CN110091050A - 一种异型铜材软硬连接的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力技术领域，且公开了一种异型铜材软硬连接的焊接方法，对第一硬排、第二硬排、第三硬排、第四硬排、第五硬排、第六硬排和第七硬排进行预处理，第一软连接和第二软连接部分需要通过多个铜箔，采用分子扩散焊的方式将两个端头焊牢，补偿铜板的选择。本发明通过在焊缝处增加补偿铜板，利用补偿铜板的叠加，能够避免出现由于搅拌摩擦焊在拼焊缝处所产生的凹坑，并且由于补偿铜板的边缘向外延伸到铜排外轮廓之外，同时搅拌头定位在铜排的外侧，从而避免了铜排的外观发生凹痕缺陷的现象，进而使成型产品的表面外观好，同时保证拥有良好的力学性能，并且平面度满足使用要求、导电性能优良，从而达到提高焊接合格率的效果。

Description

一种异型铜材软硬连接的焊接方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体为一种异型铜材软硬连接的焊接方法。

背景技术

铜排导体连接在电力行业应用广泛，常见的铜排连接有铜软连接和硬连接之分。软连接主要用在结构复杂的设备里，像一些空间有限，用于调整零件加工以及装配误差；此外，软连接以其良好的柔韧性在抗震方面也有较大的优势。

铜排硬连接较为常见，这里主要提的是一些尺寸较大的异形硬连接，考虑到成本方面因素等方面因素采用多个铜排拼焊的方式。不管软连接还是硬连接都要采用焊接方式制成，传统的焊接方式是高分子扩散焊和氩弧焊、钎焊，这些焊接方法存在较多的缺陷，比如：表面外观丑、力学性能差（长期受力使用铜箔易断裂）、平面度达不到要求（即使后期通过打磨也难满足）、成品导电性能差、耗时长。

发明内容

（一）解决的技术问题

本发明的目的在于提供了一种异型铜材软硬连接的焊接方法，达到了使加工的产品表面外观好、力学性能良好的目的，同时铜排的平面度满足使用要求，并且导电性能优良，从而满足对于电力行业的使用要求。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种异型铜材软硬连接的焊接方法，包括第一硬排、第一软连接、第二硬排、第三硬排、第四硬排、第五硬排、第六硬排、第二软连接、第七硬排、补偿铜板、搅拌头、定位夹具、工作台、下刀点和拼焊缝，所述第一硬排、第二硬排、第三硬排、第四硬排、第五硬排、第六硬排和第七硬排为异形铜材的整体组成部分，包括以下步骤：

1）、对第一硬排、第二硬排、第三硬排、第四硬排、第五硬排、第六硬排和第七硬排进行预处理，第一软连接和第二软连接部分需要通过多个铜箔，采用分子扩散焊的方式将两个端头焊牢。

2）、补偿铜板的选择，补偿铜板的宽度要大于单体硬排和软连接处于相对接时的宽度。

3）、使用定位夹具固定住软硬铜排以及补偿铜板于工作台上，随后将要焊接的软硬铜排通过第一软连接和第二软连接进行对接，并且铜箔与硬排的表面相贴合。

4）、采用搅拌摩擦焊的焊接方式进行焊接，下刀点应注意在硬铜排的外侧，在搅拌头开始转动的同时下压至产品的厚度，与补偿铜板的表面相接触，随后再开始慢慢的移动位置进行搅拌焊接，此时补偿铜板的表面形成拼焊缝。

5）、打磨掉补偿铜板，切掉突出硬铜排外轮廓的补偿铜板，并使用打磨机对外边缘的凸起以及毛刺进行打磨至光滑顺直状态。

6）、检验产品外观

利用X射线查看产品焊缝内部有无裂纹、孔隙等缺陷，并通过测试其力学性能、平面度和导电性均满足要求。

优选的，所述第一硬排、第二硬排、第三硬排、第四硬排、第五硬排、第六硬排和第七硬排表面应光洁、平整，不应有裂纹、折皱、夹杂物及变形和扭曲的现象。

优选的，所述步骤1）对于硬排的预处理，需要对硬铜排进行矫正平直操作，使用轧平机对硬铜排进行调直，并用木槌进行局部调整，应达到立弯(侧面弯曲)不大于2mm/m，平弯(宽面弯曲)不大于3mm/m，切断面应平整，不应有毛刺和影响质量的切口变形。

优选的，所述第一软连接和第二软连接的弯曲处与搭接处应有10mm的距离，在硬铜排弯曲处或软连接搭接处，距支撑点应有大于或等于20mm的距离。

优选的，所述步骤2）中补偿铜板应保证向外延伸至硬铜排的外轮廓线之外2mm处。

优选的，所述搅拌头端部的搅拌探头长度应小于硬铜排的厚度与补偿铜板的厚度之和，其相差范围应满足0.5-1mm之间。

优选的，所述步骤4）中搅拌摩擦焊过程中，搅拌头应保持与硬铜排处于相垂直状态，焊接过程中不允许出现倾斜现象，并且搅拌头的搅拌速度为600-800转/min。

优选的，所述异型铜材软硬连接的焊接方法，采用搅拌摩擦焊与分子扩散焊相结合的方式进行。

优选的，所述定位夹具的使用量需要满足对软硬铜排以及补偿铜板进行全自由度限制，以此避免焊接过程中对接处出现松动以及位置偏移现象的发生。

（三）有益效果

本发明提供了一种异型铜材软硬连接的焊接方法。具备以下有益效果：

（1）、本发明由于补偿铜板的设置，通过在焊缝处增加补偿铜板，利用补偿铜板的叠加，能够避免出现由于搅拌摩擦焊在拼焊缝处所产生的凹坑，并且由于补偿铜板的边缘向外延伸到铜排外轮廓之外，同时搅拌头定位在铜排的外侧，从而避免了铜排的外观发生凹痕缺陷的现象，进而使成型产品的表面外观好，同时保证拥有良好的力学性能，并且平面度满足使用要求、导电性能优良，从而达到提高焊接合格率的效果。

（2）、该种焊接方法在使用时，不受轴类零件的限制，可进行平板的对接和搭接，可焊接直焊缝、角焊缝及环焊缝，可进行大型框架结构及大型筒体制造、大型平板对接等，扩大了应用范围，易于实现机械化、自动化，质量比较稳定，重复性高，并且焊接设备简单，容易实现自动化，从而使焊接操作十分简便，焊机运行和焊接质量的可靠性得到大大提高。

（3）、通过本发明的焊接方法，经过焊接后的铜排用X射线拍出内侧焊缝处并无任何缺陷，而且相对于其他工艺的焊接方法环保，在焊接前以及焊接过程中对环境的污染小，焊接过程中的摩擦和搅拌可以去除焊件表面的氧化膜，同时焊接过程中也无烟尘和飞溅，并且噪声低。

（4）、通过本发明的焊接方法，焊接变形小，焊件尺寸精度较高，由于搅拌摩擦焊为固相焊接，其加热过程具有能量密度高、热输入速度快等特点，因而焊接变形小，焊后残余应力小，在保证焊接设备具有足够大的刚度、焊件装配定位精确以及严格控制焊接参数的条件下，焊件的尺寸精度高。

（5）、通过本发明的焊接方法，在保证焊接成本低的同时能够提高焊接效率，并且焊接过程中无须填充材料以及保护气体，焊接过程中无须施加保护措施，厚焊接件边缘不用加工坡口，焊接铝材工件不用去氧化膜，只需去除油污即可，从而减少了以往的焊接程序，并且对接时允许留一定间隙，不苛求装配的精度，能够满足于焊接的适用性。

附图说明

图1为本发明结构软连接的示意图；

图2为本发明异形大尺寸铜排的结构示意图；

图3为本发明搅拌摩擦焊的过程示意图。

图中：1、第一硬排；2、第一软连接；3、第二硬排；4、第三硬排；5、第四硬排；6、第五硬排；7、第六硬排；8、第二软连接；9、第七硬排；10、补偿铜板；11、搅拌头；12、定位夹具；13、工作台；21、下刀点；22、拼焊缝。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：一种异型铜材软硬连接的焊接方法，包括第一硬排1、第一软连接2、第二硬排3、第三硬排4、第四硬排5、第五硬排6、第六硬排7、第二软连接8、第七硬排9、补偿铜板10、搅拌头11、定位夹具12、工作台13、下刀点21和拼焊缝22，第一硬排1、第二硬排3、第三硬排4、第四硬排5、第五硬排6、第六硬排7和第七硬排9为异形铜材的整体组成部分，包括以下步骤：

1）、对第一硬排1、第二硬排3、第三硬排4、第四硬排5、第五硬排6、第六硬排7和第七硬排9进行预处理，第一软连接2和第二软连接8部分需要通过多个铜箔，采用分子扩散焊的方式将两个端头焊牢。

2）、补偿铜板10的选择，补偿铜板10的宽度要大于单体硬排和软连接处于相对接时的宽度，通过在焊缝处增加补偿铜板10，利用补偿铜板10的叠加，能够避免出现由于搅拌摩擦焊在拼焊缝22处所产生的凹坑，并且由于补偿铜板10的边缘向外延伸到铜排外轮廓之外，同时搅拌头11定位在铜排的外侧，并且平面度满足使用要求、导电性能优良，从而达到提高焊接合格率的效果。

3）、使用定位夹具12固定住软硬铜排以及补偿铜板10于工作台13上，随后将要焊接的软硬铜排通过第一软连接2和第二软连接8进行对接，并且铜箔与硬排的表面相贴合，焊接过程中铜排的变形量小，焊件尺寸精度较高，由于搅拌摩擦焊为固相焊接，其加热过程具有能量密度高、热输入速度快等特点，因而焊接变形小，焊后残余应力小，在保证焊接设备具有足够大的刚度、焊件装配定位精确以及严格控制焊接参数的条件下，焊件的尺寸精度高。

4）、采用搅拌摩擦焊的焊接方式进行焊接，下刀点21应注意在硬铜排的外侧，在搅拌头11开始转动的同时下压至产品的厚度，与补偿铜板10的表面相接触，随后再开始慢慢的移动位置进行搅拌焊接，此时补偿铜板10的表面形成拼焊缝22，此处在保证焊接成本低的同时能够提高焊接效率，并且焊接过程中无须填充材料以及保护气体，焊接过程中无须施加保护措施，厚焊接件边缘不用加工坡口，焊接铝材工件不用去氧化膜，只需去除油污即可，从而减少了以往的焊接程序，并且对接时允许留一定间隙，不苛求装配的精度，能够满足于焊接的适用性。

5）、打磨掉补偿铜板10，切掉突出硬铜排外轮廓的补偿铜板10，并使用打磨机对外边缘的凸起以及毛刺进行打磨至光滑顺直状态。

6）、检验产品外观

利用X射线查看产品焊缝内部有无裂纹、孔隙等缺陷，并通过测试其力学性能、平面度和导电性均满足要求。

第一硬排1、第二硬排3、第三硬排4、第四硬排5、第五硬排6、第六硬排7和第七硬排9表面应光洁、平整，不应有裂纹、折皱、夹杂物及变形和扭曲的现象，步骤1）对于硬排的预处理，需要对硬铜排进行矫正平直操作，使用轧平机对硬铜排进行调直，并用木槌进行局部调整，应达到立弯(侧面弯曲)不大于2mm/m，平弯(宽面弯曲)不大于3mm/m，切断面应平整，不应有毛刺和影响质量的切口变形，通过预处理能够提高焊接成品的效率，并且保证焊接的质量，使焊缝处能够达到平直顺滑的状态。

第一软连接2和第二软连接8的弯曲处与搭接处应有10mm的距离，在硬铜排弯曲处或软连接搭接处，距支撑点应有大于或等于20mm的距离，对于弯曲处的距离要求，能够提高异形件之间连接处的力学性能，从而保证产品整体的负载能力。

步骤2）中补偿铜板10应保证向外延伸至硬铜排的外轮廓线之外2mm处，从而避免了铜排的外观发生凹痕缺陷的现象，进而使成型产品的表面外观好，同时保证拥有良好的力学性能。

搅拌头11端部的搅拌探头长度应小于硬铜排的厚度与补偿铜板10的厚度之和，其相差范围应满足0.5-1mm之间，该种范围之内的长度差能够避免在焊接时，由搅拌探头过长对铜排所造成的损伤，从而保证铜排表面的完整性。

步骤4）中搅拌摩擦焊过程中，搅拌头11应保持与硬铜排处于相垂直状态，焊接过程中不允许出现倾斜现象，并且搅拌头11的搅拌速度为600-800转/min，搅拌头11包括两部分：搅拌探头和轴肩，而搅拌头11的材料通常都采用硬度远远高于被焊材料的材料制成，这样能够在焊接过程中将搅拌头的磨损减至最小，搅拌头11主要为带螺纹的搅拌头11和带三个沟槽的搅拌头11，这两种搅拌探头都设计成锥体，大大减少了相同半径圆柱体搅拌探头的材料卷出量，一般说来，带三沟槽的搅拌探头减小了70%，而带螺纹的搅拌探头减小了60%，如果使用一个确定的较小直径的搅拌探头，锥形搅拌探头比圆柱形搅拌探头更容易进入焊件而通过塑性材料，并且减小了搅拌头的应力集中和断裂可能性。

异型铜材软硬连接的焊接方法，采用搅拌摩擦焊与分子扩散焊相结合的方式进行，搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法，焊接前及焊接过程中对环境的污染小，焊接过程中的摩擦和搅拌可以去除焊件表面的氧化膜，焊接过程中也无烟尘和飞溅，同时噪声低，该焊接方法特别针对一些要求较高的软连接，以及尺寸较大的异形铜排的焊接，通过搅拌摩擦焊与分子扩散焊的相结合，能够合理的对于硬排与软排进行焊接，同时保证拥有良好的力学性能，并且平面度满足使用要求、导电性能优良，从而达到提高焊接合格率的效果，定位夹具12的使用量需要满足对软硬铜排以及补偿铜板10进行全自由度限制，以此避免焊接过程中对接处出现松动以及位置偏移现象的发生。

该种焊接方法在使用时，不受轴类零件的限制，可进行平板的对接和搭接，可焊接直焊缝、角焊缝及环焊缝，可进行大型框架结构及大型筒体制造、大型平板对接等，扩大了应用范围，易于实现机械化、自动化，质量比较稳定，重复性高，并且焊接设备简单，容易实现自动化，从而使焊接操作十分简便，焊机运行和焊接质量的可靠性得到大大提高。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种异型铜材软硬连接的焊接方法，包括第一硬排（1）、第一软连接（2）、第二硬排（3）、第三硬排（4）、第四硬排（5）、第五硬排（6）、第六硬排（7）、第二软连接（8）、第七硬排（9）、补偿铜板（10）、搅拌头（11）、定位夹具（12）、工作台（13）、下刀点（21）和拼焊缝（22），所述第一硬排（1）、第二硬排（3）、第三硬排（4）、第四硬排（5）、第五硬排（6）、第六硬排（7）和第七硬排（9）为异形铜材的整体组成部分，其特征在于包括以下步骤：

1）、对第一硬排（1）、第二硬排（3）、第三硬排（4）、第四硬排（5）、第五硬排（6）、第六硬排（7）和第七硬排（9）进行预处理，第一软连接（2）和第二软连接（8）部分需要通过多个铜箔，采用分子扩散焊的方式将两个端头焊牢；

2）、补偿铜板（10）的选择，补偿铜板（10）的宽度要大于单体硬排和软连接处于相对接时的宽度；

3）、使用定位夹具（12）固定住软硬铜排以及补偿铜板（10）于工作台（13）上，随后将要焊接的软硬铜排通过第一软连接（2）和第二软连接（8）进行对接，并且铜箔与硬排的表面相贴合；

4）、采用搅拌摩擦焊的焊接方式进行焊接，下刀点（21）应注意在硬铜排的外侧，在搅拌头（11）开始转动的同时下压至产品的厚度，与补偿铜板（10）的表面相接触，随后再开始慢慢的移动位置进行搅拌焊接，此时补偿铜板（10）的表面形成拼焊缝（22）；

5）、打磨掉补偿铜板（10），切掉突出硬铜排外轮廓的补偿铜板（10），并使用打磨机对外边缘的凸起以及毛刺进行打磨至光滑顺直状态；

6）、检验产品外观

利用X射线查看产品焊缝内部有无裂纹、孔隙等缺陷，并通过测试其力学性能、平面度和导电性均满足要求。

2.根据权利要求1所述的一种异型铜材软硬连接的焊接方法，其特征在于：所述第一硬排（1）、第二硬排（3）、第三硬排（4）、第四硬排（5）、第五硬排（6）、第六硬排（7）和第七硬排（9）表面应光洁、平整，不应有裂纹、折皱、夹杂物及变形和扭曲的现象。

3.根据权利要求1所述的一种异型铜材软硬连接的焊接方法，其特征在于：所述步骤1）对于硬排的预处理，需要对硬铜排进行矫正平直操作，使用轧平机对硬铜排进行调直，并用木槌进行局部调整，应达到立弯(侧面弯曲)不大于2mm/m，平弯(宽面弯曲)不大于3mm/m，切断面应平整，不应有毛刺和影响质量的切口变形。

4.根据权利要求1所述的一种异型铜材软硬连接的焊接方法，其特征在于：所述第一软连接（2）和第二软连接（8）的弯曲处与搭接处应有10mm的距离，在硬铜排弯曲处或软连接搭接处，距支撑点应有大于或等于20mm的距离。

5.根据权利要求1所述的一种异型铜材软硬连接的焊接方法，其特征在于：所述步骤2）中补偿铜板（10）应保证向外延伸至硬铜排的外轮廓线之外2mm处。

6.根据权利要求1所述的一种异型铜材软硬连接的焊接方法，其特征在于：所述搅拌头（11）端部的搅拌探头长度应小于硬铜排的厚度与补偿铜板（10）的厚度之和，其相差范围应满足0.5-1mm之间。

7.根据权利要求1所述的一种异型铜材软硬连接的焊接方法，其特征在于：所述步骤4）中搅拌摩擦焊过程中，搅拌头（11）应保持与硬铜排处于相垂直状态，焊接过程中不允许出现倾斜现象，并且搅拌头（11）的搅拌速度为600-800转/min。

8.根据权利要求1所述的一种异型铜材软硬连接的焊接方法，其特征在于：所述异型铜材软硬连接的焊接方法，采用搅拌摩擦焊与分子扩散焊相结合的方式进行。

9.根据权利要求1所述的一种异型铜材软硬连接的焊接方法，其特征在于：所述定位夹具（12）的使用量需要满足对软硬铜排以及补偿铜板（10）进行全自由度限制，以此避免焊接过程中对接处出现松动以及位置偏移现象的发生。