正確的工具會讓制作一致、可靠的壓接端接變得輕而易舉

2023-08-10 10:12:55來源：電子工程網

作者：Bill Schweber

(相關資料圖)

雖然我很喜歡焊接，制作美觀的高質量焊點，但也明白焊接有時候并不是連接電線或將電線連接至端子的正確方法。最近，當我幫助一位朋友將他家的三區供暖系統從基本的非供電型簡易恒溫器升級為支持 Wi-Fi 功能的智能設備時，我意識到了這一點。

我最初的安裝計劃是，在各種連接線（包括信號和電源接口繼電器）的末端簡單地焊接未絕緣的鏟形接線片，然后將接線片連接到標準的帶絕緣片的螺紋端子排上（圖 1）。這樣可以簡化物理連接，在以后排除故障或進行維護時可以斷開連接，并使得整個布局能夠長期保持干凈、整潔。

圖 1：帶絕緣片的螺紋端子排便于接線、操作和更換連接（方便測試）。（圖片來源：You-Do-It Electronics）

雖然我可以在我的工作臺上對有些電線和接線片進行預先焊接，但許多電線和接線片都必須在地下室的加熱系統配電盤（一塊大膠合板）上現場完成。再仔細細一想，這并不是個好主意，因為在令人窒息的狹窄地下室將幾十根電線正確地焊接到鏟形接線片上絕非易事，而且會造成接線既不整齊，也不一致。

從焊接到壓接

這時我想起了一個替代方法。我的工具箱里有一件基本的手動壓接工具，它讓我想到了另一種方案（圖 2）。你可能熟悉這件工具。這件工具看起來像一把大鉗子，鉗口頂端有一個專用部位，用來壓接具有三種尺寸的壓接管；此外，這件工具還可用來剝線和剪切螺絲。

圖 2：我的壓接鉗是多功能工具的一部分，還可用來剝線和剪切小螺絲。（圖片來源：Harbor Freight Tools）

什么是壓接？壓接是一種連接方法，使用時按照規定的壓制步驟將兩個部件連在一起。采用這種方法，可在導體和觸點之間形成牢固的連接，并能在許多情況下取代焊接工藝。壓接方法可用于多種連接器，包括導線端扣箍，然后將其插入配接插座或連接器中（圖 3）。這種壓接式線端扣箍有多種尺寸并帶有塑料環（有多種顏色），由于塑料環內部呈圓錐形，因此還可作為插入輔助件。該器件還能防止導體絕緣層的棱角卡在觸點的漏斗狀插入部分中。

圖 3：這種壓接式線端扣箍有多種尺寸并帶一個塑料環，由于塑料環內部呈圓錐形，因此還可作為插入輔助工具。（圖片來源：Weidmüller Interface GmbH & Co.）

即使您像我一樣是完美焊點的崇拜者，也會發現有很多使用壓接方法的理由。良好的壓接具有機械堅固性、電氣一致性，并能在導線和端子之間形成氣密性接觸，從而防止濕氣侵入并導致腐蝕發生。設置、臨時或完全停止都非常快捷方便；不會產生有害煙霧或有害材料，也不會發熱使絕緣變形，更不會引起燃燒和火災。

因此，我買了一盒帶絕緣管的鏟形接線片，用了大約十個接線片進行壓接練習，以確保能夠正確操作，然后才開始正式安裝（圖 4）。安裝過程相當順利，在解決了一些布線方面的小問題后，就啟動系統了。盡管回路入口饋線顯得雜亂無章（已超出我的控制范圍），但實際的繼電器、互連線以及經過壓接的鏟形接線片和帶絕緣片的端子排，都干凈、有序、清晰和可靠。

圖 4：盡管回路入口饋線顯得雜亂無章，但實際的繼電器、互連接線以及經過壓接的鏟形接線片和帶絕緣片的端子排，都是干凈、有序、清晰和可靠。（圖片來源：Bill Schweber）

不過，在壓接鏟形接線片時，我發現要做到壓接統一是非常困難的，因為我采用的是手動工具，沒有經過校準，只能依靠使用者（此時是我自己）將鏟形接線片正確地放在鉗口中，并施加正確的壓力。這樣，就會很容易在最終壓接位置上偏離目標，也很容易用力過猛。例如，有些鏟形接線片套管壓接得太少，有些則壓接得太多，還有一些在壓接部位下方含有絕緣層。

我現在希望能有一件 Weidmüller PZ 6 ROTO ADJ 那樣的壓接工具（圖 5）。使用這款工具，可在 mm2 到 6 mm2（大約 26 AWG 到 10 AWG）的寬導線橫截面積范圍內可靠、穩定地壓接線端扣箍。這款工具適用于帶或不帶塑料圈的線端扣箍，這款工具的棘輪裝置可確保精確壓接，并在操作不當時方便釋放。

圖 5：Weidmüller PZ 6 ROTO ADJ 是一款可調壓接工具，壓接效果穩定，使用舒適，并可壓接各種不同的電線線徑和類型。（圖片來源：Weidmüller Interface GmbH & Co.）

這款工具的特點還包括：手柄寬度可調，符合人體工學且操作時不會感到疲勞、重量僅 425 g（15 盎司）、能適應各種安裝條件的可旋轉壓接模具。

技術性

由于其多功能性、便利性和潛在的性能，人們對壓接操作的物理和機械原理進行了廣泛的研究。例如，Weidmüller 在其長達 17 頁的白皮書《壓接：永久連接》中首先討論了導線類型、絞合和線徑、觸點類型、扣箍和工具。

該白皮書詳細探討了梯形、方形和六角形等不同壓接形狀的利弊。該白皮書還介紹了電線制備工作，說明如果電線切割不當（圖 6）或絕緣層剝離不當（圖 7）可能帶來的問題。

圖 6：圖中展示了電線切割不當的三種情況，以及正確切割后的外觀。（圖片來源：Weidmüller Interface GmbH & Co.）

圖 7：所示為絕緣層剝離不當的三個示例以及正確剝離的電線。（圖片來源：Weidmüller Interface GmbH & Co.）

該白皮書還列舉了許多與壓接有關的 DIN 和 IEC 標準，例如導體（電線）等級、剝線誤差、工具壽命（以操作次數為單位）、模具連接器隔間尺寸與線徑的關系以及壓接力。

然后是測試

沒有簡單的無損測試方法是采用壓接連接面臨的挑戰之一。這與設計人員在使用標準熱激活保險絲等許多其他元件時所面臨的困境相同：無法對其進行測試，因此必須在設計和制造方面做到完美。由于壓接技術廣泛應用于無數的關鍵型任務中，這種測試局限性給確保質量帶來了挑戰。

鑒于此，NASA 開發出一種已獲專利的、基于超聲波的無損評估方法，可在壓接安裝處進行實時評估。在這種方法中，通過向壓接組件發送聲波來確定連接器和電線之間的接觸質量（圖 8）。隨著施加壓力的增加和壓接端子在電線周圍的變形，穿過壓接部分的超聲波信號會發生改變。

圖 8：NASA 開發的這種便攜式儀器可實時地進行無損壓接好壞識別。（圖片來源：NASA）

該系統分析包括振幅和頻率在內的信號特征變化，作為電線和端子之間電氣、機械連接的品質指標（圖 9）。

圖 9：NASA 系統使用超聲波衍生特征來識別壓接質量和問題。（圖片來源：NASA）

如壓接不足、電線缺失、導線插入不全、部分絕緣層脫落、電線規格不正確等各種不同的壓接問題，都已采用這種技術進行了測試。結果表明，該儀器能夠穩定一致地識別這些問題并區分壓接好壞。

結束語

最后，對幾處我認為不合標準公認標準的壓接部位進行了重新壓接，三區智能溫控器控制系統在之后的三個冬天都沒有出現任何問題。使用未經校準的壓接工具，其擠壓力的變化取決于用戶，這讓我再次意識到，要想獲得一致、正確的壓接效果，采用正確的工具是非常重要的一環。如果我還需要做類似的工作，我一定會求助、借用或購買所需的工具。