一种管式导电杆的制备方法、液压胀形装置及管式导电杆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高压电器导体技术领域，具体涉及一种管式导电杆的制备方法，同时 还涉及一种实现上述制备方法的液压胀形装置及一种由上述制备方法所得的管式导电杆。
【背景技术】
[0002] 导电杆是高压输配电装备中，用于元件之间连接、传导电流的导体；多用于IOKV 以上电压等级的断路器、组合电器（GIS)等高压电器中，是用以传递高压电网母线强大电 流的器械。一般的，管式导电杆由导电管体和焊接在导电管体两端的接头组成，为降低高压 电网运行过程中的电能损耗，要求焊接接头的电阻率不大于3. 7 X 10 7 Ω · m，拉伸强度不低 于 270MPa。
[0003] 目前，导电杆在制造时通常采用熔焊技术，包括MIG焊接和TIG焊接。MIG焊接为熔 化极惰性气体保护焊接技术，是一种使用熔化电极，以外加气体作为电弧介质，并保护金属 溶滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法。TIG焊接是钨极惰性气体保护焊接技术， 是在惰性气体保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种焊接 方法。上述两种焊接技术，焊前需要将接头和导电管体两端加工成具有特定形状尺寸的破 口，然后多次重复焊接熔敷。在焊接过程中，导电杆的锻铝合金材料产生了局部熔化，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，这使得电阻率不能满足要求;MIG电弧中心温度可达3X104°C以上，使焊接接头中的过 烧组织增多，拉伸强度不能满足要求。同时，熔焊焊接过程中噪声较大，电磁辐射和光辐射 较大，产生较多金属粉尘和烟尘，对环境及工作人员的身心健康造成影响。
[0004] 搅拌摩擦焊接技术（Friction Stir Welding，简称FSW)是英国焊接研究所（The Welding Institute，简称TWI)于1991年发明并获得世界范围内专利保护的一种新型固态 焊接技术。摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状 态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。搅拌摩擦焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊 接热源；但是与常规摩擦焊的不同之处在于，搅拌摩擦焊接过程是由一个圆柱体或其他形 状的搅拌头伸入向工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使 连接部件的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。与传统焊接技术 相比，搅拌摩擦焊接技术具有广泛的工业应用前景和发展潜力，在航天低温容器焊接、大型 轻合金结构件焊接、航空器蒙皮焊接、铝挤压件焊接、船体和加强件焊接、高速列车铝制件 焊接等方面，已显现出较大的优势。
[0005] 近几年来，摩擦焊接技术在高压电器用导电杆制造技术领域也得到发展。现有技 术中，CN1835165A公开了一种铜铝复合型导电杆的制备方法，所述导电杆是由导电端和接 触端两部分组成，两部分采用摩擦焊的方法复合而成；纯铜与铝棒或铝管的低温摩擦焊焊 接工艺：焊机转速280~560rpm，铝件装在焊接模套中，露出模1~2mm，摩擦压力1. 5~ 3. 5MPa，摩擦时间4~6s，顶锻压力2. 8~8MPa，顶锻时间0s，工件进给速度1. 8~3. 5mm/ s ;焊接后机械加工去除飞边，加工成型。CN101740987A公开了一种高性能导电杆的固态焊 接制造方法，包括以下步骤：将接头、导体和管体两端加工成管/管平对接形状；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；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，将接头或导体与管体的一端 焊接在一起。上述两种制备方法均采用普通摩擦焊接方式，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；但是，上述焊接方法需要待焊接部件之一整体高 速旋转，对设备要求高，如待焊接部件较大则难以实现；焊接过程中两个工件相对运动大， 操作复杂，控制难度大；焊接过程中，温度分布区位于整个接触面上，热影响区显微组织变 化大，残余应力大，焊接工件在摩擦阶段或顶锻阶段容易变形，导致焊接质量不高，影响导 电杆的质量和使用性能。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种管式导电杆的制备方法，解决现有导电杆采用普通摩擦 焊时操作复杂，焊接质量不高，影响导电杆质量和使用性能的问题。
[0007] 本发明的第二个目的是提供一种实现上述制备方法的液压胀形装置。
[0008] 本发明的第三个目的是提供一种由上述制备方法所得的管式导电杆。
[0009] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
[0010] -种管式导电杆的制备方法，包括下列步骤：
[0011] 1)取连接端面为台阶面的接头，所述接头邻近台阶面设有用于焊接的轴肩，备用； 取导电管体，采用胀形法使导电管体的连接端口处径向膨大形成胀形段，备用；
[0012] 2)将接头与导电管体的胀形段对接找平后，采用搅拌摩擦焊接工艺对接头与导电 管体的胀形段对接处进行焊接，将接头与导电管体焊接在一起；
[0013] 3)平整焊缝，即得。
[0014] 上述制备方法中，所述导电管体为横截面为圆环形、长度沿轴向方向延伸的管状 体；所述接头是与上述导电管体配合安装的接头，接头上用于与导电管体配合安装的一端 为连接端，连接端的外径与导电管体的外径一致。导电管体与接头的材质可以为同种或异 种的金属或合金；本领域常规的用于制作导电杆的材料都是可行的。优选的，所述导电管体 与接头均为锻铝合金。
[0015] 步骤1)中，所述胀形段的高度为2~3mm，长度为10~15mm。
[0016] 步骤1)中，所述胀形法为液压胀形，保压时间为5~lOmin。所述胀形法中可采用 液压压力机对导电管体进行径向液压胀形。
[0017] 上述制备方法中，焊接前对导电管体和接头进行焊前处理。所述焊前处理主要是 将待焊接件的焊道处清理干净；一般可采用钢丝刷去除待焊接件表面的氧化膜，然后用乙 醇将焊道处清洗干净，以免对焊接质量产生不利影响。
[0018] 上述制备方法中，所述接头连接端的端面上设有与接头同轴的圆形凸台，圆形凸 台外围的环形台阶面为连接端面。步骤2)中所述对接找平是指接头上圆形凸台的外周 面与导电管体的胀形段的内表面紧密插接配合，接头的轴肩与导电管体的胀形段外表面齐 平。如不满足上述条件，可在焊接前对导电管体的胀形段和/或接头的连接端进行机加工， 使其无间隙对接。
[0019] 步骤2)所述搅拌摩擦焊接工艺中，焊接时焊接设备的搅拌头相对位置不变，对接 找平的接头与导电管体轴向旋转，使搅拌头对接头的轴肩与导电管体的胀形段对接形成的 环形对接缝进行焊接。
[0020] 焊接前，采用夹具将对接找平的接头与导电管体固定在旋转架上（接头与导电管 体之间不能相对运动）；焊接时，焊接设备的搅拌头相对位置不变，旋转架带动接头与导电 管体轴向匀速旋转，搅拌头沿接头与导电管体的环形对接缝进行焊接。
[0021] 上述制备方法中，所用的搅拌摩擦焊接装置为龙门式搅拌摩擦焊接装置，包括控 制台、龙门架、工作台、动力机构和搅拌头；所述搅拌头包括轴肩和搅拌针，所述搅拌针连接 在所述动力机构的输出轴上。搅拌头材质为高强度钢，搅拌针形状为带梯形螺纹的圆锥形。 搅拌头用螺纹安装在动力机构上