединять медные и алюминиевые проводники.

Сварка меди с титаном

Особенностью металлургического взаимодействия Ti с Сu, оказывающего влияние на условия и саму возможность получения соединений между ними и качество соединения, является способность этих металлов вступать в химическое взаимодействие с образованием интерметаллидов состава Ti2Cu (39,88 % Сu), TiCu (57,0% Сu), TiCu3 (79,92 % Сu), давать легкоплавкие эвтектики при концентрации меди 66 и 43 % с температурой плавления соответственно 855 и 955 °С. Титан и медь образуют систему с ограниченной растворимостью и эвтектоидным распадом β-фазы. Максимальная растворимость меди в α-титане и β-титане составляет 2,1 и 13,4 % при 990 °С. Растворимость Ti в Сu при 400 °С 0,4 %. Поэтому в условиях сварки плавлением, когда материал обеих заготовок находится в жидком состоянии, в металле шва при кристаллизации будут неизбежно появляться интерметаллиды и легкоплавкие эвтектики. Последнее обстоятельство сопряжено с опасностью возникновения трещин. Рассматриваемые материалы резко отличаются по температурам плавления и другим теплофизическим характеристикам.

В связи с указанными металлургическими и физическими особенностями для этой пары материалов наибольшие перспективы имеют процессы сварки давлением. Применение методов сварки в жидкой фазе возможно при условии плавления только медной заготовки (режим сварко-пайки) с ограничением продолжительности контакта расплава с твердым металлом или с использованием промежуточных вставок, играющих роль барьера.

Диффузионная сварка

без применения промежуточных барьерных слоев возможна в узком диапазоне режимов и дает соединения с низкой прочностью. Для получения равнопрочного соединения используют прослойки из ванадия, молибдена, ниобия.

При сварке ОТ4, ВТ14 с медью Ml и бронзой БрХ0,8 используются прослойки из Мо и Nb толщиной 0,1—0,2 мм в виде фольги или напыленного слоя. В последнем случае после напыления на Ti проводят отжиг в вакууме при температуре 1300 °С в течение 3 ч. Применение этих материалов обусловлено тем, что они с Ti образуют твердые растворы, а с Сu не дают хрупких фаз. При диффузионной сварке лучшие результаты получены при использовании радиационного (печного) нагрева. Температура нагрева 950—980 °С. Продолжительность 0,5—5 ч. Более высокие температуры и продолжительность относятся к печному нагреву.

Сварка плавлением

ведется с расплавлением только меди. Использование жестких режимов способствует сокращению времени контакта расплава с твердым титаном.

Электронно-лучевая сварка

на жестких режимах дает соединения с удовлетворительными механическими свойствами только на тонких листовых заготовках. Приаргонодуговой сварке предварительное напыление плазменным методом медного покрытия толщиной 0,15—0,25 мм на титановую кромку, смещение электрода от оси стыка в сторону Сu на 2,5—4,5 мм и разделка титановой заготовки под углом 45° несколько улучшают условия формирования шва, но не предотвращают полностью появления интерметаллидов. При последующем нагреве такого соединения до 400—500 °С резко снижается прочность и пластичность.

Радикальным решением при сварке плавлением является применение вставок из Nb или Та. При электронно-лучевой сварке получают соединения с высокой пластичностью (угол загиба 180°). При АДС этот показатель составляет 120—160°. Ударная вязкость на уровне 700—800 кДж/мм2. Разрушение при испытании сварных соединений происходит по границе с медным сплавом.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Книги по ардуино Правильная пайка проводов паяльником Птф солярис