CN105226479A - 一种管式导电杆的制备方法、液压胀形装置及管式导电杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管式导电杆的制备方法、液压胀形装置及管式导电杆，该制备方法包括：1)取连接端面为台阶面的接头，所述接头邻近台阶面设有用于焊接的轴肩；取导电管体，采用胀形法使导电管体的连接端口处径向膨大形成胀形段；2)将接头与导电管体的胀形段对接找平后，采用搅拌摩擦焊接工艺对接头与导电管体的胀形段对接处进行焊接，将接头与导电管体焊接在一起；3)平整焊缝。本发明的管式导电杆的制备方法，将胀形与搅拌摩擦焊相结合，能一次完成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接，不受接头与导电管体尺寸大小的限制，并且设备简单，能耗低；适用于不同材料、不同长度管式导电杆的制备，具有较强的通用性，适于导电杆的大批量生产。

Description

一种管式导电杆的制备方法、液压胀形装置及管式导电杆

技术领域

本发明属于高压电器导体技术领域，具体涉及一种管式导电杆的制备方法，同时还涉及一种实现上述制备方法的液压胀形装置及一种由上述制备方法所得的管式导电杆。

背景技术

导电杆是高压输配电装备中，用于元件之间连接、传导电流的导体；多用于10KV以上电压等级的断路器、组合电器(GIS)等高压电器中，是用以传递高压电网母线强大电流的器械。一般的，管式导电杆由导电管体和焊接在导电管体两端的接头组成，为降低高压电网运行过程中的电能损耗，要求焊接接头的电阻率不大于3.7×10^-7Ω·m，拉伸强度不低于270MPa。

目前，导电杆在制造时通常采用熔焊技术，包括MIG焊接和TIG焊接。MIG焊接为熔化极惰性气体保护焊接技术，是一种使用熔化电极，以外加气体作为电弧介质，并保护金属溶滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法。TIG焊接是钨极惰性气体保护焊接技术，是在惰性气体保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种焊接方法。上述两种焊接技术，焊前需要将接头和导电管体两端加工成具有特定形状尺寸的破口，然后多次重复焊接熔敷。在焊接过程中，导电杆的锻铝合金材料产生了局部熔化，焊缝是经历了熔化/结晶过程的铸造组织，致密度较小，气孔和非金属夹杂之类的冶金缺陷增多，这使得电阻率不能满足要求；MIG电弧中心温度可达3×10⁴℃以上，使焊接接头中的过烧组织增多，拉伸强度不能满足要求。同时，熔焊焊接过程中噪声较大，电磁辐射和光辐射较大，产生较多金属粉尘和烟尘，对环境及工作人员的身心健康造成影响。

搅拌摩擦焊接技术(FrictionStirWelding，简称FSW)是英国焊接研究所(TheWeldingInstitute，简称TWI)于1991年发明并获得世界范围内专利保护的一种新型固态焊接技术。摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。搅拌摩擦焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源；但是与常规摩擦焊的不同之处在于，搅拌摩擦焊接过程是由一个圆柱体或其他形状的搅拌头伸入向工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部件的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。与传统焊接技术相比，搅拌摩擦焊接技术具有广泛的工业应用前景和发展潜力，在航天低温容器焊接、大型轻合金结构件焊接、航空器蒙皮焊接、铝挤压件焊接、船体和加强件焊接、高速列车铝制件焊接等方面，已显现出较大的优势。

近几年来，摩擦焊接技术在高压电器用导电杆制造技术领域也得到发展。现有技术中，CN1835165A公开了一种铜铝复合型导电杆的制备方法，所述导电杆是由导电端和接触端两部分组成，两部分采用摩擦焊的方法复合而成；纯铜与铝棒或铝管的低温摩擦焊焊接工艺：焊机转速280～560rpm，铝件装在焊接模套中，露出模1～2mm，摩擦压力1.5～3.5MPa，摩擦时间4～6s，顶锻压力2.8～8MPa，顶锻时间0s，工件进给速度1.8～3.5mm/s；焊接后机械加工去除飞边，加工成型。CN101740987A公开了一种高性能导电杆的固态焊接制造方法，包括以下步骤：将接头、导体和管体两端加工成管/管平对接形状；将接头或导体夹持在摩擦焊机旋转夹具中，而将管体夹持在移动夹具中；确定摩擦速度、摩擦压力、摩擦加热时间、顶锻压力及其保压时间等固态焊接工艺参数，将接头或导体与管体的一端焊接在一起。上述两种制备方法均采用普通摩擦焊接方式，不需要焊丝和保护气体等辅助焊接材料，无辐射和熔化金属粉尘等污染；但是，上述焊接方法需要待焊接部件之一整体高速旋转，对设备要求高，如待焊接部件较大则难以实现；焊接过程中两个工件相对运动大，操作复杂，控制难度大；焊接过程中，温度分布区位于整个接触面上，热影响区显微组织变化大，残余应力大，焊接工件在摩擦阶段或顶锻阶段容易变形，导致焊接质量不高，影响导电杆的质量和使用性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种管式导电杆的制备方法，解决现有导电杆采用普通摩擦焊时操作复杂，焊接质量不高，影响导电杆质量和使用性能的问题。

本发明的第二个目的是提供一种实现上述制备方法的液压胀形装置。

本发明的第三个目的是提供一种由上述制备方法所得的管式导电杆。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种管式导电杆的制备方法，包括下列步骤：

1)取连接端面为台阶面的接头，所述接头邻近台阶面设有用于焊接的轴肩，备用；取导电管体，采用胀形法使导电管体的连接端口处径向膨大形成胀形段，备用；

2)将接头与导电管体的胀形段对接找平后，采用搅拌摩擦焊接工艺对接头与导电管体的胀形段对接处进行焊接，将接头与导电管体焊接在一起；

3)平整焊缝，即得。

上述制备方法中，所述导电管体为横截面为圆环形、长度沿轴向方向延伸的管状体；所述接头是与上述导电管体配合安装的接头，接头上用于与导电管体配合安装的一端为连接端，连接端的外径与导电管体的外径一致。导电管体与接头的材质可以为同种或异种的金属或合金；本领域常规的用于制作导电杆的材料都是可行的。优选的，所述导电管体与接头均为锻铝合金。

步骤1)中，所述胀形段的高度为2～3mm，长度为10～15mm。

步骤1)中，所述胀形法为液压胀形，保压时间为5～10min。所述胀形法中可采用液压压力机对导电管体进行径向液压胀形。

上述制备方法中，焊接前对导电管体和接头进行焊前处理。所述焊前处理主要是将待焊接件的焊道处清理干净；一般可采用钢丝刷去除待焊接件表面的氧化膜，然后用乙醇将焊道处清洗干净，以免对焊接质量产生不利影响。

上述制备方法中，所述接头连接端的端面上设有与接头同轴的圆形凸台，圆形凸台***的环形台阶面为连接端面。步骤2)中所述对接找平是指接头上圆形凸台的外周面与导电管体的胀形段的内表面紧密插接配合，接头的轴肩与导电管体的胀形段外表面齐平。如不满足上述条件，可在焊接前对导电管体的胀形段和/或接头的连接端进行机加工，使其无间隙对接。

步骤2)所述搅拌摩擦焊接工艺中，焊接时焊接设备的搅拌头相对位置不变，对接找平的接头与导电管体轴向旋转，使搅拌头对接头的轴肩与导电管体的胀形段对接形成的环形对接缝进行焊接。

焊接前，采用夹具将对接找平的接头与导电管体固定在旋转架上(接头与导电管体之间不能相对运动)；焊接时，焊接设备的搅拌头相对位置不变，旋转架带动接头与导电管体轴向匀速旋转，搅拌头沿接头与导电管体的环形对接缝进行焊接。

上述制备方法中，所用的搅拌摩擦焊接装置为龙门式搅拌摩擦焊接装置，包括控制台、龙门架、工作台、动力机构和搅拌头；所述搅拌头包括轴肩和搅拌针，所述搅拌针连接在所述动力机构的输出轴上。搅拌头材质为高强度钢，搅拌针形状为带梯形螺纹的圆锥形。搅拌头用螺纹安装在动力机构上，便于拆卸及更换。工作台上安装有滚轮架，便于固定工件，同时可根据需要采用夹具带动工件进行旋转以便焊接。

可根据需要焊接的导电杆规格和焊接深度，确定相应的搅拌针规格。一般情况下，搅拌头的长度与焊缝深度相当；搅拌头材质为高强度钢；搅拌针形状为带梯形螺纹的圆锥形。优选的，所述搅拌头焊接端(搅拌针焊接端)的端面直径为2～3mm。

为与导电杆的外圆周面贴合，轴肩下部为圆弧形，弧度与导电杆外圆直径(弧度)相当；轴肩直径为12～14mm。

步骤2)中，所述搅拌摩擦焊接工艺的参数为：搅拌头旋转速度为1000～1400r/min，焊接速度为120～150mm/min，搅拌头仰角为2～3°，下压量为0.2～0.4mm。

为了保证焊接质量，焊接的末端与始端不应在同一位置；环形焊接完成一圈后，接头与导电管体应继续旋转，焊接继续进行一段时间再停止，即焊接结束时，焊接末端超过始端一定距离(有一段重复焊接部分)。优选的，步骤2)中，采用搅拌摩擦焊接工艺进行环形焊，焊接结束时，焊接末端超过始端15～20mm。由于是环形焊接，焊接末端采用非回抽方式，填补结尾部分。

步骤3)中，所述平整焊缝是指采用车削或磨削的方式使焊缝处与导电管体外圆周面齐平。一般情况下，采用车削方式车掉焊缝高出导电杆外圆周面的部分，使其圆滑过渡。

平整焊缝之后，对导电杆整体进行砂光，保证表面光洁度。

搅拌摩擦焊接过程是由搅拌头伸入向工件的接缝处，通过搅拌头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部件的材料温度升高软化，同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。单纯的搅拌摩擦焊后形成的焊缝外观具有“微凹陷”的缺陷，即焊缝处相对于非焊接区向下凹陷。“微凹陷”的尺寸随焊接材料及技术参数的不同而不同；一般的，“微凹陷”的深度为0.5～1mm。导电杆要求焊接后的外圆周面光滑，如单纯采用搅拌摩擦焊产生“微凹陷”，需要对导电杆的外圆周面整体进行后续加工才能使焊缝处光滑过渡，这样需要接头和导电管体在下料时整体留出多余的加工余量，加工掉的废料比较多，原材料成本及加工成本高。

本发明的管式导电杆的制备方法，对导电管体的连接端口进行胀形后再将其与接头通过搅拌摩擦焊接工艺焊接在一起，与现有技术相比具有以下优点：

1.焊前采用胀形法对导电管体进行加工，使其形成的胀形段与接头的台阶面和轴肩紧密配合，防止后续的搅拌摩擦焊的焊缝出现“微凹陷”的缺陷，提高了加工成本率，减少了焊后加工余量，节省了原材料及加工成本；

2.采用搅拌摩擦焊代替传统的MIG焊接，不需要焊丝和保护气体等辅助焊接材料，无辐射和熔化金属粉尘等污染；焊接过程不受环境及人为因素的影响，焊接过程安全可靠，达到改善了焊接作业环境，降低了劳动强度；省去了破口加工和焊缝表面砂光工序，提高了生产效率，降低了生产成本；

3.搅拌摩擦焊接属于固相连接，焊缝组织为锻造组织，晶粒细小致密，具有更优的机械性能；

4.与普通的摩擦焊相比，搅拌摩擦焊的焊接热影响区显微组织变化小，残余应力比较小，焊接工件不易变形，极大的提高了焊接质量与效率；焊接区的机械强度接近母材，冲击韧性大于母材；焊缝性能优良，满足管式导电杆的在高压电器上的使用要求。

5.采用胀形与搅拌摩擦焊相结合，能一次完成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接，不受接头与导电管体尺寸大小的限制，并且设备简单，能耗低；

6.该制备方法焊接效率高，自动化水平高，能耗与加工成本低，操作方便，实现了高压电器用导电杆的快速、高效、绿色、环保制造，适用于不同材料、不同长度管式导电杆的制备，具有较强的通用性，适于导电杆的大批量生产。

一种液压胀形装置，包括胀形模具和增压结构，所述胀形模具包括具有轴向通孔的圆柱形压头和具有圆柱形模腔室的模腔座，所述压头与模腔座的模腔室插接配合，压头的外周面与模腔室的内壁之间形成用于放置待胀形导电管体的模腔，所述模腔室的内壁上设有用于使待胀形导电管体形成胀形段的环形凹槽；所述增压结构包括具有增压腔的缸体和配套的增压活塞，所述缸体上远离增压活塞的一端与模腔座上模腔室开口的一端固连，缸体上在与模腔座连接处设有连通增压腔与模腔室且与模腔室同轴设置的通孔，所述压头与该通孔紧密插接配合，用于使压头在增压活塞作用下从增压腔运动至模腔室；所述模腔室的底部设有用于使增压液体溢出的溢流口。

所述模腔座包括模套和底座，所述底座与模套的一端固连；所述溢流口设在底座上，溢流口处还设有用于调整增压液体溢流压力的溢流阀。

本发明的液压胀形装置，使用时，将导电杆放入模腔室内，将压头放入缸体的增压腔内，下端与缸体上连通增压腔与模腔室的通孔插接配合，在液压胀形装置的增压腔内放入胀形液体；将液压胀形装置放置在液压压力机平台上，施加载荷P，使增压活塞向下移动，挤压增压腔内的液体，使其液压力逐渐升高，高压液体同时通过压头的轴向通孔被挤入模腔室，为导电管体两端胀形提供所需的液压力；压头在增压活塞的作用下被压入模腔室，在内高压力的作用下使导电管体的连接端口处沿环形凹槽径向膨大形成胀形段；胀形过程中，多余的液体从底部的溢流口排出。

本发明的液压胀形装置，实现了采用胀形法使导电管体的连接端口处径向膨大形成胀形段的一次成型，操作方便，成型速度快，效率高。

附图说明

图1为实施例1中接头的结构示意图；

图2为实施例1中导电管体胀形前的结构示意图；

图3为实施例1中导电管体胀形后的结构示意图；

图4为实施例1中导电体机加工后的结构示意图；

图5为实施例1中接头与导电管体对接找平后的结构示意图；

图6为实施例1的制备方法所得管式导电杆成品的结构示意图；

图7为实施例1中的液压胀形装置的结构示意图；

图8为图7中模腔座的结构示意图；

图9为图8的局部放大图；

图10为实施例1中的液压胀形装置的工作状态示意图；

图11为实施例1中胀形过程中导电管体的受力示意图；

图12为实施例1中胀形过程中导电管体胀形段的受力示意图；

图13为实施例1所用搅拌摩擦焊接设备的结构示意图；

图14为图13中搅拌头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例的管式导电杆的制备方法，包括下列步骤：

1)机加工制备接头，备用；如图1所示，接头1上用于与导电管体配合安装的一端为连接端2，连接端2的端面上设有与接头同轴的圆形凸台6，圆形凸台6***的环形台阶面4为连接端面，接头1的外圆周面上邻近环形台阶面4设有用于焊接的轴肩3；轴肩的高度为2mm，长度为14mm；

取导电管体，如图2所示，导电管体7为横截面为圆环形、长度沿轴向方向延伸的管状体，导电管体的外径与接头的连接端的外径一致；采用胀形法使导电管体7的连接端口处径向膨大形成胀形段8(如图3所示)，胀形段的高度为2mm，长度为10mm；对导电管体进行机加工，机加工后的导电管体如图4所示，满足接头上圆形凸台6的外圆周面5(如图1所示)与导电管体7的胀形段8的内表面能紧密插接配合，接头的轴肩3与导电管体7的胀形段8的外表面齐平，备用；

所述接头与导电管体均为锻铝合金；

2)焊前处理：采用钢丝刷去除接头与导电管体表面的氧化膜，然后用乙醇将焊道处清洗干净，以免对焊接质量产生不利影响；

3)焊前装配：将接头与导电管体的胀形段对接找平，如图5所示，接头1的连接端2的端面上的凸台与导电管体7的胀形段8紧密插接配合，接头1的轴肩3与导电管体7的胀形段8的外圆周面齐平；接头的轴肩与导电管体的胀形段对接形成的环形对接缝为焊接区9；用夹具将对接找平后的接头与导电管体固定在旋转架上，调整焊接设备的搅拌头与旋转架的位置，使搅拌头焊接端的端面对准焊接区9(如图5所示)；

焊接：采用搅拌摩擦焊接设备进行搅拌摩擦焊接，焊接设备的搅拌头相对位置不变，旋转架带动接头与导电管体轴向匀速旋转，搅拌头沿接头与导电管体的环形对接缝(焊接区9，如图5所示)进行焊接，将接头与导电管体焊接在一起；焊接过程中，搅拌头旋转速度为1000r/min，焊接速度为120mm/min，搅拌头仰角为2°，下压量为0.2mm；

环形焊接完成一圈后，接头与导电管体应继续旋转，焊接继续进行一段距离再停止，焊接结束时，焊接末端超过始端15mm；焊接末端采用非回抽方式，填补结尾部分；

4)采用车削方式车掉焊缝高出导电杆的外圆周面部分，使其圆滑过渡；所得管式导电杆如图6所示，导电管体7与接头1的连接端2通过焊接区9圆滑过渡；

5)砂光：对步骤4)所得导电杆整体进行砂光，保证表面光洁度。

本实施例胀形时所用的液压胀形装置，如图7所示，包括胀形模具和增压结构，所述胀形模具包括具有轴向通孔的圆柱形压头12和具有圆柱形模腔室16的模腔座，模腔座包括模套17和底座18，模套17内的周向通孔为模腔室16，所述底座18与模套17的一端固连，使模腔室16的另一端开口；所述压头12与模腔座的模腔室16插接配合，压头12的外周面与模腔室16的内壁之间形成用于放置待胀形导电管体7的模腔，所述模腔室16的内壁上设有用于使待胀形导电管体形成胀形段的环形凹槽19(如图8、9所示)；

所述增压结构包括具有增压腔的缸体11和配套的增压活塞10，所述缸体11上远离增压活塞10的一端与模腔座上模腔室16开口的一端固连，缸体11上在与模腔座连接处设有连通增压腔与模腔室16且与模腔室16同轴设置的通孔，所述压头12与该通孔紧密插接配合，用于使压头12在增压活塞10作用下从增压腔运动至模腔室16；所述模腔室16的底部设有用于使增压液体溢出的溢流口21，所述溢流口21设在底座18上，溢流口处还设有用于调整增压液体溢流压力的锥形溢流阀20。

本实施例的液压胀形装置使用时，组装液压胀形装置，将导电杆7放入模腔室16内，将压头12放入缸体11的增压腔内，下端与缸体11上连通增压腔与模腔室16的通孔插接配合，在液压胀形装置的增压腔内放入胀形液体；将液压胀形装置放置在液压压力机平台上，施加载荷P，使增压活塞10向下移动，挤压增压腔内的液体，使其液压力逐渐升高，高压液体同时通过压头12的轴向通孔被挤入模腔室16，为导电管体7两端胀形提供所需的液压力；如图10所示，压头12在增压活塞10的作用下被压入模腔室16，多余的液体从底部的溢流口排出；保压5min，在内高压力的作用下使导电管体7的连接端口处沿环形凹槽19径向膨大形成胀形段。胀形过程中，导电管体7的本体及胀形段的受力图如图11、12所示。

该液压胀形装置，实现了采用胀形法使导电管体的连接端口处径向膨大形成胀形段的一次成型，操作方便，成型速度快，效率高。

本实施例所用的搅拌摩擦焊接设备为龙门式搅拌摩擦焊接装置，如图13所示，包括控制台24、龙门架25、工作台26、动力机构28和搅拌头29；所述搅拌头29通过动力机构28安装在龙门架25上，所述工作台26上安装有用于夹装工件及带动工件旋转的滚轮架27，龙门架25可沿工作台26相对移动，控制台24用于控制龙门架25的移动及通过动力机构28控制搅拌头29工作；所述搅拌头29包括轴肩30和搅拌针31(如图14所示)，所述搅拌针31连接在所述动力机构28的输出轴上；所述轴肩30的下端面为圆弧形，与所要焊接的导电杆的外圆周面相适应。该搅拌摩擦焊接装置中，搅拌头材质为高强度钢；搅拌针形状为带梯形螺纹的圆锥形；搅拌头用螺纹安装在动力机构上，便于拆卸及更换；搅拌针焊接端的端面直径为2mm。

实施例2

本实施例的管式导电杆的制备方法，包括下列步骤：

1)机加工制备接头，备用；所述接头的结构同实施例1；不同之处在于：轴肩的高度为3mm，长度为15mm；取导电管体，导电管体的结构同实施例1，不同之处在于胀形段的高度为3mm，长度为15mm；所述接头与导电管体均为锻铝合金；

2)焊前处理：采用钢丝刷去除接头与导电管体表面的氧化膜，然后用乙醇将焊道处清洗干净，以免对焊接质量产生不利影响；

3)焊前装配：将接头与导电管体的胀形段对接找平，接头的连接端的端面上的凸台与导电管体的胀形段8紧密插接配合，接头的轴肩与导电管体的胀形段的外圆周面齐平；接头的轴肩与导电管体的胀形段对接形成的环形对接缝为焊接区；用夹具将对接找平后的接头与导电管体固定在旋转架上，调整焊接设备的搅拌头与旋转架的位置，使搅拌头焊接端的端面对准焊接区；

所述搅拌头材质为高强度钢；搅拌针形状为带梯形螺纹的圆锥形；所述搅拌针焊接端的端面直径为3mm；

焊接：采用搅拌摩擦焊接设备(同实施例1)进行搅拌摩擦焊接，旋转架带动接头与导电管体轴向匀速旋转，搅拌头沿接头与导电管体的环形对接缝(焊接区9，如图6所示)进行焊接，将接头与导电管体焊接在一起；焊接过程中，搅拌头旋转速度为1400r/min，焊接速度为150mm/min，搅拌头仰角为3°，下压量为0.4mm；

环形焊接完成一圈后，接头与导电管体应继续旋转，焊接继续进行一段距离再停止，焊接结束时，焊接末端超过始端15mm；焊接末端采用非回抽方式，填补结尾部分；

4)采用车削方式车掉焊缝高出导电杆的外圆周面部分，使其圆滑过渡；

5)砂光：对步骤4)所得导电杆整体进行砂光，保证表面光洁度。

本实施例采用液压胀形装置对导电管体进行胀形，所用液压胀形装置同实施例1。

实验例1

本实验例分别采用MIG焊(对比例1)、普通摩擦焊(对比例2)与实施例1所述的管式导电杆的制备方法来加工相同规格的6063-T6锻铝合金管式导电杆，所述6063-T6锻铝合金管式导电杆的导电管体与接头材料均为6063-T6锻铝合金。

其中，对比例1采用MIG焊工艺，接头加工工序：棒材下料(长度留加工余量)→车成形。导电管体加工工序：管材下料(长度留加工余量)→车成形。导电管体与接头均需加工坡口和钝边。焊缝型式为“Y”型，为保证焊透，焊接时预留焊缝间隙。管式导电杆制造工序：焊接→砂光焊缝→抛光整体→包装。MIG焊过程中，需铆装校核，以保证同轴度。三道焊成。

对比例2采用普通摩擦焊，即连续驱动摩擦焊工艺，接头加工工序：棒材下料→车。导电管体加工工序：管材下料→车两端。接头与导电管体均无坡口加工，焊缝型式为“I”型，焊接时无需预留焊缝间隙。采用汉中双戟公司制造的专用C500(50T)型摩擦焊机。焊接时，接头装夹在液压旋转夹具，进行高速旋转，导电杆装夹在固定夹具上，相对静止。管式导电杆制造工序：焊接→车焊缝飞边→抛光整体→包装。内部焊缝飞边无法处理，在电气设备运行时可能会产生异响。焊接过程中无需焊丝，一次焊成。

实施例1所述的管式导电杆的制备方法，接头加工工序：棒材下料→车，车削时预留焊接轴肩。导电管体加工工序：管材下料→车两端→打磨内外表面→胀形(焊接轴肩)→车内台阶。接头与导电管体均无坡口加工，焊缝型式为“I”型，焊接时无需预留焊缝间隙。管式导电杆制造工序：焊接→车焊缝→抛光整体→包装。焊接过程中无需焊丝，一次焊成。

本实验例对上述三种方法所得相同规格的管式导电杆进行性能检测，检测结果如表1所示。

表1实施例1所得锻铝合金管式导电杆性能检测结果

从表1可以看出，实施例1所得管式导电杆的拉伸强度比MIG焊、普通摩擦焊高，达到本体的90％以上；实施例1所得管式导电杆的拉伸强度导电率％IACS均比MIG焊、普通摩擦焊高，达到本体的90％以上。实验结果表明，本发明的管式导电杆的制备方法所得管式导电杆具有优异的综合性能。

除需满足尺寸要求外，管式导电杆还具有同轴度要求，尺寸测试结果如表1。实施例1所得管式导电杆同轴度小，更能满足使用需求。相比MIG焊，实施例1仅需靠焊接设备本身工件夹具保证同轴度；而普通摩擦焊，由于接头一端相对高速旋转，对于较长试件，同轴度较差。

实验例2

采用与实施例1相同方法对实施例2所得管式导电杆进行性能检测，并将其与对比例1(MIG焊)和对比例2(普通摩擦焊)相比较，结果如表2所示。

表2实施例2所得锻铝合金管式导电杆性能检测结果

从表2可以看出，实施例2所得管式导电杆的拉伸强度与导电率性能与实施例1相当，均比MIG焊、普通摩擦焊高，综合性能良好。

从表1、2可得：本发明的管式导电杆的制备方法，采用搅拌摩擦焊代替传统的MIG焊接，弥补了“微凹陷”的问题，省去了破口加工和焊缝表面砂光工序，降低了劳动强度。焊接过程不受环境及人为因素的影响，无焊烟产生，改善了焊接作业环境。搅拌摩擦焊接属于固相连接，焊缝组织为锻造组织，晶粒细小致密，故机械性能更好。与普通的摩擦焊相比，本发明专利解决了“飞边”问题，变形小，机械性能也优于普通的摩擦焊。

Claims (10)

1.一种管式导电杆的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：

1)取连接端面为台阶面的接头，所述接头邻近台阶面设有用于焊接的轴肩，备用；取导电管体，采用胀形法使导电管体的连接端口处径向膨大形成胀形段，备用；

2)将接头与导电管体的胀形段对接找平后，采用搅拌摩擦焊接工艺对接头与导电管体的胀形段对接处进行焊接，将接头与导电管体焊接在一起；

3)平整焊缝，即得。

2.根据权利要求1所述的管式导电杆的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述胀形段的高度为2～3mm，长度为10～15mm。

3.根据权利要求1或2所述的管式导电杆的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述胀形法为液压胀形，保压时间为5～10min。

4.根据权利要求1所述的管式导电杆的制备方法，其特征在于：步骤2)所述搅拌摩擦焊接工艺中，焊接时焊接设备的搅拌头相对位置不变，对接找平的接头与导电管体轴向旋转，使搅拌头对接头的轴肩与导电管体的胀形段对接形成的环形对接缝进行焊接。

5.根据权利要求4所述的管式导电杆的制备方法，其特征在于：所述搅拌头焊接端的端面直径为2～3mm。

6.根据权利要求1或4所述的管式导电杆的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述搅拌摩擦焊接工艺的参数为：搅拌头旋转速度为1000～1400r/min，焊接速度为120～150mm/min，搅拌头仰角为2～3°，下压量为0.2～0.4mm。

7.根据权利要求6所述的管式导电杆的制备方法，其特征在于：步骤2)中，采用搅拌摩擦焊接工艺进行环形焊接，焊接结束时，焊接末端超过始端15～20mm。

8.一种液压胀形装置，其特征在于：包括胀形模具和增压结构，所述胀形模具包括具有轴向通孔的圆柱形压头和具有圆柱形模腔室的模腔座，所述压头与模腔座的模腔室插接配合，压头的外周面与模腔室的内壁之间形成用于放置待胀形导电管体的模腔，所述模腔室的内壁上设有用于使待胀形导电管体形成胀形段的环形凹槽；所述增压结构包括具有增压腔的缸体和配套的增压活塞，所述缸体上远离增压活塞的一端与模腔座上模腔室开口的一端固连，缸体上在与模腔座连接处设有连通增压腔与模腔室且与模腔室同轴设置的通孔，所述压头与该通孔紧密插接配合，用于使压头在增压活塞作用下从增压腔运动至模腔室；所述模腔室的底部设有用于使增压液体溢出的溢流口。

9.根据权利要求8所述的液压胀形装置，其特征在于：所述模腔座包括模套和底座，所述底座与模套的一端固连；所述溢流口设在底座上，溢流口处还设有用于调整增压液体溢流压力的溢流阀。

10.一种由权利要求1所述的制备方法所得的管式导电杆。