专利名称：生产铜包铝线的包覆焊接装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到铜包铝线的包覆焊接装置，属于复合导线的包覆领域。
复合导线是在芯线上包覆一层异种金属，使之兼备芯线与包覆金属特性的一种线材。铜包铝线就是在铝芯线表面包覆一层铜的复合导线。这种导线不仅在高频传输中电阻小，而且重量轻，质地软，成本低。制造铜包铝线的一个关键技术问题就是在铝芯线表面均匀地包覆一层铜的工艺方法，常见的是采用电镀法，在铝芯线的表面镀一层铜，其中最典型的就是中国专利局90年8月22日公开的一种由林美美提出的名称为“铝芯铜线之制造方法暨其产品”的专利申请，其申请号为8910444.6。这种方法，虽较好的达到了铝芯线外面包覆铜的目的，但有三个主要缺点，①生产速度太慢，不能满足高速发展的社会需求，浪费时间和能源；②镀层性能较硬，导线经弯曲后铜层容易开裂，③电镀液处理不当会污染环境。
美国德州仪器公司(TEXAS INSTRUMENTS INC)曾生产一种铜包铝线，其方法是将铜带包夹于铝芯线外加工制成的。但是，铜带包夹于铝芯线后，必须将两侧边对接在一起而形成的多余突起毛边切除，这就增加了工时和成本，并由于加工制造是在空气介质中进行的，铜与铝被氧化，而影响到两者的金属结合，降低产品的导电率，因此，这种方法也未能得到广泛的应用。分析其原因，是由于用这种方法制作铜包铝线的设备未能满足生产工艺的要求。
本实用新型的目的是要克服已有技术①生产所需要的时间长，②成本费用大，③铜包铝线因氧化而影响两者结合，④对环境有污染的不足，并提供一种使包覆的铜层不带毛边，并能防止铜与铝在包覆和焊接过程中被氧化，从而提高生产效率、改善导电性能的生产铜包铝线的包覆焊接装置，特提出本实用新型的技术解决方案。
本实用新型所提供的生产铜包铝线的包覆焊接装置的基本构思是将经过前处理的铜带与铝芯线在进入包覆焊接装置后就处于惰性气体的保护之中，铜带在逐步成型形成圆管的过程中，将铝芯线包覆。同时采用钨极惰性气体保护焊，将不断向前运动的包覆着铝芯线的铜管纵缝焊接起来，形成具有均匀包覆层的铜包铝线的坯线。这种坯线经过随后的拉伸工序，而获得铜与铝能实现金属间结合的并具有一定直径的铜包铝线，再通过其后序的热处理工艺赋予成品所需的电气性能和力学性能。
本实用新型所设计的一种生产铜包铝线的包覆焊接装置，是由工作台[4]、减速箱[15]、包覆机构、坯线缠绕机构和控制机构所构成，其特征在于设计在工作台[4]面上，并沿进料口[18]到出坯口[3]的中心连线[21]方向的包覆机构，是由数对多级垂直成型滚轮[12]和数对多级水平成型滚轮[11]构成，各对垂直和水平成型滚轮的轴线在空间成垂直交叉，其型腔的中心位置，应与从进料口[18]到出坯口[3]的中心连线[21]相重合；由焊机[2]和焊矩[5]所组成的惰性气体保护焊接机构，其焊矩[5]设计在从进料口[18]到出坯口[3]的中心连线[21]的上方，处于两相临水平成型滚轮[11]之间位置；焊矩[5]及从焊矩[5]到进料口[18]处的垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]，均处于惰性气体保护箱[16]内并呈相间分布，从焊矩[5]到出坯口[3]处的垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]也呈相间分布；处于惰性气体保护箱[16]内的垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]，从进料口[18]开始，各级成型滚轮[12，11]的型面，其曲率半径是逐级减小的，而处于惰性气体保护箱[16]外面(即从焊矩[5]到出坯口[3]处)的垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]，各级成型滚轮的型面，其曲率半径是相同的半圆；铜带[19]和铝芯线[20]在通过各级成型滚轮的型腔中进行包覆和焊接及其随后的缠绕过程中，铜包铝线的坯线[22](经过焊接后的铜带和铝芯线称为坯线[22]，下同)的中心，始终处于从进料口[18]到出坯口[3]的中心连线[21]上。
本实用新型的进一步特征在于在进料口[18]端有数对多级垂直成型滚轮[12]的型面是凸凹状结构，其上垂直成型滚轮[23]呈凸面，并在其凸面上环绕圆周方向，还开有比铝芯线[20]直径略大的凹槽[25]，而下垂直成型滚轮[24]的型面呈凹面，其曲率半径大于铝芯线的曲率半径；排列在具有凸凹状型面结构的垂直成型滚轮[12]后面的是具有数对其型面是双凹面结构的垂直成型滚轮[12]，其上垂直成型滚轮[23]的型面呈比铝芯线[20]半径略大的环圆周方向的凹面，而下垂直成型滚轮[24]的型面，也呈与上垂直成型滚轮[23]的型面的曲率半径相同的凹面；这种具有双凹型面结构的数对垂直成型滚轮[12]，其上垂直成型滚轮[23]是由左片[26]，右片[27]和被夹持在中间的隔片[28]所组成，而隔片[28]的厚度是向着靠近焊矩[5]的垂直成型滚轮[12]的级别逐级减薄，以保证铜带[19]在焊接前其两边的对缝缝隙[29]始终处于与焊矩[5]相对应的正上方，并使缝隙[29]逐级减小，隔片[28]的外径应大于上垂直成型滚轮[23]凹面处最小的外径尺寸；在焊矩[5]前一级的垂直成型滚轮[12]及其焊矩[5]后面(处于惰性气体保护箱[16]外)的各级垂直成型滚轮[12]，其上、下滚轮的型面的曲率半径均是略大于铜包铝坯线[22]外径曲率半径的半圆；水平成型滚轮[11]从进料口[18]开始，有数对其型面结构是一种具有不同曲率半径的异型结构面的凹面，各级水平成型滚轮[11]的型面的曲率半径也是逐级减小的，以使在前一级垂直成型滚轮[12]成型的铜带[19]从横向逐级向铝芯线[20]收拢，是对垂直成型滚轮[12]成型的一种辅助，通过这种辅助加工，能使铜带[19]顺利地进入下一个(级)垂直成型滚轮[12]；处于数对具有异型结构型面的水平成型滚轮[11]，在其后面的各级水平成型滚轮[11]，其型面均为曲率半径略大于铜包铝坯线外径曲率半径的半圆；各级水平成型滚轮[11]的左、右两滚的型面形状均是对称的。
本实用新型所设计的由各对多级垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]所形成的型腔使铜带逐步变形，直至形成圆管状，为了使铝芯线能随铜带同步移动，并逐步被包覆在铜管中，在铜管形成之前的几对垂直成型滚轮[12]的上垂直成型滚面的凸面上，环其圆周方向加工有略大于铝芯线[20]直径的凹槽[25]，而水平成型滚轮[11]，其型面则加工成一种较大的异型结构面的凹面，这样，在铜带[19]成型过程中，铝芯线[20]处在垂直成型轮[12]的凹槽[25]内，和处于水平成型轮[11]的宽敝的异型结构的型腔内，而在随之与铜带[19]一起移动中，由于随后的各级垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]，其型腔(面)曲率半径的逐级减小，以及垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]的型腔在焊接前均变为圆形，其曲率半径也相同，并且该曲率半径均略大于铜包铝坯线[22]外径的曲率半径，所以，铝芯线逐步被铜带所包覆，在隔片[28]的作用下，在铜包铝坯线[22]的上方留下一条纵向的铜带两边的对接缝隙[29]。为了能把这条缝隙[29]焊透并没有错缝现象，必须在焊接前，以最后一级垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]的型腔其曲率半径相同，并同时大于铜包铝坯线[22]外径的曲率半径是必要的，这条缝隙[29]的尺寸应为0.1～0.2mm的范围。为了在焊接过程中，其热量不至于使铝芯线[20]熔化，还必须保证铜管[19]和铝芯线[20]在成为坯线[22]之后，其最大间隙[30]应为0.3～0.4mm。
经过焊接后的铜包铝坯线[22]具有均匀的包覆层，再经过几道垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]的精整作用，使坯线形成光滑的圆管状，缠绕在收线盘[1]上，这是铜包铝线的坯线[22]产品，它在随后的多道拉伸工序中，使铜管[19]与铝芯线[20]形成金属间结合，再经过热处理工序便达到了满足不同直径要求的并具有所需要的电气性能和力学性能的铜包铝线了。
本实用新型的主要优点是①因为是用焊接方法将包覆铝芯线后的铜管对接纵缝焊成平滑焊缝，所以对接处没有突起的毛边，不需增加切边工序，②由于铜带和铝芯线是在惰性气体保护箱内进行包覆焊接的，所以可防止金属氧化，有利于铜和铝的金属结合；③另外，由于薄铜管极易熔化焊接，因而焊接速度很快，从而提高了生产效率；④费用低，无污染。
以下结合附图，进一步说明本实用新型的具体细节。
图1是本实用新型所设计的一种生产铜包幅线的包覆焊接装置的俯视结构示意图。
在包覆焊接装置的工作台[4]面的一端(称为前端)，设计有铜带[19]和铝芯线[20]的进料口[18]，在其另一端(称为后端)设计有铜包铝坯线的出坯口[3]，对着出坯口[3]安设有坯线[22]收线盘[1]，收线盘可自行调速，使其圆周速度与铜包铝坯线[22]的移动速度相一致。铜带和铝芯线从进料口[18]到出坯口[3]，在通过数对多级垂直成型滚轮[12]和与其相间分布的数对多级水平成型滚轮[11]的成型过程中，始终保持一条直线，即铜包铝坯线[22]与各级成型滚轮[12，11]的型腔及进料口[18]到出坯口[3]的中心连线[21]是重合的。其焊矩[5]被设计在两个相临的水平成型滚轮[11]的铜包铝坯线[22]的上部，焊矩[5]及其到进料口[18]处的各级垂直成型滚轮[12]和各级水平成型滚轮[11]，都处在被密封的惰性气体保护箱[16]内。垂直成型滚轮[12]安设在轴承支座[13]上，通过电机[17]、传动轴[14]、减速箱[15]和万向轴的连接机构[10]所带动。电焊机[2]设计在工作台[4]的一侧，通过焊接电缆[6]与焊矩[5]相接，惰性气体瓶[9]通过保护气体管道[7]与焊矩[5]及惰性气体保护箱[16]相通。整个设备的控制是通过控制箱[8]来完成的。
为了说明各级成型滚轮[12、11]的结构形状，在该图上示出了A-A，B-B，C-C，D-D，E-E，F-F，G-G，H-H断面符号，并以箭头符号示出进料方向和出坯方向。
图2是
图1的H-H垂直成型滚轮[12]包覆时的断面结构示意图，是本实用新型在进料口处所设计的第一级垂直成型滚轮[12]。
第一级垂直成型滚轮是由上垂直成型滚轮[23]和下垂直成型轮[24]所组成，其轴线相互平行，它们均与从进料口到出坯口所连的中心连线呈空间垂直交叉。上垂直成型滚轮[23]的型面设计成凸面结构，其凸面弧度的曲率半径与下垂直成型滚轮[24]的凹面的曲率半径相等，在上垂直成型滚轮[23]凸面的中部，环绕圆周方向开有比铝芯线[20]直径略大的凹槽[25]，包覆时铜带[19]处于上、下垂直成型滚轮型面的中间，而铝芯线[20]则处于凹槽[25]内。
图3是
图1的F-F垂直成型滚轮[12]包覆时的断面结构示意图，是本实用新型所设计的第二级垂直成型滚轮[12]。
图中符号均同图2，所不同的是上垂直成型滚轮[23]的凹槽[25]呈圆弧形，其曲率半径略大于铝芯线[20]的半径，其凸面的曲率半径仍与下垂直成型滚轮[24]型面的曲率半径相等。但与
图1所示的第一级垂直成型滚轮相比，该曲率半径要相对减小，在两型面之间是已成弧形的铜带[19]。
图4是
图1的C-C垂直成型滚轮[12]包覆时的断面结构示意图，是本实用新型所设计的第五级垂直成型滚轮[12]。
该垂直成型轮的特点在于，其上垂直成型滚轮是由三片组成，即由左片[26]、右片[27]和被夹在其中间的隔片[28]所组成。隔片[28]是一个环形片，它的外径大于由该三片组成的上垂直成型滚轮外径的最小距离，即隔片[28]的外边缘凸出在圆形的型腔中，包覆时，该凸出型腔部分正好处在包覆铝芯线[20]的铜管[19]两对接边中间。
图5是
图1的B-B垂直成型滚轮[12]包覆时的断面结构示意图，是本实用新型所设计的第六级垂直成型滚轮[12]，也是在焊接前最后一级垂直成型滚轮。
该图的特点是上、下垂直成型滚轮[23，24]的型面均呈相等的半圆形，其曲率半径略大于铜包铝坯线的外径，铜管[19]的上部纵向留有缝隙，并且，铜管[19]与铝芯线[20]间有一定的间隙。
图6是
图1的G-G水平成型滚轮[11]包覆时的断面结构示意图，是本实用新型所设计的第一级水平成型滚轮[11]。
其特殊之处是具有异型结构的型面，而且，其型面是一个凹面，左、右两轮是对称的。经过水平成型滚轮[11]后，将前一级由垂直成型滚轮所包覆的铜带[19]向外张开的部分经过水平成型滚轮后进一步向铝芯线[20]方向收拢。
图7是
图1的E-E水平成型滚轮[11]包覆时的断面结构示意图，是本实用新型所设计的第二级水平成型滚轮[11]。它仍是一个具有异型结构凹面的型面，与第一级水平成型轮相比较，其型面的曲率半径减小了，其他符号同图6。
图8是
图1的D-D水平成型滚轮[11]包覆时的断面结构示意图，是本实用新型所设计的第三级水平成型滚轮[11]。也是一个具有异型结构凹面的型面，符号同图6。与图7不同之处是型面的曲率半径更小了。
图9是
图1的A-A铜包铝坯线[22]的断面结构示意图，该图明显示出铜管[19]在包覆铝芯线[20]后，两者之间留有间隙[30]。
图10是铜包铝坯线在焊接时铜管[19]的对接边处所留有的缝隙[29]以及铜管[19]与铝芯线[20]在缝隙[29]处所留有的间隙[30]，是最大的间隙。
本实用新型的具体实施步骤如下第一步确定坯料尺寸。供电视电缆用的铜包铝坯线[22]，外径为8mm。经计算采用厚度为0.3mm，宽度为25mm的铜带和直径为7mm的铝芯线。
第二步选(设计)成型滚轮。根据铜包铝坯线[22]的外径及铝芯线[20]的直径设计和加工垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]的形状和尺寸，取第一级垂直成型滚轮[12]其上垂直成型滚轮[23]的凸面曲率半径为46.6mm和3.6mm，凸面宽为22.7mm，下垂直成型滚轮[24]的凹面深度为6mm，宽度为25.5mm，曲率半径为65mm和4mm，第一级水平成型滚轮[11]的异型凹面的曲率半径为15mm和4mm，以后各级均逐级减小(略)。
第三步送料加工。将经过前处理的铜带[19]及放在其上面的铝芯线[20]的端头从进料口[18]送入惰性气体保护箱内的第一级垂直成型滚轮[12]，此时，铝芯线处于上垂直成型滚轮的凹槽[25]内，而铜带则处在上垂直成型滚轮型面与下垂直成型滚轮型面之间被成型，在垂直成型滚轮的带动下，铜带与铝芯线便进入第一级水平成型滚轮，经它的辅助成型后，便可顺利地进入第二级垂直成型滚轮的型腔内……。在各级垂直成型滚轮的带动下，由控制箱控制其移动速度和焊接规范，再经精整和缠绕，便完成铜包铝坯线[22]的包覆和焊接。随后，再将铜包铝坯线[22]经过拉拔和热处理工序而成为铜包铝线的成品。
权利要求1.生产铜包铝线的包覆焊接装置，是由工作台[4]、减速箱[15]、包覆机构、坯线缠绕机构和控制机构所构成，其特征在于a)设计在工作台[4]面上，并沿进料口[18]到出坯口[3]的中心连线[21]方向的包覆机构，是由数对多级垂直成型滚轮[12]和数对多级水平成型滚轮[11]构成，该两种成型滚轮的轴线，在空间成垂直交叉，其型腔的中心位置，应与进料口[18]到出坯口[3]的中心连线[21]相重合，b)由焊机[2]和焊矩[5]所组成的惰性气体保护焊接机构，其焊矩[5]设计在由进料口[18]到出坯口[3]的中心连线[21]的上方位置，于两个相临的水平成型滚轮[11]之间，c)焊矩[5]及从焊矩[5]到进料口[18]处的垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]均处于惰性气保护箱[16]内，并成相间分布，从焊矩[5]到出坯口[3]的垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]也呈相间分布，d)处于惰性气体保护箱[16]内的垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]从进料口[18]开始，各级成型滚轮的型面，其曲率半径是逐级减小的，而处于惰性气体保护箱[16]外面(即从焊矩[5]到出坯口[3]处)的垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11]的型面的曲率半径是相同的半圆，e)铜带[19]和铝芯线[20]在通过各级成型滚轮的型腔中进行包覆和焊接及随后的缠绕过程中，铜包铝线的坯线[22]的中心，始终处于从进料口[18]到出坯口[3]的中心连线[21]上。
2.根据权利要求1所述的生产铜包铝线的包覆焊接装置，其特征在于在进料口[18]端设计的数对多级垂直成型滚轮[12]的型面，是凸凹状结构，其上垂直成型滚轮[23]的型面呈凸面，并在其凸面上环绕圆周还开有比铝芯线[20]直径略大的凹槽[25]，而下垂直成型滚轮[24]的型面呈凹面，其曲率半径大于铝芯线[20]的曲率半径。
3.根据权利要求1所述的生产铜包铝线的包覆焊接装置，其特征在于排列在具有凸凹状型面结构的垂直成型滚轮[12]后面的是具有数对其型面是双凹面结构的垂直成型滚轮[12]，其上垂直成型滚轮[23]的型面呈比铝芯线[20]半径略大的环圆周方向的凹面，而下垂直成型滚轮[24]的型面也呈与上垂直成型滚轮[23]的型面曲率半径相同的凹面。
4.根据权利要求1或3所述的生产铜包铝线的包覆焊接装置，其特征在于具有双凹型面结构的数对垂直成型滚轮[12]，其上垂直成型滚轮[23]是由左片[26]、右片[27]和被夹在其中间的隔片[28]所组成，而隔片的厚度是向着靠近焊炬[5]的垂直成型滚轮[12]的级别，逐级减薄，隔片[28]的外径，应大于上垂直成型滚轮[23]凹面处的最小直径。
5.根据权利要求1所述的生产铜包铝线的包覆焊接装置，其特征在于焊矩[5]前一级的垂直成型滚轮[12]及其焊炬[5]后面(处于惰性气体保护箱[16]外)的各级垂直成型滚轮[12]，其上下滚轮的型面的曲率半径均呈略大于铜包铝坯线[22]外径曲率半径的半圆。
6.根据权利要求1所述的生产铜包铝线的包覆焊接装置，其特征在于水平成型滚轮[11]从进料口[18]开始，有数对其型面结构是一种具有不同曲率半径的异型结构面的凹面，各级水平成型滚轮[11]型面的曲率半径也是逐级减小的。
7.根据权利要求1所述的生产铜包铝线的包覆焊接装置，其特征在于在处于数对具有异型结构型面的水平成型滚轮[11]后面的各级水平成型滚轮[11]，其型面均为曲率半径略大于铜包铝坯线[22]外径曲率半径的半圆。
8.根据权利要求1或6或7所述的生产铜包铝线的包覆焊接装置，其特征在于水平成型滚轮[11]左、右两滚轮的型面均是对称的。
专利摘要一种复合导线包覆领域用的生产铜包铝线的包覆焊接装置,包括工作台、减速机构、包覆焊接机构、惰性气体保护机构,特征是,在工作台[4]上沿进料口[18]到出坯口[3]的中心连线[21]上设计有数对多级垂直成型滚轮[12]和水平成型滚轮[11],它们呈相间分布,其型面的曲率半径逐级减小。在惰性气体保护下,进行自动焊接。其优点是:①铜包覆层无毛边,②生产速度快,③铜和铝无氧化,两者结合良好,④费用低,无污染。
文档编号B23K28/02GK2288808SQ9623827
公开日1998年8月26日 申请日期1996年8月22日 优先权日1996年8月22日
发明者戴雅康, 杨喜山, 朱启桐, 周洪殿, 宋宝韫, 王朔, 彭江, 高星斗 申请人:戴雅康, 杨喜山, 朱启桐, 周洪殿, 宋宝韫, 王朔, 彭江, 高星斗