一种铜包铝过渡电力设备线夹及其制备方法与流程

1.本发明涉及电力金具技术领域，具体涉及一种铜包铝过渡电力设备线夹及其制备方法。


背景技术：

2.在电力设备实际应用场景中涉及到许多要求铜铝两种材质相连的情形，比如母线的引下线与变压器、断路器、互感器等电力设备的连接，需要采用铜铝过渡线夹。因为铜元素和铝元素的化学活性、导电性等性能差异，两者直接相连的话在接触面处容易形成原电池反应，产生电化学腐蚀，造成连接部位接触电阻增大、发热、断裂进而导致出现断线、短路、停电等电力故障，严重危害电力设备的安全稳定运行。
3.目前，市面上的铜铝过渡线夹主要采用焊接或者铸接的方式。采用这类方式无法在铜铝结合面形成冶金结合，焊缝作为接头结构中的薄弱环节，机械强度低，容易产生裂缝、开裂，一方面在折弯、钻孔等加工环节中易发生开裂脱离，产品废品率高，并且铜的消耗量大，生产成本较高，另一方面在运行环节中易发生发热、腐蚀、电阻率增大等，导致设备损坏、停电事故发生。
4.授权公告号cn203445265 u公开了一种铝基热轧复铜过渡设备线夹，该设备线夹采用趋近液态铝表面复铜热轧工艺，采用这类液-液相复合法能够实现铜铝金属液的部分混合，但存在两层金属复合强度低，界面缺陷问题多，工艺过程复杂且难以控制，在实际应用中有较大的局限性。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种导电性和机械性能好铜包铝过渡电力设备线夹及其制备方法。
6.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
7.一种铜包铝过渡电力设备线夹，包括线夹主体，所述线夹主体包括铝基板、铜包覆层和压板，所述压板设置在铝基板一端，所述铝基板另一端表面包覆有铜包覆层，所述铜包覆层采用等温热轧制和退火工艺包覆在铝基板表面。
8.作为上述技术方案的进一步改进：
9.所述铜包覆层的体积占线夹主体体积的15～30％之间。
10.所述铜包铝过渡电力设备线夹还包括锁紧件，所述压板通过锁紧件锁紧连接在铝基板上。
11.所述锁紧件包括螺栓、垫片和螺母，所述垫片和螺母套设在螺栓上，所述垫片位于铝基板和螺母之间，所述螺栓穿过压板和铝基板并通过螺母锁紧压板和铝基板。
12.所述铝基板中部沿铝基板对称轴方向设有沟槽。
13.所述铝基板的厚度为5～25mm，所述铜包覆层的厚度为0.1～5mm。
14.一种铜包铝过渡电力设备线夹的制备方法，包括以下步骤：
15.s1、将铝材和铜材表面清洁后预热，在300～500℃温度下进行热轧制，退火处理后得到铜包铝复合板材；
16.s2、将铜包铝复合板材按照预设要求切割成线夹坯料，弯曲冲压处理后得到表面包覆有铜包覆层的铝基板；
17.s3、将压板和铝基板用锁紧件锁紧连接，得到铜包铝过渡电力设备线夹。
18.作为上述技术方案的进一步改进：
19.所述步骤s1中，所述退火处理为低温长时退火处理，退火温度为200～350℃，退火时间为20min～3h。
20.所述步骤s1中，所述退火处理为高温短时退火处理，退火温度为400～650℃，退火时间为1min～20min。
21.所述步骤s1中所述铜材为工业纯铜，所述铝材为工业纯铝。
22.与现有技术相比，本发明的优点在于：
23.本发明中的过渡线夹及其制备方法，通过等温热轧制和退火工艺在铝基板上覆盖铜包覆层，铜铝金属连接界面形成具有高连接强度的冶金结合，机械性能好，使用寿命长，能够解决传统焊接、铸接等工艺制备的过渡线夹界面结合强度差，容易发生开裂，影响设备运行安全的问题，更加解决了采用液-液相复合法金属复合强度低，界面缺陷问题多的技术问题，在电力行业中具有广阔的应用前景。
附图说明
24.图1为本发明铜包铝过渡电力设备线夹的主视图。
25.图2为图1中a-a线剖视图。
26.图3为本发明铜包铝过渡电力设备线夹的右视图。
27.图4为本发明铜包铝过渡电力设备线夹的仰视图。
28.图5为本发明实施例1中线夹铜铝结合界面的金相示意图。
29.图6为对比例1中线夹铜铝结合界面的金相示意图。
30.图中各标号表示：1、铝基板；2、铜包覆层；3、螺栓；4、压板；5、沟槽；6、垫片；7、螺母。
具体实施方式
31.以下将对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。
32.实施例1
33.如图1至图4所示，本发明的铜包铝过渡电力设备线夹，包括线夹主体，线夹主体包括铝基板1、铜包覆层2和压板4，压板4设置在铝基板1一端，铝基板1另一端表面包覆有铜包覆层2，铜包覆层2采用等温热轧制和退火工艺包覆在铝基板1表面。本发明通过等温热轧制和退火工艺在铝基板1上覆盖铜包覆层2，铜铝金属连接界面形成具有高连接强度的冶金结合，机械性能好，使用寿命长，能够解决传统焊接、铸接等工艺制备的过渡线夹界面结合强度差，容易发生开裂，影响设备运行安全的问题，更加解决了采用液-液相复合法金属复合强度低，界面缺陷问题多的技术问题，在电力行业中具有广阔的应用前景。本发明铜包覆层
2采用等温热轧制和退火工艺包覆在铝基板1表面，采用铜包铝复合材料，可以有效降低铜材的消耗量，制造与维护成本低，符合绿色低碳要求，工程应用中具有良好的经济效益。
34.铜包覆层2的体积占线夹主体体积的15～30％之间。铜包覆层2所占体积比过低时，由于铝的变形能力较铜更大，会造成轧件向铜弯曲严重，不利于获得良好的铜铝复合材料版型，同时其电阻率、力学强度、抗氧化性等性能也会显著降低。
35.铜包铝过渡电力设备线夹还包括锁紧件，压板4通过锁紧件锁紧连接在铝基板1上。
36.锁紧件包括螺栓3、垫片6和螺母7，垫片6和螺母7套设在螺栓3上，垫片6位于铝基板1和螺母7之间，螺栓3穿过压板4和铝基板1并通过螺母7锁紧压板4和铝基板1。
37.铝基板1中部沿铝基板1对称轴方向设有沟槽5。沟槽5呈内凹的弧形，起压线作用。
38.铝基板1的厚度为5～25mm，铜包覆层2的厚度为0.1～5mm。
39.一种铜包铝过渡电力设备线夹的制备方法，包括以下步骤：
40.s1、将铝材和铜材表面清洁后预热，在300～500℃(本实施例为400℃)温度下进行热轧制，退火处理后得到铜包铝复合板材；
41.s2、将铜包铝复合板材按照预设要求切割成线夹坯料，弯曲冲压处理后得到表面包覆有铜包覆层2的铝基板1；
42.s3、将压板4和铝基板1用锁紧件锁紧连接，得到铜包铝过渡电力设备线夹。
43.本实施例中，步骤s1中，铜层与铝层的厚度比为1:6，热轧制压下率采用60％。在其他实施例中，热轧制的压下率为35％～70％均可取得相同或相似的技术效果，压下率应根据铜包覆层与铝层的初始厚度比进行选择，随着厚度比的增大，所需的压下率会增加。
44.采用退火热处理工艺可以增强界面间的扩散，提高界面结合强度，同时减少加工硬化程度及残余应力，利于后续剪切、弯曲、冲压等进一步加工。本发明中，除去铝基板1上螺栓孔冲孔外，从铜包铝基板1到线夹成型、沟槽5成型也需要依靠冲压成型，因此，对于包覆有铜包覆层2的铝基板1的机械加工性能提出了更高的要求，如果其表面硬度值过高或伸长率过低，在弯曲时容易报废形成废品。本发明的热轧制的温度以及退火后的温度的选择，决定着后续切割、弯曲、冲压等机械加工步骤是否能够顺利进行。
45.本实施例中，步骤s1中，退火处理为高温短时退火处理，退火温度为400～650℃(如580℃)，退火时间为1min～20min(如5min)。采用高温短时退火热处理，能保证良好的界面强度，同时获得更好的弯曲性能。高温退火时间不宜过长，时间过长会导致界面结合强度大大下降，不利于后续线夹的成型加工。在其他实施例中，步骤s1中，退火处理为低温长时退火处理，退火温度为200～350℃(具体实施例为250℃)，退火时间为20min～3h(具体实施例为2h)。
46.所述压板4为铝制或钢制压板4，螺栓3与铝制或钢制压板4之间通过垫片6进行缓冲。
47.铜材采用紫铜(t2以上，杂质含量低于0.05％)，铝材采用工业纯铝(l3以上，杂质含量低于0.5％)。经清洗、整型工序后，通过轧辊进行热轧制(温度范围为300～500℃)，经退火工艺(退火时间为1min～3h)得到铜包铝复合板材。再通过切割、剪切、锯切等方式将铜包铝复合板材制成所需的设备线夹胚料形状，利用冲压设备对胚料进行冲压处理得到带有铜包覆层2的铝基板1。
48.铜材应采用工业纯铜，更优选地可以采用无氧铜，具有优异的导电性、导热性、延展性、耐蚀性,从而保证铜包覆层2具有良好的加工性能与综合性能。
49.在轧制之前应对铜材或铝材通过机械法(钢丝刮刷、磨削等)及化学处理法(四氯化碳、丙酮、酸碱等溶液)进行表面清洁处理，更有利于提高铜铝两种金属界面处原子的扩散与结合能力。本实施例中，首先采用5％的盐酸溶液对铜材进行清洗，以及10％的氢氧化钠溶液对铝材进行清洗，去除板材表面的油脂及氧化物等杂质。冲洗掉酸碱后进行干燥处理，随后即刻通过钢刷打磨进一步去除表面的吸附层及氧化层，并增大两者表面之间的摩擦力。
50.对比例1
51.市面上采购的slg-1型铝基热轧覆铜过渡设备线夹。
52.通过金相试验检测实施例1与对比例1过渡设备线夹两者铜铝结合界面情况，分别如图5、图6所示。可知本发明中制备的过渡设备线夹在铜包覆层2与铝基板1的连接界面形成了具有高连接强度的冶金结合，而市面上采购的铜铝过渡电力设备线夹的界面强度不足，铜铝结合面普遍出现开裂情况。
53.本发明实施例1与对比例1的过渡设备线夹，经测试验证其性能结果见下表。
[0054][0055]
本发明本实施例1中铜包覆层2通过等温热轧制及退火工艺均匀地包覆在铝基板1外侧，具有良好的导电率，导电率超过70％iacs，良好的机械加工性能，抗拉强度超过130mpa，界面剪切强度大于50mpa。相对于现有线夹，本发明的线夹实现了导电率、延伸率和剪切性能的三个性能的同步提高，有利于改善弯折等机械加工成型以及后续实际应用中效果，
[0056]
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。