電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置及方法

2023-05-23 21:32:21 2

電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置及方法，其裝置包括軸向旋轉機構和徑向加壓機構，軸向旋轉機構包括旋轉軸、卡盤夾具和動力傳動機構；徑向加壓機構包括左銅環夾片、右銅環夾片、多連杆壓力調節機構、液壓油缸和液壓系統，多連杆壓力調節機構包括直角三角形連杆、第一豎直連杆、第二豎直連杆、第一彈簧連接杆、第二彈簧連接杆、壓力調節彈簧、左上傾斜連杆、左下傾斜連杆、右上傾斜連杆和右下傾斜連杆；其方法包括步驟：一、對鋁棒進行表面處理，二、在鋁棒上加工焊接花紋，三、焊接銅環與鋁棒。本發明實現方便且成本低，使用操作便捷，焊接效率和精度高，解決了現有高熔點金屬銅環焊接到相對低熔點鋁棒上時容易產生的焊蝕問題。
【專利說明】電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電器開關製備【技術領域】，具體是涉及一種電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置及方法。
【背景技術】
[0002]銅的電導率及熱導率略低於銀，電導率約是鋁的1.5倍，單從性能上說，是用做電器開關許多關鍵部位的最好材料，但是由於其價格比較昂貴，為節省生產成本，用鋁代替銅或者用鋁銅焊接件代替銅成為發展方向，尤其那些引出端是銅製的設備，可先採用焊接方法焊接成整體的鋁銅接頭，然後用普通方法將接頭的銅端與電氣設備上的銅引出端相連接，就可以使得整個線路獲得質量可靠的結合。由於銅和鋁自身的強氧化性，其焊接比較困難，且由於兩種金屬之間熔點相差很大(鋁:658°C，銅:1083°C)，要使它們均勻受熱和熔化是比較困難的，兩者之間懸殊的密度差，也使得焊縫金屬的混合變得更加困難，尤其是接頭的脆性金屬間化合物是接頭性能低的主要原因，對於接頭性能要求不高時，可以採用電弧熔化焊，但是這也局限於薄板之間的焊接；採用一定工藝的釺焊可以獲得比較理想的焊接接頭力學性能，但不適用於小尺寸和圓形焊接接頭；壓力焊、摩擦焊可以很好地避免脆性相的產生，可以得到性能滿意的接頭。
[0003]摩擦焊接過程中，被焊材料通常不熔化，仍處於固相狀態，焊合區金屬為鍛造組織。與熔化焊接相比，在焊接接頭的形成機制和性能方面，存在著顯著區別。首先，摩擦焊接頭不產生與熔化和凝固冶金有關的一些焊接缺陷和焊接脆化現象，如粗大的柱狀晶、偏析、夾雜、裂紋和氣孔等；其次，軸向壓力和扭矩共同作用於摩擦焊接表面及其近區，產生了一些力學冶金效應，如晶粒細化、組織緻密、夾雜物彌散分布，以及摩擦焊接表面的「自清理」作用等；再者，摩擦焊接時間短，熱影響區窄，熱影響區組織無明顯粗化。上述三方面均有利於獲得與母材等強的焊接接頭。這一特點是決定摩擦焊接頭具有優異性能的關鍵因素。對於圓環形接頭的摩擦焊接，國內應用比較多的領域是海底管道焊接與小口徑炮彈彈帶連接。其中中國兵器工業第五九研究所、中國航空工業第六二一研究所和北京石油化工學院海洋工程連接技術研究中心進行了深入的研究。國內成功的環形焊接面案例中，均為熔點較低的材料作為外套環體焊接到熔點較高的棒材上。熔點較高材料作為外套環體焊接到熔點較低的棒材上比較成功的案例中，採用的設備均為軸向旋轉同時徑向加壓，這樣避免了軸向旋轉熔點較低的棒材產生的向心力也即避免了熔點較低的棒材在旋轉和摩擦力的作用下容易產生的材料甩出現象，可以極大的緩解焊接過程中的焊蝕問題，但這種設備需要加壓同時旋轉，結構複雜，使用操作不夠方便，成本比較高，限制了其推廣使用。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種結構簡單、設計新穎合理、實現方便且成本低、焊接精度高的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置。
[0005]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:一種電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，其特徵在於:包括用於帶動鋁棒旋轉的軸向旋轉機構和用於給套裝在鋁棒上的銅環施加壓力的徑向加壓機構，所述軸向旋轉機構包括旋轉軸、安裝在旋轉軸上且用於夾裝鋁棒的卡盤夾具和用於帶動旋轉軸旋轉的動力傳動機構；所述徑向加壓機構包括左銅環夾片、右銅環夾片、多連杆壓力調節機構、用於帶動多連杆壓力調節機構運動的液壓油缸和用於為液壓油缸提供動力的液壓系統，以及間隔設置在地面上的第一底座、第二底座和第三底座，所述多連杆壓力調節機構包括直角三角形連杆、鉸接在第一底座頂部的第一豎直連杆和鉸接在第二底座頂部的第二豎直連杆，所述第一豎直連杆的中上部鉸接有左上傾斜連杆和左下傾斜連杆，所述左銅環夾片連接在左上傾斜連杆和左下傾斜連杆之間，所述第二豎直連杆的中上部鉸接有右上傾斜連杆和右下傾斜連杆，所述右銅環夾片連接在右上傾斜連杆和右下傾斜連杆之間，所述直角三角形連杆的直角邊豎直位於第二豎直連杆的正上方，所述直角三角形連杆的直角頂點與第二豎直連杆的頂部鉸接，所述液壓油缸的底座鉸接在第三底座頂部，所述直角三角形連杆的第一個銳角頂點與液壓油缸的活塞杆頂部鉸接，所述直角三角形連杆的第二個銳角頂點上鉸接有與第一豎直連杆頂部鉸接的頂部傾斜連杆，所述第一豎直連杆與頂部傾斜連杆鉸接的位置處鉸接有第一彈簧連接杆，所述第二豎直連杆與直角三角形連杆的直角頂點鉸接的位置處鉸接有第二彈簧連接杆，所述第一彈簧連接杆與第二彈簧連接杆之間連接有壓力調節彈簧。
[0006]上述的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，其特徵在於:所述動力傳動機構包括電機和齒輪變速器，所述電機的輸出軸上連接有第一帶輪，所述齒輪變速器的輸入軸上連接有第二帶輪，所述第一帶輪和第二帶輪上連接有皮帶，所述旋轉軸通過聯軸器與齒輪變速器的輸出軸連接。
[0007]上述的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，其特徵在於:所述左銅環夾片的形狀為與銅環的左半部分相配合的圓弧片狀，所述右銅環夾片的形狀為與銅環的右半部分相配合的圓弧片狀。
[0008]上述的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，其特徵在於:所述第一底座的形狀、第二底座的形狀和第三底座的形狀均為等邊三角形。
[0009]上述的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，其特徵在於:所述液壓系統包括油箱、與油箱連接的進油泵、與液壓油缸的進油口和進油泵的出油口連接的進油管和連接在進油管上的進油液壓閥，所述液壓油缸的回油口通過回油管以及連接在回油管上的回油泵和回油液壓閥與油箱連接，位於進油泵的出油口與進油液壓閥之間的進油管上連接有與位於回油液壓閥與油箱之間的回油管連接的溢流管，溢流管上連接有溢流閥。
[0010]上述的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，其特徵在於:所述進油泵的進油口通過進油泵進油管和連接在進油泵進油管上的第一油濾與油箱連接，位於進油泵的出油口與進油液壓閥之間的進油管上連接有第二油濾，位於溢流管與油箱之間的回油管上連接有第三油濾。
[0011]本發明還公開了一種焊接效率和精度高、能夠極大地緩解鋁棒與銅環焊接過程中的焊蝕問題的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊方法，其特徵在於該方法包括以下步驟:
[0012]步驟一、對鋁棒進行表面處理:採用體積濃度為5%?20%的稀鹽酸對鋁棒進行浸泡0.5min?1.5min，再用清水清洗乾淨鋁棒，去除鋁棒表面的雜質和氧化物；
[0013]步驟二、在鋁棒上加工焊接花紋:採用車刀在鋁棒上將要焊接銅環的位置處圓周上加工一圈X形焊接花紋；
[0014]步驟三、採用電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置焊接銅環與鋁棒，具體過程如下:
[0015]步驟301、將銅環套裝在鋁棒上加工有焊接花紋的位置處，並將鋁棒的一端夾裝在卡盤夾具上，調整好所述徑向加壓機構的位置，使得所述左銅環夾片和右銅環夾片分別夾裝在所述銅環的左側和右側；
[0016]步驟302、啟動電機，同時,啟動所述液壓系統，電機通過所述動力傳動機構旋轉軸旋轉並帶動卡盤夾具旋轉，卡盤夾具帶動招棒以1000r/min?3000r/min的轉速軸向轉動；所述液壓系統驅動液壓油缸的活塞杆收縮，通過直角三角形連杆帶動頂部傾斜連杆、第二彈簧連接杆和第二豎直連杆，第二彈簧連接杆帶動壓力調節彈簧拉伸，並通過壓力調節彈簧帶動第一彈簧連接杆，頂部傾斜連杆和第一彈簧連接杆一起帶動第一豎直連杆，進而帶動左上傾斜連杆和左下傾斜連杆推動左銅環夾片以IOmm/s?40mm/s的速度給銅環施加大小為50Mpa?300MPa的徑向壓力，同時，第二豎直連杆帶動右上傾斜連杆和右下傾斜連杆推動右銅環夾片以10mm/s?40mm/s的速度給銅環施加大小為50Mpa?300MPa的徑向壓力，在鋁棒軸向轉動產生的摩擦力和銅環受到徑向壓力的共同作用下，鋁棒和銅環形成了招銅焊接接頭；
[0017]步驟303、關閉電機，鋁棒在0.1s?0.4s內停止軸向轉動，所述液壓系統驅動液壓油缸的活塞杆伸出，通過直角三角形連杆帶動頂部傾斜連杆、第二彈簧連接杆和第二豎直連杆，第二彈簧連接杆帶動壓力調節彈簧收縮，並通過壓力調節彈簧帶動第一彈簧連接杆，頂部傾斜連杆和第一彈簧連接杆一起帶動第一豎直連杆，進而帶動左上傾斜連杆和左下傾斜連杆拉動左銅環夾片放鬆銅環，同時，第二豎直連杆帶動右上傾斜連杆和右下傾斜連杆拉動右銅環夾片放鬆銅環，取下所述鋁銅焊接接頭。
[0018]上述的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊方法，其特徵在於:所述鋁棒的直徑為25mm?35mm,所述招棒的長度為25mm?35mm ;所述銅環的外徑為35mm?45mm,所述銅環的內徑為30mm?40mm,所述銅環的厚度為5mm?15mm。
[0019]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0020]1、本發明電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置由用於帶動鋁棒旋轉的軸向旋轉機構和用於給套裝在鋁棒上的銅環施加壓力的徑向加壓機構構成，結構簡單，設計新穎合理，實現方便且成本低。
[0021]2、本發明電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置的使用操作便捷，一般技術人員無需參加專業培訓學習即可操作，進行鋁棒與銅環焊接耗費的人力物力少。
[0022]3、本發明的焊接精度滿足摩擦焊機國家行業標準JB/T8086-1999的要求，焊接精度高。
[0023]4、本發明通過在鋁棒上加工焊接花紋，能夠避免熔點較低的鋁棒在旋轉和摩擦力的作用下容易產生的材料甩出的問題，能夠極大地緩解鋁棒與銅環焊接過程中的焊蝕問題。
[0024]5、本發明焊接完成的鋁銅焊接接頭的微觀組織不存在明顯孔洞，組織緻密，無氣孔等缺陷，鋁元素與銅元素均勻過渡，剪切強度能夠達到200MPa，剪切強度高。
[0025]6、本發明解決了現有高熔點金屬銅環焊接到相對低熔點鋁棒上時容易產生的焊蝕問題，且降低了生產專業化摩擦焊機的生產成本，實用性強，使用效果好，便於推廣使用。
[0026]綜上所述，本發明實現方便且成本低，使用操作便捷，焊接效率和精度高，解決了現有高熔點金屬銅環焊接到相對低熔點鋁棒上時容易產生的焊蝕問題，實用性強，便於推廣使用。
[0027]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發明電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置的結構示意圖。
[0029]圖2為圖1的A-A剖視圖。
[0030]圖3為本發明焊接花紋在鋁棒上的布設位置示意圖。
[0031]圖4為本發明電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊方法的方法流程框圖。
[0032]圖5為本發明第一次焊接實驗中鋁銅焊接接頭的微觀組織圖。
[0033]圖6為本發明第一次焊接實驗中鋁銅焊接接頭中鋁元素與銅元素的線掃描結果圖。 [0034]圖7為本發明第二次焊接實驗中鋁銅焊接接頭的微觀組織圖。
[0035]圖8為本發明第二次焊接實驗中鋁銅焊接接頭中鋁元素與銅元素的線掃描結果圖。
[0036]附圖標記說明:
[0037]I一招棒；2—銅環； 3—旋轉軸；
[0038]4一卡盤夾具； 5—電機；6—齒輪變速器；
[0039]7—第一帶輪； 8—第二帶輪；9—皮帶；
[0040]10—聯軸器；11 一左銅環夾片； 12—右銅環夾片；
[0041]13—液壓油缸；14 一第一底座；15—第二底座；
[0042]16—第三底座；17—直角三角形連杆；18—第一豎直連杆；
[0043]19一第二豎直連杆；21—左上傾斜連杆；22—左下傾斜連杆；
[0044]24—右上傾斜連杆；25—右下傾斜連杆；26—頂部傾斜連杆；
[0045]27—第一彈簧連接杆；28—第二彈簧連接杆；29—壓力調節彈簧；
[0046]30一溢流閥；31—油箱； 32—進油慄；
[0047]33—進油管；34—進油液壓閥； 35—回油管；
[0048]36—溢流管；37—進油泵進油管；38—第一油濾；
[0049]39—第二油濾；40—第三油濾； 41—回油泵；
[0050]42—回油液壓閥；43—焊接花紋。
【具體實施方式】
[0051]如圖1和圖2所示，本發明電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，包括用於帶動鋁棒I旋轉的軸向旋轉機構和用於給套裝在鋁棒I上的銅環2施加壓力的徑向加壓機構，所述軸向旋轉機構包括旋轉軸3、安裝在旋轉軸3上且用於夾裝鋁棒I的卡盤夾具4和用於帶動旋轉軸3旋轉的動力傳動機構；所述徑向加壓機構包括左銅環夾片11、右銅環夾片12、多連杆壓力調節機構、用於帶動多連杆壓力調節機構運動的液壓油缸13和用於為液壓油缸13提供動力的液壓系統，以及間隔設置在地面上的第一底座14、第二底座15和第三底座16，所述多連杆壓力調節機構包括直角三角形連杆17、鉸接在第一底座14頂部的第一豎直連杆18和鉸接在第二底座15頂部的第二豎直連杆19，所述第一豎直連杆18的中上部鉸接有左上傾斜連杆21和左下傾斜連杆22，所述左銅環夾片11連接在左上傾斜連杆21和左下傾斜連杆22之間，所述第二豎直連杆19的中上部鉸接有右上傾斜連杆24和右下傾斜連杆25，所述右銅環夾片12連接在右上傾斜連杆24和右下傾斜連杆25之間，所述直角三角形連杆17的直角邊豎直位於第二豎直連杆19的正上方，所述直角三角形連杆17的直角頂點與第二豎直連杆19的頂部鉸接，所述液壓油缸13的底座鉸接在第三底座16頂部，所述直角三角形連杆17的第一個銳角頂點與液壓油缸13的活塞杆頂部鉸接，所述直角三角形連杆17的第二個銳角頂點上鉸接有與第一豎直連杆18頂部鉸接的頂部傾斜連杆26，所述第一豎直連杆18與頂部傾斜連杆26鉸接的位置處鉸接有第一彈簧連接杆27，所述第二豎直連杆19與直角三角形連杆17的直角頂點鉸接的位置處鉸接有第二彈簧連接杆28，所述第一彈簧連接杆27與第二彈簧連接杆28之間連接有壓力調節彈簧29。
[0052]如圖1所示，本實施例中，所述動力傳動機構包括電機5和齒輪變速器6，所述電機5的輸出軸上連接有第一帶輪7，所述齒輪變速器6的輸入軸上連接有第二帶輪8，所述第一帶輪7和第二帶輪8上連接有皮帶9，所述旋轉軸3通過聯軸器10與齒輪變速器6的輸出軸連接。
[0053]如圖2所示，本實施例中，所述左銅環夾片11的形狀為與銅環2的左半部分相配合的圓弧片狀，所述右銅環夾片12的形狀為與銅環2的右半部分相配合的圓弧片狀。所述第一底座14的形狀、第二底座15的形狀和第三底座16的形狀均為等邊三角形。
[0054]如圖2所示，本實施例中，所述液壓系統包括油箱31、與油箱31連接的進油泵32、與液壓油缸13的進油口和進油泵32的出油口連接的進油管33和連接在進油管33上的進油液壓閥34，所述液壓油缸13的回油口通過回油管35以及連接在回油管35上的回油泵41和回油液壓閥42與油箱31連接，位於進油泵32的出油口與進油液壓閥34之間的進油管33上連接有與位於回油液壓閥42與油箱31之間的回油管35連接的溢流管36，溢流管36上連接有溢流閥30。所述進油泵32的進油口通過進油泵進油管37和連接在進油泵進油管37上的第一油濾38與油箱31連接，位於進油泵32的出油口與進油液壓閥34之間的進油管33上連接有第二油濾39，位於溢流管36與油箱31之間的回油管35上連接有第三油濾40。
[0055]結合圖4，本發明電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊方法，包括以下步驟:
[0056]步驟一、對鋁棒I進行表面處理:採用體積濃度為5%?20%的稀鹽酸對鋁棒I進行浸泡0.5min?1.5min，再用清水清洗乾淨鋁棒1，去除鋁棒I表面的雜質和氧化物；
[0057]步驟二、在鋁棒I上加工焊接花紋43:採用車刀在鋁棒I上將要焊接銅環2的位置處圓周上加工一圈X形焊接花紋43 ;焊接花紋43在鋁棒上的布設位置如圖3所示；通過設置焊接花紋43，能夠避免熔點較低的鋁棒I在旋轉和摩擦力的作用下容易產生的材料甩出的問題，能夠極大地緩解鋁棒I與銅環2焊接過程中的焊蝕問題；
[0058]步驟三、採用電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置焊接銅環2與鋁棒1，其具體過程如下:
[0059]步驟301、將銅環2套裝在鋁棒I上加工有焊接花紋43的位置處，並將鋁棒I的一端夾裝在卡盤夾具4上，調整好所述徑向加壓機構的位置，使得所述左銅環夾片11和右銅環夾片12分別夾裝在所述銅環2的左側和右側；
[0060]步驟302、啟動電機5,同時,啟動所述液壓系統，電機5通過所述動力傳動機構帶動旋轉軸3旋轉並帶動卡盤夾具4旋轉,卡盤夾具4帶動招棒I以1000r/min?3000r/min的轉速軸向轉動；所述液壓系統驅動液壓油缸13的活塞杆收縮，通過直角三角形連杆17帶動頂部傾斜連杆26、第二彈簧連接杆28和第二豎直連杆19，第二彈簧連接杆28帶動壓力調節彈簧29拉伸，並通過壓力調節彈簧29帶動第一彈簧連接杆27，頂部傾斜連杆26和第一彈簧連接杆27 —起帶動第一豎直連杆18，進而帶動左上傾斜連杆21和左下傾斜連杆22推動左銅環夾片11以10mm/s?40mm/s的速度給銅環2施加大小為50Mpa?300MPa的徑向壓力，同時，第二豎直連杆19帶動右上傾斜連杆24和右下傾斜連杆25推動右銅環夾片12以10mm/s?40mm/s的速度給銅環2施加大小為50Mpa?300MPa的徑向壓力，在招棒I軸向轉動產生的摩擦力和銅環2受到徑向壓力的共同作用下，鋁棒I和銅環2形成了鋁銅焊接接頭；具體而言，電機5帶動第一帶輪7旋轉，第一帶輪7通過皮帶9帶動第二帶輪8旋轉，第二帶輪8的動力通過齒輪變速器6變速後傳遞給旋轉軸3，旋轉軸3旋轉並帶動卡盤夾具4旋轉；啟動所述液壓系統中的回油泵41並打開回油液壓閥42，回油泵41將液壓油缸13中的液壓油通過回油管35和回油液壓閥42泵送回油箱31中，驅動液壓油缸13的活塞杆收縮；
[0061]步驟303、關閉電機5，鋁棒I在0.1s?0.4s內停止軸向轉動,所述液壓系統驅動液壓油缸13的活塞杆伸出，通過直角三角形連杆17帶動頂部傾斜連杆26、第二彈簧連接杆28和第二豎直連杆19，第二彈簧連接杆28帶動壓力調節彈簧29收縮，並通過壓力調節彈簧29帶動第一彈簧連接杆27，頂部傾斜連杆26和第一彈簧連接杆27 —起帶動第一豎直連杆18，進而帶動左上傾斜連杆21和左下傾斜連杆22拉動左銅環夾片11放鬆銅環2，同時，第二豎直連杆19帶動右上傾斜連杆24和右下傾斜連杆25拉動右銅環夾片12放鬆銅環2，取下所述鋁銅焊接接頭。具體而言，關閉所述液壓系統中的回油泵41和回油液壓閥42，並打開所述液壓系統中的進油泵32和進油液壓閥34，進油泵32將油箱31中的液壓油通過進油管33和進油液壓閥34泵送到液壓油缸13中，驅動液壓油缸13的活塞杆伸出；
[0062]本實施例中，所述招棒I的直徑為25mm?35mm,所述招棒I的長度為25mm?35mm ;所述銅環2的外徑為35mm?45mm,所述銅環2的內徑為30mm?40mm,所述銅環2的厚度為5mm?15mm。
[0063]為了驗證本發明的技術效果，採用本發明的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置及方法進行了鋁棒I與銅環2的多次焊接實驗，實驗中，所述鋁棒I的直徑為30mm，所述鋁棒I的長度為30mm ;所述銅環2的外徑為40mm,所述銅環2的內徑為35mm,所述銅環2的厚度為 10mnin
[0064]其中第一次焊接實驗中，步驟一中採用體積濃度為5%的稀鹽酸對鋁棒I進行浸泡Imin ;步驟302中鋁棒I以2500r/min的轉速軸向轉動，左銅環夾片11和右銅環夾片12均以25mm/s的速度給銅環2施加大小為150MPa的徑向壓力；步驟303中鋁棒I在0.3s內停止軸向轉動，將焊接完成的鋁銅焊接接頭取下後，採用掃描電鏡對所述鋁銅焊接接頭進行拍照和線掃描，得到鋁銅焊接接頭的微觀組織圖如圖5所示，得到鋁銅焊接接頭中鋁元素與銅元素的線掃描結果圖如圖6所示；從圖5和圖6可以看出，鋁銅焊接接頭的微觀組織不存在明顯孔洞，組織緻密，無氣孔等缺陷，鋁元素與銅元素均勻過渡。
[0065]其中第二次焊接實驗中，步驟一中採用體積濃度為8%的稀鹽酸對鋁棒I進行浸泡
0.5min ;步驟302中鋁棒I以1500r/min的轉速軸向轉動，左銅環夾片11和右銅環夾片12均以35mm/s的速度給銅環2施加大小為250MPa的徑向壓力；步驟303中鋁棒I在0.4s內停止軸向轉動，將焊接完成的鋁銅焊接接頭取下後，採用掃描電鏡對所述鋁銅焊接接頭進行拍照和線掃描，得到鋁銅焊接接頭的微觀組織圖如圖7所示，得到鋁銅焊接接頭中鋁元素與銅元素的線掃描結果圖如圖8所示；從圖7和圖8可以看出，鋁銅焊接接頭的微觀組織不存在明顯孔洞，組織緻密，無氣孔等缺陷，鋁元素與銅元素均勻過渡。
[0066]將多次焊接實驗焊接得到的鋁銅焊接接頭沿圓周均分為8塊，分別做剪切試驗，鋁銅焊接接頭的剪切強度能夠達到200MPa。
[0067]綜上所述，本發明的焊接精度滿足摩擦焊機國家行業標準JB/T8086-1999的要求，解決了現有高熔點金屬銅環焊接到相對低熔點鋁棒上時容易產生的焊蝕問題。
[0068]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，其特徵在於:包括用於帶動鋁棒(I)旋轉的軸向旋轉機構和用於給套裝在鋁棒(I)上的銅環(2)施加壓力的徑向加壓機構，所述軸向旋轉機構包括旋轉軸(3 )、安裝在旋轉軸(3 )上且用於夾裝鋁棒(I)的卡盤夾具(4)和用於帶動旋轉軸(3)旋轉的動力傳動機構；所述徑向加壓機構包括左銅環夾片(11)、右銅環夾片(12)、多連杆壓力調節機構、用於帶動多連杆壓力調節機構運動的液壓油缸(13)和用於為液壓油缸(13)提供動力的液壓系統，以及間隔設置在地面上的第一底座(14)、第二底座(15)和第三底座(16)，所述多連杆壓力調節機構包括直角三角形連杆(17)、鉸接在第一底座(14)頂部的第一豎直連杆(18)和鉸接在第二底座(15)頂部的第二豎直連杆(19)，所述第一豎直連杆(18)的中上部鉸接有左上傾斜連杆(21)和左下傾斜連杆(22)，所述左銅環夾片(11)連接在左上傾斜連杆(21)和左下傾斜連杆(22)之間，所述第二豎直連杆(19)的中上部鉸接有右上傾斜連杆(24)和右下傾斜連杆(25)，所述右銅環夾片(12)連接在右上傾斜連杆(24)和右下傾斜連杆(25)之間，所述直角三角形連杆(17)的直角邊豎直位於第二豎直連杆(19)的正上方，所述直角三角形連杆(17)的直角頂點與第二豎直連杆(19)的頂部鉸接，所述液壓油缸(13)的底座鉸接在第三底座(16)頂部，所述直角三角形連杆(17)的第一個銳角頂點與液壓油缸(13)的活塞杆頂部鉸接，所述直角三角形連杆(17)的第二個銳角頂點上鉸接有與第一豎直連杆(18)頂部鉸接的頂部傾斜連杆(26)，所述第一豎直連杆(18)與頂部傾斜連杆(26)鉸接的位置處鉸接有第一彈簧連接杆(27)，所述第二豎直連杆(19)與直角三角形連杆(17)的直角頂點鉸接的位置處鉸接有第二彈簧連接杆(28)，所述第一彈簧連接杆(27)與第二彈簧連接杆(28)之間連接有壓力調節彈簧(29)。
2.按照權利要求1所述的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，其特徵在於:所述動力傳動機構包括電機(5 )和齒輪變速器(6 ),所述電機(5 )的輸出軸上連接有第一帶輪(7 ),所述齒輪變速器(6)的輸入軸上連接有第二帶輪(8)，所述第一帶輪(7)和第二帶輪(8)上連接有皮帶(9 )，所述旋轉軸(3 )通過聯軸器(10 )與齒輪變速器(6 )的輸出軸連接。
3.按照權利要求1所述的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，其特徵在於:所述左銅環夾片(11)的形狀為與銅環(2)的左半部分相配合的圓弧片狀，所述右銅環夾片(12)的形狀為與銅環(2)的右半部分相配合的圓弧片狀。
4.按照權利要求1所述的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，其特徵在於:所述第一底座(14)的形狀、第二底座(15)的形狀和第三底座(16)的形狀均為等邊三角形。
5.按照權利要求1所述的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，其特徵在於:所述液壓系統包括油箱(31)、與油箱(31)連接的進油泵(32)、與液壓油缸(13)的進油口和進油泵(32)的出油口連接的進油管(33)和連接在進油管(33)上的進油液壓閥(34)，所述液壓油缸(13)的回油口通過回油管(35)以及連接在回油管(35)上的回油泵(41)和回油液壓閥(42)與油箱(31)連接，位於進油泵(32)的出油口與進油液壓閥(34)之間的進油管(33)上連接有與位於回油液壓閥(42)與油箱(31)之間的回油管(35)連接的溢流管(36)，溢流管(36)上連接有溢流閥(30)。
6.按照權利要求5所述的電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置，其特徵在於:所述進油泵(32)的進油口通過進油泵進油管(37)和連接在進油泵進油管(37)上的第一油濾(38)與油箱(31)連接，位於進油泵(32 )的出油口與進油液壓閥(34)之間的進油管(33 )上連接有第二油濾(39)，位於溢流管(36)與油箱(31)之間的回油管(35)上連接有第三油濾(40)。
7.一種利用如權利要求1所述裝置對電器開關用鋁棒與銅環進行摩擦焊的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟: 步驟一、對鋁棒(I)進行表面處理:採用體積濃度為5%~20%的稀鹽酸對鋁棒(I)進行浸泡0.5min~1.5min，再用清水清洗乾淨鋁棒(1)，去除鋁棒(I)表面的雜質和氧化物；步驟二、在鋁棒(I)上加工焊接花紋(43):採用車刀在鋁棒(I)上將要焊接銅環(2)的位置處圓周上加工一圈X形焊接花紋(43)； 步驟三、採用電器開關用鋁棒與銅環摩擦焊裝置焊接銅環(2)與鋁棒(1)，具體過程如下: 步驟301、將銅環(2)套裝在鋁棒(I)上加工有焊接花紋(43)的位置處，並將鋁棒(I)的一端夾裝在卡盤夾具(4)上，調整好所述徑向加壓機構的位置，使得所述左銅環夾片(11)和右銅環夾片(12)分別夾裝在所述銅環(2)的左側和右側； 步驟302、啟動電機(5),同時,啟動所述液壓系統，電機(5)通過所述動力傳動機構帶動旋轉軸(3)旋轉並帶動卡盤夾具(4)旋轉,卡盤夾具(4)帶動招棒(I)以1000r/min~3000r/min的轉速軸向轉動；所述液壓系統驅動液壓油缸(13)的活塞杆收縮，通過直角三角形連杆(17)帶動頂部傾斜連杆(26)、第二彈簧連接杆(28)和第二豎直連杆(19)，第二彈簧連接杆(28 )帶動壓力調節彈簧(29 )拉伸，並通過壓力調節彈簧(29 )帶動第一彈簧連接杆(27 )，頂部傾斜連杆(26 )和第一彈簧連接杆(27 ) 一起帶動第一豎直連杆(18 )，進而帶動左上傾斜連杆(21)和左下傾斜連杆(22)推動左銅環夾片(11)以lOmm/s~40mm/s的速度給銅環(2)施加大小為50Mpa~300MPa的徑向壓力，同時，第二豎直連杆(19)帶動右上傾斜連杆(24)和右下傾斜連杆(25)推動右銅環夾片(12)以lOmm/s~40mm/s的速度給銅環(2)施加大小為50Mpa~300MPa的徑向壓力，在鋁棒(I)軸向轉動產生的摩擦力和銅環(2)受到徑向壓力的共同作用下，鋁棒(I)和銅環(2)形成了鋁銅焊接接頭； 步驟303、關閉電機(5)，鋁棒(I)在0.1s~0.4s內停止軸向轉動，所述液壓系統驅動液壓油缸(13)的活塞杆伸出，通過直角三角形連杆(17)帶動頂部傾斜連杆(26)、第二彈簧連接杆(28)和第二豎直連杆(19)，第二彈簧連接杆(28)帶動壓力調節彈簧(29)收縮，並通過壓力調節彈簧(29)帶動第一彈簧連接杆(27)，頂部傾斜連杆(26)和第一彈簧連接杆(27)一起帶動第一豎直連杆(18)，進而帶動左上傾斜連杆(21)和左下傾斜連杆(22)拉動左銅環夾片(11)放鬆銅環(2)，同時，第二豎直連杆(19)帶動右上傾斜連杆(24)和右下傾斜連杆(25 )拉動右銅環夾片(12)放鬆銅環(2 )，取下所述鋁銅焊接接頭。
8.按照權利要求7所述的方法，其特徵在於:所述鋁棒(I)的直徑為25mm~35mm，所述招棒(I)的長度為25mm~35mm ;所述銅環(2)的外徑為35mm~45mm,所述銅環(2)的內徑為30_~40mm,所述銅環(2)的厚度為5_~15_。
【文檔編號】B23K20/12GK103831525SQ201410091033
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】王明靜, 朱明 , 楊超, 孟慶帥, 王志華 申請人:西安科技大學