铜铝爆炸复合板过渡接头的制作方法
【专利摘要】铜铝爆炸复合板过渡接头涉及金属爆炸复合板，尤其是铜铝爆炸复合板过渡接头的制造方法。该方法包括铜与铝异种金属之间采用爆炸焊接工艺复合成型的方法和采用铜铝爆炸复合板制作铜铝材质过渡接头方法的十个步骤，铜与铝之间采用爆炸焊接复合成型，其复合界面属原子间冶金结合、界面电阻率低、复合率100％、接合强度不低于100Mpa，有效的克服了传统工艺制造此类配件时自身过渡电阻高、结合面强度低、易断裂、给设备和线路造成的诸多不利影响。本发明降低铜材消耗量80—90%、节省稀贵资源、成本低、成品率高、降低故障率，提高使用寿命、综合经济效益显著。本发明可广泛推广运用于电力输电、变电、电力设备及电解、氯碱、石油、化工等行业领域。
【专利说明】铜铝爆炸复合板过渡接头
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铜铝爆炸复合板，尤其是铜铝爆炸复合板过渡接头的制造方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力设备中铝材替代铜材的情况越来越多，出现铜铝间接触也大幅增多。这 些铜铝接触位置因腐蚀会造成接触不良、发热、打火花、电阻增加等不良情况，为此增加维 修次数，影响设备安全运行以至酿成设备事故。
[0003] 在电力及电力设备行业，传统的铜铝过渡连接主要是通过铜铝过渡板、铜铝过渡 线夹、铜铝接线端子及铜铝并沟线夹来实现。而所使用的这些传统的铜铝过渡板、铜铝过渡 线夹、铜铝接线端子及铜铝并沟线夹等的制造工艺中，其本身的铜铝连接方式，按传统工艺 水平只能采用冷轧、闪光焊、摩擦焊、钎焊及熔铸连接法实现，但是，这些传统的铜铝连接方 式接合面难以实现完全的冶金结合，废品率高、结合强度低、铜材消耗大，容易出现断裂现 象，并且会导致设备及输变电线路过渡电阻增高、故障率高等缺点。
[0004] 本 申请人:研发的用铜铝爆炸焊接复合板制作铜铝过渡接头可有效的解决上述这 些缺陷。因为采用铜铝爆炸焊接工艺得到的铜铝爆炸复合板其爆炸焊接的界面属原子间冶 金结合，因而其界面电阻小到可以忽略不计，性能非常稳定，并且结合强度高、铜材消耗小， 提高使用寿命、降低故障率。我国铜资源相对缺乏，开发出一种铜铝爆炸焊接复合板，再选 择采用铜铝爆炸焊接复合板制造电力及电力设备所需的铜铝过渡连接材料和配件，节省铜 资源，是目前最为先进的制造方法、具有重大经济价值。
[0005] 根据检索，国内尚未有与本发明相同的专利申请。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种采用铜铝爆炸焊接复合成型的铜铝爆炸复 合板制作铜铝爆炸复合板过渡接头的制造方法。
[0007] 本发明的技术方案是：本发明铜铝爆炸复合板过渡接头包括采用铜铝爆炸焊接复 合成型的铜铝爆炸复合板制作铜铝爆炸复合板过渡接头的制造方法，所述的制造方法包括 以下十个步骤： 所述的步骤一材料采购：复板为99.9%工业纯铜板，其厚度为1.5臟-2〇111111;基板为 99. 7%工业纯铝板，其厚度为6mm -100mm ;铜板与铝板的厚度比为1:4,或者根据铜铝复合 板材质的比例要求而改变原材料厚度比；基板长X宽尺寸为500mm X400mm，复板铜板在 长度与宽度方向四个边各加4 mm的切割余量； 所述的步骤二表面清理：用自动砂带式打磨机去除铜、铝板材复合表面的油污、杂质、 氧化层等，使得基板和复板露出洁净的接触表面；清理洁净后应对基板、复板进行必要的 校平，使基板、复板的不平度< 2 mm/m，以保证爆炸焊接时能精确控制焊接间隙，基板、复板 表面处理应在施行爆炸焊接前24h进行，否则板材会发生二次氧化； 所述的步骤三爆炸焊接： ① 爆炸焊接炸药准备：采用爆速为3600 m/s粉状乳化炸药加工业食盐制备爆炸焊接 炸药，其炸药/工业食盐比例为60:40、两者均匀混合、爆速为2300 m/s左右，焊接的整个过 程是在几个到几十个微秒的时间内完成的，两板之间的高压气体在高速排出的同时，与两 板之间的内表面相摩擦，将产生大量的摩擦热，两板之间的空气，由于复板的迅速下落而被 压缩，将产生压缩空气热，这些热量都是炸药所释放出来的机械能，通过这二种方式转化成 了热能，两板之间的热效应，对完成焊接起到了至关重要的作用；若爆速太高会影响基复板 之间空气排放时间过短、造成焊接不良，因此加入工业食盐合理降低爆速； ② 用0. 15-0. 2 mm厚度的紫铜片制成6mm高的金属支撑架备用； ③ 用装载机堆设50公分高的炮台，人工用锹进行炮台平整； ④ 将铝板放置在平整后的炮台上，并在铝板上均匀布置预制的紫铜支撑架； ⑤ 将铜板平放在紫铜支撑架上，并保证铜板长、宽方向均预留切割飞边余量； ⑥ 当进行上述工序后，进入装药过程，将除去结块的松散炸药缓慢地慢慢铺设在铜板 上，用刮药板刮平，测量炸药厚度保证在30mm的设计药厚左右；在铜板的中部设置起爆点， 在起爆点上放置直径< 30mm的粉状RDX或TNT炸药少许，作为起爆炸药； ⑦ 最后进行爆前检查，重新检查基板与复板的间隙是否满足设计要求，无关人员撤离 至安全地带、实施警戒，爆破员检查起爆线路，确认通畅后再连接电雷管，将其固定在复板 的起爆点，爆破员撤离现场，发出预警信号，最后按爆破安全操作规程起爆，爆破确认安全 后，才能进入现场检查焊后的复合板； 所述的步骤四超声波探伤：铜铝爆炸焊接后要进行焊接质量检查，用超声波探伤仪的 探头对铜铝爆炸复合板进行超声波探伤检查，重点检查起爆区、长板两端、四周易出现焊接 缺陷的区域，确定未复合区，以便后续挖补、堆焊； 所述的步骤五热处理：将爆炸焊接合格后的铜铝爆炸复合板表面清理干净，进入热处 理炉进行热处理，以消除爆炸焊接结合区的焊接应力，采用300°C _350°C加温，加温时间为 lh，然后在空气中冷却的热处理正火工艺； 所述的步骤六校平：经热处理后的铜铝爆炸复合板用七辊校平机对板材进行机械式 校平，不平度< 2 mm/m; 所述的步骤七二次超声波探伤：对热处理及校平后的铜铝爆炸复合板再进行一次超声 波探伤，能够达到100%结合，其结合强度经力学性能检测剪切强度150MPa以上，分离强度 120MPa以上，确认达到预期的复合质量； 所述的步骤八切割：由于边缘效应，铜铝爆炸复合板的四周边缘结合力较差，因此，校 平后的铜铝爆炸复合板使用锯床宽度方向两边各剪掉15mm，长度方向头尾各剪掉50mm，保 证整个板面有较强结合力，使最终铜铝爆炸复合板达到交货尺寸； 所述的步骤九抛光打磨：用水磨式自动打磨机对复合好的铜铝爆炸复合板表面进行抛 光，去除氧化皮及表面损伤； 所述的步骤十机械加工：将成品铜铝爆炸复合板进行机械加工，加工成客户所需各种 规格的铜铝爆炸复合板过渡接头，取成品高度为Amm铜铝爆炸复合板，用锯床把成品铜铝 爆炸复合板切割成宽度为B + (0. 20- 0. 30) mm的长条板，再用铣床将该长条板铣削成厚 度为C + (0.10 - 0.20)_的工件，最后用磨床将工件宽度、厚度四面磨削到位，即制作成 长X宽X厚=AXBXC的铜铝爆炸复合板过渡接头。
[0008] 本发明的有益效果是： ①本发明铜铝爆炸复合板过渡接头是采用铜铝爆炸焊接工艺生产的铜铝爆炸复合板 制作的铜铝爆炸复合板过渡接头，采用铜铝爆炸焊接先进工艺生产的铜铝爆炸复合板其爆 炸焊接的界面是原子间冶金结合，因而其界面电阻小到可以忽略不计，性能非常稳定，并且 结合强度高，废品率小于2%，采用铜铝爆炸复合板制作的铜铝爆炸复合板过渡接头其铜铝 结合强度高、性能稳定、提高使用寿命、降低故障率，有效的解决了采用传统工艺如冷轧、闪 光焊、摩擦焊、钎焊及熔铸连接法制作铜铝连接件所存在的废品率高、铜铝结合面结合强度 低、易断裂、接触不良、发热、打火花、电阻增加、故障率高等缺陷。
[0009] ②本发明铜铝爆炸复合板过渡接头采用爆炸焊接的先进工艺制作、铜材消耗小， 较之用传统工艺制作，铜材消耗量减少到原来的10%_20%，节省铜资源，我国铜资源相对缺 乏本发明具有重大经济价值。
[0010] ③本发明爆炸焊接复合板过渡接头可满足电力行业、电力设备大量铜铝过渡连接 材料和配件的需要，市场前景广阔、经济效益好。
[0011] 本发明可广泛推广运用于电力输电、变电、电力设备及电解、氯碱、石油、化工等行 业领域。
【具体实施方式】
[0012] 利用实施例对本发明作进一步说明。
[0013] 本发明铜铝爆炸复合板过渡接头有多种尺寸规格： 实施例1，铜铝厚度比为1:4,铜铝爆炸复合板过渡接头长X宽X厚=100X80X12的 制作方法 步骤一材料采购：复板为99. 9%工业纯铜板，508mm X 408mm X 20mm ;基板为99. 7%工业 纯铝板，500mm X400mmX80 mm，复板铜板在长度与宽度四个边各加4 mm的切割余量； 步骤二表面清理：在施行铜铝爆炸焊接前24h，用自动砂带式打磨机去除铜、铝板材复 合表面的油污、杂质、氧化层等，使基板和复板露出洁净的接触表面；清理洁净后对基板、 复板进行必要的校平，使基板、复板的不平度< 2 mm/m; 步骤三爆炸焊接： ① 爆炸焊接炸药准备：采用爆速为3600 m/s粉状乳化炸药加工业食盐制备爆炸焊接 炸药，其炸药/工业食盐比例为60:40、两者均匀混合、爆速为2300 m/s左右； ② 用0. 15-0. 2 mm厚度的紫铜片制成6mm高的金属支撑架备用； ③ 用装载机堆设50公分高的炮台，人工用锹进行炮台平整； ④ 将铝板放置在平整后的炮台上，并在铝板上均匀布置预制的紫铜支撑架； ⑤ 将铜板平放在紫铜支撑架上，并保证铜板长、宽方向均预留切割飞边余量； ⑥ 当进行上述工序后，进入装药过程，将除去结块的松散炸药慢慢铺设在铜板上，用刮 药板刮平，测量炸药厚度保证在45mm的设计药厚左右；在铜板的中部设置起爆点，在起爆 点上放置直径< 30mm的粉状黑索金或TNT炸药少许，作为起爆炸药； ⑦ 最后进行爆前检查，重新检查基板与复板的间隙是否满足设计要求，无关人员撤离 至安全地带、实施警戒，爆破员检查起爆线路，确认通畅后再连接电雷管，将其固定在复板 的起爆点，爆破员撤离现场，发出预警信号，最后按爆破安全操作规程起爆，爆破确认安全 后，才能进入现场检查焊后的复合板； 步骤四超声波探伤：铜铝爆炸焊接后用超声波探伤仪的探头对铜铝爆炸复合板进行超 声波探伤检查，重点检查起爆区、长板两端、四周易出现焊接缺陷的区域，确定未复合区，以 便后续挖补、堆焊； 步骤五热处理：将爆炸焊接合格后的铜铝爆炸复合板表面清理干净，进入热处理炉采 用300°C -350°C加温，加温时间为lh，然后在空气中冷却的热处理正火工艺； 步骤六校平：经热处理后的铜铝爆炸复合板用七辊校平机对板材进行机械式校平，不 平度彡2 mm/m ; 步骤七二次超声波探伤：对热处理及校平后的铜铝爆炸复合板再进行一次超声波探 伤，能够达到100%结合，其结合强度经力学性能检测剪切强度186MPa，分离强度135MPa，确 认达到预期的复合质量； 步骤八切割：铜铝爆炸复合板的四周边缘结合力较差，因此，校平后的铜铝爆炸复合板 使用锯床宽度方向两边各剪掉15mm，长度方向头尾各剪掉50mm，保证整个复合板面有较强 结合力； 步骤九抛光打磨：用水磨式自动打磨机对复合好的铜铝爆炸复合板表面进行抛光，去 除氧化皮及表面损伤，即得到成品铜铝爆炸复合板； 步骤十机械加工：取成品高度A为100mm铜铝爆炸复合板，用锯床把成品铜铝爆炸复合 板切割成宽度B为80 + (0. 20- 0. 30)mm的长条板，再用铣床将该长条板铣削成厚度C为 12 +(0.10 - 0.20)_的工件，最后用磨床将工件宽度、厚度四面磨削到位，即制作成长X 宽X厚=100X80X12的铜铝爆炸复合板过渡接头。
[0014] 实施例2,铜铝厚度比为1:5,铜铝爆炸复合板过渡接头长X宽X厚=60X40X8 的制作方法 步骤一材料采购：复板为99. 9%工业纯铜板，520mm X420mmX 10mm ;基板为99. 7%工业 纯铝板，500mm X400mmX50 mm，复板铜板在长度与宽度四个边各加10mm的切割余量； 步骤二表面清理：在施行铜铝爆炸焊接前24h，用自动砂带式打磨机去除铜、铝板材复 合表面的油污、杂质、氧化层等，使基板和复板露出洁净的接触表面；清理洁净后对基板、 复板进行必要的校平，使基板、复板的不平度< 2 mm/m; 步骤三爆炸焊接： ① 爆炸焊接炸药准备：采用爆速为3600 m/s粉状乳化炸药加工业食盐制备爆炸焊接 炸药，其炸药/工业食盐比例为60:40、两者均匀混合、爆速为2300 m/s左右； ② 用0. 15-0. 2 mm厚度的紫铜片制成6mm高的金属支撑架备用； ③ 用装载机堆设50公分高的炮台，人工用锹进行炮台平整； ④ 将铝板放置在平整后的炮台上，并在铝板上均匀布置预制的紫铜支撑架； ⑤ 将铜板平放在紫铜支撑架上，并保证铜板长、宽方向均预留切割飞边余量； ⑥ 当进行上述工序后，进入装药过程，将除去结块的松散炸药慢慢铺设在铜板上，用刮 药板刮平，测量炸药厚度保证在35_的设计药厚左右；在铜板的中部设置起爆点，在起爆 点上放置直径< 30mm的粉状黑索金或TNT炸药少许，作为起爆炸药； ⑦ 最后进行爆前检查，重新检查基板与复板的间隙是否满足设计要求，无关人员撤离 至安全地带、实施警戒，爆破员检查起爆线路，确认通畅后再连接电雷管，将其固定在复板
【权利要求】
1. 一种铜铝爆炸复合板过渡接头，其特征在于：该铜铝爆炸复合板过渡接头包括采用 铜铝爆炸焊接复合成型的铜铝爆炸复合板制作铜铝爆炸复合板过渡接头的制造方法，所述 的制造方法包括以下十个步骤： 所述的步骤一材料采购：复板为99. 9%工业纯铜板，其厚度为1. 5mm-20mm ;基板为 99. 7%工业纯铝板，其厚度为6mm -100mm ;铜板与铝板的厚度比为1:4,或者根据铜铝复合 板材质的比例要求而改变原材料厚度比；基板长X宽尺寸为500mm X400mm，复板铜板在 长度与宽度方向四个边各加4 mm的切割余量； 所述的步骤二表面清理：用自动砂带式打磨机去除铜、铝板材复合表面的油污、杂质、 氧化层等，使得基板和复板露出洁净的接触表面；清理洁净后应对基板、复板进行必要的 校平，使基板、复板的不平度< 2 mm/m，以保证爆炸焊接时能精确控制焊接间隙，基板、复板 表面处理应在施行爆炸焊接前24h进行，否则板材会发生二次氧化； 所述的步骤三爆炸焊接： ① 爆炸焊接炸药准备：采用爆速为3600 m/s粉状乳化炸药加工业食盐制备爆炸焊接 炸药，其炸药/工业食盐比例为60:40、两者均匀混合、爆速为2300 m/s左右； ② 用0. 15-0. 2 mm厚度的紫铜片制成6mm高的金属支撑架备用； ③ 用装载机堆设50公分高的炮台，人工用锹进行炮台平整； ④ 将铝板放置在平整后的炮台上，并在铝板上均匀布置预制的紫铜支撑架； ⑤ 将铜板平放在紫铜支撑架上，并保证铜板长、宽方向均预留切割飞边余量； ⑥ 当进行上述工序后，进入装药过程，将除去结块的松散炸药缓慢地慢慢铺设在铜板 上，用刮药板刮平，测量炸药厚度保证在30mm的设计药厚左右；在铜板的中部设置起爆点， 在起爆点上放置直径< 30mm的粉状RDX或TNT炸药少许，作为起爆炸药； ⑦ 最后进行爆前检查，重新检查基板与复板的间隙是否满足设计要求，无关人员撤离 至安全地带、实施警戒，爆破员检查起爆线路，确认通畅后再连接电雷管，将其固定在复板 的起爆点，爆破员撤离现场，发出预警信号，最后按爆破安全操作规程起爆，爆破确认安全 后，才能进入现场检查焊后的复合板； 所述的步骤四超声波探伤：铜铝爆炸焊接后要进行焊接质量检查，用超声波探伤仪的 探头对铜铝爆炸复合板进行超声波探伤检查，重点检查起爆区、长板两端、四周易出现焊接 缺陷的区域，确定未复合区，以便后续挖补、堆焊； 所述的步骤五热处理：将爆炸焊接合格后的铜铝爆炸复合板表面清理干净，进入热处 理炉进行热处理，以消除爆炸焊接结合区的焊接应力，采用300°C -350°C加温，加温时间为 lh，然后在空气中冷却的热处理正火工艺； 所述的步骤六校平：经热处理后的铜铝爆炸复合板用七辊校平机对板材进行机械式 校平，不平度< 2 mm/m; 所述的步骤七二次超声波探伤：对热处理及校平后的铜铝爆炸复合板再进行一次超声 波探伤，能够达到100%结合，其结合强度经力学性能检测剪切强度150MPa以上，分离强度 120MPa以上，确认达到预期的复合质量； 所述的步骤八切割：由于边缘效应，铜铝爆炸复合板的四周边缘结合力较差，因此，校 平后的铜铝爆炸复合板使用锯床宽度方向两边各剪掉15mm，长度方向头尾各剪掉50mm，保 证整个板面有较强结合力，使最终铜铝爆炸复合板达到交货尺寸； 所述的步骤九抛光打磨：用水磨式自动打磨机对复合好的铜铝爆炸复合板表面进行抛 光，去除氧化皮及表面损伤； 所述的步骤十机械加工：将成品铜铝爆炸复合板进行机械加工，加工成客户所需各种 规格的铜铝爆炸复合板过渡接头，取成品高度为Amm铜铝爆炸复合板，用锯床把成品铜铝 爆炸复合板切割成宽度为B + (0. 20- 0. 30) mm的长条板，再用铣床将该长条板铣削成厚 度为C + (0.10 - 0.20)_的工件，最后用磨床将工件宽度、厚度四面磨削到位，即制作成 长X宽X厚=AXBXC的铜铝爆炸复合板过渡接头。
【文档编号】B23K20/08GK104057200SQ201410303527
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】王雄, 阚立贵, 铀铀 申请人:湖北金兰特种金属材料有限公司