一种利用激光焊制备铜包铝线材的装置及方法

技术领域

本发明属于金属复合线材工艺领域，具体涉及一种利用激光焊制备铜包铝线材的装置及方法。

背景技术

铜包铝线是指以铝芯线为主体，外面包覆铜层，使其在拉拔过程中实现冶金结合，从而得到性能稳定的双金属复合导体，可以用作同轴电缆用导体及电气装备电缆导体。铝线比重小，但其焊接性能不好，故在铝线外包铜层，这种铜包铝线既可利用铝比重小的优点，也可以改善焊接性能。

目前生产铜包铝工艺有电镀法、压接法、包覆焊接法等工艺。电镀工艺生产铜包铝的瓶颈是在直径大于Φ2.4mm，铜的电镀层单面厚度不能超过其直径的20％，因此不能满足众多客户的各种需求。目前主要是采用包覆焊接法生产铜包铝，传统的包覆焊接法主要采用氩弧焊接，氩弧焊由于热影响部位大，修补后的工件往往会造成变形、硬度高、砂眼、局部退火、开裂、针孔、磨损、划痕、咬边或结合力不足和内应力受损等缺点；由于氩弧焊的电流密度大，电弧产生的紫外线辐射是普通电弧焊的5-30倍，红外线大约是普通电弧焊的1-1.5倍，焊接过程中产生的臭氧浓度超出卫生标准，对人体的伤害程度更高。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种利用激光焊制备铜包铝线材的装置及方法。

为达到上述目的，本发明的第一方面是提供一种利用激光焊制备铜包铝线材的装置，它包括：

第一校直组件、水冷组件、包覆组件、焊接组件、打磨组件、第二校直组件、铝杆、表面磨刷组件、擦干组件、清洗组件、轧辊、铜板、连拉组件和探伤组件；

所述轧辊可转动地设置在所述铜板两侧，所述清洗组件、擦干组件和表面磨刷组件依次设置在所述轧辊一侧，所述第二校直组件和打磨组件设置在所述铝杆上，所述包覆组件设置在所述表面磨刷组件和打磨组件同侧，所述焊接组件设置在所述包覆组件另一侧，所述水冷组件与所述焊接组件相连，所述第一校直组件、连拉组件和探伤组件依次设置在所述焊接组件另一侧。

优化地，所述焊接组件包括可移动地设置在所述铝杆上方的激光器、设置在所述激光器两侧的焊丝导管和保护器喷嘴、穿设在所述焊丝导管内的焊丝以及用于带动所述激光器移动的驱动装置。

优化地，所述激光器的焊接方向顺着所述铝杆的运行方向。

优化地，所述表面磨刷组件对所述铜板的一侧进行表面磨刷。

优化地，所述打磨组件对所述铝杆周面进行打磨。

为达到上述目的，本发明的另一方面是提供一种利用激光焊制备铜包铝线材的方法，它包括以下步骤：

S1、铝杆与铜板的预处理；

S2、包覆焊接，将铜带紧密包覆在铝杆的外表面，利用激光焊进行焊接，所述激光功率为240W-260W，所述激光扫描速度为470-490mm/min；

S3、连拉，将包覆好的铜包铝送入连拉组件进行拉拔；

S4、洗线探伤，利用探伤组件对铜包铝表面进行检测；

S5、对铜包铝线材进行热处理；

S6、防氧化并干燥；

S7、收线包装；

优化地，所述步骤S1中铝杆的预处理包括铝杆的放卷、拉拔、润滑、旋切、清洗和干燥，所述铜板的预处理包括铜板的冷轧分切、放卷和包覆面打毛。

优化地，所述步骤S2中，铜带经表面磨刷之后的一侧紧贴铝杆周面。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、激光能量密度高度集中，焊接时加热和冷却速度极快，热影响区小，焊接应力和变形很小；

2、非接触加工，对铜带不产生外力作用，有效解决铜包铝的表面损伤问题；

3、激光可以通过光学零件进行传输和变换，易于与机器人配合，自动化程度和生产效率高；

4、焊接工艺稳定，焊缝表面和内在质量好，性能高；

5、绿色环保，没有污染；

6、不受电场磁场干扰，不需要真空保护。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的工艺结构示意图；

图3为本发明焊接组件的结构示意图；

附图标记说明：

1、第一校直组件；2、水冷组件；3、包覆组件；4、焊接组件；41、铜覆层；42、铝芯；43、焊丝；44、焊丝导管；45、激光器；46、保护器喷嘴；5、打磨组件；6、第二校直组件；7、铝杆；8、表面磨刷组件；9、擦干组件；10、清洗组件；11、轧辊；12、铜板；13、连拉组件；14、探伤组件。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明利用激光焊制备铜包铝线材的装置如图2、图3所示，该装置用于将高品质铜带同心地包覆在铝杆外表面，使得铜层与铝芯之间形成牢固的原子间的冶金结合，使其同时具备铜的导电性和铝的密度小的复合特性，扩大使用范围，它包括第一校直组件1、水冷组件2、包覆组件3、焊接组件4、打磨组件5、第二校直组件6、铝杆7、表面磨刷组件8、擦干组件9、清洗组件10、轧辊11、铜板12、连拉组件13和探伤组件14。

其中，轧辊11转动地设置在铜板12两侧(轧辊11是在外部电机的带动下实现转动的，在两根轧辊11的同一端部分别安装主动齿轮和从动齿轮，在主动齿轮与从动齿轮上绕设链条或皮带，将电机的输出轴连接在两根轧辊11任一一端上；在本实施例中，轧辊11用于将铜板12冷轧后变成铜带，冷轧后的铜带厚度更加精确，而且表面更加光滑)。清洗组件10、擦干组件9和表面磨刷组件8依次设置在轧辊11一侧(清洗组件10用于清洗铜带上的金属粉末以及灰尘，擦干组件9用于将清洗后的铜带擦干；在本实施例中，使用棉布擦干，表面磨刷组件8对铜带的一侧进行磨刷，提高铜带一侧的光滑度)。

第二校直组件6和打磨组件5设置在铝杆7上(第二校直组件6用于对弯曲的铝杆7进行矫正，打磨组件5对铝杆7的周面进行打磨，以提高铝杆7周面的光滑度)。包覆组件3设置在表面磨刷组件8和打磨组件5同侧(包覆组件3用于将表面磨刷之后的铜带卷曲变形成筒状，并套设在打磨之后的铝杆7上；在本实施例中，铜带经磨刷后的一侧紧贴铝杆7周面)。

焊接组件4设置在包覆组件3另一侧，用于焊接套设在铝杆7外的铜带，如图2所示，焊接组件4主要包括焊丝43、焊丝导管44、激光器45和保护器喷嘴46等，激光器45在铝芯42上方移动(激光器45是在驱动装置的带动下实现移动的；在本实施例中，驱动装置选用移动气缸，移动气缸的活塞杆连接在激光器45上；在本实施例中，激光器45的焊接方向顺着铝杆7的运动方向)。焊丝导管44和保护器喷嘴46设置在激光器45两侧，焊丝43穿设在焊丝导管44内，用于铜带的焊接(铜覆层41包覆在铝芯42外侧；采用激光作为焊接热源，能将大量的能量集中在很小的作用点上，具有能量密度高、加热集中、焊接速度快及焊接变形小等特点)。

水冷组件2与焊接组件4相连(在焊接过程中会产生大量的热量，水冷组件2用于起到冷却效果)。第一校直组件1、连拉组件13和探伤组件14依次设置在焊接组件4另一侧(第一校直组件1用于对焊接好的铜包铝线材进行矫正；连拉组件13用于对铜包铝线材进行拉拔；探伤组件14对铜包铝线材表面进行检测，检测铜包铝是否有漏铝点或刮伤)。

本发明利用激光焊制备铜包铝线材的方法流程图如图1所示，它包括以下步骤：

S1、铝杆与铜板的预处理；

铝杆的预处理包括铝杆的放卷、拉拔、润滑、旋切、清洗和干燥，

铜板的预处理包括铜板的冷轧分切、放卷和包覆面打毛(铜板的冷轧是经热轧铜板为原料，经酸洗去掉氧化皮后进行冷连轧，提高铜板的强度与硬度；铜板的包覆面打毛是在表面磨刷组件8内实现的，表面磨刷组件8只对铜带的一侧进行磨刷，提高铜带一侧的光滑度)。

S2、包覆焊接，将铜带紧密包覆在铝杆的外表面，并利用激光焊进行焊接；

通过包覆组件3将铜带包覆在铝杆外表面(在本实施例中，铜带经表面磨刷之后的一侧紧贴铝杆周面)。通过焊接组件4完成焊接(在本实施例中，焊接组件4中利用激光完成焊接，激光焊接的焊接功率为240W，激光扫描速度为470mm/min)。

S3、连拉，将包覆好的铜包铝送入连拉组件13进行拉拔；

S4、洗线探伤，利用探伤组件14对铜包铝表面进行检测，检测铜包铝表面是否有漏铝点或刮伤；

S5、对铜包铝线材进行热处理(在本实施例中，热处理的方式为退火，退火可提高铜包铝线材的塑性，消除内应力，防止变形或开裂)；

S6、防氧化并干燥，提高铜包铝线材的使用寿命；

S7、收线包装，利用收线机将铜包铝线材收集在卷盘上。

实施例2

本实施例提供一种利用激光焊制备铜包铝线材的装置及方法，它与实施例1中的方案大致相同，不同的是步骤S2中，激光焊接的焊接功率为250W，激光扫描速度为480mm/min。

实施例3

本实施例提供一种利用激光焊制备铜包铝线材的装置及方法，它与实施例1中的方案大致相同，不同的是步骤S2中，激光焊接的焊接功率为260W，激光扫描速度为490mm/min。

对比例1

本对比例提供一种利用激光焊制备铜包铝线材的装置及方法，它与实施例1中的方案大致相同，不同的是：步骤S2焊接组件中不采用激光焊，采用常规的氩弧焊。

同时将实施例1-3和对比例1制备的铜包铝线材进行表面检测，其结果列于表1中：

表1实施例1-3、对比例1中得到的铜包铝线材表面性能表

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。凡根据本发明精神实质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。