CN113478230A - 一种导体焊接装置及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导体焊接装置及焊接方法，包括摩擦焊接机床，所述的摩擦焊接机床的顶部设置有顶压机和接头旋转机构，所述的顶压机用于通过导体夹具将导体固定在所述的顶压机上；所述的接头旋转机构用于通过接头夹具将接头固定在所述的接头旋转机构上，并能够带动所述的接头旋转；所述的顶压机还能够带动所述的导体以预定的速度沿着轴向压向旋转的所述接头，使所述导体和所述接头的接触面互相摩擦产生热量和塑形变形，所述的顶压机带动所述的导体达到设定的前进距离后，所述的接头旋转机构停止旋转，同时所述的顶压机对所述的导体施加顶锻压力完成焊接。

Description

一种导体焊接装置及焊接方法
技术领域
本发明涉及导体焊接技术领域，具体涉及一种导体焊接装置及焊接方法。
背景技术
在目前传统输电设备制造业关于导电杆等在焊接过程中，多采用普通融焊工艺，由于导电杆的镀银接头距离焊接点处距离近，在焊接时产生的高温会因为破坏导电杆接头的镀银面，同时由于焊缝存在偏析会产生裂纹、气孔等缺陷，造成成品率不高；另外，普通融焊也会产生一定量的有害气体和细小金属颗粒，对工作人员、坏境造成危害。
现有技术中，各生产厂家在对导电杆接头进行焊接加工时，都是采用普通融焊，其中以埋弧电弧焊和钨极氩弧焊(TIG)居多。
采用埋弧电弧焊和钨极氩弧焊都需要对焊接件预留坡口，在焊接前期做大量的准备工作，额外增加生产工序，并且普遍使用人工焊接，焊接质量与操作人员的技术相关，焊接时高温区域较大，破坏接头镀银面导电性能，同时沿着焊接路径留下层层焊缝，难以避免偏析影响，产生气泡和裂纹。同时钨极氩弧焊依赖于稀有气体氩气，加工成本高昂。
综上所述，现有技术的缺陷包括：采用人工电弧焊对于焊接质量难以保证，焊接过程产生火花和较大的高温区域，破坏镀银面，焊缝由于熔池偏析产生气泡和裂纹，废品率较高，额外增加生产工序，生产效率低下。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服普通融焊造成的产品质量问题、环保问题，提供一种导体焊接装置及焊接方法，所要解决的技术问题包括如何提高焊接质量和效率，并且能够实现自动化焊接。
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种导体焊接装置，包括摩擦焊接机床，所述的摩擦焊接机床的顶部设置有顶压机和接头旋转机构，所述的顶压机用于通过导体夹具将导体固定在所述的顶压机上；所述的接头旋转机构用于通过接头夹具将接头固定在所述的接头旋转机构上，并能够带动所述的接头旋转；所述的顶压机还能够带动所述的导体以预定的速度沿着轴向压向旋转的所述接头，使所述导体和所述接头的接触面互相摩擦产生热量和塑形变形，所述的顶压机带动所述的导体达到设定的前进距离后，所述的接头旋转机构停止旋转，同时所述的顶压机对所述的导体施加顶锻压力完成焊接。
所述的导体焊接装置还包括车刀机构，所述的车刀机构设置在所述顶压机和接头旋转机构的一侧，用于对所述导体和所述接头的焊接部位进行车削、打磨和抛光工序。
优选地，所述的导体焊接装置还包括导体外部支架，所述的导体外部支架设置在所述摩擦焊接机床的一侧，用于支撑所述的导体伸出所述摩擦焊接机床的部分。
进一步优选地，所述的接头旋转机构通过接头夹具将接头固定在电动机转轴上进行高速旋转。
所述接头的外部包裹安装有防护板，用于在焊接时保护接头的镀银层免受挤压磨损；所述导体的靠近焊接面的外周壁上包裹安装有防护板，用于在焊接时保护导体的镀银层免受挤压磨损。
优选地，所述的顶压机带动所述的导体以预定的速度沿着轴向压向旋转的所述接头的过程中，对所述的导体施加的轴向压力根据轴向压力拟合关系式计算得出，该轴向压力拟合关系式为：
Figure BDA0003165400820000021
其中，P为从所述的导体与所述的接头接触开始直至所述的接头旋转机构停止旋转为止的整个期间中所述的顶压机对所述的导体施加的轴向压力，单位为牛顿；
H为从所述的导体与所述的接头接触开始直至所述的接头旋转机构停止旋转为止的整个期间中所述的顶压机的总行程，单位为厘米；
x为所述的顶压机所在位置的轴向坐标值，该轴向坐标值以所述的导体与所述的接头接触开始时所述的顶压机所在的位置为原点，朝向所述的接头旋转机构的方向逐渐增大，单位为厘米；
V为所述的顶压机带动所述的导体移动的速度，单位为厘米/秒；
B为所述导体的粘塑性区宽度，单位为厘米；
α为所述导体的导热系数，单位为瓦/厘米·摄氏度。
n为修正系数，取值为0.125至0.131之间。
所述的导体外部支架包括金属支架，所述金属支架的顶部通过抱箍将所述导体固定在所述金属支架上。
优选地，所述的抱箍还用于将防护板固定在所述导体的外周壁上。
本发明还提供一种导体焊接方法，包括以下步骤：
第一、用接头夹具将所述的接头固定在电动机转轴上，由电动机转轴带动所述的接头旋转；
第二、用导体夹具将所述的导体固定在所述的顶压机上；
第三、所述的顶压机带动所述的导体以预定的速度沿着轴向压向旋转的所述接头，使所述导体和所述接头的接触面互相摩擦产生热量和塑形变形，所述的顶压机带动所述的导体达到设定的前进距离后，所述的接头旋转机构停止旋转，同时所述的顶压机对所述的导体施加顶锻压力完成焊接；
第四、焊接面冷却之后，拆除所述导体的外周壁上的抱箍，然后由车刀机构对所述导体和所述接头的焊接部位进行车削、打磨和抛光工序。
优选地，所述接头的外部包裹安装有防护板，所述导体的靠近焊接面的外周壁上也包裹安装有防护板，用于在焊接时保护接头的镀银层和导体的镀银层免受挤压磨损。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的导体焊接装置通过采用摩擦焊工艺，提高了焊接质量和效率。本发明所述的导体焊接工艺能极大限度保护短接头镀银面，防止接头镀银面出现热熔现象，保证焊缝质量，同时减少前期准备工序，提高生产效率和质量，并且能够实现自动化焊接。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的具体实施方式一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明所述导体焊接装置的装配示意图。
图2是本发明所述接头部分的结构示意图。
图3是本发明所述导体部分的结构示意图。
图4是本发明所述导体外部支架的结构示意图。
图5是所述的粘塑性区的位置示意图。
具体实施方式
在下文中更详细地描述了本发明以有助于对本发明的理解。
如图1至图4所示，本发明所述的导体焊接装置包括摩擦焊接机床10，所述的摩擦焊接机床10的顶部设置有顶压机1和接头旋转机构2，所述的顶压机1用于通过导体夹具将导体固定在所述的顶压机上；所述的接头旋转机构2用于通过接头夹具将接头固定在所述的接头旋转机构上，并能够带动所述的接头旋转；所述的顶压机1还能够带动所述的导体以预定的速度沿着轴向压向旋转的所述接头，使所述导体和所述接头的接触面互相摩擦产生热量和塑形变形，所述的顶压机1带动所述的导体达到设定的前进距离后，所述的接头旋转机构2停止旋转，同时所述的顶压机1对所述的导体施加顶锻压力完成焊接。
所述的导体焊接装置还包括车刀机构3，所述的车刀机构3设置在所述顶压机1和接头旋转机构2的一侧，用于对所述导体和所述接头的焊接部位进行车削、打磨、抛光等工序。
优选地，所述的导体焊接装置还包括导体外部支架4，所述的导体外部支架4设置在所述摩擦焊接机床10的一侧，用于支撑所述的导体伸出所述摩擦焊接机床10的部分。
导体外部支架4的作用是当导体过长时(一般导体较长，接头较短)，使得导体保持水平稳定。
进一步优选地，所述的接头旋转机构2通过接头夹具将接头固定在电动机转轴上进行高速旋转。
如图2所示，所述接头5的外部包裹安装有防护板6，用于在焊接时保护接头5的镀银层免受挤压磨损。
如图3所示，所述导体7的靠近焊接面的外周壁上包裹安装有防护板6，用于在焊接时保护导体7的镀银层免受挤压磨损。
如图4所示，所述的导体外部支架4包括金属支架8，所述金属支架8的顶部通过抱箍9将所述导体7固定在所述金属支架8上。
优选地，所述的抱箍9还用于将防护板6固定在所述导体7的外周壁上。
申请人在实验过程中发现，所述的顶压机1带动所述的导体以预定的速度沿着轴向压向旋转的所述接头的过程中，对所述的导体施加的轴向压力如果采用定值，会导致焊接完成后焊缝接头位置处变形严重，形成大的焊瘤。
为了减小焊瘤，控制焊缝接头位置处的变形，申请人进行了大量实验，并根据实验结果拟合出了轴向压力拟合关系式，该轴向压力拟合关系式为：
Figure BDA0003165400820000051
其中，P为从所述的导体与所述的接头接触开始直至所述的接头旋转机构2停止旋转为止的整个期间中所述的顶压机1对所述的导体施加的轴向压力，单位为牛顿；
H为从所述的导体与所述的接头接触开始直至所述的接头旋转机构2停止旋转为止的整个期间中所述的顶压机1的总行程，单位为厘米；
x为所述的顶压机1所在位置的轴向坐标值，该轴向坐标值以所述的导体与所述的接头接触开始时所述的顶压机1所在的位置为原点，朝向所述的接头旋转机构2的方向逐渐增大，单位为厘米；
V为所述的顶压机带动所述的导体移动的速度(即预定的速度)，单位为厘米/秒；
B为所述导体的粘塑性区宽度，单位为厘米；
α为所述导体的导热系数，单位为瓦/厘米·摄氏度。
n为修正系数，取值为0.125至0.131之间。
所述的顶压机1带动所述的导体以预定的速度沿着轴向压向旋转的所述接头的过程中，对所述的导体施加的轴向压力根据上述轴向压力拟合关系式计算得出，需要注意的是，该轴向压力拟合关系式为拟合公式，并非物理推到公式，因此轴向压力拟合关系式中的物理量的单位仅表示该物理量的数值大小(例如x＝0.1厘米，这里的单位厘米只表示X的数值为0.1，如果单位换为米，x就变成了0.001，不同的数值导致计算结果出现不同)，不参与具体运算，即不能由等式右面的所有物理量的物理单位(量纲)计算得到等式右面的物理单位牛顿。
如图5所示，导体的粘塑性区宽度B仅与材料本身的性质有关，可以通过实验确定。该粘塑性区内可以观察到导体的晶粒细化的动态再结晶区。
图5中的焊接面即所述的导体与所述的接头接触开始时的接触面，也就是导体的右端端面。图5中原点的位置表示所述的导体与所述的接头接触开始时接触面的位置(与前述的所述的顶压机1所在位置的轴向坐标值x不同)。该接触面朝向所述的接头移动的距离超过B时，进入导体的塑性变形区，在塑性变形区内导体有明显的变形但没有流动。
本发明还提供一种导体焊接方法，该方法包括以下步骤：
第一、用接头夹具将所述的接头5固定在电动机转轴上，由电动机转轴带动所述的接头5高速旋转；
第二、用导体夹具将所述的导体7固定在所述的顶压机上；
第三、所述的顶压机带动所述的导体以预定的速度沿着轴向压向旋转的所述接头，使所述导体和所述接头的接触面互相摩擦产生热量和塑形变形，所述的顶压机1带动所述的导体达到设定的前进距离后，所述的接头旋转机构2停止旋转，同时所述的顶压机1对所述的导体施加顶锻压力完成焊接；
第四、焊接面冷却之后，拆除所述导体7的外周壁上的抱箍9，然后由车刀机构3对所述导体和所述接头的焊接部位进行车削、打磨、抛光等工序。
以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。

Claims (10)

1.一种导体焊接装置，其特征在于，所述的导体焊接装置包括摩擦焊接机床，所述的摩擦焊接机床的顶部设置有顶压机和接头旋转机构，所述的顶压机用于通过导体夹具将导体固定在所述的顶压机上；所述的接头旋转机构用于通过接头夹具将接头固定在所述的接头旋转机构上，并能够带动所述的接头旋转；所述的顶压机还能够带动所述的导体以预定的速度沿着轴向压向旋转的所述接头，使所述导体和所述接头的接触面互相摩擦产生热量和塑形变形，所述的顶压机带动所述的导体达到设定的前进距离后，所述的接头旋转机构停止旋转，同时所述的顶压机对所述的导体施加顶锻压力完成焊接。
2.根据权利要求1所述的导体焊接装置，其特征在于，所述的导体焊接装置还包括车刀机构，所述的车刀机构设置在所述顶压机和接头旋转机构的一侧，用于对所述导体和所述接头的焊接部位进行车削、打磨和抛光工序。
3.根据权利要求1所述的导体焊接装置，其特征在于，所述的导体焊接装置还包括导体外部支架，所述的导体外部支架设置在所述摩擦焊接机床的一侧，用于支撑所述的导体伸出所述摩擦焊接机床的部分。
4.根据权利要求1所述的导体焊接装置，其特征在于，所述的接头旋转机构通过接头夹具将接头固定在电动机转轴上进行高速旋转。
5.根据权利要求1所述的导体焊接装置，其特征在于，所述接头的外部包裹安装有防护板，用于在焊接时保护接头的镀银层免受挤压磨损；所述导体的靠近焊接面的外周壁上包裹安装有防护板，用于在焊接时保护导体的镀银层免受挤压磨损。
6.根据权利要求1所述的导体焊接装置，其特征在于，所述的顶压机带动所述的导体以预定的速度沿着轴向压向旋转的所述接头的过程中，对所述的导体施加的轴向压力根据轴向压力拟合关系式计算得出，该轴向压力拟合关系式为：
Figure FDA0003165400810000021
其中，P为从所述的导体与所述的接头接触开始直至所述的接头旋转机构停止旋转为止的整个期间中所述的顶压机对所述的导体施加的轴向压力，单位为牛顿；
H为从所述的导体与所述的接头接触开始直至所述的接头旋转机构停止旋转为止的整个期间中所述的顶压机的总行程，单位为厘米；
x为所述的顶压机所在位置的轴向坐标值，该轴向坐标值以所述的导体与所述的接头接触开始时所述的顶压机所在的位置为原点，朝向所述的接头旋转机构的方向逐渐增大，单位为厘米；
V为所述的顶压机带动所述的导体移动的速度，单位为厘米/秒；
B为所述导体的粘塑性区宽度，单位为厘米；
α为所述导体的导热系数，单位为瓦/厘米·摄氏度；
n为修正系数，取值为0.125至0.131之间。
7.根据权利要求3所述的导体焊接装置，其特征在于，所述的导体外部支架包括金属支架，所述金属支架的顶部通过抱箍将所述导体固定在所述金属支架上。
8.根据权利要求7所述的导体焊接装置，其特征在于，所述的抱箍还用于将防护板固定在所述导体的外周壁上。
9.根据权利要求1至8任一项所述的导体焊接装置的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一、用接头夹具将所述的接头固定在电动机转轴上，由电动机转轴带动所述的接头旋转；
第二、用导体夹具将所述的导体固定在所述的顶压机上；
第三、所述的顶压机带动所述的导体以预定的速度沿着轴向压向旋转的所述接头，使所述导体和所述接头的接触面互相摩擦产生热量和塑形变形，所述的顶压机带动所述的导体达到设定的前进距离后，所述的接头旋转机构停止旋转，同时所述的顶压机对所述的导体施加顶锻压力完成焊接；
所述的顶压机带动所述的导体以预定的速度沿着轴向压向旋转的所述接头的过程中，对所述的导体施加的轴向压力根据轴向压力拟合关系式计算得出，该轴向压力拟合关系式为：
Figure FDA0003165400810000031
其中，P为从所述的导体与所述的接头接触开始直至所述的接头旋转机构停止旋转为止的整个期间中所述的顶压机对所述的导体施加的轴向压力，单位为牛顿；
H为从所述的导体与所述的接头接触开始直至所述的接头旋转机构停止旋转为止的整个期间中所述的顶压机的总行程，单位为厘米；
x为所述的顶压机所在位置的轴向坐标值，该轴向坐标值以所述的导体与所述的接头接触开始时所述的顶压机所在的位置为原点，朝向所述的接头旋转机构的方向逐渐增大，单位为厘米；
V为所述的顶压机带动所述的导体移动的速度，单位为厘米/秒；
B为所述导体的粘塑性区宽度，单位为厘米；
α为所述导体的导热系数，单位为瓦/厘米·摄氏度；
n为修正系数，取值为0.125至0.131之间；
第四、焊接面冷却之后，拆除所述导体的外周壁上的抱箍，然后由车刀机构对所述导体和所述接头的焊接部位进行车削、打磨和抛光工序。
10.根据权利要求9所述的焊接方法，其特征在于，所述接头的外部包裹安装有防护板，所述导体的靠近焊接面的外周壁上也包裹安装有防护板，用于在焊接时保护接头的镀银层和导体的镀银层免受挤压磨损。
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