一種管式導(dǎo)電桿的制備方法、液壓脹形裝置及管式導(dǎo)電桿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高壓電器導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種管式導(dǎo)電桿的制備方法，同時 還涉及一種實(shí)現(xiàn)上述制備方法的液壓脹形裝置及一種由上述制備方法所得的管式導(dǎo)電桿。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)電桿是高壓輸配電裝備中，用于元件之間連接、傳導(dǎo)電流的導(dǎo)體；多用于IOKV 以上電壓等級的斷路器、組合電器（GIS)等高壓電器中，是用以傳遞高壓電網(wǎng)母線強(qiáng)大電 流的器械。一般的，管式導(dǎo)電桿由導(dǎo)電管體和焊接在導(dǎo)電管體兩端的接頭組成，為降低高壓 電網(wǎng)運(yùn)行過程中的電能損耗，要求焊接接頭的電阻率不大于3. 7 X 10 7 Ω · m，拉伸強(qiáng)度不低 于 270MPa。
[0003] 目前，導(dǎo)電桿在制造時通常采用熔焊技術(shù)，包括MIG焊接和TIG焊接。MIG焊接為熔 化極惰性氣體保護(hù)焊接技術(shù)，是一種使用熔化電極，以外加氣體作為電弧介質(zhì)，并保護(hù)金屬 溶滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的電弧焊方法。TIG焊接是鎢極惰性氣體保護(hù)焊接技術(shù)， 是在惰性氣體保護(hù)下，利用鎢電極與工件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲的一種焊接 方法。上述兩種焊接技術(shù)，焊前需要將接頭和導(dǎo)電管體兩端加工成具有特定形狀尺寸的破 口，然后多次重復(fù)焊接熔敷。在焊接過程中，導(dǎo)電桿的鍛鋁合金材料產(chǎn)生了局部熔化，焊縫 是經(jīng)歷了熔化/結(jié)晶過程的鑄造組織，致密度較小，氣孔和非金屬夾雜之類的冶金缺陷增 多，這使得電阻率不能滿足要求;MIG電弧中心溫度可達(dá)3X104°C以上，使焊接接頭中的過 燒組織增多，拉伸強(qiáng)度不能滿足要求。同時，熔焊焊接過程中噪聲較大，電磁輻射和光輻射 較大，產(chǎn)生較多金屬粉塵和煙塵，對環(huán)境及工作人員的身心健康造成影響。
[0004] 攪拌摩擦焊接技術(shù)（Friction Stir Welding，簡稱FSW)是英國焊接研究所（The Welding Institute，簡稱TWI)于1991年發(fā)明并獲得世界范圍內(nèi)專利保護(hù)的一種新型固態(tài) 焊接技術(shù)。摩擦焊是利用工件端面相互運(yùn)動、相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端部達(dá)到熱塑性狀 態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種方法。攪拌摩擦焊也是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊 接熱源；但是與常規(guī)摩擦焊的不同之處在于，攪拌摩擦焊接過程是由一個圓柱體或其他形 狀的攪拌頭伸入向工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其與焊接工件材料摩擦，從而使 連接部件的材料溫度升高軟化，同時對材料進(jìn)行攪拌摩擦來完成焊接的。與傳統(tǒng)焊接技術(shù) 相比，攪拌摩擦焊接技術(shù)具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?，在航天低溫容器焊接、大?輕合金結(jié)構(gòu)件焊接、航空器蒙皮焊接、鋁擠壓件焊接、船體和加強(qiáng)件焊接、高速列車鋁制件 焊接等方面，已顯現(xiàn)出較大的優(yōu)勢。
[0005] 近幾年來，摩擦焊接技術(shù)在高壓電器用導(dǎo)電桿制造技術(shù)領(lǐng)域也得到發(fā)展?，F(xiàn)有技 術(shù)中，CN1835165A公開了一種銅鋁復(fù)合型導(dǎo)電桿的制備方法，所述導(dǎo)電桿是由導(dǎo)電端和接 觸端兩部分組成，兩部分采用摩擦焊的方法復(fù)合而成；純銅與鋁棒或鋁管的低溫摩擦焊焊 接工藝：焊機(jī)轉(zhuǎn)速280~560rpm，鋁件裝在焊接模套中，露出模1~2mm，摩擦壓力1. 5~ 3. 5MPa，摩擦?xí)r間4~6s，頂鍛壓力2. 8~8MPa，頂鍛時間0s，工件進(jìn)給速度1. 8~3. 5mm/ s ;焊接后機(jī)械加工去除飛邊，加工成型。CN101740987A公開了一種高性能導(dǎo)電桿的固態(tài)焊 接制造方法，包括以下步驟：將接頭、導(dǎo)體和管體兩端加工成管/管平對接形狀；將接頭或 導(dǎo)體夾持在摩擦焊機(jī)旋轉(zhuǎn)夾具中，而將管體夾持在移動夾具中；確定摩擦速度、摩擦壓力、 摩擦加熱時間、頂鍛壓力及其保壓時間等固態(tài)焊接工藝參數(shù)，將接頭或?qū)w與管體的一端 焊接在一起。上述兩種制備方法均采用普通摩擦焊接方式，不需要焊絲和保護(hù)氣體等輔助 焊接材料，無輻射和熔化金屬粉塵等污染；但是，上述焊接方法需要待焊接部件之一整體高 速旋轉(zhuǎn)，對設(shè)備要求高，如待焊接部件較大則難以實(shí)現(xiàn)；焊接過程中兩個工件相對運(yùn)動大， 操作復(fù)雜，控制難度大；焊接過程中，溫度分布區(qū)位于整個接觸面上，熱影響區(qū)顯微組織變 化大，殘余應(yīng)力大，焊接工件在摩擦階段或頂鍛階段容易變形，導(dǎo)致焊接質(zhì)量不高，影響導(dǎo) 電桿的質(zhì)量和使用性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種管式導(dǎo)電桿的制備方法，解決現(xiàn)有導(dǎo)電桿采用普通摩擦 焊時操作復(fù)雜，焊接質(zhì)量不高，影響導(dǎo)電桿質(zhì)量和使用性能的問題。
[0007] 本發(fā)明的第二個目的是提供一種實(shí)現(xiàn)上述制備方法的液壓脹形裝置。
[0008] 本發(fā)明的第三個目的是提供一種由上述制備方法所得的管式導(dǎo)電桿。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0010] -種管式導(dǎo)電桿的制備方法，包括下列步驟：
[0011] 1)取連接端面為臺階面的接頭，所述接頭鄰近臺階面設(shè)有用于焊接的軸肩，備用； 取導(dǎo)電管體，采用脹形法使導(dǎo)電管體的連接端口處徑向膨大形成脹形段，備用；
[0012] 2)將接頭與導(dǎo)電管體的脹形段對接找平后，采用攪拌摩擦焊接工藝對接頭與導(dǎo)電 管體的脹形段對接處進(jìn)行焊接，將接頭與導(dǎo)電管體焊接在一起；
[0013] 3)平整焊縫，即得。
[0014] 上述制備方法中，所述導(dǎo)電管體為橫截面為圓環(huán)形、長度沿軸向方向延伸的管狀 體；所述接頭是與上述導(dǎo)電管體配合安裝的接頭，接頭上用于與導(dǎo)電管體配合安裝的一端 為連接端，連接端的外徑與導(dǎo)電管體的外徑一致。導(dǎo)電管體與接頭的材質(zhì)可以為同種或異 種的金屬或合金；本領(lǐng)域常規(guī)的用于制作導(dǎo)電桿的材料都是可行的。優(yōu)選的，所述導(dǎo)電管體 與接頭均為鍛鋁合金。
[0015] 步驟1)中，所述脹形段的高度為2~3mm，長度為10~15mm。
[0016] 步驟1)中，所述脹形法為液壓脹形，保壓時間為5~lOmin。所述脹形法中可采用 液壓壓力機(jī)對導(dǎo)電管體進(jìn)行徑向液壓脹形。
[0017] 上述制備方法中，焊接前對導(dǎo)電管體和接頭進(jìn)行焊前處理。所述焊前處理主要是 將待焊接件的焊道處清理干凈；一般可采用鋼絲刷去除待焊接件表面的氧化膜，然后用乙 醇將焊道處清洗干凈，以免對焊接質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。
[0018] 上述制備方法中，所述接頭連接端的端面上設(shè)有與接頭同軸的圓形凸臺，圓形凸 臺外圍的環(huán)形臺階面為連接端面。步驟2)中所述對接找平是指接頭上圓形凸臺的外周 面與導(dǎo)電管體的脹形段的內(nèi)表面緊密插接配合，接頭的軸肩與導(dǎo)電管體的脹形段外表面齊 平。如不滿足上述條件，可在焊接前對導(dǎo)電管體的脹形段和/或接頭的連接端進(jìn)行機(jī)加工， 使其無間隙對接。
[0019] 步驟2)所述攪拌摩擦焊接工藝中，焊接時焊接設(shè)備的攪拌頭相對位置不變，對接 找平的接頭與導(dǎo)電管體軸向旋轉(zhuǎn)，使攪拌頭對接頭的軸肩與導(dǎo)電管體的脹形段對接形成的 環(huán)形對接縫進(jìn)行焊接。
[0020] 焊接前，采用夾具將對接找平的接頭與導(dǎo)電管體固定在旋轉(zhuǎn)架上（接頭與導(dǎo)電管 體之間不能相對運(yùn)動）；焊接時，焊接設(shè)備的攪拌頭相對位置不變，旋轉(zhuǎn)架帶動接頭與導(dǎo)電 管體軸向勻速旋轉(zhuǎn)，攪拌頭沿接頭與導(dǎo)電管體的環(huán)形對接縫進(jìn)行焊接。
[0021] 上述制備方法中，所用的攪拌摩擦焊接裝置為龍門式攪拌摩擦焊接裝置，包括控 制臺、龍門架、工作臺、動力機(jī)構(gòu)和攪拌頭；所述攪拌頭包括軸肩和攪拌針，所述攪拌針連接 在所述動力機(jī)構(gòu)的輸出軸上。攪拌頭材質(zhì)為高強(qiáng)度鋼，攪拌針形狀為帶梯形螺紋的圓錐形。 攪拌頭用螺紋安裝在動力機(jī)構(gòu)上