一種鋁合金導電桿制造方法與流程

本發明專利屬于鋁合金導電桿制造技術，具體為導電桿導頭制造技術和導桿制造技術，涉及導頭與導桿環縫的攪拌摩擦焊技術。

背景技術：

鋁合金導電桿廣泛應用于變電站、電控機組等設備中，其使用環境苛刻，要求耐高壽命、高使用可靠安全性。鋁合金導電桿一般由導頭和導桿組成，導頭采用鋁合金材料機加工而成，導桿采用中空鋁合金管型材，現有方法一般采用氬弧焊，采用這種方法不僅焊接缺陷尤其是氣孔、裂紋等焊接缺陷難以避免，而且其生產工序多、工人勞動強度大、耗能大，導致其生產合格率低、使用壽命差，更換成本高。此外采用氬弧焊容易在導桿與導頭的內部結合處產生“焊漏”，嚴重影響電力傳輸的穩定性和安全性。

技術實現要素：

為解決“長/細比”較大的鋁合金導電桿中導頭與導桿焊接質量的問題，現采用“無匙孔”攪拌摩擦焊技術，實現小直徑大深度環縫無減薄的焊接。

為實現上述技術方案，本發明一種小直徑鋁合金導電桿的制造方法，所述導電桿制造方法，其特征在于導電桿由三部分組成：兩個導頭和一個導桿，導桿由鋁合金擠壓成型，形成鋁合金筒段；導頭由鋁合金機械車削加工成型。導頭與導桿采用攪拌摩擦焊技術進行焊接制造。鋁合金導電桿制造方法，采用以下步驟：

步驟1：導電桿導頭的制造；導頭按照圖紙規定的尺寸要求采用6系鋁合金材料進行機械車削，導頭表面粗糙度應符合后續處理的要求；

步驟2：導電桿導桿的制造；

步驟2.1：導電桿導桿的擠壓成型：導電桿是小直徑中空結構，采用型材擠壓方法制造導桿的毛坯，導桿的長度可根據導電桿實際使用的長度進行切割分段；

步驟2.2：導電桿導桿對接面的接頭制造：采用臥式擴孔機，對導桿的兩端進行熱/機聯合擴孔，擴孔的深度和擴孔的外端直徑D2與焊接深度H有關。

步驟2.3：導電桿導桿的制造：擴孔成型完成后，按照尺寸進行機械車削對接面。

步驟3：導電桿導頭與導桿的裝配；導頭與導桿的接頭型式為“自鎖底”接頭；導頭與導桿的裝配應屬于過盈裝配，過盈量一般為0.01mm~0.02mm；“自鎖底”接頭的裝配間隙不大于0.05mm。導頭與導桿接頭處有焊接凸臺，凸臺高度為H1。

步驟4：導電桿導頭與導體的焊接；導頭與導體采用“無匙孔”攪拌摩擦焊技術進行連接成型。

步驟5：焊接完成后，去除收“匙孔”板，機械車削對接接頭處的凸臺，車削時需與導桿導頭平滑過渡。

步驟6：導電桿整體拋光處理。

進一步，所述一種鋁合金導電桿制造方法，其特征在于：步驟1導頭與導桿插入長度應與導桿擴孔的深度匹配，其長度一般比擴孔深度小0.02mm~0.05mm；導頭的外輪廓加工粗糙度為0.8。

進一步，所述一種鋁合金導電桿制造方法，其特征在于：步驟2.2導電桿導桿兩端的對接面采用臥式擴孔機進行擴孔。臥式擴孔機為100噸臥式壓機，單根導電桿單邊擴孔保持時間為5min~8min，擴孔溫度為100℃。

進一步，所述一種鋁合金導電桿制造方法，其特征在于步驟4中用的攪拌摩擦焊設備是一維龍門式攪拌摩擦焊設備，焊接時先定位焊，再正式焊接。定位焊接工藝參數：采用軸肩為8mm、攪拌針長為2mm的攪拌頭定位焊接，主軸傾角為（2~3）°，主軸旋轉速度n=1400rpm，導電桿旋轉速度（即焊接速度）為v=1.5rpm，焊接壓入量0.2~0.3mm；正式焊接工藝參數為：采用軸肩為15mm、攪拌針長為10.6mm的攪拌頭正式焊接，主軸旋轉速度n=1100rpm，導電桿旋轉速度為0.8rpm，焊接壓入量為0.2~0.4mm。

進一步，所述一種鋁合金導電桿制造方法，其特征在于，采用收“匙孔”板的方式將，焊接時通過焊接程序控制，在焊接結束段將收“匙孔”板的上表面推進至導電桿導桿切線方向且能與導桿貼合的位置上，使攪拌頭能夠沿著導桿圓周頂端的切線方向焊接出來，實現“無匙孔”焊接。

進一步，所述一種導電桿制造方法，其特征在于步驟5焊接完成后去除收“匙孔”板，車削焊接凸臺。攪拌摩擦焊對焊接位置產生的下壓量可以通過該凸臺抵消，車削該焊接凸臺，可實現導頭與導桿的平滑等直徑過渡，實現焊縫處無減薄量的焊接。

本發明有效解決了現有鋁合金導電桿焊接質量低、使用壽命差的問題，與背景技術相比具有明顯的技術先進性。采用“無匙孔”攪拌摩擦焊技術和導桿擴孔增加焊接凸臺技術有限實現了小直徑大深度環縫的焊接，實現高質量、無焊接下壓量的平滑連續等直徑過渡的導電桿，大大提高了一次性合格率，提高了生效效率，降低了生產成本。試驗證明采用本發明后的環縫實現了全焊透、焊縫組織致密、無氣孔、裂紋、夾雜等缺陷；剖切試驗表明導頭與導桿內部無焊漏、塌陷等；生產過程實現了自動化，一次焊接合格率由原來的60%提高至95%。

附圖說明

圖1：導電桿裝配時剖面示意圖，其中D1表示導頭（和導桿）的原始直徑（有效直徑），D2表示擴孔直徑，L表示導電桿有效總長；

圖2：導電桿導桿剖面示意圖，其中L2表示導桿的長度；

圖3：導電桿導頭結構示意圖，其中L1表示導頭的長度，D3表示導頭插入導桿內部的長度；

圖4：導電桿導頭與導桿攪拌摩擦焊“自鎖底”接頭示意圖，其中H為焊接深度，H1為焊接凸臺高度（H=(D2-D1)/2）

圖5：導電桿導頭與導桿“無匙孔”攪拌摩擦焊焊接過程示意圖，其中，3表示導電桿焊接方向，4表示收“匙孔”板前進方向，5表示攪拌工具旋轉方向，6表示焊接完成后，收“匙孔”時攪拌工具的前進方向。

具體實施方案

下面結合具體實例描述本發明，如圖1～5所示，本實例制造的是直徑為90mm，長度為1000mm的導電桿，圖1所示導電桿由三部分組成：兩個導頭1和一個導桿2，導桿2由鋁合金擠壓成型，形成鋁合金筒段；導頭由鋁合金機械車削加工成型。導頭1與導桿2采用攪拌摩擦焊技術進行焊接制造，圖2（a）為擴孔前示意圖，圖2（b）為擴孔后示意圖，具體的采用以下步驟：

步驟1：導電桿導頭的制造；導頭按照圖紙規定的尺寸要求采用6系鋁合金材料進行機械車削，導頭表面粗糙度為0.8，應符合后續處理的要求；

步驟2：導電桿導桿的制造；

步驟2.1：導電桿導桿的擠壓成型：導電桿是小直徑中空結構，采用型材擠壓方法制造導桿的毛坯，導桿的毛坯切割長度為650mm，最終按照圖紙要求加工長度為636mm；導桿，導桿的同軸度為0.2mm以內。

步驟2.2：導電桿導桿對接面的接頭制造：按照圖紙加工導桿對接面處的“自鎖底”接頭，結合圖3、4；采用臥式擴孔機，對導桿的兩端進行熱/機聯合擴孔。擴孔的深度為18mm，擴孔后接頭處直徑D2為91mm~92mm。步驟2.3：導電桿導桿的制造：擴孔成型完成后，按照尺寸進行機械車削對接面。

步驟3：導電桿導頭與導桿的裝配；導頭與導桿的接頭型式為“自鎖底”接頭；導頭與導桿的裝配應屬于過盈裝配，過盈量一般為0.01mm~0.02mm；導頭與導桿裝配時應注意不能劃傷導頭與導桿的表面，采用橡皮錘錘擊導頭，導頭與導桿的“自鎖底”接頭裝配間隙不大于0.05mm。導頭與導桿接頭處有焊接凸臺，凸臺高度為H1為1mm~2mm。

步驟4：導電桿導頭與導體的焊接；導頭與導體采用“無匙孔”攪拌摩擦焊技術進行連接成型。焊接時導電桿旋轉方向、主軸旋轉方向和前進方向、收“匙孔”板前進動作等如圖5所示，其中：導頭直徑為D1，導桿直徑為D1，環縫“自鎖底”對接接頭直徑為D2（D2>D1+（1~2）mm），焊接深度為H。正式焊接前，收“匙孔”板與導電桿保持一定的間隙，貼合間隙約為2mm。焊接時通過焊接程序控制，先進行定位焊接，定位焊接工藝參數如下：采用軸肩為8mm、攪拌針長為2mm的攪拌頭定位焊接，主軸傾角為（2~3）°，主軸旋轉速度n=1400rpm，導電桿旋轉速度（即焊接速度）為v=1.5rpm，焊接壓入量0.2~0.3mm。定位焊接完成后，再進行正式焊接，焊接工藝參數如下：正式焊接工藝參數為：采用軸肩為15mm、攪拌針長為10.6mm的攪拌頭正式焊接，主軸旋轉速度n=1100rpm，導電桿旋轉速度為0.8rpm，焊接壓入量為0.2~0.4mm。導電桿旋轉400°后，通過程序控制，導電桿停止旋轉，此時將收“匙孔”板的上表面推進至導電桿導桿切線方向且能與導桿貼合的位置上，執行焊接程序，使攪拌頭能夠沿著導桿圓周頂端的切線方向焊接出來，實現焊接“匙孔”的引出。

步驟5：焊接完成后，去除收“匙孔”板，機械車削對接接頭處的凸臺高度，車削時需與導桿導頭平滑過渡。車削時注意控制車刀進給量，單步進給量為0.02mm，凸臺與導桿相交處避免明顯的接痕。

步驟6：導電桿整體拋光處理。拋光粗糙度為0.8。