於國(guó)良

(上海新益電力線路器材有限公司, 上?！?01506)

鋁合金電纜導(dǎo)體制造技術(shù)與質(zhì)量控制研究進(jìn)展

於國(guó)良

(上海新益電力線路器材有限公司, 上海201506)

摘要：電纜用鋁合金導(dǎo)體以其優(yōu)良的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能受到廣泛的應(yīng)用,其生產(chǎn)工藝、制造裝備和質(zhì)量控制一直是研究的熱點(diǎn).從技術(shù)角度出發(fā),對(duì)鋁合金導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形式的選擇、設(shè)備形式與特點(diǎn)和各種不同生產(chǎn)工藝進(jìn)行了綜合比較分析,并對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中鋁合金導(dǎo)體電阻、伸長(zhǎng)率和表面質(zhì)量等問(wèn)題的產(chǎn)生原因和表征進(jìn)行剖析,提出了相應(yīng)的解決措施和方法.致力于為改進(jìn)和規(guī)范我國(guó)電纜行業(yè)鋁合金電纜產(chǎn)品用鋁合金導(dǎo)體的生產(chǎn)制造和質(zhì)量控制提供參考,從而提高鋁合金電纜在實(shí)際應(yīng)用中的安全性和可靠性.

關(guān)鍵詞：電纜; 鋁合金導(dǎo)體; 制造; 工藝; 質(zhì)量控制

電纜產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于通信、能源、汽車、交通和石油化工等基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè),是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的工業(yè)神經(jīng)和血脈[1-2].電纜產(chǎn)品的制造商和研究者始終致力于提高其經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合性能,通過(guò)合理選擇導(dǎo)體材料、優(yōu)化制備工藝和制造裝備、完善安裝敷設(shè)、保證產(chǎn)品服役安全,使其不僅在性能上滿足各應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)要求,還能降低產(chǎn)品成本,從而順應(yīng)資源綜合利用、節(jié)能環(huán)保的時(shí)代背景[3-4].

近年來(lái),憑借優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合性能,鋁合金電纜的推廣應(yīng)用取得了一定的成績(jī),對(duì)提高電網(wǎng)輸電能力和優(yōu)化能源配置發(fā)揮了重要作用[5-7].同時(shí),鋁合金電纜的應(yīng)用也對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)調(diào)整政策的實(shí)施起到了積極作用,不僅延長(zhǎng)和豐富了國(guó)內(nèi)鋁加工業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈,而且使我國(guó)與一帶一路沿路的南亞、東南亞和中東等國(guó)家更深入地開展鋁資源出口利用和工業(yè)商品貿(mào)易的合作,對(duì)產(chǎn)能國(guó)際合作和一帶一路戰(zhàn)略實(shí)施提供了支持.

鋁合金電纜行業(yè)中存在著不利于行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)象.隨著鋁合金電纜制造商的增加,各制造商水平參差不齊,部分企業(yè)缺乏應(yīng)有的技術(shù)能力,有些不具備制造和應(yīng)用全過(guò)程的技術(shù)能力.行業(yè)內(nèi)有重視銷售,輕視產(chǎn)品制造系統(tǒng)控制和質(zhì)量保證的趨勢(shì).行業(yè)內(nèi)鋁合金電纜的質(zhì)量狀況不規(guī)范,很大程度上阻礙了鋁合金電纜的推廣應(yīng)用[8].

鋁合金電纜的導(dǎo)體是鋁合金電纜的主要元件,由于鋁合金電纜絕緣用的材料及生產(chǎn)工藝與銅芯電纜相同,在此主要對(duì)鋁合金電纜用鋁合金導(dǎo)體的制造技術(shù)和質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行綜合述評(píng).

1鋁合金導(dǎo)體制造技術(shù)

1.1鋁合金導(dǎo)體結(jié)構(gòu)選擇

鋁合金導(dǎo)體單線形狀通常分為圓形和梯形.是否應(yīng)該應(yīng)用梯形鋁合金導(dǎo)體單線也一直是研究領(lǐng)域和生產(chǎn)領(lǐng)域討論的重點(diǎn)[9].圖1為圓形與梯形單線絞合導(dǎo)體示意圖.

圖1　圓形單線絞合導(dǎo)體與梯形單線絞合導(dǎo)體示意圖

圓形單線對(duì)于導(dǎo)體來(lái)說(shuō)通用性好,但是由其絞制而成的絞合導(dǎo)體的間隙大,通常為25%,即緊壓系數(shù)僅為0.75,在絞制的同時(shí)需要壓縮外徑來(lái)提高緊壓系數(shù),一般可達(dá)0.85～0.93.由梯形單線絞制而成的鋁合金導(dǎo)體的緊壓系數(shù)可達(dá)0.90～0.95,導(dǎo)體表面質(zhì)量?jī)?yōu)于圓線緊壓鋁合金導(dǎo)體[10].圖2為緊壓圓形絞合導(dǎo)體示意圖.

制造圓形線比梯形線容易,成本也較低.制造梯形線需進(jìn)行較為復(fù)雜的形狀設(shè)計(jì),配備更復(fù)雜的拉絲和絞線設(shè)備,對(duì)制造拉絲和絞線設(shè)備的模具有非常高的要求,因此制造梯形線的成本要比圓形線高20%左右.由于具有復(fù)雜的單線截面,受到金屬變形速度限制,梯形線的生產(chǎn)效率比制造圓形線低.

1.2鋁合金單線制造工藝

1.2.1拉拔工藝

拉拔是一個(gè)將鋁合金桿材制成鋁合金單絲的工藝過(guò)程,拉絲裝備、模具和潤(rùn)滑等是拉拔工藝的關(guān)鍵因素.拉絲機(jī)通過(guò)拉制力使通過(guò)各道模具的鋁合金線材的截面積減小、長(zhǎng)度增大,最終得到所需截面積和截面形狀的鋁合金單線,如圖3所示.

圖3　鋁合金導(dǎo)線拉拔過(guò)程示意圖

應(yīng)用較多的拉絲機(jī)有非滑動(dòng)式鼓輪拉絲機(jī)、滑動(dòng)式拉絲機(jī)和分電機(jī)傳動(dòng)非滑動(dòng)式拉絲機(jī).下面對(duì)這3種拉絲機(jī)進(jìn)行具體介紹.

(1) 非滑動(dòng)式鼓輪拉絲機(jī).每個(gè)鼓輪由一個(gè)交流電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng),鼓輪垂直布置,依靠鼓輪的儲(chǔ)線長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)各道次伸長(zhǎng)率的匹配.鋁合金線材與鼓輪之間有相對(duì)滑動(dòng),由于鼓輪的儲(chǔ)線長(zhǎng)度有限,這種生產(chǎn)工藝對(duì)于配模要求較高,受到鼓輪儲(chǔ)線排列的影響,拉拔速度一般為10m/s.

(2) 滑動(dòng)式拉絲機(jī).拉拔鼓輪水平布置,由一個(gè)齒輪箱與一個(gè)電機(jī)連接,每相鄰鼓輪的增速比為固定值,每個(gè)鼓輪上的鋁合金線與鼓輪表面之間允許有微量的相對(duì)滑動(dòng)以擴(kuò)大配模容差,滑動(dòng)率一般在1%～3%.這種拉拔工藝的優(yōu)點(diǎn)是速度快(20～40m/s)、生產(chǎn)效率高,適合大批量生產(chǎn);缺點(diǎn)是更換產(chǎn)品規(guī)格周期長(zhǎng),鋁合金線材與鼓輪有摩擦,鋁粉較多[11].

(3) 分電機(jī)傳動(dòng)非滑動(dòng)式拉絲機(jī).拉拔鼓輪水平布置,每個(gè)鼓輪單獨(dú)有一個(gè)變頻電機(jī)和變速箱驅(qū)動(dòng),每個(gè)鼓輪有分線輪、角相位移電位器張力控制和速度反饋,每道鼓輪的轉(zhuǎn)速由張力臂將信號(hào)反饋到PLC(可編程邏輯控制器),自動(dòng)調(diào)整每道之間的電機(jī)轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到鼓輪間增速比的自動(dòng)調(diào)整.這種工藝具有配模簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高(10～35m/s)、換模周期短、鋁合金線與鼓輪間沒(méi)有摩擦以及節(jié)能和節(jié)材的特點(diǎn),是一種先進(jìn)的制造工藝.

1.2.2連續(xù)擠壓

通過(guò)擠壓方式也可將鋁合金桿材制成鋁合金單絲,通過(guò)連續(xù)擠壓機(jī)實(shí)現(xiàn).連續(xù)擠壓機(jī)將鋁合金桿連續(xù)引拽進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的擠壓輪輪槽中,鋁合金桿在槽中受到徑向擠壓和摩擦.在擠壓和摩擦力的作用下,產(chǎn)生足夠的熱量并達(dá)到再結(jié)晶狀態(tài),經(jīng)過(guò)腔體從特制的模具中擠出并一次成型,可迅速生產(chǎn)出各種規(guī)格的鋁合金線材.

連續(xù)擠壓的優(yōu)點(diǎn)是:損耗少、成品率高,材料利用率高;融拉絲與退火于一體,擠壓過(guò)程中鋁合金桿通過(guò)熱變形產(chǎn)生足夠熱量,所以不需要外加退火、加熱工序,大大降低產(chǎn)品單位能耗,縮短工藝流程,減小了設(shè)備投資;模具數(shù)量少,更換模具方便,不需要潤(rùn)滑油,工作環(huán)境良好.連續(xù)擠壓的缺點(diǎn)是:生產(chǎn)效率低,工藝通用性差,僅能生產(chǎn)O態(tài)的線材,難以精確調(diào)整產(chǎn)品的熱處理狀態(tài).

1.2.3模具

模具是完成鋁合金導(dǎo)體拉絲的基本因素,模具材料對(duì)拉絲是否能夠順利進(jìn)行和拉絲質(zhì)量有極其重要的影響.早期應(yīng)用較多的是硬質(zhì)合金模,材料有YG6、YG8和YG3X等.硬質(zhì)合金模是碳化鎢粉末以鈷作黏接劑,壓結(jié)成型后再燒結(jié)而成,該模具具有壽命長(zhǎng)、高溫下硬度降低極小的特點(diǎn).

天然金剛石內(nèi)部完美,但價(jià)格昂貴,通常只用于直徑很小的絲材拉制模具.而聚晶模價(jià)格相對(duì)便宜很多,在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用.其拉制尺寸與硬質(zhì)合金模相當(dāng),硬度比天然金剛石稍低,但是比硬質(zhì)合金硬很多;而且由于沒(méi)有天然金剛石的方向性,其?？自谀p后仍是圓形;與硬質(zhì)合金模相比,聚晶模拉制的鋁合金導(dǎo)體的線徑偏差和力學(xué)性能波動(dòng)都小得多,表面質(zhì)量也較好.由不同材料制成的模具性能和用途見表1[12].

表1　模具材料性能和用途

近年來(lái),越來(lái)越多的表面處理技術(shù)在拉絲模具上得以應(yīng)用,如納米碳化物涂層模具和納米陶瓷涂層模具等.

1.2.4小結(jié)

分電機(jī)傳動(dòng)的連續(xù)拉拔機(jī)具有換模周期短、配模簡(jiǎn)單,損耗和能耗小的優(yōu)點(diǎn),最適合于鋁合金線材的生產(chǎn).納米碳化物涂層模具表面硬度和光潔度與聚晶模相比得到了較大的提升,具有壽命長(zhǎng)、材料損耗小以及拉拔能耗低的特點(diǎn),將是鋁合金線材用模具的首選.

1.3導(dǎo)體絞制工藝

絞線工序是通過(guò)絞線機(jī)將根數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求的多股鋁合金單線絞合成同心式排列的且具有一定截面積的絞合導(dǎo)線.因此絞線裝備需要具備高生產(chǎn)率、短生產(chǎn)周期、低廢線率和低能耗等性能.

1.3.1籠絞機(jī)

放線盤的鋁合金單線在形成絞線時(shí),線盤圍繞鋁合金導(dǎo)體的軸線有一個(gè)退扭行程,因而鋁合金導(dǎo)體中的單線沿自身軸線的扭轉(zhuǎn)僅為5°,變形最小,絞合質(zhì)量最好.缺點(diǎn)是設(shè)備轉(zhuǎn)速低,生產(chǎn)效率低.圖4為無(wú)退扭與退扭絞合原理示意圖.1.3.2框絞機(jī)

線盤為固定式,鋁合金導(dǎo)體的單線在絞合鋁合金導(dǎo)體中沿自身軸線有一個(gè)360°扭轉(zhuǎn).這種生產(chǎn)工藝的絞籠轉(zhuǎn)速高、產(chǎn)量高.

圖4　無(wú)退扭與退扭絞合示意圖

1.3.3拉絞一體機(jī)

拉絞一體機(jī)為近年來(lái)美國(guó)西科公司發(fā)明的一種將拉絲與絞線工藝合二為一的工藝.特點(diǎn)是收盤轉(zhuǎn)動(dòng),固定式放線,單線經(jīng)過(guò)數(shù)道軋輥孔型變形后,再由分線模組合,并線模成型后進(jìn)入收線盤.優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有放線盤,可以連續(xù)生產(chǎn)而無(wú)需更換放線盤,生產(chǎn)效率高.

1.3.4小結(jié)

籠絞機(jī)具有退扭功能,由于絞合前鋁合金線材的伸長(zhǎng)率可達(dá)1.5%～2.0%,鋁合金導(dǎo)體還要經(jīng)過(guò)退火工序來(lái)消除加工硬化,因而無(wú)退扭功能對(duì)鋁合金導(dǎo)體的影響非常小.生產(chǎn)效率低是籠絞機(jī)的明顯不足.

拉絞一體機(jī)為生產(chǎn)效率最高的工藝,但由于只能生產(chǎn)各層絞合方向相同的鋁合金導(dǎo)體,受限于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,產(chǎn)品不能用于國(guó)內(nèi).

《“十三五”時(shí)期京津冀教育協(xié)同發(fā)展專項(xiàng)工作計(jì)劃》列出了京津冀教育協(xié)同發(fā)展中需要重點(diǎn)落實(shí)的合作項(xiàng)目，其中，高等教育資源共享和教育人才師資隊(duì)伍建設(shè)是重要組成部分。以此專項(xiàng)工作計(jì)劃為指導(dǎo)，從京津冀高校師資培訓(xùn)體系所承擔(dān)的教師培訓(xùn)工作入手，探討建立京津冀高校師資培訓(xùn)系統(tǒng)的協(xié)同機(jī)制，改變京津冀高校人才師資隊(duì)伍培訓(xùn)、教師發(fā)展等工作各自為戰(zhàn)的格局，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)相同工作的資源共享、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，相似工作的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、互聯(lián)互通，促進(jìn)京津冀高校教師培訓(xùn)工作的一體化，為進(jìn)一步推動(dòng)京津冀教育一體化進(jìn)程提供實(shí)踐支持和重要參考。

盡管采用框絞機(jī)進(jìn)行絞線時(shí)鋁合金單線有扭轉(zhuǎn),但考慮到鋁合金單線的力學(xué)性能能夠承受,而框絞機(jī)具有生產(chǎn)效率高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn),為鋁合金導(dǎo)體生產(chǎn)的首選.

1.4退火工藝

鋁合金材料經(jīng)過(guò)拉拔和絞制工序,產(chǎn)生了很大的變形,塑性和導(dǎo)電率降低.退火處理可以消除和修復(fù)鋁合金單線在拉拔和絞制工序中因各種變形引起的加工硬化和內(nèi)部組織錯(cuò)位,從而提高鋁合金線材的導(dǎo)電率和伸長(zhǎng)率.針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的不同情況,選擇了合適的退火工藝流程.鋁合金圓線同心絞合導(dǎo)體以絞合導(dǎo)體退火的工藝為佳;鋁合金型線同心絞合導(dǎo)體或大截面的鋁合金圓線同心絞合導(dǎo)體以單線退火后絞合導(dǎo)體為宜.單盤的鋁合金單線重量小,內(nèi)外受熱差異小,退火均勻,力學(xué)電氣性能一致性好.退火后的鋁合金單線在絞制時(shí)容易擦傷、刮傷,對(duì)于直徑不大的鋁合金圓單線可采用先絞制后退火的工藝流程.為了獲得較好的退火效果,應(yīng)匹配合適的退火裝備.常用的退火裝備主要有箱式臺(tái)車式退火爐、井式退火爐和連續(xù)退火爐等.對(duì)單線退火時(shí)退火盤采用小盤具,對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行退火時(shí)采用大盤具.箱式臺(tái)車式退火爐的裝爐量大,工件進(jìn)出爐方便,生產(chǎn)效率高,適合于鋁合金導(dǎo)體大盤具退火;井式退火爐采用電熱管加熱,爐內(nèi)密封性好,升溫快且保溫性能好,但是工件進(jìn)出爐速度慢,生產(chǎn)效率低,能耗大、裝爐量小.采用連續(xù)退火爐進(jìn)行退火時(shí),工件放在或掛在爐內(nèi)鏈條上,作定時(shí)定量移動(dòng),生產(chǎn)效率高,爐溫均勻,退火效果最好,但是由于空間限制,主要用于小盤具的鋁合金單線退火.

2鋁合金導(dǎo)體質(zhì)量控制

2.1電阻率控制

導(dǎo)電率是鋁合金導(dǎo)體的基本性能指標(biāo)之一,實(shí)際生產(chǎn)制造必須使導(dǎo)體的電阻率符合要求,避免導(dǎo)體電阻率高于規(guī)定值.

影響鋁合金導(dǎo)體電阻率的因素主要有:(1) 化學(xué)成分,元素Ti、Mn、Cr和V對(duì)電阻率的正相關(guān)作用最大[13-14],鋁合金導(dǎo)體成分應(yīng)符合表2的要求,參照GB/T30552—2014《電纜導(dǎo)體用鋁合金線》;(2) 合金元素分布均勻性,鋁合金溶體中局部元素富集、偏析,引起的鋁合金線材晶格畸變;(3) 合金的金相組織,元素富集的結(jié)果是部分形成固溶體,部分以第二相形式存在;(4) 加工硬化程度,加工程度對(duì)導(dǎo)體電阻率同樣具有重要影響.拉拔過(guò)程中,鋁合金材料發(fā)生了較大的塑性變形,組織中產(chǎn)生了大量空位、位錯(cuò)和亞結(jié)晶結(jié)構(gòu),造成傳播電子的散射,導(dǎo)電率降低.如果退火過(guò)程不能消除加工硬化的影響便會(huì)發(fā)生電阻過(guò)高的情況;(5) 熱處理.

表2　鋁合金導(dǎo)體化學(xué)成分

注:A該成分的鋁合金中Li元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)≤0.003%;B該成分的鋁合金應(yīng)同時(shí)滿足(Si+Fe)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)≤1.0%;C該成分的鋁合金中Ga元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)≤0.03%.

解決措施:(1) 嚴(yán)格控制合金成分,尤其是控制Ti、Mn、Cr和V的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)(<0.02%),降低對(duì)合金電阻率的影響;(2) 合金元素均勻化,減少固溶體的形成;(3) 合理調(diào)整拉拔工藝,減小總變形量,均勻分配每道次的變形量;(4) 合理調(diào)整退火溫度和退火時(shí)間,減少合金組織中的缺陷和形變位錯(cuò),退火溫度應(yīng)控制在鋁合金導(dǎo)體完全再結(jié)晶溫度與晶粒過(guò)分長(zhǎng)大的溫度之間,以避免導(dǎo)體組織出現(xiàn)局部沒(méi)有再結(jié)晶或晶粒過(guò)分粗大;(5) 合理布局退火爐內(nèi)的鋁合金線盤,盡量選擇裝盤量相近的同規(guī)格導(dǎo)體進(jìn)行退火;(6) 退火爐選型,優(yōu)先選擇配備切向風(fēng)機(jī)的圓形退火爐,可以改善爐內(nèi)熱風(fēng)循環(huán)效果,降低爐內(nèi)退火導(dǎo)體盤各部分的溫差,提高鋁合金導(dǎo)體的退火均勻性;(7) 合理選擇導(dǎo)體結(jié)構(gòu),在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)根據(jù)鋁合金單線的最大電阻再乘以1.01～1.02的系數(shù)來(lái)確定鋁合金導(dǎo)體的截面積.因此,通過(guò)微合金化元素形成彌散分布的第二相,選擇合理的拉拔、退火工藝和合理的導(dǎo)體結(jié)構(gòu),可以在提高鋁合金導(dǎo)體的力學(xué)性能的同時(shí)改善導(dǎo)電率.

2.2伸長(zhǎng)率控制

伸長(zhǎng)率也是鋁合金導(dǎo)體的基本性能指標(biāo)之一,伸長(zhǎng)率與抗拉強(qiáng)度成反比關(guān)系.影響伸長(zhǎng)率的因素主要有:(1) 鋁合金中非金屬夾雜物較多;(2) 合金元素分布不均,局部出現(xiàn)富集或偏析;(3) 鋁合金鑄錠的晶粒度大,致使鋁合金線材的晶粒度大;(4) 存在較多的固溶強(qiáng)化組織;(5) 組織中存在較多的加工硬化引起的位錯(cuò)和晶格變形.解決措施:(1) 在熔煉時(shí)應(yīng)盡量保持合金熔體成分的純凈和均勻,采用在線除氣技術(shù),減少合金導(dǎo)體中的夾雜物和氣孔;(2) 改善合金元素在熔煉時(shí)的加入方式,采用電磁攪拌技術(shù),使合金元素分布均勻;(3) 調(diào)節(jié)鑄造溫度,以獲得最佳的鑄錠晶粒度;(4) 適當(dāng)減少某些合金元素的含量,以減少該種固溶體的數(shù)量;(5) 改善退火工藝,使鋁合金導(dǎo)體組織獲得均勻的再結(jié)晶,消除導(dǎo)體因變形產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,減少位錯(cuò)或晶格畸變.

2.3緊壓系數(shù)控制

生產(chǎn)中通常采用常規(guī)絞制,即采用圓形單線同心絞制成絞合導(dǎo)體.圓形單線之間存在間隙,常規(guī)絞制而成的導(dǎo)體的緊壓系數(shù)為0.75,絞合導(dǎo)體中有25%的空隙面積.為了減小絞合導(dǎo)體的外徑,以降低導(dǎo)體外包覆材料的用量,通常采用緊壓方式對(duì)絞合導(dǎo)體(在絞合時(shí))同步進(jìn)行外徑壓縮.緊壓系數(shù)一般控制在0.9左右為佳.

2.4表面質(zhì)量

2.4.1毛刺與起皮

毛刺是指鋁合金導(dǎo)體表面的細(xì)小突出物,起皮是指小塊的鋁合金表面已經(jīng)與本體分離,但沒(méi)有凸起,起皮是常見的缺陷.圖5為鋁合金導(dǎo)體毛刺與起皮示意圖,其產(chǎn)生的主要原因和解決辦法見表3.

導(dǎo)體表面出現(xiàn)毛刺與起皮,會(huì)導(dǎo)致絕緣后導(dǎo)體的電場(chǎng)產(chǎn)生畸變,在例行試驗(yàn)中或電纜服役期內(nèi)造成絕緣擊穿,應(yīng)給予高度重視.

圖5　鋁合金導(dǎo)體表面毛刺與起皮示意圖

產(chǎn)生原因解決方法鋁合金桿內(nèi)存在氣孔、非金屬夾雜物.當(dāng)出現(xiàn)毛刺的面積較小或起皮深度較淺時(shí),可用金相砂紙打磨;而當(dāng)起皮深度較大,使鋁合金單線的外徑小于標(biāo)稱值的90%時(shí),需更換鋁合金單線.拉制模具或絞線緊壓模的?？撞还饣?變形區(qū)和定徑區(qū)缺陷,工作區(qū)與定徑區(qū)交接處不圓滑或圓弧過(guò)小.采用優(yōu)質(zhì)的模具材料,合理設(shè)計(jì)模具定徑區(qū)和長(zhǎng)度,嚴(yán)格控制模具質(zhì)量.拉絲過(guò)程中潤(rùn)滑不良.提高潤(rùn)滑質(zhì)量,加強(qiáng)潤(rùn)滑劑冷卻.制造過(guò)程中被刮傷.保證拉絲絞輪、導(dǎo)輪與線材表面摩擦部分的光滑,保證潤(rùn)滑良好;定期更換磨損的線嘴、導(dǎo)輪和分線板.

2.4.2單線局部外徑縮小

單線局部外徑縮小是指鋁合金導(dǎo)體的任一單線上數(shù)毫米長(zhǎng)度內(nèi)的外徑小于標(biāo)稱值的90%,產(chǎn)生原因主要由鋁合金桿材的內(nèi)部存在氣孔和非金屬夾雜物所致.氣孔和非金屬夾雜物的存在,破壞了鋁合金線材內(nèi)部材質(zhì)的連續(xù)性,降低了有效截面積.有效截面積小到一定值時(shí),在恒張力的狀態(tài)下,有效截面上的抗拉強(qiáng)度大于鋁合金線材的極限抗拉強(qiáng)度,鋁合金線材發(fā)生斷裂.更換鋁合金線材能解決這種缺陷.

2.4.3竹節(jié)形絞線

鋁合金導(dǎo)體的竹節(jié)狀是常見缺陷之一,表現(xiàn)為沿鋁合金絞線軸線方向的外徑不一致,局部周期性出現(xiàn)大于外徑標(biāo)稱值的現(xiàn)象,見圖6.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是絞線機(jī)的放線張力不均勻.放線張力波動(dòng)的主要因素有線盤變形、絞籠中的各個(gè)線盤重量不均、某個(gè)線盤的放線張力設(shè)定小于平均值、線盤放線裝置的張力片磨損過(guò)度、絞籠轉(zhuǎn)速過(guò)快、線盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大于阻力設(shè)定值和并線?？讖侥p過(guò)度等.可以通過(guò)檢查并調(diào)整放線張力為規(guī)定值、更換變形嚴(yán)重的線盤、降低絞籠轉(zhuǎn)速和更換并線模等措施來(lái)解決.

圖6　正常絞線與竹節(jié)形絞線

2.4.4色斑

色斑是指鋁合金導(dǎo)體表面的顏色非本身固有的銀白色,全部或局部出現(xiàn)無(wú)規(guī)則的深褐色、淺黃色.產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因比較復(fù)雜,其主要原因和解決方法見表4.

表4　產(chǎn)生色斑的主要原因及解決方法

2.5單線斷裂

當(dāng)通過(guò)拉絲機(jī)將鋁合金桿材拉拔至鋁合金單線時(shí),有時(shí)會(huì)發(fā)生斷裂,這主要是因?yàn)殇X合金桿材本身存在氣孔、非金屬夾雜物.鋁合金單線中有空心或非金屬夾雜物,會(huì)使鋁合金單線在絞制時(shí)發(fā)生斷裂(見圖7).這種現(xiàn)象通常發(fā)生在緊壓模后到收線盤之間,也會(huì)發(fā)生在牽引輪和收線盤上.斷口表現(xiàn)為中心凹陷,見圖7(b),且呈與鋁合金銀灰色不同的深褐色.相比拉絲時(shí)發(fā)生的斷裂,絞制中發(fā)生斷裂的修復(fù)比較復(fù)雜,一個(gè)缺陷的修復(fù)往往需要數(shù)小時(shí).由于無(wú)法探測(cè)鋁合金桿材中缺陷的數(shù)量,而一個(gè)鋁合金桿材重達(dá)2t,可生產(chǎn)16盤PND630的鋁合金單線,為防止后續(xù)隨機(jī)性的單線斷裂,應(yīng)更換該批次鋁合金桿材生產(chǎn)的鋁合金線.

圖7　單線斷裂圖

3結(jié)語(yǔ)

鋁合金電纜是近年來(lái)在國(guó)內(nèi)開始應(yīng)用的一個(gè)產(chǎn)品,符合中國(guó)國(guó)情.鋁合金導(dǎo)體的性能和導(dǎo)體材料、導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)形式、生產(chǎn)制造設(shè)備都與工藝相關(guān).合理控制線材的成分和合金組織以及拉絲、絞線和退火工藝可以降低導(dǎo)體電阻、提高伸長(zhǎng)率以及改善導(dǎo)體表面質(zhì)量.本文所述的論點(diǎn)為規(guī)范鋁合金導(dǎo)體的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的看法和建議,希望對(duì)我國(guó)的鋁合金導(dǎo)體的生產(chǎn)制造技術(shù)和質(zhì)量控制有益.

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Manufacturing Technologies and Quality Controls of Conductors for the Aluminum Alloy Cable

YU Guoliang

(ShanghaiXinyiElectricalCircuitEquipmentsCo.,Ltd.,Shanghai201506,China)

Abstract：In the past years,the aluminum alloy conductor for electric cable use is widely employed for its highly technical and economical properties.The manufacturing technology,equipment and quality control of aluminum alloy conductor have been a hot spot.This paper conducts a comprehensive analysis technically of the choice of structure of aluminum alloy conductor,forms and characteristics of equipment and different manufacturing technologies.In addition,it expounds resistance of aluminum alloy conductor,ductility,reasons for quality problems on the surface and its features and proposes corresponding solutions.The paper dedicates to improve and standardize the manufacturing of aluminum alloy conductor for electric cable use and provide a reference for quality control so as to enhance the safety and reliability of aluminum alloy electric cable in practical use.

Keywords：cable; aluminum alloy conductor; manufacturing; technology; quality control

文章編號(hào)：1005-2046(2016)02-0047-07

DOI：10.13258/j.cnki.nmme.2016.02.008

收稿日期：2015-02-18

作者簡(jiǎn)介：於國(guó)良(1957—),男,工程師,主要從事高性能金屬、鋁合金、電氣裝備和電線電纜等方面的研究.E-mail:13601951986@163.com

中圖分類號(hào)：TM 205

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A