CN110014238A - 一种片式软连接接头焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种片式软连接接头焊接方法，包括以下步骤：步骤一、裁切下料，将片式铜箔逐层叠加，制成片式软连接坯料；步骤二：原子扩散焊接，将片式软连接坯料边缘采用加压装置压紧，加压加热，形成片式软连接；步骤三：装夹固定，利用夹具将片式软连接与铜排装夹在焊接平台上；步骤四：搅拌摩擦焊接，将搅拌摩擦焊接设备的搅拌头底部的搅拌针旋入引弧板内，并沿着片式软连接与铜排之间的缝隙移动向收弧板方向移动焊接；步骤五：打磨清理。本发明采用原子扩散焊与搅拌摩擦焊相结合的方法进行片式软连接接头的焊接，其中原子扩散焊提供一个紧实边界，而低热输入的搅拌摩擦焊完成软连接与铜排焊接，不仅焊接质量好，而且效率高、成本低。

Description

一种片式软连接接头焊接方法
技术领域
本发明属于片式软连接铜排制作技术领域，具体涉及一种片式软连接接头焊接方法。
背景技术
随着电力行业的发展，设备机构越来越趋于复杂化，结构的加工及装配误差累计较大，这对装配中不能受过大应力的铜排要求较高，而采用片式叠层结构的软连接铜排，可以有很好的柔性，适应各种装配误差。目前，行业内对于片式软连接的焊接多采用熔焊缝的方式进行，热输入量较大，晶粒粗大，力学性能较差，且表面的平整度较差，影响导电性能，后期打磨平整的成本较高。也有采用整体原子扩散焊压接方式进行，但扩散焊本身耗时较长，铜箔片层间结合力较差，在多次安装拆卸后易损坏，且铜箔使用量较大，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种片式软连接接头焊接方法，以解决片式软连接与铜排焊接质量差的问题。
本发明的一种片式软连接接头焊接方法是这样实现的：
一种片式软连接接头焊接方法，包括以下步骤：
步骤一：裁切下料，将片式铜箔逐层叠加，并固定压实，利用刀具将端面剪裁平切，制成片式软连接坯料；
步骤二：原子扩散焊接，将片式软连接坯料两端距离边缘宽度为L的区域采用加压装置压紧，并施加压紧力F，整体加热保压，形成片式软连接；
步骤三：装夹固定，利用夹具将片式软连接与铜排的焊接端面对齐后装夹在焊接平台上，固定片式软连接与铜排之间缝隙的宽度，并在缝隙的两端设置引弧板和收弧板；
步骤四：搅拌摩擦焊接，将搅拌摩擦焊接设备的搅拌头底部的搅拌针旋入引弧板内，并沿着片式软连接与铜排之间的缝隙移动至收弧板内，然后将搅拌头从收弧板中抽出；
步骤五：打磨清理，利用刀具沿着片式软连接侧面将收弧板以及引弧板剪去，采用刮刀将焊缝两侧的飞边去除，并用砂纸打磨平整。
进一步的，还包括步骤六：检测，对焊缝内部进行超声探伤，并测试接头导电率。
该步骤能够有效地检测出焊缝中是否存在裂纹、孔洞等缺陷，并检测其导电率是否符合要求，保证片式软接接头的质量。
进一步的，所述片式软连接坯料两端距离边缘的宽度L大于搅拌头轴肩半径。
这样可以保证后续搅拌摩擦焊接的进行，防止搅拌头在搅拌摩擦焊接时超出原子扩散焊接的范围，从而保证片式软连接与铜排之间的焊接质量。
进一步的，所述原子扩散焊接中施加的压紧力F为10-15N/mm2，加热温度为900-1000℃，保压时间为2-10min。
压紧力、加热温度和保压时间的设置，可以在保证片式软连接接头的焊接效率的基础上，使片式软连接坯料的边缘快速形成紧实的边界，避免后期搅拌摩擦焊接时撕裂。
另外，在本发明中，原子扩散焊的压紧力与片式铜箔叠加的方向相同，结合加热，进一步提高其原子扩散焊的质量的效率。
进一步的，所述搅拌摩擦焊中片式软连接与铜排之间缝隙的宽度小于1mm。
缝隙宽度过大会造成焊接出现空洞的情况，小于1mm的情况下能够保证搅拌摩擦焊的效果以及片式软连接与铜排的质量。
进一步的，所述引弧板和收弧板的横截面为正方形，且其边长大于搅拌头轴肩直径的两倍。
引弧板和收弧板的设置用于实现搅拌头的开始以及收尾工作，防止在片式软连接和铜排上产生孔洞，影响焊接质量。
而引弧板和收弧板横截面边长的设置，则为了防止搅拌头焊接过程中超出引弧板以及收弧板的边缘，并且在进行搅拌摩擦焊接是需要对引弧板和收弧板施加一个下压的力对其固定，其边长大于搅拌头轴肩直径的两倍也为了方便对引弧板和收弧板进行固定。
优选的，引弧板和收弧板的采用与铜排相同批次的原料制作，防止因原料差异造成搅拌摩擦焊的质量问题。
进一步的，所述搅拌针旋入引弧板内时其轴肩下压量为0.2-0.5mm，可以保证搅拌头与片式软连接以及铜排充分接触，从而提高搅拌摩擦焊的质量。
另外，采用搅拌针来实现两者之间的焊接，通过搅拌针的转动以及轴肩的下压力，实现界面两侧金属相互融合以达到冶金结合，从而增加片式软连接与铜排连接的强度和稳定性。
进一步的，所述搅拌头的搅拌针的长度比所述片式软连接的厚度小0.5-1mm。
在搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头需要下压一定的距离，搅拌针的长度小于片式软连接的厚度可以在保证焊接质量的同时，防止搅拌针的底部触及片式软连接底部的工作台，避免造成搅拌针的磨损。
进一步的，所述搅拌头朝向所述引弧板方向倾斜，且其底面与片式软连接接头上表面之间的夹角θ为2°-4°。
夹角θ的设置可以保证搅拌头焊接运行的顺畅性，防止因片式软连接以及铜排的熔化后对其运行造成阻挡。
优选的，夹角θ为2°。
进一步的，所述搅拌头朝向收弧板方向且位于缝隙上方位置的线速度朝向所述铜排方向。
即搅拌头的运行的前侧的线速度朝向铜排方向，即顺着软连接转动，这样即使个别软连接扩散焊不充分的话，也不会将其撕裂。
优选的，搅拌头的转速n为500-600r/min，焊接速度v为40-55mm/min，此转速和焊接速度普遍适用于5-8mm厚度的片式软连接接头的焊接，随着片式软连接接头的厚度增加，其转速n会提高，焊接速度v减慢。
采用了上述技术方案后，本发明具有的有益效果为：
（1）本发明在片式软连接的边缘采用原子扩散焊接的方式可以快速形成紧实的边界，为与铜排的焊接提供良好的基础；
（2）本发明采用搅拌摩擦焊实现片式软连接与铜排的焊接，没有余高，外观成型美观，晶粒细小，没有应力集中、强度高，内部无气孔、导电性优良；
（3）本发明采用搅拌摩擦焊的形式，可以减少铜箔的使用量，节约成本，并且把片式软连接的两端均与铜排相连，将铜排作为片式软连接的安装部分，无需在片式软连接上开设安装孔，可以满足多次拆装无损伤的要求，质量可靠。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1的片式软连接接头焊接方法的原子扩散焊接时的结构图；
图2是本发明实施例1的片式软连接接头焊接方法的搅拌膜材焊时的结构图；
图3是本发明实施例1的片式软连接接头焊接方法搅拌膜材焊时焊缝处朝向铜排方向的剖面图；
图中：片式软连接1，铜排2，片式软连接坯料3，加压装置4，焊接平台5，引弧板6，收弧板7，搅拌头8，搅拌针9。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例对一厚度为6mm的片式软连接1和铜排2进行焊接，其具体步骤如下：
步骤一：裁切下料，将片式铜箔逐层叠加至厚度为6mm，并固定压实，利用刀具将端面剪裁平切，制成100*200mm的片式软连接坯料3；
其中，剪裁平切也可以采用剪裁机进行操作。
步骤二：如图1所示，原子扩散焊接，将片式软连接坯料3两端距离边缘宽度为L为25mm的区域采用加压装置4压紧，并施加压紧力F为10N/mm2，整体加热温度为900℃，保压时间为2min，形成带有25mm宽紧实边界的片式软连接1。
步骤三：如图2-3所示，装夹固定，利用夹具将片式软连接1与铜排2的焊接端面对齐后装夹在焊接平台5上，固定片式软连接1与铜排2之间缝隙的宽度在0.2mm，并在缝隙的两端设置引弧板6和收弧板7，引弧板6和收弧板7采用铜排2相同批次材料制作，其横截面呈正方形，边长为55mm。
步骤四：搅拌摩擦焊接，将搅拌摩擦焊接设备上轴肩直径为25mm的搅拌头8底部长度为5mm的搅拌针9旋入引弧板6内，并沿着片式软连接1与铜排2之间的缝隙向收弧板7所在方向移动，其中，焊接过程中，搅拌头8轴肩下压量为0.5mm，搅拌头8底面与片式软连接接头上表面之间的夹角θ为2°，转速n为500r/min，焊接速度v为55mm/min，并且搅拌头8朝向收弧板7方向且位于缝隙上方位置的线速度朝向铜排2方向，当搅拌头8移动至收弧板7上后将搅拌头8从收弧板7中抽出，即可完成片式软连接1与铜排2的焊接；然后安装上述同样的方法进行片式软连接1另一侧与铜排2的焊接。
步骤五：打磨清理，利用刀具沿着片式软连接1侧面将收弧板7以及引弧板6剪去，采用刮刀将焊缝两侧的飞边去除，并用砂纸打磨平整。
步骤六：检测，对焊缝内部进行超声探伤，并测试接头导电率。
检测时，目测焊缝表面均匀，焊缝内超声探伤，不存在裂纹、空洞等缺陷，且片式软连接接头的导电率符合要求。
实施例2
本实施例对一厚度为6mm的片式软连接1和铜排2进行焊接，其具体步骤如下：
步骤一：裁切下料，将片式铜箔逐层叠加至厚度为6mm，并固定压实，利用刀具将端面剪裁平切，制成100*200mm的片式软连接坯料3；
其中，剪裁平切也可以采用剪裁机进行操作。
步骤二：原子扩散焊接，将片式软连接坯料3两端距离边缘宽度为L为20mm的区域采用加压装置4压紧，并施加压紧力F为12N/mm2，整体加热温度为950℃，保压时间为6min，形成带有20mm宽紧实边界的片式软连接1。
步骤三：装夹固定，利用夹具将片式软连接1与铜排2的焊接端面对齐后装夹在焊接平台5上，固定片式软连接1与铜排2之间缝隙的宽度在0.5mm，并在缝隙的两端设置引弧板6和收弧板7，引弧板6和收弧板7采用铜排2相同批次材料制作，其横截面呈正方形，边长为45mm。
步骤四：搅拌摩擦焊接，将搅拌摩擦焊接设备上轴肩直径为20mm的搅拌头8底部长度为5.2mm的搅拌针9旋入引弧板6内，并沿着片式软连接1与铜排2之间的缝隙向收弧板7所在方向移动，其中，焊接过程中，搅拌头8轴肩下压量为0.3mm，搅拌头8底面与片式软连接接头上表面之间的夹角θ为3°，转速n为450r/min，焊接速度v为50mm/min，并且搅拌头8朝向收弧板7方向且位于缝隙上方位置的线速度朝向铜排2方向，当搅拌头8移动至收弧板7上后将搅拌头8从收弧板7中抽出，即可完成片式软连接1与铜排2的焊接；然后安装上述同样的方法进行片式软连接1另一侧与铜排2的焊接。
步骤五：打磨清理，利用刀具沿着片式软连接1侧面将收弧板7以及引弧板6剪去，采用刮刀将焊缝两侧的飞边去除，并用砂纸打磨平整。
步骤六：检测，对焊缝内部进行超声探伤，并测试接头导电率。
检测时，目测焊缝表面均匀，焊缝内超声探伤，不存在裂纹、空洞等缺陷，且片式软连接接头的导电率符合要求。
实施例3
本实施例对一厚度为7mm的片式软连接1和铜排2进行焊接，其具体步骤如下：
步骤一：裁切下料，将片式铜箔逐层叠加至厚度为7mm，并固定压实，利用刀具将端面剪裁平切，制成100*200mm的片式软连接坯料3；
其中，剪裁平切也可以采用剪裁机进行操作。
步骤二：原子扩散焊接，将片式软连接坯料3两端距离边缘宽度为L为30mm的区域采用加压装置4压紧，并施加压紧力F为15N/mm2，整体加热温度为1000℃，保压时间为10min，形成带有30mm宽紧实边界的片式软连接1。
步骤三：装夹固定，利用夹具将片式软连接1与铜排2的焊接端面对齐后装夹在焊接平台5上，固定片式软连接1与铜排2之间缝隙的宽度在0.8mm，并在缝隙的两端设置引弧板6和收弧板7，引弧板6和收弧板7采用铜排2相同批次材料制作，其横截面呈正方形，边长为60mm。
步骤四：搅拌摩擦焊接，将搅拌摩擦焊接设备上轴肩直径为28mm的搅拌头8底部长度为6.5mm的搅拌针9旋入引弧板6内，并沿着片式软连接1与铜排2之间的缝隙向收弧板7所在方向移动，其中，焊接过程中，搅拌头8轴肩下压量为0.2mm，搅拌头8底面与片式软连接接头上表面之间的夹角θ为4°，转速n为600r/min，焊接速度v为40mm/min，并且搅拌头8朝向收弧板7方向且位于缝隙上方位置的线速度朝向铜排2方向，当搅拌头8移动至收弧板7上后将搅拌头8从收弧板7中抽出，即可完成片式软连接1与铜排2的焊接；然后安装上述同样的方法进行片式软连接1另一侧与铜排2的焊接。
步骤五：打磨清理，利用刀具沿着片式软连接1侧面将收弧板7以及引弧板6剪去，采用刮刀将焊缝两侧的飞边去除，并用砂纸打磨平整。
步骤六：检测，对焊缝内部进行超声探伤，并测试接头导电率。
检测时，目测焊缝表面均匀，焊缝内超声探伤，不存在裂纹、空洞等缺陷，且片式软连接接头的导电率符合要求。
由上述三个实施例可知，本发明提供的片式软连接接头焊接方法可以实现片式软连接1和铜排2的高强度焊接，不仅接头处美观牢固、导电性好，而且其中参数可调、适应性强，可以在保证焊接质量的基础上，提高焊接速度和效率。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (10)

1.一种片式软连接接头焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：裁切下料，将片式铜箔逐层叠加，并固定压实，利用刀具将端面剪裁平切，制成片式软连接坯料（3）；
步骤二：原子扩散焊接，将片式软连接坯料（3）两端距离边缘宽度为L的区域采用加压装置（4）压紧，并施加压紧力F，整体加热保压，形成片式软连接（1）；
步骤三：装夹固定，利用夹具将片式软连接（1）与铜排（2）的焊接端面对齐后装夹在焊接平台（5）上，固定片式软连接（1）与铜排（2）之间缝隙的宽度，并在缝隙的两端设置引弧板（6）和收弧板（7）；
步骤四：搅拌摩擦焊接，将搅拌摩擦焊接设备的搅拌头（8）底部的搅拌针（9）旋入引弧板（6）内，并沿着片式软连接（1）与铜排（2）之间的缝隙移动至收弧板（7）内，然后将搅拌头（8）从收弧板（7）中抽出；
步骤五：打磨清理，利用刀具沿着片式软连接（1）侧面将收弧板（7）以及引弧板（6）剪去，采用刮刀将焊缝两侧的飞边去除，并用砂纸打磨平整。
2.根据权利要求1所述的片式软连接接头焊接方法，其特征在于，还包括步骤六：检测，对焊缝内部进行超声探伤，并测试接头导电率。
3.根据权利要求1所述的片式软连接接头焊接方法，其特征在于，所述片式软连接坯料（3）两端距离边缘的宽度L大于搅拌头（8）轴肩半径。
4.根据权利要求1所述的片式软连接接头焊接方法，其特征在于，所述原子扩散焊接中施加的压紧力F为10-15N/mm2，加热温度为900-1000℃，保压时间为2-10min。
5.根据权利要求1所述的片式软连接接头焊接方法，其特征在于，所述搅拌摩擦焊中片式软连接（1）与铜排（2）之间缝隙的宽度小于1mm。
6.根据权利要求1所述的片式软连接接头焊接方法，其特征在于，所述引弧板（6）和收弧板（7）的横截面为正方形，且其边长大于搅拌头（8）轴肩直径的两倍。
7.根据权利要求1所述的片式软连接接头焊接方法，其特征在于，所述搅拌针（9）旋入引弧板（6）内时其轴肩下压量为0.2-0.5mm。
8.根据权利要求1所述的片式软连接接头焊接方法，其特征在于，所述搅拌头（8）的搅拌针（9）的长度比所述片式软连接（1）的厚度小0.5-1mm。
9.根据权利要求1所述的片式软连接接头焊接方法，其特征在于，所述搅拌头（8）朝向所述引弧板（6）方向倾斜，且其底面与片式软连接接头上表面之间的夹角θ为2°-4°。
10.根据权利要求1所述的片式软连接接头焊接方法，其特征在于，所述搅拌头（8）朝向收弧板（7）方向且位于缝隙上方位置的线速度朝向所述铜排（2）方向。
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