Bază de cunoștințe
Glosar CUPAL
30 de termeni despre îmbinările bimetalice cupru-aluminiu, grupați pe patru teme: materialul, coroziunea și contactul, piesele și tehnica de îmbinare, standardele și certificatele. Fiecare termen trimite la articolul care îl explică pe larg.
Materialul
- CUPALbimetal Cu-Al, tablă bimetalică cupru-aluminiu
Compozit bimetalic cupru-aluminiu placat prin laminare la rece, cu aproximativ 70% aluminiu și 30% cupru raportat la grosimea straturilor. Nu este un aliaj: cele două straturi sunt îmbinate inseparabil, dar fiecare își păstrează proprietățile, așa că o față este din cupru, iar cealaltă din aluminiu. Rolul lui principal este să elimine coroziunea galvanică acolo unde un conductor de cupru întâlnește unul de aluminiu. Ajunge în îmbinare sub formă de tablă, bandă, șaibă sau piesă debitată după desen.
- Bimetalbimetalic, metal placat
Material format din două metale diferite îmbinate permanent, care păstrează proprietățile utile ale ambelor. La CUPAL, conductivitatea cuprului și faptul că se lipește ușor se combină cu masa redusă și prețul mic al aluminiului. Nu trebuie confundat cu lamela bimetalică din termostate și declanșatoare termice: acolo contează dilatarea termică diferită a celor două metale, aici faptul că fiecare față se potrivește cu alt conductor.
- Placare prin laminareplacare prin laminare la rece
Procedeul prin care se îmbină cele două straturi ale materialului CUPAL: tablele pregătite de aluminiu și de cupru se laminează împreună la temperatura camerei, sub presiune foarte mare, iar între cele două metale se formează o legătură metalică. Difuzia din timpul tratamentului termic ulterior întărește și mai mult legătura. Între straturi nu există material de adaos, adeziv sau aliaj de lipit.
- Sudare prin difuzieîmbinare prin difuzie
În timpul tratamentului termic care urmează placării prin laminare, atomii de cupru și de aluminiu difuzează unii în alții prin suprafața de separație și întăresc legătura dintre straturi. De aici rezultă rezistența de aderență a materialului CUPAL, de 70–110 N/cm raportat la lățimea benzii. Durata și temperatura tratamentului termic sunt strict limitate, pentru ca stratul intermetalic să rămână de grosime microscopică.
- Strat intermetalic
Strat fragil de compuși cupru-aluminiu, care se formează la limita dintre cele două metale. La CUPAL este menținut intenționat la o grosime microscopică, motiv pentru care materialul se poate îndoi, ștanța și ambutisa fără ca straturile să se separe. Crește la încălzire prelungită: tratamentul termic al materialului CUPAL este permis la cel mult 260 °C, timp de cel mult 4 ore. Peste aceste limite stratul se îngroașă necontrolat și slăbește legătura.
- Raport de placare70/30
Raportul dintre grosimile celor două straturi ale unui bimetal. La CUPAL este de 70% aluminiu și 30% cupru raportat la grosimea straturilor, de unde rezultă o densitate de aproximativ 4,6 g/cm³ și o conductivitate de aproximativ 41,9 m/Ω·mm². Mulți furnizori nu indică niciun raport, așa că un caiet de sarcini nu se poate baza pe el. Dacă desenul impune o grosime minimă a cuprului, cereți confirmarea înainte de comandă.
- Număr Werkstoffnumăr de material DIN 17007
Identificator conform sistemului german de numerotare a materialelor DIN 17007. Suportul de aluminiu al materialului CUPAL are numărul 3.0255 (Al 99,5, EN AW-1050A), iar placarea de cupru 2.0065 (E-Cu58, Cu-ETP). Aceste două numere identifică precis materialul pe certificate și în caietele de sarcini.
- CCA (aluminiu placat cu cupru)
Conductor cu miez de aluminiu și un strat subțire de cupru pe toată circumferința, folosit mai ales ca sârmă și cablu. Numele seamănă, dar rolul diferă de cel al materialului CUPAL: CCA este un înlocuitor mai ieftin al cuprului, cuprul învelește aluminiul și nu rezolvă o tranziție cupru-aluminiu. CUPAL are cupru pe o față și aluminiu pe cealaltă tocmai pentru a putea sta între doi conductori diferiți.
Coroziune și contact
- Coroziune galvanicăcoroziune de contact, coroziune bimetalică
Coroziune electrochimică ce apare când două metale de nobilitate diferită (de exemplu cuprul și aluminiul) se ating direct în prezența unui electrolit: umezeală, condens, aer salin. Cele două metale formează o pilă galvanică, iar metalul mai puțin nobil, aluminiul, se dizolvă. Îmbinarea slăbește, rezistența de contact crește și îmbinarea se încălzește. Un element de tranziție CUPAL elimină contactul direct Cu-Al: pe fiecare față, metalul întâlnește același metal.
- Seria electrochimică a metalelorseria galvanică, seria potențialelor de electrod
Ordinea metalelor după ușurința cu care cedează electroni. Potențialul standard de electrod este +0,34 V la cupru și −1,66 V la aluminiu. Cele două metale stau departe unul de altul în serie, de aceea perechea lor este deosebit de expusă coroziunii. Tensiunea măsurată efectiv pe o pereche Cu/Al montată și acoperită de oxid este mai mică, de circa 0,5–1 V, dar ajunge pentru ca aluminiul să se dizolve continuu.
- Strat de oxid (oxid de aluminiu)Al₂O₃
Peliculă dură, izolatoare electric, groasă de câțiva nanometri, care se formează aproape instantaneu pe aluminiu în aer. Protejează aluminiul de oxidarea în profunzime, dar înrăutățește conducția pe suprafața de contact. De aceea o suprafață de aluminiu trebuie curățată înainte de conectare. Fața de aluminiu a materialului CUPAL se pregătește la fel ca orice altă suprafață de aluminiu.
- Rezistență de contactrezistență de tranziție, rezistența îmbinării
Rezistența electrică de la limita dintre doi conductori strânși unul pe altul, care apare pentru că suprafețele se ating doar în puncte microscopice. O cresc straturile de oxid, produsele de coroziune sau scăderea forței de strângere. Căldura degajată în îmbinare este proporțională cu pătratul curentului înmulțit cu rezistența, așa că o rezistență de contact în creștere duce la încălzire și, în cazurile grave, la cedarea îmbinării. Aceasta este cauza cunoscutei „îmbinări de bare care se încălzește”.
- Pastă de contactpastă antioxidantă, vaselină de contact
Pastă folosită la îmbinările directe cupru-aluminiu, care ține umezeala departe de suprafața de contact și încetinește oxidarea. Nu elimină diferența de potențial, iar în timp se usucă sau se spală, deci îmbinarea are nevoie de întreținere. O tranziție CUPAL nu are nevoie de ea, pentru că pe fiecare față metalul întâlnește același metal. Pe suprafețele de contact CUPAL nu se aplică pastă sau vaselină.
- Fluaj (curgere la rece)
Tendința aluminiului de a „curge” lent de sub o forță de strângere permanentă, chiar și la temperatura camerei. Într-o îmbinare cu șurub, forța de strângere scade astfel treptat, iar rezistența de contact crește; căldura rezultată accelerează la rândul ei procesul. De aceea, în îmbinările cu aluminiu forța de strângere se menține constantă cu o șaibă elastică (de exemplu un arc disc).
Piese și tehnica îmbinărilor
- Șaibă de tranzițieșaibă bimetalică, șaibă Al-Cu
Denumire folosită pentru două piese diferite fizic. Prima este discul bimetalic cupru-aluminiu (cum este șaiba CUPAL): o față din cupru, cealaltă din aluminiu, cu tranziția în material. A doua este o șaibă dințată sau profilată din aliaj de cupru, care la strângere străpunge stratul de oxid al aluminiului; aici tranziția se face la montaj. Caietul de sarcini rareori precizează la care dintre ele se referă, așa că verificați desenul sau o mostră.
- Papuc de cablu
Conector sertizat sau prins cu șurub pe capătul unui cablu, a cărui talpă se fixează cu șurub pe bară sau pe aparat. Când un papuc de cupru ajunge pe o bară de aluminiu, sau unul de aluminiu pe o bară de cupru, între ele se pune o șaibă CUPAL, astfel încât pe ambele suprafețe de contact metalul să întâlnească același metal.
Detalii: Conectarea papucilor de cablu pe bare de aluminiu →
- Papuc bimetalicpapuc Al-Cu, papuc bimetalic Cu-Al
Papuc de cablu cu manșon de sertizare din aluminiu, în care intră conductorul de aluminiu, și cu talpă din cupru, care se fixează cu șurub pe o bară sau pe o bornă de cupru. Tranziția cupru-aluminiu se face din fabrică, între manșon și talpă. Este piesa potrivită când un cablu de aluminiu trebuie legat la un punct de conexiune din cupru. Când nepotrivirea este între papuc și bară, șaiba CUPAL e varianta mai simplă.
- Bară colectoarebară, bară de curent
Conductor rigid pentru distribuția curenților mari în tablouri electrice, posturi de transformare și centre de date. Unde se întâlnesc o bară sau un papuc din cupru cu o bară sau un papuc din aluminiu, între ele se montează o placă sau o șaibă de tranziție CUPAL. Fără ea, îmbinarea slăbește și se încălzește în timp din cauza coroziunii galvanice.
- Placă de tranzițiesegment de tranziție, tablă bimetalică
Bucată de CUPAL debitată la dimensiunea îmbinării de bare și montată între o bară sau o armătură de cupru și una de aluminiu. Face același lucru ca șaiba, pe o suprafață mai mare: fața de cupru stă pe conductorul de cupru, iar fața de aluminiu pe cel de aluminiu. Se debitează din tablă (500 × 500 sau 500 × 2000 mm), din bandă sau după desen.
- Șaibă elasticăarc disc, șaibă Belleville
Șaibă elastică ce menține forța de strângere într-o îmbinare cu șurub chiar și atunci când aluminiul cedează puțin prin fluaj sau dilatare termică. Se poate folosi și într-o îmbinare cu CUPAL, pentru a păstra presiunea constantă. Nu înlocuiește șaiba CUPAL, ci o completează.
- Cod de articol ICALCU
Prefixul codului de articol al șaibelor bimetalice CUPAL, urmat de dimensiunea șurubului și de variantă: de exemplu, ICALCU10CS este șaiba M10 cu diametrul exterior de 23 mm. Distribuitorii vând aceeași piesă și sub coduri proprii (de exemplu NEXANS Cupal M 10 Al-Cu); corespondența dintre coduri se găsește în tabelul de echivalențe.
- Tăiere cu laser și ștanțaredecupare, perforare
Cele două procedee prin care se obține o piesă CUPAL cu contur la comandă. Tăierea cu laser nu necesită sculă, deci se potrivește pentru mostre și serii mici, iar desenul se poate modifica oricând. Ștanțarea implică un cost unic de sculă, dar la serii mari este cea mai ieftină pe bucată. Pentru benzi și dreptunghiuri cu laturi drepte nu e nevoie de niciunul dintre ele: ajunge tăierea cu foarfeca de tablă.
Standarde și certificate
- EN 10204certificat de material
Standard european care clasifică tipurile de documente de inspecție pentru produsele metalice: cine emite documentul și dacă acesta conține date măsurate pe lot sau date generale. La livrările CUPAL, alegerea practică se face între certificatul 2.2 și certificatul 3.1.
- EN 10204 2.2raport de încercare
Declarația producătorului cu rezultate generale de încercare, care nu sunt legate de un anumit lot. Însoțește implicit fiecare livrare CUPAL, inclusiv piesele debitate la dimensiune, fără să fie nevoie de o cerere separată.
- EN 10204 3.1certificat de inspecție
Certificat cu date măsurate pentru livrarea concretă (lotul de fabricație), semnat de un reprezentant autorizat independent de producție. Se emite la cerere, pentru un anumit proiect.
- ISO 9001:2015
Standardul internațional pentru sisteme de management al calității. Materia primă CUPAL provine dintr-un lanț de aprovizionare german certificat ISO 9001:2015 (WMH). Certificatul atestă sistemul furnizorului, nu materialul în sine; materialul este descris de certificatul EN 10204.
- SVHC (REACH)Substance of Very High Concern
Substanță care prezintă motive de îngrijorare deosebită, conform Regulamentului REACH. CUPAL nu conține substanțe SVHC peste pragul de raportare de 0,1% din masă. O declarație privind absența substanțelor SVHC se poate solicita pentru fiecare livrare sau pentru un anumit proiect.
- IEC 61238
Standardul de încercare pentru conectorii prin sertizare și conectorii mecanici destinați cablurilor de energie: verifică, prin cicluri termice și încercări la scurtcircuit, dacă rezistența îmbinării rămâne stabilă în timp. Se aplică conectorului, nu materialului CUPAL; tranzițiile cupru-aluminiu se evaluează în acest cadru.
- IEC 61439SR EN 61439
Seria de standarde pentru ansamblurile de aparataj de comutație și comandă de joasă tensiune. Conformitatea o demonstrează întotdeauna producătorul ansamblului; CUPAL apare aici ca material de tranziție compatibil, nu ca produs certificat de sine stătător.
- DIN 43671
Standard german pentru dimensionarea barelor colectoare de cupru la curent permanent: indică curentul admisibil în funcție de secțiune. Pentru barele de aluminiu, standardul corespondent este DIN 43670. La o îmbinare de bare cupru-aluminiu, piesa de tranziție CUPAL se dimensionează după barele pe care le leagă.