CN101702365A - 一种铜铝爆炸复合螺栓式变压器用铜过渡联接线夹及爆炸焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺栓式变压器用铜过渡联接线夹及爆炸焊接方法，包括有铝基板，铝基板一端表面爆炸焊接成一体的铜层，且铜层朝内对折且中间成圆筒形；铝基板另一端为平板，其特征在于：所述的铝基板的平板端，安装有铝导线压板，铝基板的平板端、铝导线压板中部对应位置上分别有起到压线作用的半圆弧沟槽，铝导线压板的半圆弧沟槽两侧与铝基板的平板端之间通过螺栓连接。本发明可获得更优越的连接性能，降低了铜材的使用量，解决方案及制造工艺独特、简便、成本低廉，不仅可以进行规模化生产，同时也确保了现场安装使用的通用性，操作简单方便，制作成本低，普及速度快。

Description

一种铜铝爆炸复合螺栓式变压器用铜过渡联接线夹及爆炸焊接方法

技术领域：

本发明主要涉及一种螺栓式变压器用铜过渡联接线夹的制造方法，尤其涉及一种采用爆炸焊接铜铝复合材料制造的螺栓式变压器用铜过渡联接线夹及爆炸焊接方法。

背景技术：

对于铜过渡连接的需求，存在于各个行业领域中，如：电解铝、电解铜、氯碱、石油、化工、电力及输电、变电、电力设备等行业领域。

现以电力及电力设备行业为例：

传统的电力线路铜线的接续联接，一般采用纯铜的电力设备线夹来进行接续联接，但采用纯铜的电力设备线夹就会导致铜材消耗量大，线路铜线接续联接成本高等问题。

由此可见，电力行业中铜铝联接依然存在铜消耗量大、制造成本高、工业化程度低、现场使用不方便等问题。

发明内容：

本发明的目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种采用导电性能好、铜材使用量少、制造成本低、安装操作简单、永久不会脱落的一种采用爆炸焊接铜铝复合材料制造的螺栓式变压器用铜过渡联接线夹及铝基板与铜层爆炸焊接方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

螺栓式变压器用铜过渡联接线夹，包括有铝基板，铝基板表面有爆炸焊接成一体的铜层，铝基板一端的铜层朝内对折且中间成圆筒形；铝基板另一端为平板，其特征在于：所述的铝基板的平板端安装有铝导线压板，铝导线压板的下表面爆炸焊接有成一体的铜层；铝基板的平板端、铝导线压板的铜层对合，且铝基板的平板端、铝导线压板的的中部对应位置上分别有起到压线作用的半圆弧沟槽，铝导线压板的半圆弧沟槽两侧与铝基板的平板端之间通过螺栓连接；所述的铝基板及铜的对折部分分别有联接铜导线或铜丝柱的联接丝孔，铜层的联接丝孔内壁加工有联接丝纹与螺栓旋合。

所述的螺栓式变压器用铜过渡联接线夹，其特征在于所述的铝基板与铜层之间的焊接方式是采取金属爆炸焊接方式焊接完成，结合状态为冶金结合状态，结合率为100％，其结合强度不低于55MPa。

所述的螺栓式变压器用铜过渡联接线夹，其特征在于所述的铜层的厚度在0.1mm-8mm之间；其铝基板厚度为1mm-30mm。

所述的螺栓式变压器用铜过渡联接线夹，其特征在于铝导线端采取铝导线压板与铝基板螺栓压接联接；铜联接端采取联接丝孔及螺栓组合方式压接联接。

所述的螺栓式变压器用铜过渡联接线夹中铝基板与铜层之间的铜层复合爆炸焊接方法，其特征在于：

(1)、采用铝基板作为基层金属板，采用铜金属板作为复层金属板，并采用纤维板作为复层爆炸焊接衬板；

(2)、对选定好的衬板、基层金属板和复层金属板进行表面净化处理；

(3)、将基层金属板和复层金属板、衬板依次叠放，药框放置在衬板的上表面，在药框内均匀铺上炸药及其引爆雷管；

(4)、将所述的基层金属板等整个焊接装置置于沙土基础上，并引爆雷管进行爆炸焊接施工；

(5)、对爆炸焊接后的复合金属板进行超声波无损检测和力学性能能检测，并对复合金属板进行矫平处理；

(6)、对矫平后的复合金属板进行热处理、切割和冲压成型；

(7)所述的爆炸焊接复合的工艺参数为：

爆炸焊接时使用的炸药确定为2号岩石硝铵炸药，引爆方式采用雷管或导爆索端部宽边引爆；

确定基层金属板与复层衬板的间距ho为3.5mm；

确定复层衬板上表面的单位面积的炸药用药量Wg为1.16g/cm²；

Kg与炸药性质及材料有关的常数定为1.5。

在电力接线中铜线端过渡连接的场合，大量的存在于电力铜接线的联接、续连过程中；作为本发明所指的电力线路铜导线联接的“螺栓式变压器用铜过渡联接线夹”；是一种采用爆炸焊接铜铝复合材料制造的、铜导线联接线夹。

本发明更是涉及一种新的电力线路及其变压器铜过渡连接“螺栓式变压器用铜过渡联接线夹”的制造工艺及方法。

本发明所述的电力线路及其变压器铜过渡连接“螺栓式变压器用铜过渡联接线夹”一般结构形式是，主体为多为导电性能好的铝材，其中起到与变压器出线铜端子联接的联接丝孔内壁爆炸复合有一层铜层，及其他起到压接铜导线作用的端部上、下板主体为铝结构表面均爆炸复合有一层铜层，端部上、下板两个结构板均留有联接固定作用的冲压孔。

本发明的有益效果：

本发明中的电力铜连接“螺栓式变压器用铜过渡联接线夹”结构紧密，可获得更优越的连接性能，降低了铜材的使用量，解决方案及制造工艺独特、简便、成本低廉，不仅可以进行规模化生产，同时也确保了现场安装使用的通用性，操作简单方便，制作成本低，普及速度快。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A-A向俯视结构图。

图3为本发明俯视结构图。

图4为本发明的铝导线压板结构图。

具体实施方式：

参见图1-4。螺栓式变压器用铜过渡联接线夹，包括有铝基板1，铝基板1表面爆炸焊接成一体的铜层2，且铝基板1一端沿铜层2朝内方向对折且中间成圆筒形3；铝基板1另一端为平板，铝基板的平板端4安装有铝导线压板5，铝导线压板5内表面也爆炸焊接有一层铜层9，铝基板的平板端4的铜层2与铝导线压板5的铜层9为对合面，且铝基板1的平板端、铝导线压板5中部对应位置上分别有起到压线作用的半圆弧沟槽6，铝导线压板5的半圆弧沟槽6两侧与铝基板1的平板端之间通过螺栓7连接；所述的铝基板1及铜层2的对折部分分别有联接铜导线或铜丝柱的联接丝孔，铜层的联接丝孔内壁加工有联接丝纹与螺栓8旋合。

铝基板1与铜层2之间的焊接方式是采取金属爆炸焊接方式焊接完成，结合状态为冶金结合状态，结合率为100％，其结合强度不低于55MPa。

铜层2的厚度在0.1mm-8mm之间；其铝基板1厚度为1mm-30mm。

如要达到本发明所述的电力铜连接“螺栓式变压器用铜过渡联接线夹”的性能效果，面临的工艺技术课题截然显现，即有效的解决所述的爆炸复合铜铝母材的取得，及铜铝母材螺栓式变压器用铜过渡联接线夹后期成型制造工艺的完善；

首先、是螺栓式变压器用铜过渡联接线夹铜铝复合母材的爆炸焊接工艺及母材制造方法；

为了获得优异的此铜线夹自身的铜铝过渡复合性能，本发明采用了爆炸焊接的工艺技术，进行解决此铜线夹自身的铜铝过渡焊接复合。

爆炸焊接工艺：

实现金属爆炸焊接的主要条件有以下几方面：“炸药品种、单位面积药量、基板与覆板的安装间隙和安装角、基板与覆板的尺寸参数(主要有板材的厚度、基覆比)以及表面状态”等。

1、炸药品种

炸药是爆炸焊的能源，其种类和密度决定爆炸速度。爆速过高，会使撞击角度变小和作用力过大，容易撕裂结合部位；爆速过低，不能维持足够的爆炸角，也不能产生良好结合。

由于爆炸焊接工程中广泛使用2^#岩石炸药，为了与实际生产相结合，本项目中炸药也采用粉状铵盐炸药(2^#岩石炸药)，其密度ρ＝0.53～0.6g/cm³，爆速2200m/s～2600m/s。

2、单位面积药量

炸药的数量以覆板单位面积上布放的炸药数量或炸药厚度来计算，以Wg(g/cm²)表示。

药量的计算目前尚无理论公式，可采用如下经验公式来计算。

$W_g=K_g\sqrt{{\mathrm{\δ}}_1{\mathrm{\ρ}}_1}$

式中：

■ho——均匀间隙值(mm)

■W_g——单位面积药量(g/cm²)

■ρ₁——覆板密度(g/cm³)

■δ₁——覆板厚度(mm)

■δ₀——药包厚度(mm)

■K_g——金属爆炸焊接经验系数。

确定基层金属板与复层衬板的间距ho为3.5mm；

确定复层衬板上表面的单位面积的炸药用药量Wg为1.16g/cm²；

Kg与炸药性质及材料有关的常数定为1.5。

3、安装间隙和安装角

爆炸焊的能量传递、吸收、转换和分配，是通过间隙借助覆板与基板的高速冲击碰撞来完成和实现的。安装间隙和安装角是影响爆炸角的主要因素之一，在爆炸焊中，如果爆炸角过小，不论撞击速度有多大，也不会产生射流现象，反而容易引起结合面的严重熔化，接头强度低。平行法爆炸焊时采用均匀间隙值，以ho表示，一般为覆板厚度的0.5～1.0倍，一般用如下经验公司来计算：

h₀＝0.2(δ₁+δ₀)

4、表面状态

要实现金属间的冶金结合，必须有效清除金属板表面为氧化物、氮化物以及吸附气体薄膜的覆盖层，为使金属板之间达到紧密接触，以致产生原子间的结合力，奠定实现基础。

表面状态与形成物理接触面积有关，对焊接质量有非常重要的影响，焊前一定要进行表面清理以保持金属表面尽可能的清洁和具有一定的表面粗糙度。实验结果表明，粗糙的表面既难于形成波形界面，又易于熔化而形成金属间化合物的中间层。

其次、是此铜线夹的成型工艺及方法；

如果要使金属爆炸焊接方式制造的金属复合材料母板，变成适合最终使用所需的各种形状和形式的材料配件，那么对于金属爆炸焊接复合材料母板进行必要的、适合的后期加工及其加工手段的选择就显得十分重要。

在此！仅对本发明所指的“螺栓式变压器用铜过渡联接线夹”的成型所需的后期成型工艺方式方法做一介绍。

为了达到“表面质量好、外形形状统一、对复合界面损伤小、材料浪费少”的后期加工目的；对本发明所指的“螺栓式变压器用铜过渡联接线夹”的成型后期成型加工工序的加工工艺、本发明选择了“金属超塑成型”的工艺技术，众所周知“金属超塑成型”必须满足一下三个基本条件：

1.微细晶粒组织

2.一定变形温度

3.低应变速度

根据“金属超塑成型”工艺标准，结合复合材料母板温升需要情况，对母板实施“超塑成型”前的加温工序，加热、加温可以是高频感应加热，中频感应加热等其他有效手段；

对于本发明“螺栓式变压器用铜过渡联接线夹”的成型，对母板实施“超塑成型”前的加温温度本发明设定在220°-280°范围内进行，在满足以上条件后将温升后的爆炸复合材料母板置于，待压模具内，根据爆炸复合材料母板的“应变速度”，采用压力设备对于模具给压；

至此，通过对于压制成型后的“螺栓式变压器用铜过渡联接线夹”毛坯形状，进行必要的后期截取、钻孔、组装即可完成了整个“螺栓式变压器用铜过渡联接线夹”的成型制造。

Claims (5)

1.螺栓式变压器用铜过渡联接线夹，包括有铝基板，铝基板表面有爆炸焊接成一体的铜层，铝基板一端的铜层朝内对折且中间成圆筒形；铝基板另一端为平板，其特征在于：所述的铝基板的平板端，安装有铜导线压板；主体为铝的铜导线压板表面有爆炸焊接成一体的铜层；铝基板的平板端与铜导线压板的铜层对合，且铝基板的平板端与铜导线压板的中部对应位置上分别有起到压线作用的半圆弧沟槽，铜导线压板的半圆弧沟槽两侧与铝基板的平板端之间通过螺栓连接；所述的铝基板及铜的对折部分分别有联接铜导线或铜丝柱的联接丝孔，铜层的联接丝孔内壁加工有联接丝纹与螺栓旋合。

2.根据权利要求1所述的螺栓式变压器用铜过渡联接线夹，其特征在于所述的铝基板与铜层之间的焊接方式是采取金属爆炸焊接方式焊接完成，结合状态为冶金结合状态，结合率为100％，其结合强度不低于55MPa。

3.根据权利要求1所述的螺栓式变压器用铜过渡联接线夹，其特征在于所述的铜层的厚度在0.1mm-8mm之间；其铝基板厚度为1mm-30mm。

4.根据权利要求1所述的螺栓式变压器用铜过渡联接线夹，其特征在于铝导线端采取铝导线压板与铝基板螺栓压接联接；铜联接端采取联接丝孔及螺栓组合方式压接联接。

5.权利要求1所述的螺栓式变压器用铜过渡联接线夹中铝基板与铜层之间的铜层复合爆炸焊接方法，其特征在于：

(1)、采用铝基板作为基层金属板，采用铜金属板作为复层金属板，并采用纤维板作为复层爆炸焊接衬板；

(2)、对选定好的衬板、基层金属板和复层金属板进行表面净化处理；

(3)、将基层金属板和复层金属板、衬板依次叠放，药框放置在衬板的上表面，在药框内均匀铺上炸药及其引爆雷管；

(4)、将所述的基层金属板等整个焊接装置置于沙土基础上，并引爆雷管进行爆炸焊接施工；

(5)、对爆炸焊接后的复合金属板进行超声波无损检测和力学性能能检测，并对复合金属板进行矫平处理；

(6)、对矫平后的复合金属板进行热处理、切割和冲压成型；

(7)所述的爆炸焊接复合的工艺参数为：爆炸焊接时使用的炸药确定为2号岩石硝铵炸药，引爆方式采用雷管或导爆索端部宽边引爆；

■确定基层金属板与复层衬板的间距ho为3.5mm；

■确定复层衬板上表面的单位面积的炸药用药量Wg为1.16g/cm²；

■Kg与炸药性质及材料有关的常数定为1.5。

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