CN106825903B

CN106825903B - 一种铝合金导电杆制造方法

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Publication number: CN106825903B
Application number: CN201510885934.2A
Authority: CN
Inventors: 吉华; 杨国舜; 汪虎
Original assignee: Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co Ltd
Current assignee: Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co Ltd
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2020-01-07
Anticipated expiration: 2035-12-07
Also published as: CN106825903A

Abstract

本发明提出了一种铝合金导电杆的制造方法，首先是导体的制造，包括导杆的挤压成型、扩孔成型和机械车削加工，其次是导头的制造，主要是导头的机械加工，最后再采用“无匙孔”搅拌摩擦焊技术将导头与导杆连接成型。本发明解决了大厚度小直径环缝焊接质量的问题，与背景技术相比具有明显的先进性。采用本发明提供导杆制造方法、导杆与导头接头装配设计以及“无匙孔”搅拌摩擦焊技术，大大提高了铝合金导电杆制造的合格率，提高了生产效率，降低了生产成本。试验证明，采用本发明后导电杆制造尺寸精度符合设计要求，焊缝组织连续致密，无气孔、夹杂、匙孔等缺陷，生产过程实现了自动化控制；一次焊接成品率由原来的40%提高至95%。

Description

一种铝合金导电杆制造方法

技术领域

本发明专利属于铝合金导电杆制造技术，具体为导电杆导头制造技术和导杆制造技术，涉及导头与导杆环缝的搅拌摩擦焊技术。

背景技术

铝合金导电杆广泛应用于变电站、电控机组等设备中，其使用环境苛刻，要求耐高寿命、高使用可靠安全性。铝合金导电杆一般由导头和导杆组成，导头采用铝合金材料机加工而成，导杆采用中空铝合金管型材，现有方法一般采用氩弧焊，采用这种方法不仅焊接缺陷尤其是气孔、裂纹等焊接缺陷难以避免，而且其生产工序多、工人劳动强度大、耗能大，导致其生产合格率低、使用寿命差，更换成本高。此外采用氩弧焊容易在导杆与导头的内部结合处产生“焊漏”，严重影响电力传输的稳定性和安全性。

发明内容

为解决“长/细比”较大的铝合金导电杆中导头与导杆焊接质量的问题，现采用“无匙孔”搅拌摩擦焊技术，实现小直径大深度环缝无减薄的焊接。

为实现上述技术方案，本发明一种小直径铝合金导电杆的制造方法，所述导电杆制造方法，其特征在于导电杆由三部分组成：两个导头和一个导杆，导杆由铝合金挤压成型，形成铝合金筒段；导头由铝合金机械车削加工成型。导头与导杆采用搅拌摩擦焊技术进行焊接制造。铝合金导电杆制造方法，采用以下步骤：

步骤1：导电杆导头的制造；导头按照图纸规定的尺寸要求采用6系铝合金材料进行机械车削，导头表面粗糙度应符合后续处理的要求；

步骤2：导电杆导杆的制造；

步骤2.1：导电杆导杆的挤压成型：导电杆是小直径中空结构，采用型材挤压方法制造导杆的毛坯，导杆的长度可根据导电杆实际使用的长度进行切割分段；

步骤2.2：导电杆导杆对接面的接头制造：采用卧式扩孔机，对导杆的两端进行热/机联合扩孔，扩孔的深度和扩孔的外端直径D2与焊接深度H有关。

步骤2.3：导电杆导杆的制造：扩孔成型完成后，按照尺寸进行机械车削对接面。

步骤3：导电杆导头与导杆的装配；导头与导杆的接头型式为“自锁底”接头；导头与导杆的装配应属于过盈装配，过盈量一般为0.01mm~0.02mm；“自锁底”接头的装配间隙不大于0.05mm。导头与导杆接头处有焊接凸台，凸台高度为H1。

步骤4：导电杆导头与导体的焊接；导头与导体采用“无匙孔”搅拌摩擦焊技术进行连接成型。

步骤5：焊接完成后，去除收“匙孔”板，机械车削对接接头处的凸台，车削时需与导杆导头平滑过渡。

步骤6：导电杆整体抛光处理。

进一步，所述一种铝合金导电杆制造方法，其特征在于：步骤1导头与导杆插入长度应与导杆扩孔的深度匹配，其长度一般比扩孔深度小0.02mm~0.05mm；导头的外轮廓加工粗糙度为0.8。

进一步，所述一种铝合金导电杆制造方法，其特征在于：步骤2.2导电杆导杆两端的对接面采用卧式扩孔机进行扩孔。卧式扩孔机为100吨卧式压机，单根导电杆单边扩孔保持时间为5min~8min，扩孔温度为100℃。

进一步，所述一种铝合金导电杆制造方法，其特征在于步骤4中用的搅拌摩擦焊设备是一维龙门式搅拌摩擦焊设备，焊接时先定位焊，再正式焊接。定位焊接工艺参数：采用轴肩为8mm、搅拌针长为2mm的搅拌头定位焊接，主轴倾角为（2~3）°，主轴旋转速度n=1400rpm，导电杆旋转速度（即焊接速度）为v=1.5rpm，焊接压入量0.2~0.3mm；正式焊接工艺参数为：采用轴肩为15mm、搅拌针长为10.6mm的搅拌头正式焊接，主轴旋转速度n=1100rpm，导电杆旋转速度为0.8rpm，焊接压入量为0.2~0.4mm。

进一步，所述一种铝合金导电杆制造方法，其特征在于，采用收“匙孔”板的方式将，焊接时通过焊接程序控制，在焊接结束段将收“匙孔”板的上表面推进至导电杆导杆切线方向且能与导杆贴合的位置上，使搅拌头能够沿着导杆圆周顶端的切线方向焊接出来，实现“无匙孔”焊接。

进一步，所述一种导电杆制造方法，其特征在于步骤5焊接完成后去除收“匙孔”板，车削焊接凸台。搅拌摩擦焊对焊接位置产生的下压量可以通过该凸台抵消，车削该焊接凸台，可实现导头与导杆的平滑等直径过渡，实现焊缝处无减薄量的焊接。

本发明有效解决了现有铝合金导电杆焊接质量低、使用寿命差的问题，与背景技术相比具有明显的技术先进性。采用“无匙孔”搅拌摩擦焊技术和导杆扩孔增加焊接凸台技术有限实现了小直径大深度环缝的焊接，实现高质量、无焊接下压量的平滑连续等直径过渡的导电杆，大大提高了一次性合格率，提高了生效效率，降低了生产成本。试验证明采用本发明后的环缝实现了全焊透、焊缝组织致密、无气孔、裂纹、夹杂等缺陷；剖切试验表明导头与导杆内部无焊漏、塌陷等；生产过程实现了自动化，一次焊接合格率由原来的60%提高至95%。

附图说明

图1：导电杆装配时剖面示意图，其中D1表示导头（和导杆）的原始直径（有效直径），D2表示扩孔直径，L表示导电杆有效总长；

图2：导电杆导杆剖面示意图，其中L2表示导杆的长度；

图3：导电杆导头结构示意图，其中L1表示导头的长度，D3表示导头插入导杆内部的长度；

图4：导电杆导头与导杆搅拌摩擦焊“自锁底”接头示意图，其中H为焊接深度，H1为焊接凸台高度（H=(D2-D1)/2）

图5：导电杆导头与导杆“无匙孔”搅拌摩擦焊焊接过程示意图，其中，3表示导电杆焊接方向，4表示收“匙孔”板前进方向，5表示搅拌工具旋转方向，6表示焊接完成后，收“匙孔”时搅拌工具的前进方向。

具体实施方案

下面结合具体实例描述本发明，如图1～5所示，本实例制造的是直径为90mm，长度为1000mm的导电杆，图1所示导电杆由三部分组成：两个导头1和一个导杆2，导杆2由铝合金挤压成型，形成铝合金筒段；导头由铝合金机械车削加工成型。导头1与导杆2采用搅拌摩擦焊技术进行焊接制造，图2（a）为扩孔前示意图，图2（b）为扩孔后示意图，具体的采用以下步骤：

步骤1：导电杆导头的制造；导头按照图纸规定的尺寸要求采用6系铝合金材料进行机械车削，导头表面粗糙度为0.8，应符合后续处理的要求；

步骤2：导电杆导杆的制造；

步骤2.1：导电杆导杆的挤压成型：导电杆是小直径中空结构，采用型材挤压方法制造导杆的毛坯，导杆的毛坯切割长度为650mm，最终按照图纸要求加工长度为636mm；导杆，导杆的同轴度为0.2mm以内。

步骤2.2：导电杆导杆对接面的接头制造：按照图纸加工导杆对接面处的“自锁底”接头，结合图3、4；采用卧式扩孔机，对导杆的两端进行热/机联合扩孔。扩孔的深度为18mm，扩孔后接头处直径D2为91mm~92mm。步骤2.3：导电杆导杆的制造：扩孔成型完成后，按照尺寸进行机械车削对接面。

步骤3：导电杆导头与导杆的装配；导头与导杆的接头型式为“自锁底”接头；导头与导杆的装配应属于过盈装配，过盈量一般为0.01mm~0.02mm；导头与导杆装配时应注意不能划伤导头与导杆的表面，采用橡皮锤锤击导头，导头与导杆的“自锁底”接头装配间隙不大于0.05mm。导头与导杆接头处有焊接凸台，凸台高度为H1为1mm~2mm。

步骤4：导电杆导头与导体的焊接；导头与导体采用“无匙孔”搅拌摩擦焊技术进行连接成型。焊接时导电杆旋转方向、主轴旋转方向和前进方向、收“匙孔”板前进动作等如图5所示，其中：导头直径为D1，导杆直径为D1，环缝“自锁底”对接接头直径为D2（D2>D1+（1~2）mm），焊接深度为H。正式焊接前，收“匙孔”板与导电杆保持一定的间隙，贴合间隙约为2mm。焊接时通过焊接程序控制，先进行定位焊接，定位焊接工艺参数如下：采用轴肩为8mm、搅拌针长为2mm的搅拌头定位焊接，主轴倾角为（2~3）°，主轴旋转速度n=1400rpm，导电杆旋转速度（即焊接速度）为v=1.5rpm，焊接压入量0.2~0.3mm。定位焊接完成后，再进行正式焊接，焊接工艺参数如下：正式焊接工艺参数为：采用轴肩为15mm、搅拌针长为10.6mm的搅拌头正式焊接，主轴旋转速度n=1100rpm，导电杆旋转速度为0.8rpm，焊接压入量为0.2~0.4mm。导电杆旋转400°后，通过程序控制，导电杆停止旋转，此时将收“匙孔”板的上表面推进至导电杆导杆切线方向且能与导杆贴合的位置上，执行焊接程序，使搅拌头能够沿着导杆圆周顶端的切线方向焊接出来，实现焊接“匙孔”的引出。

步骤5：焊接完成后，去除收“匙孔”板，机械车削对接接头处的凸台高度，车削时需与导杆导头平滑过渡。车削时注意控制车刀进给量，单步进给量为0.02mm，凸台与导杆相交处避免明显的接痕。

步骤6：导电杆整体抛光处理。抛光粗糙度为0.8。

Claims

1.一种铝合金导电杆制造方法，所述导电杆由三部分组成：两个导头和一个导杆，导杆由铝合金挤压成型，形成铝合金筒段；导头由铝合金机械车削加工成型，导头与导杆采用搅拌摩擦焊技术进行焊接制造；其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：导电杆导头的制造；导头按照图纸规定的尺寸要求采用6系铝合金材料进行机械车削，导头表面粗糙度应符合后续处理的要求；所述步骤1导头与导杆插入长度应与导杆扩孔的深度匹配，其长度比扩孔深度小0.02mm~0.05mm；导头的外轮廓加工粗糙度为0.8；

步骤2：导电杆导杆的制造；

步骤2.1：导电杆导杆的挤压成型：导电杆是小直径中空结构，采用型材挤压方法制造导杆的毛坯，导杆的长度根据导电杆实际使用的长度进行切割分段；

步骤2.2：导电杆导杆对接面的接头制造：采用卧式扩孔机，对导杆的两端进行热/机联合扩孔，扩孔的深度和扩孔的外端直径D2与焊接深度H有关；所述步骤2.2导电杆导杆两端的对接面采用卧式扩孔机进行扩孔，卧式扩孔机为100吨卧式压机，单根导电杆单边扩孔保持时间为5min~8min，扩孔温度为100℃;

步骤2.3：导电杆导杆的制造：扩孔成型完成后，按照尺寸进行机械车削对接面；

步骤3：导电杆导头与导杆的装配；导头与导杆的接头型式为“自锁底”接头；导头与导杆的装配应属于过盈装配，过盈量为0.01mm~0.02mm；“自锁底”接头的装配间隙小于或等于0.02mm；导头与导杆接头处有焊接凸台，凸台高度为H1；

步骤4：导电杆导头与导体的焊接；导头与导体采用“无匙孔”搅拌摩擦焊技术进行连接成型；

步骤5：焊接完成后，去除收“匙孔”板，机械车削对接接头处的凸台，车削时需与导杆导头平滑过渡；

步骤6：导电杆整体抛光处理。

2.如权利要求1所述的一种铝合金导电杆制造方法，其特征在于：所述步骤4中用的搅拌摩擦焊设备是一维龙门式搅拌摩擦焊设备，焊接时先定位焊，再正式焊接；定位焊接工艺参数：采用轴肩为8mm、搅拌针长为2mm的搅拌头定位焊接，主轴倾角为2~3°，主轴旋转速度n=1400rpm，导电杆旋转速度即焊接速度为v=1.5rpm，焊接压入量0.2~0.3mm；正式焊接工艺参数为：采用轴肩为12mm、搅拌针长为10.6mm的搅拌头正式焊接，主轴旋转速度n=1100rpm，导电杆旋转速度为0.8rpm，焊接压入量为0.2~0.4mm。

3.如权利要求1所述的一种铝合金导电杆制造方法，其特征在于：所述步骤4在焊接结束段将收“匙孔”板的上表面推进与导电杆导杆切线方向且能与导杆贴合的位置上，使搅拌头能够沿着导杆的切线方向焊接出来，实现“无匙孔”焊接。

4.如权利要求1所述的一种铝合金导电杆制造方法，其特征在于：所述步骤5焊接完成后去除收“匙孔”板，车削焊接凸台，搅拌摩擦焊对焊接位置产生的下压量通过该凸台抵消，车削该焊接凸台，实现导头与导杆的平滑等直径过渡。