CN111430946A - 一种连接器及其制造方法、具有该连接器的防雷接地装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连接器及其制造方法、具有该连接器的防雷接地装置，连接器包括钢芯和复合在钢芯外侧的铜层，连接器具有螺纹孔。防雷接地装置包括首尾依次相连的钻头、连接单元及耐冲击螺栓，连接单元包括若干铜包钢接地棒和若干连接器，若干铜包钢接地棒与若干连接器交替螺纹连接，钻头与首端铜包钢接地棒螺纹连接，耐冲击螺栓与尾端连接器螺纹连接，连接器包括钢芯和复合在钢芯外侧的铜层，连接器具有与铜包钢接地棒相配合的螺纹孔，连接器与铜包钢接地棒具有相同的热胀冷缩系数、硬度及强度。相对于铜质地的连接器，本发明的连接器加工误差小、配合好，在施工时连接器与接地棒不易脱扣，连接器本身不易开裂。

Description

一种连接器及其制造方法、具有该连接器的防雷接地装置

技术领域

本发明涉及防雷接地设备技术领域，特别涉及一种连接器；还涉及制造该连接器的方法；还涉及具有该连接器的防雷接地装置。

背景技术

接地棒是一种导电性良好的细长导体，施工的时候需要锤入土地中，为避免接地棒在锤击过程中弯曲，如公开号为CN208189802U的中国专利公开的一种防雷接地棒，实际上是一种防雷接地装置，其包括钻头、若干连接器、若干铜棒（接地棒）及耐冲击螺栓，若干连接器与若干铜棒构成连接单元，若干连接器与若干铜棒交替螺纹连接，顶端铜棒与耐冲击螺栓螺纹连接，底端铜棒与钻头螺纹连接，这种防雷接地装置，实际上是分成多节，分节施工。常用的接地棒和连接器材料通常有硅铜、磷铜、普通黄铜材料等，材料成本高、强度低。由于铜质地的接地棒和铜质地的连接器硬度和强度都不够高，导致整个防雷接地装置整体的硬度和强度均偏低，在分节施工时，接地棒被锤击入地面以下易发生弯曲，接地棒与连接器之间也会发生断裂脱开等缺陷，施工难度大，防雷接地可靠性不高。

近年来接地棒已经逐渐由硬度更高的铜包钢材料替代，这导致铜包钢材料的接地棒与材质硬度相对较低的有色金属材料丝扣连接紧密度差，特别是批量加工后误差大，配合差，由于材料不一致导致的连接器与接地棒二者的热胀冷缩程度不一致，更使得两者配合不紧密，连接器易开裂，而纯铜材料强度不大，也容易导致在施工过程中连接器与接地棒容易脱扣或出现连接器裂开的情况。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一目的是提供一种强度、硬度均较高的连接器；本发明的第二目的是提供一种具有该连接器、接地效果更可靠的防雷接地装置；本发明的第三目的是提供一种能够标准化的制造该连接器的方法。

为了实现上述发明的第一目的，本发明采用如下技术方案：

一种连接器，包括钢芯和复合在所述钢芯外侧的铜层，所述的连接器的两端开设有螺纹孔。采用铜包钢结构的连接器取代现有技术中铜质地的连接器，相对于纯铜质地的连接器而言，在强度和硬度上均有更高的性能。优选的，为了方便接地棒的连接和防雷接地装置的组装，连接器可以是在其相对两端部分别加工螺纹孔，但是考虑到连接器在其两端部分别加工螺纹孔时，连接器需要重复装夹定位，因而容易出现两端螺纹孔同轴度误差的问题，因此，连接器的螺纹孔最好是贯穿整个连接器。

上述技术方案中，优选的，所述连接器的外表面、所述螺纹孔的内表面均复合有防腐层。优选的，防腐层为纳米碳导电防腐层。由于连接器长期置于地面以下，容易受到侵蚀，并且由于铜包钢质地的连接器导电性上利用低压高频信号的趋肤效应，虽然也能满足某个频率段的信号被确保传递，但在导电性能上略低于纯铜质地的连接器，因此为了优化铜包钢质地的连接器的导电性能和防腐能力，在连接器的外表面以及螺纹孔的内表面均涂覆有纳米碳导电防腐层。当然，为了单一增强其中一种性能，例如防腐性能或导电性能，也可仅在连接器的外表面涂覆防腐层或导电层。

为了实现上述发明的第二目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有上述任一技术方案中所述的连接器的防雷接地装置，包括首尾依次相连的钻头、连接单元以及耐冲击螺栓，所述的连接单元包括若干个铜包钢接地棒和若干个所述的连接器，若干个所述的铜包钢接地棒与若干个所述的连接器交替螺纹连接，所述的钻头与首端所述的铜包钢接地棒螺纹连接，所述的耐冲击螺栓与尾端所述的连接器螺纹连接，所述的连接器包括钢芯和复合在所述钢芯外侧的铜层，所述的连接器具有与所述铜包钢接地棒相配合的螺纹孔，所述的连接器与所述的铜包钢接地棒具有相同的热胀冷缩系数、硬度及强度。连接单元采用铜包钢质地的接地棒和铜包钢质地的连接器，接地棒和连接器可以同批加工，加工误差小，配合好，并且二者具有相同的热胀冷缩系数、硬度及强度，因此在施工时，连接器与接地棒不易脱扣，连接器不易裂开，整个防雷接地装置的接地效果更可靠。

为了实现上述发明的第三目的，本发明采用如下技术方案：

一种制造上述技术方案中任一所述的连接器的方法，包括以下步骤：

①选取铜管，对其内表面和外表面进行清洁，以去除铜管内表面和外表面的油污；

②选取钢棒，对钢棒的外表面进行表面处理，以去除钢棒外表面上的氧化皮；

③将钢棒套入铜管里，形成铜包钢料坯；

④将铜包钢料坯送入轧机进行轧制压缩；

⑤将轧制好的铜包钢料坯进行拉拔处理；

⑥对拉拔后的铜包钢料坯按照设定长度进行截断；

⑦对铜包钢料坯加工螺纹孔，得到所述的连接器。

该制造连接器的方法是利用套管法将钢棒套入铜管中，经过轧制使得铜和钢两种金属材料实现物理性结合，制造过程环保无污染，有效节约铜资源，可以与现有技术中铜包钢质地的接地棒同批加工，加工误差小，配合好。

上述技术方案中，优选的，在所述的步骤①中，所述铜管的厚度为0.5-4㎜、直径为20-35㎜、长度为3-5m。可根据所要制造的不同规格的连接器对铜管材料的尺寸进行选择，可与同样是铜包钢质地的接地棒同批加工，使得二者的加工误差更小，规格标准化。

上述技术方案中，优选的，在所述的步骤②中，所述的钢棒的长度与所述铜管的长度相适应，所述钢棒的直径小于铜管的直径且二者的差值为2-5mm。可根据所要制造的不同规格的连接器对钢棒材料的尺寸进行选择，可与同样是铜包钢质地的接地棒同批加工，使得二者的加工误差更小，规格标准化。

上述技术方案中，优选的，在所述的步骤④中，所述的轧机为三辊轧机，轧制道次为一道次，所述铜包钢料坯的压缩量为25-65%。优选三辊轧机对铜包钢料坯进行轧制压缩，使得铜管与钢棒结合得更好，形成的铜包钢料坯质量更好。

上述技术方案中，优选的，还包括对拉拔好的铜包钢料坯进行校直处理的步骤，该步骤位于所述的步骤⑤与所述的步骤⑥之间，并且在所述的步骤⑥中，将截断后的铜包钢料坯送入滚轧机中，对铜包钢料坯的两端进行锥形轧制，形成长度为2-3㎜、角度为10-30°的锥形部。在对铜包钢料胚拉拔过程中，有可能会发生不直的情况，对拉拔后的铜包钢料坯进行校直，可以使得铜包钢料坯的尺寸规格更标准，便于后续加工，并且在铜包钢料坯的两端进行锥形轧制形成锥形部，是为了借助该锥形部来减少连接器进入地下的阻力，施工起来更轻松。

上述技术方案中，优选的，还包括对钢棒外表面进行抛光处理的步骤，该步骤位于所述的步骤②与所述的步骤③之间。在将钢棒套入铜管里面之前，对钢棒的外表面利用钢丝刷抛光，能够使得钢棒更容易的套进铜管里。

上述技术方案中，优选的，还包括步骤⑧，所述的步骤⑧包括将所述步骤⑦中得到的连接器浸入纳米碳导电防腐涂料中，浸泡时间为1-5min，浸泡完成后取出烘干，在所述连接器的外表面形成纳米碳导电防腐层。这一步骤是对连接器进行防腐处理，增强连接器的耐腐蚀能力，并提高连接器的导电性能。

本发明相对于现有技术的有益效果在于：采用铜包钢结构的连接器取代现有技术中铜质地的连接器，在强度和硬度上均有更高的性能，能够与现有技术中的铜包钢质地的接地棒同批加工，加工误差小、配合好，在施工时连接器与接地棒不易脱扣，连接器本身不易开裂。

附图说明

图1是本发明连接器的结构示意图；

图2是本发明防雷接地棒的结构示意图；

图3是本发明制造连接器的工艺流程图；

其中：100、防雷接地装置；10、钻头；20、连接单元；201、铜包钢接地棒；202、连接器；30、耐冲击螺栓；

1、钢芯；2、铜层；3、螺纹孔；4、纳米碳导电防腐层；5、锥形部；6、防滑纹路。

具体实施方式

为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

如图1所示，连接器202呈套筒状，其包括钢芯1和复合在钢芯1外侧的铜层2，连接器202具有螺纹孔3，为了使得连接器202在进入地下时能够减小施工阻力，连接器202的相对两端部设置有锥形部5，锥形部5的长度为1-3㎜、角度为10-30°。采用铜包钢结构的连接器取代现有技术中铜质地的连接器，相对于纯铜质地的连接器而言，在强度和硬度上均有更高的性能。当然，为了方便接地棒的连接和防雷接地装置的组装，连接器可以是在其相对两端部分别加工螺纹孔，但是考虑到连接器在其两端部分别加工螺纹孔时，连接器需要重复装夹定位，因而容易出现两端螺纹孔同轴度误差的问题，因此，连接器的螺纹孔最好是贯穿整个连接器。连接器与接地棒的组装结构参见图2。为了方便连接器与接地棒的组装，连接器202的外表面上设置有沿周向布置的防滑纹路6。

连接器202的外表面、螺纹孔3的内表面均复合有纳米碳导电防腐层4。由于连接器202长期置于地面以下，容易受到侵蚀，并且由于铜包钢质地的连接器导电性上利用低压高频信号的趋肤效应，虽然也能满足某个频率段的信号被确保传递，但在导电性能上略低于纯铜质地的连接器，因此为了优化铜包钢质地的连接器的导电性能和防腐能力，在连接器的外表面以及螺纹孔的内表面均涂覆有纳米碳导电防腐层。当然，也可仅增强其中一种性能，例如防腐性能或导电性能，可仅在连接器的外表面复合防腐层或导电层，并且导电层与/或防腐层不限于一层，可以是多层导电层并且最外侧覆上一层防腐层，且防腐层不限于采用纳米碳导电防腐层，可以是其他耐腐蚀涂料或材料，利用浸润、喷涂、包覆、电镀等多种工艺复合得到，导电层也可采用其他导电性良好的金属或非金属材料制成。

如图2所示，防雷接地装置100，包括首尾依次相连的钻头10、连接单元20以及耐冲击螺栓30，连接单元20包括若干个铜包钢接地棒201和若干个连接器202，若干个铜包钢接地棒201与若干个连接器202交替螺纹连接，钻头10与首端铜包钢接地棒201螺纹连接，耐冲击螺栓30与尾端连接器202螺纹连接，连接器202包括钢芯1和复合在钢芯1外侧的铜层2，连接器202具有与铜包钢接地棒201相配合的螺纹孔3，连接器202与铜包钢接地棒201具有相同的热胀冷缩系数、硬度及强度。连接单元采用铜包钢质地的接地棒和铜包钢质地的连接器，由于连接器和接地棒的质地相同，因此接地棒和连接器可以同批加工，加工误差小，配合好，并且二者具有相同的热胀冷缩系数、硬度及强度，因此在施工时，连接器与接地棒不易脱扣，连接器不易裂开，整个防雷接地装置的接地效果更可靠。

如图3所示，连接器的制造工艺流程如下：

第一步，选取厚度为0.5-4㎜、直径为20-35㎜、长度为3-5m的无缝紫铜管，对其内表面和外表面进行清洁，以去除铜管内表面和外表面的油污。当然，可根据所要制造的不同规格的连接器对铜管材料、铜管尺寸分别进行选择，例如，硅铜、磷铜、普通黄铜等材料，可与同样是铜包钢质地的接地棒同批加工，使得二者的加工误差更小，规格标准化。

第二步，选取与铜管的长度相适应的中碳钢或高碳钢的钢棒，钢棒的直径要略小于铜管的直径且二者的差值为2-5mm，利用喷砂等机械工艺对钢棒的外表面进行表面处理，以去除钢棒外表面上的氧化皮。可根据所要制造的不同规格的连接器对钢棒的材料、钢棒尺寸进行选择，可与同样是铜包钢质地的接地棒同批加工，使得二者的加工误差更小，规格标准化。

第三步，在将钢棒套进铜管里之前，最好对钢棒外表面进行抛光处理，例如，在将钢棒套入铜管里面之前，对钢棒的外表面利用钢丝刷抛光，使得钢棒更容易的套进铜管里。

第四步，将钢棒套入铜管里，并利用拉丝机拉掉铜管和钢棒之间的间隙，使铜管和钢棒贴合一起，形成铜包钢料坯。

第五步，将铜包钢料坯送入轧机前利用高频对铜包钢胚料加热，温度500-650℃，然后进行轧制压缩，其中轧机最好选用三辊轧机，轧制道次为一道次，铜包钢料坯的压缩量为25-45%，使得铜管与钢棒之间能够形成冶金结合，有效结合厚度不小于0.5μm，形成的铜包钢料坯质量更好，以便于后续的加工。

第六步，将轧制好的铜包钢料坯进行拉拔处理，并拉拔至所需的直径。

第七步，考虑到在拉拔过程中，铜包钢坯料可能出现不直的情况，因此最好对拉拔好的铜包钢料坯进行校直处理。

第八步，为了连接器长度规格的标准化，可以对校直后的铜包钢料坯按照设定长度进行截断备用。

第九步，为了在连接器相对两端形成锥形部，便于降低施工时连接器进入地下的阻力，最好将截断后的铜包钢料坯送入滚轧机中进行锥形轧制，形成长度为2-3㎜、角度为10-30°的锥形部。

第十步，对铜包钢料坯加工螺纹孔，得到所述的连接器。例如，可以利用车床等机械加工设备对连接器加工出螺纹孔，该螺纹孔可沿连接器的一端部延伸贯穿整个连接器并延伸至连接器的另一端部，并且该螺纹孔与同批加工的接地棒相配合，减小加工误差，配合更紧密。

第十一步，将得到的连接器浸入纳米碳导电防腐涂料中，浸泡时间为1-5min，浸泡完成后取出烘干，最终在连接器的外表面、螺纹孔的内表面形成纳米碳导电防腐层。这一步骤是对连接器进行防腐处理，增强连接器的耐腐蚀能力，并提高连接器的导电性能。

综上所述，本发明采用铜包钢结构的连接器取代现有技术中铜质地的连接器，在强度和硬度上均有更高的性能，能够与现有技术中的铜包钢质地的接地棒同批加工，加工误差小、配合好，在施工时连接器与接地棒不易脱扣，连接器本身不易开裂。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连接器，其特征在于：包括钢芯（1）和复合在所述钢芯（1）外侧的铜层（2），所述的连接器的两端开设有螺纹孔（3）。

2.根据权利要求1所述的一种连接器，其特征在于：所述连接器的外表面复合有防腐层。

3.根据权利要求2所述的一种连接器，其特征在于：所述的防腐层为纳米碳导电防腐层（4）。

4.根据权利要求1所述的一种连接器，其特征在于：所述连接器的外表面、所述螺纹孔（3）的内表面均复合有导电层。

5.一种具有权利要求1-4任一所述的连接器的防雷接地装置，包括首尾依次相连的钻头（10）、连接单元（20）以及耐冲击螺栓（30），其特征在于：所述的连接单元（20）包括若干个铜包钢接地棒（201）和若干个所述的连接器（202），若干个所述的铜包钢接地棒（201）与若干个所述的连接器（202）交替螺纹连接，所述的钻头（10）与首端所述的铜包钢接地棒（201）螺纹连接，所述的耐冲击螺栓（30）与尾端所述的连接器（202）螺纹连接，所述的连接器包括钢芯（1）和复合在所述钢芯（1）外侧的铜层（2），所述的连接器（202）具有与所述铜包钢接地棒（201）相配合的螺纹孔（3），所述的连接器（202）与所述的铜包钢接地棒（201）具有相同的热胀冷缩系数、硬度及强度。

6.一种制造权利要求1-4任一所述的连接器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

选取铜管，对其内表面和外表面进行清洁，以去除铜管内表面和外表面的油污；

选取钢棒，对钢棒的外表面进行表面处理，以去除钢棒外表面上的氧化皮；

将钢棒套入铜管里，形成铜包钢料坯；

将铜包钢料坯送入轧机进行轧制压缩；

将轧制好的铜包钢料坯进行拉拔处理；

对拉拔后的铜包钢料坯按照设定长度进行截断；

对铜包钢料坯加工螺纹孔，得到所述的连接器。

7.根据权利要求6所述的一种制造连接器的方法，其特征在于：在所述的步骤①中，所述铜管的厚度为0.5-4㎜、直径为20-35㎜、长度为3-5m。

8.根据权利要求6所述的一种制造连接器的方法，其特征在于：在所述的步骤②中，所述的钢棒的长度与所述铜管的长度相适应，所述钢棒的直径小于铜管的直径且二者的差值为2-5mm。

9.根据权利要求6所述的一种制造连接器的方法，其特征在于：还包括对拉拔好的铜包钢料坯进行校直处理的步骤，该步骤位于所述的步骤⑤与所述的步骤⑥之间，并且在所述的步骤⑥中，将截断后的铜包钢料坯送入滚轧机中，对铜包钢料坯的两端进行锥形轧制，形成长度为1-3㎜、角度为10-30°的锥形部。

10.根据权利要求6所述的一种制造连接器的方法，其特征在于：还包括步骤⑧，所述的步骤⑧包括将所述步骤⑦中得到的连接器浸入纳米碳导电防腐涂料中，浸泡时间为1-5min，浸泡完成后取出烘干，在所述连接器的外表面形成纳米碳导电防腐层。

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