一种铜铝导电排对接或对接加叠接的焊接方法与流程

本发明涉及一种电工用铜排与铝排对接或对接加叠接的固态焊接方法。

背景技术：
由于金属铜与同样作为导电材料的金属铝相比资源匮乏、价格高，因此以铝代铜具有很高的经济性，为了达到电力线路铜铝搭接过渡克服电化学腐蚀的目的，目前采用的技术有使用旋转摩擦焊、闪光电阻焊等方式将铜、铝进行连接。旋转摩擦焊工艺有它的局限性，只限于圆柱或圆管铜铝型材的过渡焊接，如电缆的接头接线端子，而扁形、椭圆形、矩形等截面的材料不能焊接；闪光电阻焊焊接工艺也被应用在铜铝接头的对焊上(见实用新型专利：液浸式变压器铜铝排，公开号：CN201072694Y)，闪光电阻焊由于铜铝的熔点差距大，是通过铝原子高温扩散达到对接的，达不到再结晶的冶金反应过程，而且由于没有真空环境或惰性气体保护，仅依靠焊接过程中产生的金属蒸汽起不到避免金属铜铝高温氧化的作用，另外由于闪光焊的工艺参数复杂不易掌握，因此该工艺会严重影响铜铝过渡部位的焊接质量，连接部位达不到铝排本身应有的导电率，大幅增加了导电排的电阻率，降低了导电排的载流量，使用这样的导电排存在严重的安全风险。由于质量存在问题，因此闪光电阻焊用于电工用铜、铝焊接，是被国家电力行业、电器行业和质量技术监督部门禁止使用的。众所周知，作为电工用的扁形、矩形截面铜铝排的过渡连接是一个世界性的难题，由于金属铜和铝的熔点、密度不一致，金属铜熔点1083℃，密度8.9g/cm3；金属铝熔点660℃，密度2.7g/cm3，材料性质差异很大，熔化焊接方法显然是不可行的，真正做到电工用铜排与铝排的可靠连接，焊接技术以及焊接的方法、工艺是一个关键。现有技术中，搅拌摩擦焊可以将异种材料进行连接，且具有生产效率高、尺寸精度高的优点，但对于铜和铝的对接和对接加叠接来说，目前国内外还没有该方面的技术突破和有关报道，这是一项空白。

技术实现要素：
技术问题：本发明的目的在于提供一种铜铝导电排对接或对接加叠接的焊接方法，具体是一种截面形状为扁形、矩形、圆角矩形的电工用铜排与铝排对接或对接加叠接的机械搅拌摩擦固态焊接方法，以解决铜与铝对接或对接加叠接的技术难题。技术方案：为了实现上述目的，本发明的铜铝导电排对接或对接加叠接的焊接方法是通过以下技术方案来实现的：1)对接焊接工件：将同样截面尺寸的铜排和铝排的端面同轴对齐，横向放置，在左右两侧各垫一块与铜排、铝排厚度一致、边角形状相配合的过渡块，过渡块靠紧铜排和铝排，过渡块与铜排和铝排之间的间隙控制0.5mm以内，然后定位压紧，在焊接平台的起焊位置和收焊位置各设置一块过焊排，构成焊接工件；2)根据设备的工作面大小，确定焊接工件的件数，焊接数量可为一件或多件，将需焊接工件平行排列，所有焊接工件；焊缝应在一条直线上；3)搅拌摩擦焊焊头选择：根据焊接工件总体厚度，确定搅拌头的长度，搅拌头(51)的长度略低于焊接工件总体厚度，其差值范围在0.1～0.3mm；4)在焊接工件的焊缝处，放置一个焊缝垫板，材质选择碳钢；5)焊接：将焊接工件的需焊部位与搅拌头对齐，然后测量并调整好搅拌头的切入深度，焊接行走速度和搅拌转速以铜排的变形抗力降低、达到材料搅拌塑性要求为准；焊接设定从一侧过焊排开始走向工件，最终至另一侧过焊排结束；6)焊接完成后将焊接铜铝排、过渡块、过焊排、焊缝垫板整体取出，然后将焊缝垫板剥离，再将过渡块与焊接好的铜铝排进行切断分离，最后对焊缝进行清理、打磨。所述的步骤1)还可以为：对接加叠接焊接工件：将同样截面尺寸的铜排和铝排的端面轴向对齐，下方叠加一根铝排作为叠加排，叠加排的宽度与对接的铜排和铝排一致，长度超出铝排与铜排对接的部位，叠加排分别与铜排和铝排铆接固定，再在铜排和铝排横向的两侧各垫一块与两层导电排总厚度一致、边角形状相配合的过渡块，过渡块靠紧工件，间隙控制在0.5mm以内，在焊接平台的起焊位置和收焊位置各设置一块过焊排，然后定位压紧，构成焊接工件；所述的焊接工件，焊接过程中需进行搅拌头的冷却。有益效果：本发明解决了电工用铜排和铝排对接及对接加叠接的焊接难题。由于采用了搅拌摩擦焊以及以上的方法和工艺，在焊接过程中，通过机械搅拌摩擦，在高速旋转以及压力作用下，使工件达到塑性化，将焊接界面的铜金属和铝金属破碎搅合，形成固态流动，产生重新结晶的冶金过程，从而实现了两种金属过渡的金相合金化，解决了铜材与铝材因材质熔点、密度差异大而不易焊接的难点，使对接和对接加叠接焊接的铜、铝排焊接过渡处不低于电工用铝排的导电率。在焊接工件中设置焊接过渡块，便于批量加工，以及加工好的铜铝排进行分离，提高工作效率。附图说明图1为本发明实施例1的对接焊接的方法与工艺示意图。图2为本发明实施例2的对接加叠接焊接的方法与工艺示意图。图中有：焊接铜铝排1、铝排11、铜排12、焊缝13、叠加排14、叠加排超出铝排部分141、过渡块2、过焊排3、焊缝垫板4、焊头5、搅拌头51。具体实施方式实施例1，对接焊接的方法与工艺1、焊接工件：(1)对接焊接工件的技术要求：将同样截面尺寸的铝排11和铜排12的端面对齐，在两侧各垫一块与铝排11、铜排12厚度一致、边角形状相配合的过渡块2，过渡块2尽量靠紧工件，间隙控制在0.5mm以内，然后定位压紧。(2)根据设备的工作面大小，确定可焊接的工件件数，焊接数量可为一件或多件，将需焊接的工件平行排列，所有工件焊缝13应在一条直线上。2、搅拌摩擦焊焊头5选择：根据工件总体厚度，确定搅拌头51的长度。搅拌头51的长度略低于工件总体厚度，其差值范围在0.1～0.3mm。3、焊缝垫板4：焊缝垫板4材质选择碳钢。4、焊接：将焊接工件的需焊部位与搅拌头51对齐，然后测量并调整好搅拌头51的切入深度，焊接行走速度和搅拌转速以铜排12的变形抗力降低、达到材料搅拌塑性要求为准。焊接设定从一侧过焊排3开始走向工件，最终至另一侧过焊排3结束。由于铜材密度较大，搅拌摩擦中生成的热量较大，为了保证焊接质量，焊接过程中需进行搅拌头51的冷却。5、焊接完成后将铜铝排1、过渡块2、过焊排3、垫板4整体取出，然后将垫板4剥离，再将过渡块2与焊接好的铜铝排1进行切断分离，最后对焊缝13进行清理、打磨成为成品排。实施例2，对接加叠接焊接的方法与工艺1、焊接工件：(1)对接加叠接焊接工件的技术要求：将同样截面尺寸的铝排11和铜排12的端面对齐，下方叠加一根铝排14，叠加排14的宽度与对接的铝排11、铜排12一致，长度超出铝排与铜排对接的部位141，叠加排14分别与铝排11、铜排12铆接固定，再在两侧各垫一块与两层导电排总厚度一致、边角形状相配合的过渡块2，过渡块2尽量靠紧铜铝排1，间隙控制在0.5mm以内，在焊接平台的起焊位置和收焊位置各设置一块过焊排3，然后定位压紧。(2)根据设备的工作面大小，确定可焊接的工件件数，焊接数量可为一件或多件，将需焊接的工件平行排列，所有工件焊缝13应在一条直线上。2、搅拌摩擦焊焊头5选择：根据工件总体厚度，确定搅拌头51的长度。搅拌头51的长度略低于工件总体厚度，其差值范围在0.1～0.3mm。3、焊缝垫板4：焊缝垫板4材质选择碳钢。4、焊接：将焊接工件的需焊部位与搅拌头51对齐，然后测量并调整好搅拌头51的切入深度，焊接行走速度和搅拌转速以铜排12的变形抗力降低、达到材料搅拌塑性要求为准。焊接设定从一侧过焊排3开始走向工件，最终至另一侧过焊排3结束。由于铜材密度较大，搅拌摩擦中生成的热量较大，为了保证焊接质量，焊接过程中需进行搅拌头51的冷却。5、焊接完成后将铜铝排1、过渡块2、过焊排3、垫板4整体取出，然后将垫板4剥离，再将过渡块2与焊接好的铜铝排1进行切断分离，最后对焊缝13进行清理、打磨成为成品排。