专利名称：电银冶金导电杆的摩擦凸焊方法
技术领域：
本发明涉及一种属于材料加工工程领域，具体涉及一种电银冶金导电杆的摩擦 的凸焊方法。
背景技术：
电解冶金导电杆是由1000X220X50mm的A3钢座与220X180X3500mm的
L4铝柱构成的大型双金属焊接结构。现由复合工艺制造。即先预制一个与L4铝柱 220X180mm矩形端面相外接的Φ285Α3钢盘，将其与L4铝柱摩擦焊接后，再加工成 与L4理性端面相同的220X180mm的矩形A3钢段。最后，按L4铝柱与A3钢管的形 位要求，采用电弧焊，将矩形A3钢段与A3钢座焊在一起。摩擦焊时，由L4铝柱的 220X180mm矩形端面是在Φ 285A3钢盘内摩擦有近三分之一的圆面不能完全封闭，因而 接头中必然存在被AL2Q3复盖的自由表面。而电弧焊只能是沿看220X180mm的矩形周 边开坡口的多层焊，有近二分之一的矩形而不可能焊透，藉此，复合工艺制造的冶金导 电杆，只是一客观双焊接接头结构。存在的大量细观自由表面，使导电杆的导电面积减 小而电阻系数增大。当导电杆传导10000A的电流时，不仅析出大量电阻热，在细观自 由表面处诱发热应集中而使接头力学性能变差，而且压降较高，使电杆冶金耗能居高不 下。复合工艺现状和与现有直接驱动摩擦焊机不能实现相位控制和大焊接力气重型 驱动有关，是限制该项技术发展的瓶颈。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够采用摩擦焊的方式实现电解冶金导电杆的一次固 态焊接成型的方法。上述的目的通过以下的技术方案实现电银冶金导电杆的摩擦凸焊方法，首先选用以端面积50000mm2的大型、异 质、非回转体结构的焊接成型与控制工程所必要的最大焊接力5000KN的相位控制摩 擦焊机，按照200-300rpm的主轴转速，2—3m/s的摩擦速度，5—10S的摩擦时间， 摩擦压力40-60HPa，70--100HPa的顶锻压力，4--9S的保压时间的强参数组合模式确 定摩擦凸焊的工艺；建立摩擦凸焊接头型式规则，在铝柱的型号L4的端面预制直径为 Φ 180—220mm>预制高度为25—45mm的凸圆，凸圆的端面为3° —10°的圆锥面；焊 接过程中，具有凸圆的铝柱的型号L4处于准等静压拘束状态，以凸圆消失作为摩擦凸焊 接头形成的标志，当凸圆消失即完成焊接。所述的电银冶金导电杆的摩擦凸焊方法，主轴转速265rpm，摩擦速度2.5m/s， 摩擦时间6S，摩擦压力50HPa，顶锻压力80HPa，保压时间5S的强参数组合模式确定摩 擦凸焊的工艺；在铝柱的型号L4的端面预制直径为Φ220ιηιη、预制高度为30mm的凸 圆，凸圆的端面为5°的圆锥面。
有益效果1.本发明通过摸索和积累总结、通过数据分析和升华后突破传统观念的参数限 制，重新探索确定了先进的工艺参数形成了新的加工制造方法，创立了摩擦焊的方式进 行电银冶金导电杆焊接的方法，并提升了大型、异质、非迴转体焊接结构的力学性能和 电导率，有效地降低了电解冶金的能耗。2.本发明的克服了传统参数的束缚，提供了优化的低转速，高压力，短时间的 摩擦焊接的程序。以低转速特征拓展冶金导电杆这类非迴转体结构的相位控制摩擦焊 接。3.本发明构建了 L4/A3这类软/硬界面上的摩擦焊接力稳定输入机构，确定 5000KN摩擦焊接力以及L4铝柱在其作用下不失稳的准等静压拘束条件。4.本发明根据A3钢座，L4铝柱在500KN焊接力作用下，塑性变形完全失配的 规律，构建了摩擦凸焊接头设计和参数调节准则。5.本发明实现了电解冶金导电杆返类大型、异质、非迴转体结构的一次固态焊 接成型和自动工艺过程，焊接效率极高。6.本发明方法得到的摩擦凸焊接头，形成的是完全锻造组织，其电导率达到 60 % 国际退火铜标准IACS (International Annealed copper Standard)；传导 10000A 的电解电
流时，导电杆上产生的压降较现有的降低约50mv，节能降耗效果显著。7.现有的直接驱动型摩擦焊机的最大焊接力为26MN，而且不能相位控制。本 发明的实施，对发展最大焊接力为5000KN的相位控制摩擦焊机有重要的引导作用。8.本发明能够实现A3钢座与L4铝性的一项固态焊接成型；接头力学性能优于 L4铝柱的，接头电导率达到60%IACS，从而有效地解决了电解冶金产业的节能降耗问 题。最大焊接力5000KN的相位控制摩擦焊机是实施摩擦凸焊的优选条件，建全凸焊接 头设计准则，在L4铝柱端预制Φ220Χ30_的凸圆，并使其在焊接过程中处于准等静压 拘束状态；按照转速低、压力高、时间短的强参数组合模式，调整和实施摩擦凸焊工艺 过程；凸圆辗平是电解冶金导电杆一次固态焊接成型的标志。9.本发明开创了大型、异质、非迴转体结构固态焊接成型与控制工程之光河， 亦为最大焊接力5000ΚΝ的相位控制摩擦焊机的发展奠定了工艺基础。
具体实施例方式实施例1 一种电银冶金导电杆的摩擦凸焊方法，首先选用以端面积50000mm2的大型、 异质、非回转体结构的焊接成型与控制工程所必要的最大焊接力5000KN的相位控制摩 擦焊机，然后按照200-300rpm的主轴转速，2—3m/s的摩擦速度，5—10S的摩擦时间， 摩擦压力40-60HPa，70--100HPa的顶锻压力，4--9S的保压时间的强参数组合模式确 定摩擦凸焊的工艺；建立摩擦凸焊接头型式规则，在铝柱的型号L4的端面预制直径为 Φ 180—220mm>预制高度为25—45mm的凸圆，凸圆的端面为3° —10°的圆锥面；焊 接过程中，具有凸圆的铝柱的型号L4处于准等静压拘束状态，以凸圆消失作为摩擦凸焊 接头形成的标志，当凸圆消失即完成焊接。实施例2
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电银冶金导电杆的摩擦凸焊方法，首先选用以端面积50000mm2的大型、异 质、非回转体结构的焊接成型与控制工程所必要的最大焊接力5000KN的相位控制摩擦 焊机，然后按照265rpm的主轴转速，2.5m/s的摩擦速度，6S的摩擦时间，摩擦压力 50HPa, SOHPa的顶锻压力，5S的保压时间的强参数组合模式确定摩擦凸焊的工艺；建 立摩擦凸焊接头型式规则，在铝柱的型号L4的端面预制直径为Φ220ιηιη、预制高度为 30mm的凸圆，凸圆的端面为5°的圆锥面；焊接过程中，具有凸圆的铝柱的型号L4处 于准等静压拘束状态，以凸圆消失作为摩擦凸焊接头形成的标志，当凸圆消失即完成焊 接。实施例3 实施例1或2所述的电银冶金导电杆的摩擦凸焊方法，最大焊接力为5000KN的 相位控制摩擦焊机作为实施本发明的优选装备条件。优化转速低、压力高、时间短的强 参数组合模式。确定主轴转速为265rpm，摩擦速度2.5m/s，摩擦时间6S，顶锻压力 SOHPa,保压时间5S，根据L4/A3界面上塑性变形失配的规律，确定摩擦焊凸焊接头设 计的规则，在L4铝柱端预制-Φ220Χ30ιηιη的凸圆。Φ 220凸圆与L4铝柱的矩形端面相 内切，凸圆的高度30mm应为在5000ΚΝ焊接力作用下L4铝柱产生的轴向变形量。凸圆 的端面亦可预制成5°左右的圆锥面。L4铝柱夹持在刚性固定部件中并处于静水压力拘 束状态。A3钢座夹持在具有相位控制功能的动力部件中，触摸屏/高级PLC系统自动 执行摩擦焊接强参数组合模式。当Φ220Χ30ιηιη凸圆被辗平时，即形成摩擦凸焊接头。
权利要求
1.一种电银冶金导电杆的摩擦凸焊方法，首先选用以端面积50000mm2的大型、异 质、非回转体结构的焊接成型与控制工程所必要的最大焊接力5000KN的相位控制摩擦焊 机，其特征是按照200-300rpm的主轴转速，2—3m/s的摩擦速度，5—10S的摩擦时 间，摩擦压力40-60HPa，70-100HPa的顶锻压力，4--9S的保压时间的强参数组合模式 确定摩擦凸焊的工艺；建立摩擦凸焊接头型式规则，在铝柱的型号L4的端面预制直径为 Φ 180—220mm>预制高度为25—45mm的凸圆，凸圆的端面为3° —10°的圆锥面；焊 接过程中，具有凸圆的铝柱的型号L4处于准等静压拘束状态，以凸圆消失作为摩擦凸焊 接头形成的标志，当凸圆消失即完成焊接。
2.根据权利要求1所述的电银冶金导电杆的摩擦凸焊方法，其特征是主轴转速 265rpm,摩擦速度2.5m/s，摩擦时间6S，摩擦压力50HPa，顶锻压力80HPa，保压 时间5S的强参数组合模式确定摩擦凸焊的工艺；在铝柱的型号L4的端面预制直径为 Φ220mm,预制高度为30mm的凸圆，凸圆的端面为5°的圆锥面。
全文摘要
电银冶金导电杆的摩擦凸焊方法。本发明首先选用以端面积50000mm2的大型、异质、非回转体结构的焊接成型与控制工程所必要的最大焊接力5000KN的相位控制摩擦焊机，然后按照200～300rpm的主轴转速，2～3m/s的摩擦速度，5～10s的摩擦时间，摩擦压力40～60HPa，70～100HPa的顶锻压力，4～9s的保压时间的强参数组合模式确定摩擦凸焊的工艺；建立摩擦凸焊接头型式规则，在铝柱的型号L4的端面预制直径为Φ180～220mm、预制高度为25～45mm的凸圆，凸圆的端面为3°～10°的圆锥面；焊接过程中，具有凸圆的铝柱的型号L4处于准等静压拘束状态，以凸圆消失作为摩擦凸焊接头形成的标志，当凸圆消失即完成焊接。本发明用于摩擦焊机。
文档编号B23K20/12GK102019503SQ201010575859
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者邱凯 申请人:哈尔滨正晨焊接切割设备制造有限公司