专利名称：铜铝过渡复合接续条与多级复合接续条的应用及制造方法
技术领域：
本发明涉及电力传输领域中导线或电缆连接使所用的过渡接续条，具体的说是一种具备超薄结构的铜铝过渡复合接续条与多级复合接续条的应用及制造方法。
背景技术：
在供配电系统中，由于成本因素，长距离架空导线或短距离的电缆多采用铝材料，用铝材料制作的导线应用极为广泛。另一方面，各类电力设备金具、电器多为铜材料接线端子，如果两者直接相连，接触电阻会很大，当设备长期运行、过载或短路时，连接处会迅速升温，造成衍生运行事故。因此一般使用经过特殊工艺处理焊接而成的铜铝过渡器件来解决铜铝材料连接 问题。常规的铜铝过渡连接器件包括过渡套管、过渡端子、过渡片等，结构为铜铝材料纵向分布，通过两种材料接触端面焊接来实现连接。铜、铝两种材料的焊接性能较差，即便是同种材料的焊接一般都要采取相应的辅助方法才能获得较好的强度，如铜焊需用焊粉，铝焊需采用隔离焊(如气体保护)。而铜铝两种不同金属的焊接时，难度更高。在铜铝焊接中，闪光焊接是常用的焊接手段。但铝铜电极电位差值过大或焊接温度过高都会引起铝材局部熔蚀并生成脆性氧化物使接合强度下降，易发生过渡区断裂。当铜、铝两种金属的接触面与空气中的水分、二氧化碳和其他杂质作用下极易形成电解液，从而形成了以铝为负极、铜为正极的电池，两种材料间可产生I. 2V左右的电位差，使铝产生电化腐蚀，造成铜、铝连接处的接触电阻增大，导致发热氧化，当达到一定程度时，焊面断裂。铜与铝的热膨胀系数相差很大。铝的热膨胀系数比铜大36%左右，在过渡接头发热时会使铜材料受到挤压，而在冷却后不能完全复原，铜铝过渡区域产生形变和微小裂缝，造成有效接触区减少，接触电阻增加，进入的空气将使铝导线氧化形成氧化铝薄膜层。在用于铜铝过渡的平面连接时，行业使用了铜铝接续条工艺，铜铝接续条是采用炸药在材料表面摊铺并通过爆炸聚能冲击焊接完成的复合制品，传统炸药爆破需要将炸药均匀摊铺覆板表面，而炸药形成充分爆轰条件是需要有足够的摊铺厚度，炸药消耗量相对较大。由于常规炸药的爆炸冲击动能过大，受工艺和炸药能量等因素的限制，一般用于Imm以上厚度的材料复合加工，目前多用于母线材料平面连接，在应用导线和复杂过渡连接时则缺少相应配套手段。在低于Imm厚度的材料加工时，炸药用量无法精确掌握，会导致覆板与基板的复合扭曲变形或表面破碎及变形而无法使用，加工的风险和成本较高，影响材料大量推广。
发明内容
为了解决现有铜铝过渡连接续条易断裂及大电流传输过载短路的问题，本发明提供一种超薄结构的铜铝过渡复合接续条与多级复合接续条的应用及制造方法。该接续条可有效解决常规及纵向铜铝过渡的连接问题，提高接线的可靠性、降低传输电阻、减少发热损耗、延长电力设施寿命。本发明的技术方案是一种铜铝过渡复合接续条，包括复合在一起的超薄铜基板和超薄铝基板，其中，由上述超薄铜基板和超薄铝基板复合而成的过渡接续条的厚度不大于Imm ;所述的接续条还包括将上述的超薄铜招过渡接续条卷曲成筒状复合结构的接续条，其中筒的外层为铜基板/内层为铝基板，内层为铝基板/外层为铜基板，筒形的接续条上带有纵向间隙；所述的接续条还包括将上述的超薄铜铝过渡接续条缠绕成螺旋结构，其内侧材料与所连接导线的材质相同。上述接续条用于电线或电缆连接时包括以下方式用于一般规格接线鼻过渡连接时，将上述筒状复合结构的接续条嵌入普通线鼻的压线孔内，与同材质的线材用液压钳冷压紧固。用于较粗的导线与接线板或接线鼻等过渡连接时，将上述的超薄铜铝过渡接续条切割成条状，根据线材的材质，将接续条与对应的线材缠绕成螺旋状，多余的接续条切除，再将缠绕接续条的导线接头插入与外侧材料相同的线鼻或接线板等端子上，并采用液压钳冷压或螺栓紧固。在小电流通过的连接部位，将上述的超薄铜铝过渡接续条制成垫片状或相应接触区形状，在两种材料的接触区内将同种材料对应放置并螺栓紧固。在用于铜铝母线板交错连接时，预留出足够接触空间，将超薄铜铝过渡接续条放在两种材料的接触区内，同种材料对应放置并多点螺栓紧固。在用于铜铝过渡大电流母线的连接时，利用多级复合接续条的组合，超薄铜基板和超薄铝基板为平行排列并反向延伸为同种材料的导引线，每组超薄铜基板和超薄铝基板 纵向排列后，同材料的多片导引线相应弯曲至铝基母线和铜基母线固定位置，通过对应的螺孔分别由螺栓组紧固.
铜铝过渡复合接续条的制造方法，包括以下步骤
①在砂土层上部放置厚钢板，用做焊接基板的垫层，铜或铝覆板的四个角向下轻微扭曲，使覆板与基板之间形成轻微的缝隙 ’②将导爆索平铺在覆板的上部，根据覆板形状将导爆索做往复规则均匀排列，并预留导爆索引爆端；③导爆索引爆端压接安装电引爆雷管，并将雷管置于覆板材料上方，并高于导爆索高度。用于大电流母线铜铝过渡连接的多级纵向复合接续条的加工方法，包括以下步骤在完成权利要求7所述的第一层焊接后，将缓冲橡胶板垫在铜铝板材交错的接缝内，依次做第二次焊接；每完成一次爆炸焊接，将覆板表面清洗干净后做下一层焊接的基板，继续放置不同材料的覆板重复爆炸焊接过程，直到完成所需要层数为止。本发明的有益效果是上述具有超薄结构的铜铝过渡复合接续条的制作是通过导爆索代替炸药做爆炸焊接动力源完成制造加工过程，由于导爆索属于低装药的柔性条状爆炸材料，爆破冲击焊接过程中，材料渗透深度超过常规爆破焊接效果，可制作完成厚度小于Imm的接续条，使其具有良好的柔韧性，不易断裂分离，易于二次整形切割加工，具备了良好的过渡导电能力，相对常规铜铝过渡线鼻提高载流能力8倍；铜铝过渡区瓶颈电流与铝材比值上升至的31. 5%-52. 47%，或同规格铜材的19. 68%_31. 5%。这种超薄结构的铜铝复合接续条连接中实质是增大了过渡连接区域的面积，提高了抗过流能力，解决了传输瓶颈问题，从而解决常规纵向铜铝过渡器件的结构性问题，提高接线的可靠性、降低传输电阻、减少发热损耗、延长电力设施寿命。铜铝复合接续条在现场应用中极为灵活方便，具有广泛的适应性，可满足几乎所有铜铝连接要求。
图I为铜铝过渡接续条的结构示意 图2为筒状结构接续条的示意 图3为螺旋接续条的结构示意 图4为筒状复合结构嵌入铜质线鼻的状态示意 图5为螺旋结构过渡接续条的连接方式示意图； 图6为螺旋结构过渡接续条的在接线板中的安装示意 图7为接线端子与异种线鼻非嵌入过渡环的连接方式示意 图8为铜基母线板和铝基母线板平面连接方式示意 图9为铜铝过渡大电流母线的连接方式示意 图10为接续条制作过程中爆炸冲击焊接前的材料铺设状态示意 图11为导爆索铺设状态示意 图12为大电流母线铜铝过渡连接的超薄复合多级纵向接续条制作过程示意图。图中I-铜基板，2-铝基板，3-间隙，4-铜质线鼻，5-压线孔，7_铜铝过渡接续条，8-铜基母线板，9-止退垫，10-螺栓，11-铝质导线，12-铜质压线板，13-垫圈，14-螺母，
15-铝基母线板，16-焊接复合区域，17-铝基材料，18-铜基材料，19-砂土层，20-厚钢板，21-焊接基板材料，22-覆板材料，23-导爆索，24-缓冲橡胶板。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明；
由图I至图12所示，该发明的技术方案中涉及到铜铝过渡复合接续条与纵向多级接续条的结构、应用及制造方法，如图I至图12所示，其中图I至图3为接续条的结构，图4至图9为连接条的连接方式，图10至12为接续条的制造方法。铜铝过渡接续条的基本结构如图1，超薄的铜基板I和超薄的铝基板2通过导爆索爆炸焊接方式复合在一起构成超薄铜铝过渡接续条，其特点为上述超薄铜基板和超薄铝基板复合而成的过渡接续条的厚度不大于1mm，使其具有良好的柔韧性，不易断裂分离，易于二次整形切割加工，具备了良好的过渡导电能力。此外，还有如图2所示筒状复合结构，其中复合结构的外层为，内侧为铝基板2，或铝基板2内侧为铜基板1，卷曲结构的接缝部位有间隙3，用于一般规格接线鼻过渡连接；图3所示螺旋结构的接续条，通过过渡接续条对连接线材的直接缠绕完成，接续条的内侧材料与导线的材质相同，主要用于较粗的导线与接线板、一般规格接线鼻过渡连接。上述接续条的各种连接方式如下在小电流通过的连接部位，将超薄铜铝过渡接续条制成垫片状或相应接触区形状，在两种材料的接触区内将同种材料对应放置并螺栓紧固；在用于铜铝母线板交错连接时，预留出足够接触空间，将超薄铜铝过渡接续条放在两种材料的接触区内，同种材料对应放置并多点螺栓紧固；大电流铜铝母线在异位不平行或复杂的环境中连接时，使用多组铜基和铝基条状材料多连续爆破焊接为纵向的多级复合接续条材料组合，使铝基和铜基材料平行排列并反向延伸为同种材料的导引线，同材料的多片导引线相应弯曲至铝基母线板和铜基母线板并紧固连接，多片导引线之间空隙可用于过渡区发热时的直冷散热。上述的链接方式具体见图4至图9所示。图4为筒状复合结构嵌入铜质线鼻4的压线孔5时的状态，复合材料卷曲接缝处的间隙3用来为复合材料嵌入压线孔5时提供弹性缓冲；该种方式主要用于铜质线鼻与铝质导线的过渡连接，在铜导线与铝线鼻连接时则嵌入压线孔5内的复合材料结构为外侧铝基，内侧为铜基；本连接方式适合液压钳冷压固定。如图5为螺旋结构过渡接续条的连接方式，将超薄铜铝过渡接续条切割成条状，根据线材的材质，将接续条与对应的线材严密的螺旋状缠绕，多余的接续条切除，再将缠绕接续条的导线接头插入与外侧材料相同的线鼻、接线板等端子上紧固，该中连接方式用于较粗的导线与接线板、接线鼻等过渡连接，其固定的方式包括液压钳冷压和螺栓连接等多种方式。 附图6为螺旋结构过渡接续条在接线板安装示意图；以铝质导线在铜质接线板安装为例，铝质导线11的接头部位外侧螺旋状缠绕铜铝过渡接续条7，铜铝过渡接续条7的外侧为铜基，内侧为铝基，插入铜质接线板12的压线槽内，通过螺栓10、垫圈13、止退垫9及螺母14与接线板12紧固连接。附图7为接线端子与异种线鼻非嵌入过渡环的连接方式；根据线鼻6与基板8连接区域形状制成垫片状或异型结构的接续条7，通过螺栓10、止退垫9将接续条与相同材质的材料对应放置并紧固。附图8为铜基母线板和铝基母线板平面连接方法，铝基母线板15与铜基母线板8的过渡连接时，其平面接触部位在清洗干净后放置铜铝接续条7，二组板材通过上下对应的多组螺孔分别穿入螺栓10、垫圈13、止退垫9及螺母14进行紧固连接。附图9为铜铝过渡大电流母线的连接方法，其关键技术为纵向多级复合接续条材料的组合，适用与大电流条件下的可靠连接，其连接方式如图9所示，由多组铜基和铝基条状材料经过连续爆破冲击焊接完成。焊接复合区域16可见两种材料呈交错焊接分布，铝基材料17和铜基材料18为平行排列并反向延伸为同种材料的导引线，每组铜铝复合材料纵向排列后，同材料的多片导引线相应弯曲至铝基母线15和铜基母线8固定位置；通过对应的螺孔分别穿入螺栓10、垫圈13、止退垫9及螺母14与母线紧固连接。上述接续条的制造方法如图10至图12所示
铜铝过渡超薄复合接续条及纵向多级接续条是通过导爆索代替炸药做爆炸焊接动力源完成制造加工过程。铜铝复合接续条属于典型面焊；而导爆索属于低装药的柔性条状爆炸材料，焊接前根据超薄复合焊接区域的覆板面积均匀铺设导爆索，并依据材料的厚度计算焊接所需要的冲击动能来确定导爆索用量。导爆索规格、装药量和排列密度应根据覆板与基板的厚度来选择，避免过量敷设。图10为爆炸冲击焊接前的材料铺设状态，其中地面平铺砂土层19，用于爆炸剩余冲击波的能量吸收；砂土层19上部放置厚钢板20，用做焊接基板21的垫层，以保证爆炸焊接时复合材料的平整；焊接基板材料21选择密度相对高的铜材，覆板22选用密度相对低的铝材，覆板22的四个角向下轻微扭曲，使覆板22与基板21之间形成缝隙，其目的是为爆炸冲击时提高覆板与基板的冲击速度。将导爆索23平铺在覆板22的上部，根据覆板22形状将导爆索做往复规则均匀排列，并预留导爆索起爆端24，如图11所示，导爆索做往复规则均匀排列，爆炸时的聚能冲击会在覆板与基板之间形成波浪叠加效果，促使两种材料的金相波浪状融合，达到较好的焊接效果。导爆索引爆端压接安装电引爆雷管，且将雷管置于覆板材料上方，并高于导爆索高度，以防止覆板局部过冲击变形和破损；因为超薄复合材料的厚度较小，且材料一般做成长条状，不宜使用中心引爆方式，而是采用一侧引爆快速爆轰推进方式进行，导爆索的爆速一般不低于6500 m/s，完全可确保爆炸冲击量及聚能焊接效果。爆炸聚能冲击焊接时，需选择无人的安全区域进行，将相关材料按照图10和图11 状态布设，导爆索采用一般矿用导爆索，排列时注意不要将索体折断或排列不均，避免爆轰时爆速不一或受力不匀。爆炸焊接的铜基和铝基板材要根据复合材料的用途来选择，用于平面过渡结构时选用硬度较高的电解铜铝板材，用于卷曲过渡结构时选用硬度较低的电解铜铝板材，硬度越低其爆炸焊接的复合区域厚度越大，越不容易断裂分离。在铜铝过渡超薄复合接续条的基本应用时，需要考虑材料延展性能，推荐使用电工级L3和T3实施复合加工。图12是用于大电流母线铜铝过渡连接的超薄复合多级纵向接续条的制作方法，在砂土层19上部放置厚钢板20，用做焊接基板的垫层，焊接基板21与覆板22交替爆炸焊接，完成第一层焊接后，将缓冲橡胶板24垫在铜铝板材交错的接缝内，避免爆炸冲击波损坏未焊接的材料延伸区域。覆板材料的四个角向下轻微扭曲，使覆板与基板之间形成爆炸冲击间隙。由于是纵向多级接续结构，每完成一次爆炸焊接，将覆板表面清洗干净后做下一层焊接的基板，继续放置不同材料的覆板重复爆炸焊接过程，直到完成所需要层数为止。上述的超薄铜铝过渡复合接续条区别与常规的铜铝过渡接续条材料，超薄的铜铝过渡接续条材料在爆破冲击焊接过程中，材料渗透深度超过常规爆破焊接效果，具备了良好的过渡导电能力，且不易断裂分离。相对常规铜铝过渡线鼻提高载流能力8倍；铜铝过渡区瓶颈电流与铝材比值上升至的31. 5%-52. 47%，或同规格铜材的19. 68%_31. 5%。铜铝复合接续条的实质是增大了过渡连接区域的面积，提高了抗过流能力，降低了接续条易断裂及大电流传输过载短路的问题。本发明所述内容为铜铝过渡结构的超薄片状复合材料，应用与多种电力输送领域的铜铝过渡连接配套，可有效解决常规及纵向铜铝过渡器件的连接问题，提高接线的可靠性、降低传输电阻、减少发热损耗、延长电力设施寿命。铜铝复合接续条在现场应用中极为灵活方便，具有广泛的适应性，可满足几乎所有铜铝连接要求。
权利要求
1.一种铜铝过渡复合接续条，包括复合在一起的超薄铜基板和超薄铝基板，其特征在于由上述超薄铜基板和超薄铝基板复合而成的超薄过渡接续条的厚度不大于1_。
2.根据权利要求I所述的铜铝过渡复合接续条，其特征在于所述的接续条还包括将上述的超薄铜铝过渡接续条卷曲成筒状复合结构的接续条，其中筒的外层为铜基板/内层为铝基板，内层为铝基板/外层为铜基板，筒形的接续条上带有纵向间隙。
3.根据权利要求I所述的铜铝过渡复合接续条，其特征在于所述的接续条还包括将上述的超薄铜铝过渡接续条缠绕成螺旋结构，其内侧材料与所连接导线的材质相同。
4.权利要求2所述接续条的应用，其特征在于用于一般规格接线鼻过渡连接时，将上述筒状复合结构的接续条嵌入普通线鼻的压线孔内，与同材质的线材用液压钳冷压紧固。
5.根据权利要求I或3所述接续条的应用，其特征在于用于较粗的导线与接线板或接线鼻等过渡连接时,将上述的超薄铜铝过渡接续条切割成条状,根据线材的材质,将接续条与对应的线材缠绕成螺旋状，多余的接续条切除，再将缠绕接续条的导线接头插入与外侧材料相同的线鼻或接线板等端子上，并采用液压钳冷压或螺栓紧固。
6.根据权利要求I所述接续条的应用，其特征在于在小电流通过的连接部位，将上述的超薄铜铝过渡接续条制成垫片状或相应接触区形状，在两种材料的接触区内将同种材料对应放置并螺栓紧固。
7.根据权利要求I所述接续条的应用，其特征在于在用于铜铝母线板交错连接时，预留出足够接触空间，将超薄铜铝过渡接续条放在两种材料的接触区内，同种材料对应放置并多点螺栓紧固。
8.根据权利要求I所述接续条的应用，其特征在于在用于铜铝过渡大电流母线的连接时，利用多级复合接续条的组合，超薄铜基板和超薄铝基板为平行排列并反向延伸为同种材料的导引线，每组超薄铜基板和超薄铝基板纵向排列后，同材料的多片导引线相应弯曲至铝基母线和铜基母线固定位置，通过对应的螺孔分别由螺栓组紧固。
9.铜铝过渡复合接续条的制造方法，包括以下步骤 ①在砂土层上部放置厚钢板，用做焊接基板的垫层，铜或铝覆板的四个角向下轻微扭曲，使覆板与基板之间形成轻微的缝隙； ②将导爆索平铺在覆板的上部，根据覆板形状将导爆索做往复规则均匀排列，并预留导爆索引爆端； ③导爆索引爆端压接安装电引爆雷管，并将雷管置于覆板材料上方，并高于导爆索高度。
10.用于大电流母线铜铝过渡连接的超薄复合多级纵向接续条的加工方法，包括以下步骤 ①在完成第一层焊接后，将缓冲橡胶板垫在铜铝板材交错的接缝内，依次做第二次焊接；每完成一次爆炸焊接，将覆板表面清洗干净后做下一层焊接的基板，继续放置不同材料的覆板重复爆炸焊接过程，直到完成所需要层数为止。
全文摘要
本发明涉及一种铜铝过渡复合接续条与纵向多级接续条的应用及制造方法，属于电力传输领域的连接材料。该接续条由超薄铜基板和超薄铝基板通过导爆索爆炸焊接方式复合在一起，构成厚度为1mm以下的接续条，使其具有良好的柔韧性，易于二次整形切割及连接性能，具备了良好的过渡导电能力，适用于卷曲状态做嵌入式线鼻过渡连接，螺旋缠绕方式过渡连接，基板平面状态过渡连接，大电流线板异位连接等。该接续条可有效解决常规纵向铜铝过渡器件存在结构性问题，提高接线的可靠性、降低传输电阻、减少发热损耗、延长电力设施寿命。
文档编号H01B13/00GK102760516SQ20121023198
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月5日 优先权日2012年7月5日
发明者刘娟, 林泉, 汤凯, 韩民平 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 大庆油田有限责任公司