专利名称：高性能导电杆的固态焊接制造方法
技术领域：
本发明属于装备制造技术领域，特别涉及高压输配电高性能导电杆的先进制造技术。
背景技术：
导电杆是高压输配电装备中，用以传递高压电网母线强大电流的器械。其典型 特征是，由锻铝LD^S接头、管体和导体三部分组成，为降低高压电网运行过程中的电能损 耗(压降过大)，要求接头和导体镀银后再与管体两端分别焊接，焊接接头的电阻率不大于 3. 7 X lO—7 Q m，拉伸强度不低于270MPa。 公知的导电杆采用熔化焊接成型。焊前将接头、导体和管体两端加工成具有特定 形状尺寸的坡口，然后采用气体保护熔化焊(MIG)多次重复焊接熔敷。此间，锻铝1ACS 产生了局部熔化，焊缝是经历了熔化/结晶过程的铸造组织，致密度较小，气孔和非金属夹 杂之类的冶金缺陷增多。这使电阻率往往大于3. 7X 10—7Q m ;MIG电弧中心温度可达到 3X 104°C以上，这不仅使焊接接头中的过烧组织增多，拉抻强度因而仅有186MPa左右，而且 使接头和导体上的镀银层与锻铝LD2CS基体剥离。导电杆的节能降耗高性能因而失缺。
发明内容
为了克服采用MIG制造导电杆时，带来的焊接接头电阻率较大，拉伸强度不高以 及镀银层脱落，难以赋于导电杆节能降耗的高性能等弊端，本发明提供一种高性能导电杆 的固态焊接方法。其具体技术方案是使接头或导体的转动与管体的平动的交织满足动量 矩守恒，借助接头或导体与管体端面之间产生的机械摩擦热和塑性变形(热力耦合)而实 现焊接。包括以下步骤 1)将接头，导体和管体两端加工成管/管平对接形状，并将接头和导体镀银。
2)将接头或导体在摩擦焊机旋转夹具中夹紧，而将管体在移动夹具中夹紧。
3)根据锻铝LD2CS的热物理特性和导电杆结构尺寸，确定摩擦速度，摩擦压力，摩 擦加热时间，顶锻压力及其保持时间等焊接工艺参数，经由可编程控制器(PLC)，将接头或 导体与管体的一端焊接在一起。 4)采用完全相同的焊接工艺参数，将接头或导体与管体的另一端焊接在一起。从 而实现高性能导电杆的固态焊接。 本发明的有益效果是固态焊接工艺参数的热力耦合作用决定了导电杆焊接面温 度在370°C 500。C之间(锻铝LD2CS的熔点Tm为630°C 655°C )，因而固态焊接时锻铝 LD2CS并不熔化，焊接接头为发生了动态再结晶的锻造组织，晶粒比母材的细小，结构较母 材的致密。焊接接头的电阻率因而由MIG焊时的6. 7X10—7Q .m降低至8. 1X10—8Q ^左 右，拉伸强度由186MPa提高到290MPa ;固态焊接过程对接头和导体的镀银层无干涉，从而 保证了导电杆的高性能；因为固态焊接是以旋转和直线运动的焊件在瞬间的精准交织产生 的动量矩或热力耦合作为焊接能量的输运形式，因而导电杆的焊接时间在15s左右，其生
3产效率是MIG焊接(以长时间重复加热作为焊接能量输入形式)的10 50倍。另外，固 态焊接时不需要焊丝和保护气体等辅助焊接材料，无辐射和熔化金属粉尘等污染，使导电 杆制造成为高效节能环保的先进制造技术。 下面结合接头和导体焊前镀银的锻铝LD^S导电杆的制造，对本发明进一步说明。
具体实施例方式
实施例l 110KVA高压电网的高性能导电杆。外径①90，长度534mm。固态焊工艺
参数，摩擦速度950rpm 1050rpm，摩擦压力20MPa 25MPa，摩擦时间6s 8s。顶锻
压力85MPa 95MPa，顶锻保压时间4s 6s。在C200型摩擦焊机上，将接头或导体在旋
转夹具中夹紧，将管体在移动夹具中夹紧，由PLC控制焊接程序。 焊后检测镀银层完好，焊接接头电阻率8.8X10—8Q "m，拉伸强度301MPa。 实施例2 330KVA高压电网的高性能导电杆。外径①125，长度762mm。固态焊工
艺参数，摩擦速度1000rpm 1100rpm，摩擦压力18MPa 23MPa，摩擦时间7s 9s，顶
锻压力80MPa 90MPa，顶锻保压时间5a 7s。在C400型摩擦焊机上，将接头或导体在
旋转夹具中夹紧，将管体在移动夹具中夹紧，由PLC控制焊接程序。 焊后检测镀银层完好，焊接接头电阻率7. 8X10—8 Q m，拉伸强度295MPa。 实施例3 550KVA高压电网的高性能导电杆。外径①165，长度1062mm，固态焊工
艺参数，摩擦速度1050rpm 1150rpm，摩擦压力16MPa 20MPa，摩擦时间8s 10s，顶
锻压力75MPa 85MPa，顶锻保压时间6s 8s。在C600型摩擦焊机上，将接头或导体在
旋转夹具中夹紧，将管体在移动夹具中夹紧，由PLC控制焊接程序。 焊后检测镀银层完好，焊接接头电阻率6. 1X10—8 Q m，拉伸强度307MPa。
权利要求
高性能导电杆的固态焊接方法，是以旋转和直线运动的焊件瞬间精准交织时产生的动量矩和热力耦合作为焊接能量的输运形式，确保锻铝LD2CS在不产生局部熔化的条件下实现焊接。包括以下步骤1)将接头、导体和管体的两端加工成管/管平对接形式，交将接头和导体镀银。2)将接头或导体夹持在摩擦焊机旋转夹具中，而将管体夹持在移动夹具中。3)根据导电杆材料的热物理参数和具体结构尺寸，确定摩擦速度，摩擦压力，摩擦加热时间，顶锻压力及其保压时间等固态焊接工艺参数，经由PLC，将接头或导体与管体的一端焊接在一起。4)采用上述参数，将接头或导体与管体的另一端将接在一起。
全文摘要
本发明公开了一种高性能导电杆的固态焊接制造方法。使锻铝LD2CS焊接接头的电阻率由熔化焊时的6.7×10-7Ω·m降低到8.1×10-8Ω·m左右，拉伸强度由186MPa提高到290MPa左右，焊接过程对镀银层无干涉。生产效率是MIG焊时的10～50倍。是以旋转和移动焊件瞬间精准交织所产生的动量矩或热力耦合作为焊接能量的形式，因而没有其它能源和辅助材料消耗，没有污染，是一优质高效节能环保的产业技术。高压输配电导电杆固态焊接的参数，摩擦速度950rpm～1150rpm，摩擦压力16MPa～25MPa，摩擦时间6s～10s，顶锻压力75MPa～95MPa，保压时间4s～8s，在摩擦焊机上，将导电杆的接头或导体在旋转夹具中夹紧，将管体在移动夹具中夹紧，由PLC实现先进制造技术操作。
文档编号B23K20/12GK101740987SQ20081023219
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月10日 优先权日2008年11月10日
发明者刘锋, 朱玲, 王忠平, 程立宏 申请人:陕西博德机电装备制造有限公司