正确的工具会让制作一致、可靠的压接端接变得轻而易举

来源：DigiKey
作者：Bill Schweber

虽然我很喜欢焊接，制作美观的高质量焊点，但也明白焊接有时候并不是连接电线或将电线连接至端子的正确方法。最近，当我帮助一位朋友将他家的三区供暖系统从基本的非供电型简易恒温器升级为支持 Wi-Fi 功能的智能设备时，我意识到了这一点。

我最初的安装计划是，在各种连接线（包括信号和电源接口继电器）的末端简单地焊接未绝缘的铲形接线片，然后将接线片连接到标准的带绝缘片的螺纹端子排上（图 1）。这样可以简化物理连接，在以后排除故障或进行维护时可以断开连接，并使得整个布局能够长期保持干净、整洁。


图 1：带绝缘片的螺纹端子排便于接线、操作和更换连接（方便测试）。（图片来源：You-Do-It Electronics）

虽然我可以在我的工作台上对有些电线和接线片进行预先焊接，但许多电线和接线片都必须在地下室的加热系统配电盘（一块大胶合板）上现场完成。再仔细细一想，这并不是个好主意，因为在令人窒息的狭窄地下室将几十根电线正确地焊接到铲形接线片上绝非易事，而且会造成接线既不整齐，也不一致。

从焊接到压接

这时我想起了一个替代方法。我的工具箱里有一件基本的手动压接工具，它让我想到了另一种方案（图 2）。你可能熟悉这件工具。这件工具看起来像一把大钳子，钳口顶端有一个专用部位，用来压接具有三种尺寸的压接管；此外，这件工具还可用来剥线和剪切螺丝。


图 2：我的压接钳是多功能工具的一部分，还可用来剥线和剪切小螺丝。（图片来源：Harbor Freight Tools）

什么是压接？压接是一种连接方法，使用时按照规定的压制步骤将两个部件连在一起。采用这种方法，可在导体和触点之间形成牢固的连接，并能在许多情况下取代焊接工艺。压接方法可用于多种连接器，包括导线端扣箍，然后将其插入配接插座或连接器中（图 3）。这种压接式线端扣箍有多种尺寸并带有塑料环（有多种颜色），由于塑料环内部呈圆锥形，因此还可作为插入辅助件。该器件还能防止导体绝缘层的棱角卡在触点的漏斗状插入部分中。


图 3：这种压接式线端扣箍有多种尺寸并带一个塑料环，由于塑料环内部呈圆锥形，因此还可作为插入辅助工具。（图片来源：Weidmüller Interface GmbH & Co.）

即使您像我一样是完美焊点的崇拜者，也会发现有很多使用压接方法的理由。良好的压接具有机械坚固性、电气一致性，并能在导线和端子之间形成气密性接触，从而防止湿气侵入并导致腐蚀发生。设置、临时或完全停止都非常快捷方便；不会产生有害烟雾或有害材料，也不会发热使绝缘变形，更不会引起燃烧和火灾。

因此，我买了一盒带绝缘管的铲形接线片，用了大约十个接线片进行压接练习，以确保能够正确操作，然后才开始正式安装（图 4）。安装过程相当顺利，在解决了一些布线方面的小问题后，就启动系统了。尽管回路入口馈线显得杂乱无章（已超出我的控制范围），但实际的继电器、互连线以及经过压接的铲形接线片和带绝缘片的端子排，都干净、有序、清晰和可靠。


图 4：尽管回路入口馈线显得杂乱无章，但实际的继电器、互连接线以及经过压接的铲形接线片和带绝缘片的端子排，都是干净、有序、清晰和可靠。（图片来源：Bill Schweber）

不过，在压接铲形接线片时，我发现要做到压接统一是非常困难的，因为我采用的是手动工具，没有经过校准，只能依靠使用者（此时是我自己）将铲形接线片正确地放在钳口中，并施加正确的压力。这样，就会很容易在最终压接位置上偏离目标，也很容易用力过猛。例如，有些铲形接线片套管压接得太少，有些则压接得太多，还有一些在压接部位下方含有绝缘层。

我现在希望能有一件 Weidmüller PZ 6 ROTO ADJ 那样的压接工具（图 5）。使用这款工具，可在 0.14 mm2 到 6 mm2（大约 26 AWG 到 10 AWG）的宽导线横截面积范围内可靠、稳定地压接线端扣箍。这款工具适用于带或不带塑料圈的线端扣箍，这款工具的棘轮装置可确保精确压接，并在操作不当时方便释放。


图 5：Weidmüller PZ 6 ROTO ADJ 是一款可调压接工具，压接效果稳定，使用舒适，并可压接各种不同的电线线径和类型。（图片来源：Weidmüller Interface GmbH & Co.）

这款工具的特点还包括：手柄宽度可调，符合人体工学且操作时不会感到疲劳、重量仅 425 g（15 盎司）、能适应各种安装条件的可旋转压接模具。

技术性

由于其多功能性、便利性和潜在的性能，人们对压接操作的物理和机械原理进行了广泛的研究。例如，Weidmüller 在其长达 17 页的白皮书《压接：永久连接 》中首先讨论了导线类型、绞合和线径、触点类型、扣箍和工具。

该白皮书详细探讨了梯形、方形和六角形等不同压接形状的利弊。该白皮书还介绍了电线制备工作，说明如果电线切割不当（图 6）或绝缘层剥离不当（图 7）可能带来的问题。


图 6：图中展示了电线切割不当的三种情况，以及正确切割后的外观。（图片来源：Weidmüller Interface GmbH & Co.）


图 7：所示为绝缘层剥离不当的三个示例以及正确剥离的电线。（图片来源：Weidmüller Interface GmbH & Co.）

该白皮书还列举了许多与压接有关的 DIN 和 IEC 标准，例如导体（电线）等级、剥线误差、工具寿命（以操作次数为单位）、模具连接器隔间尺寸与线径的关系以及压接力。

然后是测试

没有简单的无损测试方法是采用压接连接面临的挑战之一。这与设计人员在使用标准热激活保险丝等许多其他元件时所面临的困境相同：无法对其进行测试，因此必须在设计和制造方面做到完美。由于压接技术广泛应用于无数的关键型任务中，这种测试局限性给确保质量带来了挑战。

鉴于此，NASA 开发出一种已获专利的、基于超声波的无损评估方法，可在压接安装处进行实时评估。在这种方法中，通过向压接组件发送声波来确定连接器和电线之间的接触质量（图 8）。随着施加压力的增加和压接端子在电线周围的变形，穿过压接部分的超声波信号会发生改变。


图 8：NASA 开发的这种便携式仪器可实时地进行无损压接好坏识别。（图片来源：NASA）

该系统分析包括振幅和频率在内的信号特征变化，作为电线和端子之间电气、机械连接的品质指标（图 9）。


图 9：NASA 系统使用超声波衍生特征来识别压接质量和问题。（图片来源：NASA）

如压接不足、电线缺失、导线插入不全、部分绝缘层脱落、电线规格不正确等各种不同的压接问题，都已采用这种技术进行了测试。结果表明，该仪器能够稳定一致地识别这些问题并区分压接好坏。

结束语

最后，对几处我认为不合标准公认标准的压接部位进行了重新压接，三区智能温控器控制系统在之后的三个冬天都没有出现任何问题。使用未经校准的压接工具，其挤压力的变化取决于用户，这让我再次意识到，要想获得一致、正确的压接效果，采用正确的工具是非常重要的一环。如果我还需要做类似的工作，我一定会求助、借用或购买所需的工具。