专利名称：摩擦焊接黄铜铝组合接头及其焊接方法
技术领域：
本发明型涉及摩擦焊接技术领域，具体涉及一种摩擦焊接黄铜铝组合接头及其焊接 方法。
背景技术：
通常电力系统使用的电源连接装置，其主要组件凹、凸接头大多采用纯铜(紫铜) 制造，由于铜不能直接与电源连接装置中的铝芯线相连接，为此结构设计时在凹、凸接 头的尾部用磨擦焊接方法各焊接一部分纯铝柄，用以连接软芯铝线。焊接成的纯铜铝组 合结头在电源连接装置中有很广泛的应用，但是纯铜虽有优良的导电性、可塑性，但由 于纯铜缺少足够的强度和硬度、难实现精密的机加工，且有成本高等不足，使用有一定 的局限性。
针对以上不足，有人提出用于电源连接装置可采用黄铜铝作为电源接头，黄铜具有 比紫铜高得多的强度、硬度和耐腐蚀能力、并保持有一定的塑性、能承受冷热加工、材
料成本只有紫铜的6oy。、更重要的是黄铜可以符合导电要求，使用黄铜能有效地提高连 接装置的可靠性和与之相匹配的主机设备的使用寿命。但是现有的摩擦焊工艺技术，对 于异种材料的焊接特别是普通黄铜和纯铝的焊接，由于其焊接面均为平面，使得焊件焊 接不牢，使用中焊接面易断裂，尚不能达到理想的要求，只有理论上的认可，而没有实 质性的成熟工艺和应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于改进现有技术的上述不足，提供一种既保持了生产成 本低、易加工、使用寿命长等优点，又具备焊件焊接牢固，使用中焊接面不易断裂的摩 擦焊接黄铜铝组合接头。
本发明的一种摩擦焊接黄铜铝组合接头，包括黄铜焊件和纯铝焊件，其特征在于 黄铜焊件的一端沿轴线方向设有焊接凸缘，所述黄铜焊件与纯铝焊件摩擦焊接成完整的 黄铜铝组合接头，其纯铝焊件一端呈与焊接凸缘相吻合的焊接凹槽。
上述的焊接凸缘的端部直径大于焊接凸缘体的直径。
上述的黄铜为采用含铜量Cu60~63%、含铅量Pb《0.08%、含铁量Fe《0.15%、含 锌量Zn36.5 40.0o/o的普通黄铜。
上述的纯铝为L2纯铝。
本发明解决的另一个技术问题在于提供上述摩擦焊接黄铜铝组合接头的焊接方法。 本发明的黄铜铝组合接头的摩擦焊接方法，其特征在于其工艺步骤如下
(1) 将黄铜和纯铝型材下料、表面清洗、吹干烘燥，加工出黄铜焊件初坯和纯铝 焊件初坯；
(2) 把黄铜焊件初坯端面机加工出焊接凸缘；
(3) 把纯铝焊件初坯端面切削去氧化层加工出焊接平面；
(4) 摩擦焊接
a. 焊机工艺参数如下
1) 摩擦压力12~15KN;
2) —级摩擦时间25~35s;
3) 二级摩擦时间l~5s;
4) 主机转速350-450 r/min;
5) 摩擦顶锻压力20~20KN;
6) 顶锻保压时间2~5s;
b. 开动磨擦焊机，预热焊接夹具至10(TC以上，将黄铜焊件装入旋转夹具内，将纯 铝焊件装入移动夹具内，同时夹紧，通过黄铜焊接凸缘在移动的纯铝焊件焊接平面上的 不断压紧下的旋转摩擦，产生摩擦热，达到规定时间，高速旋转的夹具迅速停止旋转， 顶锻保压，然后取下焊接完整的黄铜铝组合接头，其焊接面为黄铜焊件一端的焊接凸缘， 以及纯铝焊件一端与黄铜焊接凸缘相吻合的焊接凹槽；
(5) 将悍件保温缓慢冷却。
上述的黄铜为含铜量Cu60~63%、含铅量Pb《0.08%、含铁量Fe《0.15%、含锌量 Zn36.5 40.0Q/。的普通黄铜加工材料，增加了材料的使用寿命，降低了成本。
上述的纯铝为L2纯铝。
上述的黄铜焊件和纯铝焊件的摩擦焊接面的加工，由配套的数控机床按焊接节拍同 步进行，实行边加工边焊接的工艺方法，主要是减少二种焊接材料焊接头的表面氧化或 二次污染，保证焊接性能。
上述(5)中所述焊件保温缓慢冷却为将焊件放于保温箱中，且冷却速度不大于每 小时6(TC的保温冷却，该过程可减少焊件冷却应力。
本发明的优点在于采用普通黄铜代替紫铜，通过相应的工艺改进，采用结构简单、 加工简便、成本低廉、适合大批量生产的方法，实现黄铜与纯铝的摩擦焊接，使焊接强 度和寿命达到规定的要求。且采用了对黄铜的摩擦端面焊前加工成凸缘形式，增加摩擦 焊接接触面，提高焊接强度。与现有技术相比本发明采用对焊接件焊后放于保温箱中缓 慢冷却，减少焊接应力，所得焊件具备高的抗拉强度和抗剪切强度。
图1为黄铜铝组合接头的黄铜焊件结构示意图。
图2为黄铜铝组合接头的纯铝焊件焊前结构示意图。
图3为黄铜铝组合接头的结构示意图。
图中所示1.黄铜焊件，2.焊接凸缘，2丄焊接凸缘体，2.2.焊接凸缘端部，3.纯 铝焊件，4.纯铝焊件焊接平面，5.黄铜铝组合接头。
具体实施例 实施例1
1. 选用普通黄铜加工成对边为38mm的正六角棒料，L2纯铝加工成的4>41mm的圆 棒料，表面清洗、吹干烘燥，去掉毛刺、氧化层；
2. 把黄铜棒料一端机加工出焊接凸缘；
3. 把L2纯铝棒料一端切削去氧化层加工出焊接平面；
4. 摩擦焊接 焊机各个参数如下
1) 摩擦压力13KN;
2) —级摩擦时间30s;
3) 二级摩擦时间2S;
4) 主机转速400r/min;
5) 摩擦顶锻压力25KN;
6) 顶锻保压时间4S;
开动摩擦焊机，将夹具预热到105'C，将黄铜焊件夹紧在旋转夹具上，将纯铝焊件
夹紧在移动夹具上，通过黄铜焊接凸缘在移动的纯铝焊件焊接平面上的不断压力下的旋 转摩擦，产生摩擦热，达到规定对间，高速旋转的夹具迅速停止旋转，顶锻保压，然后 取下焊接完整的黄铜铝组合接头将其放入保温箱中保温缓慢冷却，所谓的保温缓慢冷却 为现有技术保温冷却过程，此处不再详述，该技术应用于本发明的黄铜铝组合接头焊件 的冷却可以减少焊件的焊接应力，增加焊件强度。
焊接完整的黄铜铝组合接头，包括黄铜焊件1和纯铝焊件3， ^M^黄铜焊 件1的一端沿轴线方向设有焊接凸缘2，所述黄铜焊件1与纯铝焊件3摩擦焊接成完整 的黄铜铝组合接头5，其纯铝焊件3 —端呈与焊接凸缘2相吻合的焊接凹槽。
实施例2
使用的黄铜焊件是对边为30mm的正六角棒料，纯铝焊件为小35mm的纯铝圆棒料， 焊机的参数为
1) 摩擦压力12KN;
2) —级摩擦时间25s;
3) 二级摩擦时间1S;
4) 主机转速450r/min;
5) 摩擦顶锻压力20KN; 6)顶锻保压时间2s。
其它同实施例l。
实施例3
使用的黄铜焊件是对边为40mm的正六角棒料、纯铝焊件为小45mm的纯铝圆棒料，
焊机的参数为
1) 摩擦压力15KN;
2) —级摩擦时间35s;
3) 二级摩擦时间5s;
4) 主机转速350r/min;
5) 摩擦顶锻压力30KN;
6) 顶锻保压时间5s
其它同实施例l。
对上述实施例所得焊接组件，测定其抗拉强度》30MPa;抗剪强度》50MPa。可以 用于风力发电等设备的电源连接装置中的凹、凸接头组件使用。
本发明的上述实施例是对本发明的说明而不能用于限制本发明，与本发明的权利要
求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种摩擦焊接黄铜铝组合接头，包括黄铜焊件(1)和纯铝焊件(3)，其特征在于黄铜焊件(1)的一端沿轴线方向设有焊接凸缘(2)，所述黄铜焊件(1)与纯铝焊件(3)摩擦焊接成完整的黄铜铝组合接头(5)，其纯铝焊件(3)一端呈与焊接凸缘(2)相吻合的焊接凹槽。
2. 根据权利要求1所述的黄铜铝组合接头，其特征在于所述焊接凸缘端部(2.2) 直径大于焊接凸缘体(2.1)的直径。
3. 根据权利要求1所述的黄铜铝组合接头，其特征在于所述黄铜为采用含铜量 Cu60~63%、含铅量Pb《0.08。/。、含铁量Fe《0.15。/。、含锌量Zn36.5 40.0。/。的普通黄铜。
4. 根据权利要求1所述的黄铜铝组合接头，其特征在于所述纯铝为L2纯铝。
5. —种黄铜铝组合接头的摩擦焊接方法，其特征在于其工艺步骤如下(1) 将黄铜和纯铝型材下料、表面清洗、吹干烘燥，加工出黄铜焊件初坯和纯铝 焊件初坯；(2) 把黄铜焊件初坯端面机加工出焊接凸缘；(3 )把纯铝焊件初坯端面切削去氧化层加工出焊接平面；(4) 摩擦焊接a. 焊机工艺参数如下1) 摩擦压力12~15KN;2) —级摩擦时间25~35s;3) 二级摩擦时间l~5s;4) 主机转速350-450 r/min;5) 摩擦顶锻压力20-20KN;6) 顶锻保压时间2~5S;b. 开动磨擦焊机，预热焊接夹具至10(TC以上，将黄铜焊件装入旋转夹具内，将纯铝焊件装入移动夹具内，同时夹紧，通过黄铜焊接凸缘在移动的纯铝焊件焊接平面上的 不断压紧下的旋转摩擦，产生摩擦热，达到规定时间，高速旋转的夹具迅速停止旋转， 顶锻保压，然后取下焊接完整的黄铜铝组合接头，其焊接面为黄铜焊件一端的焊接凸缘，以及纯铝焊件一端与黄铜焊接凸缘相吻合的焊接凹槽；(5) 将焊件保温缓慢冷却。
6. 根据权利要求5所述的黄铜铝组合接头的摩擦焊接方法，其特征在于所述黄铜 为采用含铜量Cu60 63%、含铅量Pb《0.08%、含铁量Fe《0.15%、含锌量Zn36.5~40.0% 的普通黄铜。
7. 根据权利要求5述的黄铜铝组合接头的摩擦焊接方法，其特征在于所述纯铝为L2纯铝。
8. 根据权利要求5述的黄铜铝组合接头的摩擦焊接方法，其特征在于所述的黄铜 焊件和纯铝焊件的摩擦焊接面的加工，由配套的数控机床按焊接节拍同步进行，实行边 加工边焊接的方法。
9. 根据权利要求5述的黄铜铝组合接头的摩擦焊接方法，其特征在于(5)所述的 焊件保温缓慢冷却为将焊件放于保温箱中，且冷却速度不大于每小时6(TC的保温冷却。
全文摘要
本发明公开一种摩擦焊接黄铜铝组合接头及其焊接方法，黄铜铝组合接头包括纯铝焊件(3)和一端沿轴线方向设有焊接凸缘(2)的黄铜焊件(1)，所述黄铜焊件(1)与纯铝焊件(3)摩擦焊接成完整的黄铜铝组合接头(5)，其纯铝焊件(3)一端呈与焊接凸缘(2)相吻合的焊接凹槽。本发明的黄铜铝组合接头的焊接方法是将黄铜焊件一端加工成焊接凸缘，纯铝焊件焊接面加工成平面，设定摩擦焊机的工艺参数，预热焊机的夹具然后将黄铜焊件和纯铝焊件在焊机的夹具上夹紧，摩擦焊接，然后将焊接好的焊接组件放于保温箱中缓慢冷却。本发明解决了黄铜和钝铝的摩擦焊接技术，所得焊件强度可靠、性能稳定、成本低廉、适合批量生产。
文档编号B23K20/24GK101369688SQ200810121408
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月27日 优先权日2008年9月27日
发明者徐柏强, 毛朝中, 洪琪锋, 陈海卫 申请人:宁波市鄞州中天阀门有限公司