[发明专利]V形面铜铝焊接加工工艺及电力电缆用焊接接头

说明书

技术领域

 本发明涉及一种挤压电阻焊接工艺，尤其是铜铝金属焊接工艺。

本发明还涉及一种用上述方法生产的焊接接头，尤其是电力电缆用铜铝焊接接头。

背景技术

在铜资源紧缺，铝制电力电缆、线（以下简称铝导体）代替铜制电力电缆、线（以下简称铜导体）的呼声越来越高。铝代铜成为节约铜资源的有效手段之一，但推广铝导体首先要解决电力电缆、电力导体的铜铝连接问题，最好的方案是用焊接方式加工的铜铝接头做中间过渡段，用铜铝接头的铜铝两端连接铜导体和铝导体。

用摩擦焊接方法、闪光电阻焊接方法可以焊接铜和铝，但这两种方法均采用铜铝端面连接，接触面无法全部熔合，实际使用中，受焊接方法自身能力的制约，经常出现铜铝熔合不好，造成“不过渡”,从而引起接头发热，导电性能也不能完全满足使用要求；未熔合部分会形成应力集中，存在开裂隐患，甚至脱落，造成电器事故或人员伤亡等灾害事故，铝导体与铜导体不能实现可靠连接，阻碍了铝电缆的推广应用。

已有铜铝管电阻焊技术采用铜管插入到铝管然后进行焊接的方式，尽管可以获得致密度好的管路接头结构，但这种铜铝组合管路件的材料特征是壁厚较薄，电力电缆要求使用厚壁甚至实芯铜棒；用于电力电缆的铜铝接头的铜端的斜面不能完全采用精密辊锻方式加工成型；厚壁铝管的表面氧化物清除方式与薄壁铝管不相同，不加以改造创新不能直接用于电力电缆导体用铜铝接头的焊接。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适合厚壁铜铝焊接的V形面挤压电阻焊接工艺。

对于上述技术问题，本发明是这样解决的：

步骤一：用机加工方法对铜管一端加工，形成具有锥度β的焊接面, 此时铜管位于焊接面区域的内径略为收缩形成具有收缩角γ的内收缩处；

所述锥度β依据铝管外径d1、铜管外径d2、铝管内径d3按下述公式确定：β=A－0.15*d1＋3*d2－2.7*d3，其中A的取值范围为14^○至16^○。

步骤二：将铝管和铜管固定在V形面挤压电阻焊接机的左右电极上，铝管侧电极为固定电极，铜管侧电极为可沿接头轴向移动的活动电极，在铜管内孔中预置填充块；

步骤三：将铜管推向铝管并实现紧密接触，对左右电极通电加热铜铝接头，铜管沿接头轴向向铝管内部滑移。

步骤四：推进铜管达到焊接所需深度L后，断电，铜铝管焊缝凝固，停止推进；

所述推进深度L依据铜管外径d2、铝管内径d3、V形待焊面锥度β按下述公式确定：L =（d2－d3）/2tg(β/2)。

步骤五：在停电瞬间，用压力将铜管内填充块压入铜管内收缩处，对焊缝区域施压，填充块被永久固定在焊接区域，形成接头。

 

本发明的焊接原理如下所述：铜管经缩口处理的锥面与铝管内径的边缘形成线接触，加压、通电后铜管与铝管的接触点的电流密度大，温度高，铝的氧化物会瞬间熔化，此时，铜铝管之间形成环线状熔池，焊接过程中，铝的熔化速度和熔化量远大于铜管表面的熔化速度和熔化量，受到铝管外壁约束力的制约，熔池沿着铜管的锥面在滑移中扩大，铜管不断向铝管中水平推进，接触环线熔池逐渐变成锥形熔化环带，该环带熔池与空气完全隔绝，熔池内的铝不会发生氧化，焊缝受到挤压作用力，铜铝之间熔化带内的铜铝共晶组织被挤到熔化区外，在规定的时间内，铜管的平移距离达到L时，断电冷却后形成铜铝焊缝，该焊缝形成一个夹角为β的V形面焊缝。

本发明对焊接面的锥度β角进行了限定，原因在于：厚壁管焊接时需要更大的推进力，所以β需要小一点；而薄壁管选择的β不能过小，否则V形待焊面锥度断过长影响焊接。

本发明对推进深度做了限定，原因在于：推进深度需要以锥部恰好进入铝管最好,否则会出现铜管不平,或铝管涨起的外观缺陷。上述公式确定了最佳的推进深度。

本发明的有益效果是：

1、本发明在不使用任何焊接材料、焊接助剂的前提下，采用挤压电阻焊的方式将铝和铜焊接在一起。

2、焊接时，铜质工件作水平移动，缩口端向铝质工件内部挤压，铝质工件外部形状受控，不因受力而发生膨胀变形。

3、在切断左右电极间电源的瞬间，用压力将填充块压入焊接接头区域，焊接区域会受到进一步的挤压，从而减少铜铝共晶组织的产生。焊接管接头的通孔被填充块分隔开，从而隔绝了铜铝电缆线的直接接触，便于控制铜铝线缆的插入深度。