[发明专利]一种铝导杆与钢爪的摩擦焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于摩擦焊焊接技术领域，具体涉及铝导杆与钢爪的摩擦焊焊接。

背景技术

阳极导电装置是电解槽重要的导电部件，设计铝导杆-钢复合结构的新型连接方法为铝电解生产的节能降耗，具有重要意义。目前，通用的铝电解槽预焙阳极导电装置是由铝导杆、铝-钢爆炸焊接复合片和铸钢爪采用焊接组合而成的，该装置虽然能基本上满足电解工艺需要，但也存在很多问题，如：

1.电阻率高的导电瓶颈，铝-钢爆炸片的主要功能是解决铝导杆和铸钢横梁两种不同材质的连接问题，爆炸焊片的上部铝平面部分与铝导杆的下端平面采用铝-铝焊，环形焊缝连接，下部钢平面部分与钢横梁的上平面，采用钢-钢焊，环形焊缝连接，这两种环形焊缝的断面尺寸都小于铝导杆基本断面和钢横梁基本断面积，因此在导杆组内而形成一个导电瓶颈。

2.接头易开裂，铝导杆与爆炸片铝端的熔焊及爆炸焊片易开裂。

3.劳动强度大、消耗大量焊材，铝-钢爆炸片连接铝导杆和铸钢爪，目前采用融化焊，工人劳动强度大、工作条件恶劣。

摩擦焊是一种金属固相热压焊方法，是一种高质量、高效率、无毒无害的自动化与半自动化的焊接方法，摩擦过程初期，由于待焊工件表面相互作用着较大的摩擦压力和具有很高的相对运动速度，两侧金属表面伴随着强烈的摩擦搅动、机械挖掘现象，破坏金属表面的氧化层，并在随后的摩擦进给和顶锻作用中挤出界面；在摩擦焊热-机械作用条件下，异种金属接触表面及表面近区所产生的高温和强烈的塑性变形使该区金属原子处于高度激活状态,从而导致摩擦焊接传质过程具有快速、短时、扩散显著的特征。接头组织处Fe和Al相互扩散较为充分扩散层非常明显。在旋转摩擦焊过程中，焊件端面温度达到了金属再结晶温度，此时端面金属的原子活性不断增加，当增加到一定程度时，此时焊件端面材料处于塑性状态，施加一个顶端力，材料产生塑性变形，端面表面原子在压力作用下，向金属内部扩散，从而形成拥有“共同晶粒”的焊接接头。

中国专利“摩擦焊接的阳极铝导杆组及其摩擦焊机”（专利号ZL200910020815.5，授权公告号CN101481805B，授权公告日2011.07.20）公开了一种摩擦焊接的阳极铝导杆及其摩擦焊机，该阳极导杆组在钢爪与铝导杆之间设有一个摩擦过渡接头。方形的铝导杆和与钢爪的连接有相位要求，而实现相位控制的大功率摩擦焊接方法在国内之前还未有应用。为了降低或避免大功率摩擦焊相位的难题，有采用中间加过渡锥形或园饼形状钢片与铝导杆、钢爪分别或同时进行摩擦焊的方法，部分连接实现自动化，但接头增加接触界面仍然有高的电阻率问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接头成形美观、有良好的力学性能，实现铝导杆与钢爪直接连接并满足铝导杆与钢爪棱边对齐的相位控制的摩擦焊焊接方法。

本发明是一种铝导杆与钢爪的摩擦焊接方法，其步骤为；

（1）焊前准备：对要焊接的铝导杆1的端面进行切削，使端面平整；对要焊接的钢爪2的端口进行切削，去除表面的氧化膜及油污，并使端面平整，端面的表面粗糙度为7级；对要焊接铝导杆1和钢爪2加持上料，铝导杆1加持在水平移动夹具8，钢爪2加持在旋转钢爪卡盘4，并保证两工件处于同一轴线上；

（2）摩擦焊接过程：由持续进给的铝导杆1的断面与旋转的钢爪2的断面接触形成摩擦副，焊接过程包含摩擦加热和顶锻两部分按时间流程进行：

①摩擦加热采用四阶段的改变钢爪2的转速、铝导杆1的进给速度及摩擦时间的加热方法；

②顶锻采用加持有钢爪2及其卡盘4的主轴旋转还未完全停止时开始加持有铝导杆1的水平移动夹具8快速进给开始顶锻过程，产生的摩擦扭矩使钢爪2及卡盘4的转速降低实现刹车制动作用，通过位置编码器的判断下继续给主电机施加制动或驱动力矩，当转速为零时实现钢爪2和铝导杆1棱边对齐的相位控制要求，继续维持保压一段时间，结束钢爪2与铝导杆1的焊接过程。

 本发明的有益效果是：

本发明采用摩擦焊实现导杆与钢爪具有相位功能的直接连接，降低了导电通道的电阻，提高电流的电解能力和降低电解热损耗。摩擦焊工艺稳定性好，接头成型连续、均匀、美观、焊接过程无飞溅、烟尘。采用摩擦焊的焊接接头力学性能大于采用爆炸焊片焊接接头的力学性能，能够满足电解行业实际应用的需求。

附图说明