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使用正確的工具就可輕鬆製作一致且可靠的壓接端子

作者： Bill Schweber 2023-07-27

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測試 - 工具和其他產品

儘管我享受焊接過程，也喜歡製作優質、美觀的焊點，但我也瞭解，有時焊接並非將電線互相連接或進行端接的正確方法。我最近幫忙朋友將他家中的三區暖氣系統從基本的非電動、非智慧型恆溫器升級到智慧型 Wi-Fi 功能的機種時，想起了這件事。

我最初的安裝計畫是單純地將未絕緣的鏟形接片焊接到各個電線連接的末端 (包括訊號和電源介面繼電器)，然後將接片連接到標準螺絲端子阻隔條 (圖 1)。這可簡化實體連接，就可在故障排除或維護時視需求斷開連接，以美觀整齊的方式達到長期的佈局排列。

圖 1：螺絲端子阻隔條可方便接線、取用和抽換連接 (若基於測試用途有需要的話)。(圖片來源： You-Do-It Electronics)

雖然有一些電線和接片我可以方便地在場外用工作臺進行預先焊接，但有許多電線和接片，則必須在地下室的暖氣系統電氣面板上 (一大塊膠合板) 現場作業。進一步思考後，我發現這是一個壞主意，因為要在不便行動且狹窄的地下室環境中，將幾十根電線正確焊接到鏟形接片上從來都不是簡單、整潔或一致的作業。

從焊接到壓接

就在那時，我想起一個替代方案。我的工具箱裡有一個基本的手動壓接工具，正好可提供另一種解決方案 (圖 2)。你可能很熟悉這個。這看起來像一把大鉗子，鉗口尖端有一個指定區域，是三種尺寸的壓接套管，以及其他剝線和螺絲剪切功能。

圖 2：我的壓接器是多功能工具的一部分；此工具還可剝線和剪切小螺絲。(圖片來源： Harbor Freight Tools)

什麼是壓接？壓接是一種使用指定壓制程序連接兩個元件的連接方法。此方法可在導線和觸點之間形成安全連接，可在許多情況下取代焊接製程。壓接可用於多種類型的連接器，包括電線末端套圈，接著就可將其插入配接插座或連接器主體 (圖 3)。這種壓接的電線末端套圈提供多種尺寸，而且具有塑膠軸環 (提供多種顏色選擇)，因為軸環內徑呈錐形，可提供額外的插入助力。還可避免導線絕緣的折角邊緣卡在接觸點的插入漏斗處。

圖 3：這種壓接電線末端套圈提供多種尺寸，而且具有塑膠軸環；因軸環內徑呈錐形，可提供額外的插入助力。(圖片來源： Weidmüller Interface GmbH & Co.)

即使您崇尚製作精良的焊點 (像我一樣)，但仍有許多理由可使用壓接。良好的壓接可達到機械性強固、電氣一致性，並在電線和端接之間形成氣密接觸，以免濕氣進入，導致後續的腐蝕。可輕鬆快速設置、暫時中斷或完全停止；沒有有害的煙霧或材料，也不會發熱導致絕緣扭曲，甚至引發起火和火災。

因此，我買了一盒帶有絕緣套管的鏟形接片，練習壓接大約十個，以確保我可以正確完成，然後進行實際安裝 (圖 4)。進行地相當順利，在解決一些佈線小問題後，系統就已啟動並運行。儘管迴路入口饋線 (超出我的控制範圍) 看起來雜亂無章，但實際的繼電器和互連接線，以及壓接的鏟形接片和阻隔條，都相當乾淨整齊、清晰且可靠。

圖 4：儘管迴路入口饋線看起來雜亂無章，但實際的繼電器和互連接線，以及壓接的鏟形接片和阻隔條，都相當乾淨整齊、清晰且可靠。(圖片來源：Bill Schweber)

然而，在壓接鏟形接片時，我發現要一致的壓接並不容易，因為我的工具是手動的且未經校準，要由使用者 (在此例中就是我自己) 將鏟形接片正確放置在鉗嘴，並施加正確的壓力。在最後的壓接位置，我很容易偏離目標，也容易施加過多壓力。例如，有些鏟形接片套管壓接不足，有些則壓得太多，有些的絕緣則有一部分位於壓接區下方。

我希望當時就擁有一個像 Weidmüller PZ 6 ROTO ADJ 這樣的壓接工具 (圖 5)。此工具能可靠一致地壓接電線末端套圈，可處理的電線截面積介於 0.14 (mm²) 至 6 mm² (大約 26 AWG 至 10 AWG)。電線末端套圈不論是否具有塑膠軸環都適用於此工具。具有棘輪，可確保精確壓接，也有鬆開功能，可在操作錯誤時使用。

圖 5：Weidmüller PZ 6 ROTO ADJ 是一款可調整的壓接工具，可提供一致的結果，使用上相當舒適，可處理多種尺寸和類型的電線。(圖片來源：Weidmüller Interface GmbH & Co.)

其他特點包括可調整的手柄寬度，可達到最佳的人體工學避免操作疲累，且重量僅有 425 g (15 oz)，且具有可旋轉的壓接模具，能適應各種安裝情況。

邁向技術專業

由於具有多用途性、便利性和潛在效能，壓接的物理和力學經過廣泛的研究。例如，Weidmüller 就有一篇長達 17 頁的白皮書《壓接：永久性連接 (Crimping A permanent connection)》。一開頭先探討電線的類型、絞合和線徑；接著則涵蓋接觸類型、套圈和工具。

更探究不同壓力形狀 (如梯形、正方形和六邊形) 的相對優缺點。也說明電線的準備工作，講解電線若未正確切割 (圖 6) 或絕緣層未正確剝除時 (圖 7) 可能會發生的問題。

圖 6：在此顯示電線切割不當的三種情況，以及正確切割的時的樣子。(圖片來源：Weidmüller Interface GmbH & Co.)

圖 7：在此顯示為正確剝除絕緣的三個例子，以及正確剝除的電線。(圖片來源：Weidmüller Interface GmbH & Co.)

此白皮書還列出與壓接相關的許多 DIN 和 IEC 標準，例如導線 (電線) 等級、剝線錯誤、工具壽命 (以循環次數為單位)、模具連接器隔間尺寸與導線尺寸的關係，以及壓接致動力。

接著要測試

壓接連接的難題之一在於，沒有簡單的方法能在不破壞的情況下進行測試。這與設計人員在使用其他許多元件時 (例如標準的熱啟動保險絲) 所面臨的困境相同：無法測試，因此必須在設計和製造上盡善盡美。由於壓接廣泛用於無數關鍵任務應用，這個測試上的限制儼然成了品質保證的難題。

有鑑於此，NASA 開發了一種基於超音波的專利非破壞性評估方法，可在壓接安裝位置即時進行。在此作法下，連接器和電線之間的接觸品質是透過壓接組件發送聲波來決定 (圖 8)。隨著施加的壓力增加，壓接端子會在電線周圍變形，通過壓接的超因波特徵會發生變化。

圖 8：NASA 開發的這個可攜式儀器能以非破壞方式即時判別良好的壓接，以及多種類型的不良壓接。(圖片來源：NASA)

此系統會對訊號特徵的變化進行分析，包括振幅和頻率內容，並以此作為電線和端子之間電氣和機械連接的品質指標 (圖 9)。

圖 9：NASA 的系統會透過超音波衍生的特徵來判別壓接的品質和問題。(圖片來源：NASA)

壓接不足、線股短缺、電線未完全插入、絕緣體部分移除，以及線徑不正確等各種壓接相關問題，均已經過此系統的測試。結果顯示，此儀器可一致地區分壓接品質的好壞並找出問題。

結論

最後，因為某些壓接情況不符合我主觀認知的標準，因此重新壓接了一些電線，最後這個三區智慧恆溫控制系統正常運作了三個冬季，沒有發生任何問題。使用未經校準的壓接工具，且隨著使用者而有所變化的施壓力道，讓我再次意識到，擁有正確的工具是達到一致且正確結果非常重要的環節之一。如果我非得再次做類似的工作，我會求助、借用或購買所需的工具。