[發(fā)明專利]V形面銅鋁焊接加工工藝及電力電纜用焊接接頭

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010617035.1
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102528255A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙越;左鐵軍;王昕;萬延堯;楊訓(xùn);孫德興;王巖
• 申請（專利權(quán)）人: 左鐵軍;趙越
• 主分類號: B23K11/00
• 分類號: B23K11/00;B23K11/20;B23K11/34;B23K33/00;H01R4/62;H01R11/11
• 代理公司: 山東清泰律師事務(wù)所 37222
• 代理人: 聶磊

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種擠壓電阻焊接工藝，尤其是銅鋁金屬焊接工藝。

本發(fā)明還涉及一種用上述方法生產(chǎn)的焊接接頭，尤其是電力電纜用銅鋁焊接接頭。

背景技術(shù)

在銅資源緊缺，鋁制電力電纜、線（以下簡稱鋁導(dǎo)體）代替銅制電力電纜、線（以下簡稱銅導(dǎo)體）的呼聲越來越高。鋁代銅成為節(jié)約銅資源的有效手段之一，但推廣鋁導(dǎo)體首先要解決電力電纜、電力導(dǎo)體的銅鋁連接問題，最好的方案是用焊接方式加工的銅鋁接頭做中間過渡段，用銅鋁接頭的銅鋁兩端連接銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體。

用摩擦焊接方法、閃光電阻焊接方法可以焊接銅和鋁，但這兩種方法均采用銅鋁端面連接，接觸面無法全部熔合，實際使用中，受焊接方法自身能力的制約，經(jīng)常出現(xiàn)銅鋁熔合不好，造成“不過渡”,從而引起接頭發(fā)熱，導(dǎo)電性能也不能完全滿足使用要求；未熔合部分會形成應(yīng)力集中，存在開裂隱患，甚至脫落，造成電器事故或人員傷亡等災(zāi)害事故，鋁導(dǎo)體與銅導(dǎo)體不能實現(xiàn)可靠連接，阻礙了鋁電纜的推廣應(yīng)用。

已有銅鋁管電阻焊技術(shù)采用銅管插入到鋁管然后進行焊接的方式，盡管可以獲得致密度好的管路接頭結(jié)構(gòu)，但這種銅鋁組合管路件的材料特征是壁厚較薄，電力電纜要求使用厚壁甚至實芯銅棒；用于電力電纜的銅鋁接頭的銅端的斜面不能完全采用精密輥鍛方式加工成型；厚壁鋁管的表面氧化物清除方式與薄壁鋁管不相同，不加以改造創(chuàng)新不能直接用于電力電纜導(dǎo)體用銅鋁接頭的焊接。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適合厚壁銅鋁焊接的V形面擠壓電阻焊接工藝。

對于上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣解決的：

步驟一：用機加工方法對銅管一端加工，形成具有錐度β的焊接面,?此時銅管位于焊接面區(qū)域的內(nèi)徑略為收縮形成具有收縮角γ的內(nèi)收縮處；

所述錐度β依據(jù)鋁管外徑d1、銅管外徑d2、鋁管內(nèi)徑d3按下述公式確定：β=A－0.15*d1＋3*d2－2.7*d3，其中A的取值范圍為14^○至16^○。

步驟二：將鋁管和銅管固定在V形面擠壓電阻焊接機的左右電極上，鋁管側(cè)電極為固定電極，銅管側(cè)電極為可沿接頭軸向移動的活動電極，在銅管內(nèi)孔中預(yù)置填充塊；

步驟三：將銅管推向鋁管并實現(xiàn)緊密接觸，對左右電極通電加熱銅鋁接頭，銅管沿接頭軸向向鋁管內(nèi)部滑移。

步驟四：推進銅管達到焊接所需深度L后，斷電，銅鋁管焊縫凝固，停止推進；

所述推進深度L依據(jù)銅管外徑d2、鋁管內(nèi)徑d3、V形待焊面錐度β按下述公式確定：L?=（d2－d3）/2tg(β/2)。

步驟五：在停電瞬間，用壓力將銅管內(nèi)填充塊壓入銅管內(nèi)收縮處，對焊縫區(qū)域施壓，填充塊被永久固定在焊接區(qū)域，形成接頭。

?

本發(fā)明的焊接原理如下所述：銅管經(jīng)縮口處理的錐面與鋁管內(nèi)徑的邊緣形成線接觸，加壓、通電后銅管與鋁管的接觸點的電流密度大，溫度高，鋁的氧化物會瞬間熔化，此時，銅鋁管之間形成環(huán)線狀熔池，焊接過程中，鋁的熔化速度和熔化量遠大于銅管表面的熔化速度和熔化量，受到鋁管外壁約束力的制約，熔池沿著銅管的錐面在滑移中擴大，銅管不斷向鋁管中水平推進，接觸環(huán)線熔池逐漸變成錐形熔化環(huán)帶，該環(huán)帶熔池與空氣完全隔絕，熔池內(nèi)的鋁不會發(fā)生氧化，焊縫受到擠壓作用力，銅鋁之間熔化帶內(nèi)的銅鋁共晶組織被擠到熔化區(qū)外，在規(guī)定的時間內(nèi)，銅管的平移距離達到L時，斷電冷卻后形成銅鋁焊縫，該焊縫形成一個夾角為β的V形面焊縫。

本發(fā)明對焊接面的錐度β角進行了限定，原因在于：厚壁管焊接時需要更大的推進力，所以β需要小一點；而薄壁管選擇的β不能過小，否則V形待焊面錐度斷過長影響焊接。

本發(fā)明對推進深度做了限定，原因在于：推進深度需要以錐部恰好進入鋁管最好,否則會出現(xiàn)銅管不平,或鋁管漲起的外觀缺陷。上述公式確定了最佳的推進深度。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明在不使用任何焊接材料、焊接助劑的前提下，采用擠壓電阻焊的方式將鋁和銅焊接在一起。

2、焊接時，銅質(zhì)工件作水平移動，縮口端向鋁質(zhì)工件內(nèi)部擠壓，鋁質(zhì)工件外部形狀受控，不因受力而發(fā)生膨脹變形。

3、在切斷左右電極間電源的瞬間，用壓力將填充塊壓入焊接接頭區(qū)域，焊接區(qū)域會受到進一步的擠壓，從而減少銅鋁共晶組織的產(chǎn)生。焊接管接頭的通孔被填充塊分隔開，從而隔絕了銅鋁電纜線的直接接觸，便于控制銅鋁線纜的插入深度。