銅拉絲退火上引講義

1、TBE/I崎亞電工特變電工（德陽）電纜股份有限公司銅上引拉絲退火工序講義技術(shù)中心2007年7月18日銅上引工序TBE/I詩亞電工銅桿生產(chǎn)方法及性能比較1、銅桿生產(chǎn)方法a.傳統(tǒng)方法軋制定義：將銅錠通過加熱爐加熱，再經(jīng)過軋機的軋輥反復軋制延伸成形而最 后得到一定規(guī)格形狀的銅桿。這種加工方法稱為軋制。特點：生產(chǎn)效率高，廢品廢料少，內(nèi)部質(zhì)量好。適于簡單截面金屬制品的批量生產(chǎn)。工藝流程：銅錠一加熱一粗軋一中精軋一繞桿一堆裝一成品檢驗b.連鑄連軋生產(chǎn)銅桿工藝流程：電解銅一加料一豎爐一上流槽一保溫爐一下流槽一澆煲一鑄機 夾送輥一剪切機一坯錠預處理一軋機一清洗冷卻管道一涂蠟一成圈一包 裝。c. 浸涂法原理：利

2、用冷銅桿吸熱的能力。用一根較細的冷純 銅芯桿或稱種子桿，垂直通過一直能保持一定液位高低 的銅水池（坩堝），坩堝內(nèi)銅水與該移動的種子桿表面銅 熔合在一起，并逐步凝固成較粗的鑄態(tài)銅桿。特點：含氧量低（218ppm），具有無氧 銅桿的優(yōu)點，即柔軟、工藝性能好、無氫脆、 耐咼溫、可焊性優(yōu)良、無氧化顆粒、導電率咼、 表面清潔、長度大、晶粒小等特點。淺滄成整誥d. 上引連鑄法TBEH爲變電工是“多頭連鑄”生產(chǎn)銅桿方法中較為成功的一種。最早是芬蘭于1970i銅懂A冷卻承入口G接賓空盜上豹建紳述的結(jié)晶器喬盤圖$越真空邯o 孑一袴韌水夫套 泠即水出口年研制成功，實現(xiàn)了在一臺設(shè)備上同時裝 12個頭子，年生產(chǎn)能力1

3、2000t銅 桿。這種連鑄系統(tǒng)不僅能生產(chǎn)銅桿，還可生產(chǎn)各種有色金屬及合金桿棒， 甚至生產(chǎn)空芯導線以及各種型材。工藝原理：將結(jié)晶器下端伸入并浸沒在熔化銅液面下，上端與真空泵 連通，開始時將結(jié)晶器內(nèi)空氣抽出，在真空作用下，使管內(nèi)產(chǎn)生負壓，銅 液被徐徐吸引向上，并在引升器附近很快凝固成光亮鑄坯，鑄桿尺寸決定 于結(jié)晶器內(nèi)徑。結(jié)晶后的鑄桿，通過牽引輪慢慢地將銅桿從結(jié)晶器內(nèi)提升 出來，經(jīng)過弧形拐彎輪至繞桿機收繞成圈。工藝流程：電解銅一熔化爐一流槽一保溫爐一連鑄機一成圈機。控制部分：熔化爐銅液由液壓系統(tǒng)控制，保溫爐內(nèi)銅液液位用標尺顯 示，銅液溫度由熱電偶測溫儀表顯示，石墨模由跟蹤裝置使其保持一定的 位置?？?/p>

4、之，根據(jù)液位的位置，液位跟蹤系統(tǒng)控制連鑄機上下運動，每一冷 卻器和石墨模可以單獨提起和更換，并不影響其它冷卻器，每一根鑄桿都 有獨立的控制器和繞桿機，根據(jù)鑄桿長度由控制器控制繞桿間歇機構(gòu)運動。技術(shù)參數(shù)：銅液溫度：11501156C牽引頻率：200300次/分正常銅桿表征：銅桿表面光亮，手感光滑，無裂紋、冷隔現(xiàn)象，銅桿 被環(huán)剪一半折斷后，斷口顏色發(fā)白，結(jié)晶細小，結(jié)構(gòu)致密。3Always Reliable 全球佶號TBE/I詩變電工常見質(zhì)量問題及處理方法：見表1。2、四種銅桿加工工藝對比分析：見表 2。二、影響無氧銅桿質(zhì)量因素的探討1、原材料的影響使用不符合質(zhì)量要求的原材料絕對生產(chǎn)不出高質(zhì)量的產(chǎn)品

5、來，原材料符合GB/T467-1997陰極銅（牌號為Cu-CATH-1）的技術(shù)要求。雜質(zhì)：鉍（Bi）和鉛（Pb）含量偏高，它們會形成分布在晶界的低熔點的 共晶物，導致熱脆；硫含量偏高，形成脆性化合物 CU2S，導致冷脆。2、生產(chǎn)設(shè)備的影響與熔化爐與保溫爐的組合形式，即分體爐和連體爐以及熔溝的截面形式有關(guān)。3、結(jié)晶器的影響結(jié)晶器內(nèi)壁管是否清潔光滑、石墨模質(zhì)量以及結(jié)晶器的裝配是否符合要求， 將直接影響到銅桿質(zhì)量。安裝結(jié)晶器時，石墨結(jié)晶器插入銅液的深度，應(yīng)使保護套長度的1/3露出液面。插入太淺，使銅桿一次冷卻達不到要求，產(chǎn)生裂紋；插入太深，保護套 易爆裂。同時銅液滲入保護套，燒壞結(jié)晶器。4、工藝參數(shù)

6、的影響爐溫、冷卻水流量和引桿速度是直接影響鑄桿質(zhì)量的三大要素。一般要求，熔化爐溫度為1180土 5 C，保溫爐溫度為1153土 3 C，在實際 操作時一般是控制保溫爐的溫度，由熱電偶和控溫儀表顯示，或由經(jīng)驗判斷。冷卻水流量直接影響鑄桿的結(jié)晶組織和表面裂紋，要根據(jù)生產(chǎn)過程中鑄桿 規(guī)格和引桿速度來調(diào)整。一般要求鑄桿規(guī)格愈大，水的流量也應(yīng)愈大。引桿速度是影響鑄桿質(zhì)量的另一個重要因素。它必須與銅液溫度、冷卻強度相匹配。如在其它條件一定的情況下，引桿速度越快，結(jié)晶越粗大，組織越疏松，加工性能越不好；引桿速度慢時，易產(chǎn)生裂紋，產(chǎn)量又低。5、輔材料的影響主要輔材料是木炭和石墨片。其作用主要是用來除掉銅液中的

7、氧，保護銅液 不受氧化，使引桿在穩(wěn)定的還原性氣氛下進行。同時木炭和石墨片具有隔離空氣 和保溫作用，避免銅液從空氣中吸氧和氫。但是，木炭受潮后未經(jīng)烘干而下爐，會使木炭中的氧和氫進入銅液，導致銅 桿產(chǎn)生氣孔和裂紋。因此，木炭在下爐之前必須凈化烘烤。TBE/I崎亞電工石墨片吸水性小，但也有潮氣，使用前須低溫烘烤，另外，要用磁鐵除去 石墨片中的鐵雜質(zhì)。否則會造成銅桿拉絲后電阻率不合格。三、操作中的注意事項1、 結(jié)晶器就位時，不能有上下竄動現(xiàn)象，并保證保護套的1/3露出銅液面。2、加料必須均勻。要少加勤加，保持液面的穩(wěn)定。3、熔化爐用烘烤過的木炭做覆蓋劑，覆蓋要嚴密，避免銅液吸氧和氫。4、保溫爐用石墨片

8、全部覆蓋嚴密。5、定期清理爐渣。6清爐器具最好用不銹鋼制作。鐵質(zhì)器具，清爐前須抹上石墨粉，并烘干后才能 使用。7、嚴格按照上引作業(yè)指導書的要求進行操作。5Always Reliable 全珠信載TBE/1詩乘墮工線材拉絲工序線材拉絲基本原理1線材拉絲概念線材拉絲是指線坯通過?？?，在一定拉力作用下發(fā)生塑性變形，使其截面 減小而長度增加的壓力加工方法。這種方法稱為拉絲。a課世處訴:fcis（一期*舗爼巫直経d 3Mil- 3曲豈I* 1 詆持嘉牌犧恵錘血2、拉絲特點： 可以得到形狀尺寸精確，表面光潔以及斷面形狀復雜的制品。 能提高制品的機械強度。 能拉絲大長度和各種直徑的線材。 拉絲工藝、模具、設(shè)

9、備簡單，生產(chǎn)效率高。 拉絲耗能較大，變形體受一定限制，故往往需多次拉絲才能達到目的。3、實現(xiàn)拉絲過程的條件為實現(xiàn)拉絲過程，拉絲應(yīng)力大于變形區(qū)金屬的變形抗力，同時小于模 孔出口端金屬的屈服極限，即：（T kVc iVc s式中：c k變形區(qū)金屬的變形抗力c l拉絲應(yīng)力c s被拉金屬出口端的屈服強度由于金屬拉絲后的屈服極限 c s很難精確得到，實際上與金屬的抗拉 強度極限接近，故實現(xiàn)拉絲過程的條件可寫為：c kV c iV c bTBE/I崎亞電工4、拉絲原理 拉絲過程中遵循“體積不變”定律。Vo=V1t Vo=SoLo V仁S1L1二 SoLo=SiLi貝U So/Si=Li/Lo = (do/

10、d1) 2 =卩式中：Vo拉絲前線材體積Vi拉絲后線材體積So拉絲前線材斷面積si拉絲后線材斷面積Lo拉絲前線材長度Li拉絲后線材長度卩延伸系數(shù)多次拉絲過程多次拉絲按被拉金屬在鼓輪上有無滑動而分為滑動式和非滑動式兩種。1、非滑動式連續(xù)拉絲過程Vn-仁Bn-iVn=Bn貝U Vn/Vn-i=Bn/Bn-i= y n(速比)實際生產(chǎn)中，由于?？壮叽绫旧泶嬖谏舷缕钜约肮妮喌牟粩嗄p， 因此延伸系數(shù)經(jīng)常變更，要求各級鼓輪速比隨同延伸系數(shù)而自動調(diào)整跟蹤2、非滑動式不連續(xù)多次拉絲如我公司一車間的十模鋁拉機和八模鋁拉機，則為積線式拉絲機。9Always Reliable 全珠信載TBE/I畤變電工年席對駅

11、*炙五獣松巧工帶尊蕈*一井 珂藕事建 J=* 攜紋殲Tft& -AQA拉絲過程: 思考：撥線桿分別在什么情況下隨鼓輪正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)?3、滑動式連續(xù)多次拉絲特點： 線材在拉絲中除最后一個鼓輪外，其余鼓輪上都存在滑動。 除第一道外，其余各道均存在反拉力。滑動的必要性：以第k道（最后一道）和k1道為例。在有足夠收線張力情況下，第k道鼓輪上通常沒有滑動，如果k-1道鼓輪上也沒有滑動， 則當?？譫k由于磨損而增大時，通過dk道?？椎木€材秒體積增加，就會 產(chǎn)生供不應(yīng)求的現(xiàn)象，使反拉力 Qk-1急劇增加甚至造成斷線。相反，如 果使第k-1道鼓輪上存在一定滑動，則當 Qk-1增加至線在k-1道鼓輪上不 能滑動時，

12、Vk-1將立即增大至等于Bk-1，從而使k-1道鼓輪的供線量立即 增加而避免了拉斷的可能。隨后由于供線量有余，Qk-1開始降低，又恢復滑動。這種滑動、不滑動、再滑動、不滑動的過程實際上是自動和不間 斷地進行著的。從而自動調(diào)節(jié)和保持了兩道之間的秒體積平衡并有效地防止了斷線現(xiàn)象的發(fā)生拉絲力是靠線材與鼓輪間的滑動摩擦產(chǎn)生的，而摩擦力則是靠鼓輪的出線TBE/I詩孌電工端至下一道?？组g的金屬線的張力即反拉力來保障的。根據(jù)柔體對圓柱表面間摩擦定理(歐拉定理)可知，拉絲力 Pn反拉力Qn、繞線圈數(shù)m、摩擦系數(shù)f之間存在一定關(guān)系：Pn=Qn e2n mfe 自然對數(shù)2.718。由此可知，繞線圈數(shù)的多少對下一道

13、的反拉力影響很大。繞線圈數(shù)越少， 下一道的反拉力越大；繞線圈數(shù)越多，下一道的反拉力越小。當繞線圈數(shù)較多時，滑動對張力的反應(yīng)遲鈍，同時線材在鼓輪上軸向移動困難，容易壓迭造成斷線。所以，拉線時要合理確定鼓輪上的繞線圈數(shù)。一般 23圈為宜。三、拉線配模1、對配模的要求 充分利用金屬的塑性，提高生產(chǎn)效率，合理選擇拉線機的型式和具體規(guī) 格。 按拉線機的生產(chǎn)范圍和有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)進行合理配模，保證充分發(fā)揮拉線 機的效能。 合理選擇配模精度，保證經(jīng)濟安全拉絲，不發(fā)生斷線拉細現(xiàn)象。2、配模步驟和方法滑動式拉線機： 按線材品種、機械性能和給定的進線出線尺寸，選擇滑動式或非滑動式 拉線機的機型和具體規(guī)格。 拉絲道次的

14、計算等延伸系數(shù)法：已知do, dk和延伸系數(shù)卩二常數(shù)，則可先求總延伸系 數(shù)，按下式計算：卩，=(do/dk)2然后求拉絲道次k=lg /ig卩延伸系數(shù)遞減法：k=lg卩，/ lg卩m 式中卩m為各道延伸系數(shù)的平均 值。非滑動式拉線機：根據(jù)給定的do和dk以及預定的各道鼓輪間的平均速比 rm，先求總延伸系數(shù)1，再取卩m =1.03rm，然后即可求得拉絲道次k。TBE/I詩變電工3、計算配模尺寸 滑動式拉線機的配模按公式卩n=（ dn-1/dn） 2即dn-仟 卩n dn則可逐道計算出各道d值。非滑動積線式的配模一般先由卩二1.03r計算出各道卩，然后同滑動式拉線機的配模一樣, 逐道計算出各道do

15、例：四、拉絲模1、分類、結(jié)構(gòu)及使用范圍按材質(zhì)分為硬質(zhì)合金模、聚晶模、天然鉆石模。2、潤滑劑作用：潤滑、冷卻、清洗、防銹。要求：a.油基穩(wěn)定、乳化性好；b. 具有良好的潤滑性、消泡性、散熱性、易于清洗。c. 能承受拉絲時模具與線材間的高壓力，而不破壞油膜。d. 防銹性良好，而又不腐蝕線材本身。e. 無毒、無異常氣味。f. 適于多模高速拉絲要求。g. 經(jīng)拉制后線材表面上殘留的潤滑劑，當線材再經(jīng)退火時應(yīng)極易除 去，且不留下有害灰份。h. 材料來源容易、價格便宜。五、介紹國外無模拉絲新技術(shù)無模拉絲的三種類型：圖a）表示線材在V1速度下由加熱裝置中拉制的過程 圖b）表示加熱裝置隨線材需加熱部分移動。圖c

16、）表示加熱器的移動方向和拉絲方向相反。TBE/I崎亞電工加熱方法有四種：電阻加熱、氣體加熱、等離子加熱和感應(yīng)加熱。 冷卻方法采用：液體法、氣體法二氧化碳。所謂無模拉絲，是對線材加熱、拉絲、冷卻的整個過程的控制線材退火工序一. 退火的目的銅鋁線材經(jīng)過拉制，由于線材截面縮小，長度增加，金屬晶粒細化，晶格畸變、 錯位而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，即加工硬化現(xiàn)象。拉制后提高了強度和硬度，但延伸率及導電率 均降低，同時引起電阻系數(shù)增大。制造電線電纜用的導電線芯主要是要求導電率、韌 性和強度，因此，根據(jù)不同要求確定導電線芯的軟、硬狀態(tài)，以達到產(chǎn)品的技術(shù)要求, 而軟線芯或半硬線芯均要經(jīng)過韌煉（退火、軟化）。二. 退火的定義

17、TBE/I詩變瑕工退火就是將金屬材料或零件加熱到低于熔點的一定溫度，并在此溫度停留一段時 間，然后冷卻至一定溫度的工藝過程。工藝過程三大步：加熱、保溫、冷卻。三. 退火的分類廠中間退火：使經(jīng)過冷加工硬化的金屬的塑性恢復到加工前的水平或接近該水平，以便繼續(xù)拉制。/完全退火：為了使拉線的成品恢復到拉線前的機械性能和電阻率。3半硬線退火：對成品的銅線、鋁線，采用適當?shù)耐嘶鸸に嚕玫降男阅芙橛?硬線和軟線之間的半硬線，叫半硬線退火（半硬線生產(chǎn)有的 是經(jīng)中間退火后再進行冷加工來完成）。四. 退火的基本原理金屬經(jīng)過冷加工塑性變形后，因其內(nèi)部晶界破碎是晶核產(chǎn)生的地點，以靠破碎晶 界產(chǎn)生晶核，晶格畸變產(chǎn)生滑移

18、面碎片，在常溫時變到原來形狀是產(chǎn)生晶核的地點， 所以存在內(nèi)應(yīng)力，因而是不穩(wěn)定的，它有恢復到原來穩(wěn)定狀態(tài)的自發(fā)趨向。但在室溫 下，原子的活動能力很弱，性能恢復過程很難進行。將冷變形的金屬進行加熱，使原 子的活動力增強，促使晶核長大形成晶粒，使其發(fā)生組織與性能的變化，這種變化過 程有如下三個階段：（一）回復階段當加熱溫度不高時（低于最低再結(jié)晶溫度）原子活動能力尚低，雖然有微小運 動，但不能引起組織的明顯變化。由于原子已能做短距離的運動，使晶格畸變程度 大為減輕，從而使內(nèi)應(yīng)力大大下降。但金屬組織無明顯變化，所以機械性能變化不 大，這個階段稱為回復階段，也稱去內(nèi)應(yīng)力退火（韌煉）。（二）再結(jié)晶冷變形金屬

19、加熱至較高溫度時，由于原子活動能力增強，形成一些晶格方位與 變形晶粒不同，內(nèi)部缺陷較少的等軸（各方向直徑大致相同）小晶粒。這些小晶粒 不斷向周圍的變形組織中擴展長大，直到金屬的冷變形組織全部消失為止，重新變 形為等軸結(jié)晶，同時消減其應(yīng)力，這個過程稱為金屬的再結(jié)晶。冷變形金屬經(jīng)過再結(jié)晶，將由于冷變形而產(chǎn)生的晶格畸變等缺陷及內(nèi)應(yīng)力完全 消除，因而強度、硬度下降，導電率增加，塑性和韌性大大提高，冷加工硬化狀態(tài)TBE/I爲變電工完全得以消除（三）聚集再結(jié)晶冷變形金屬在剛完成再結(jié)晶過程時，一般都能獲得細小而均勻的新的等軸晶粒。 隨著加熱度過分提高，或者保溫時間過分延長，再結(jié)晶后的晶粒還要互相吞并而長 大

20、，使晶粒變粗，機械性能也相應(yīng)惡化，這個過程稱為聚集再結(jié)晶。這種粗晶粒金 屬的機械性能也相應(yīng)變壞。所以過高的加熱溫度或過長的保溫時間均能引起金屬“過燒”或“過熱”。導致強度，特別是塑性和沖擊韌性降低，弓I起脆斷?；?復 再結(jié)晶聚集再結(jié)晶晶粒大小能1大小抗拉強度溫度C）圖為退火對冷塑性變形金屬組織和性能的影響五. 再結(jié)晶溫度及其影響因素能夠進行再結(jié)晶的最低溫度稱金屬的再結(jié)晶溫度。在實際條件下，它通常定義 為：經(jīng)過大變形量（斷面減縮率 書70%）的冷加工金屬，在1h保溫時間內(nèi)能完全 再結(jié)晶的最低溫度。應(yīng)當指出，再結(jié)晶不是相變過程，沒有恒定的轉(zhuǎn)變溫度。它是 在一定條件下，自某一溫度開始，隨著金屬溫度的

21、升高和保溫時間的延長逐漸形成 晶核和晶粒長大的連續(xù)過程。工業(yè)純金屬的最低再結(jié)晶溫度與其熔點之間有如下關(guān) 系：t（ 0.350.4） T式中：t絕對再結(jié)晶溫度T絕對熔點影響最低再結(jié)晶溫度的主要因素：冷變形程度、化學成分、加熱速度、加熱時間等。TBE/I詩亞曜工電線電纜生產(chǎn)中對銅和鋁，由于加熱前的內(nèi)部冷變形是不均勻的，因此，必須 使整個金屬體積內(nèi)進行再結(jié)晶，再結(jié)晶溫度應(yīng)該比最低再結(jié)晶溫度高，一般采用再 結(jié)晶退火溫度為：T退火溫度=t最低退火溫度+（ 100200）C 。退火時保溫時間和長短，應(yīng)能使整個金屬體積內(nèi)的再結(jié)晶過程得以充分完成。 它與加熱溫度、金屬材料的體積、設(shè)備條件和加熱方式等因素有關(guān)，

22、沒有統(tǒng)一的數(shù) 據(jù)，需要通過生產(chǎn)實踐加以確定。銅和鋁退火的冷卻速度，對性能基本上沒有影響，因而可以采用水冷、空冷 或風冷等方式。六. 銅、鋁的退火環(huán)境（一）鋁線的退火環(huán)境由于其化學性質(zhì)活潑，在加熱（或在室溫條件下）時，表面生成牢固的氧化物 薄膜，能保護基體金屬不被進一步氧化。故可以暴露在空氣中退火，即“氧化退火”（二）銅線的退火環(huán)境由于銅的表面氧化物較疏松，與銅的基體結(jié)合力較差而易于剝落，如不斷地被氧 化，會使導體截面逐漸減小，故銅線退火時，必須在無氧環(huán)境中加熱退火，或在充滿 保護性氣體的環(huán)境中加熱退火，或在真空環(huán)境中加熱退火，即“光亮退火”。常用的 保護氣體有惰性氣體（氦、氖、氬、氙）和中性氣

23、體（C02、N2或它們的混合氣體、 水蒸氣），我們用的是C02氣體。七. 銅鋁線材的韌煉設(shè)備與工藝銅鋁線材的退火可分為間歇式和連續(xù)式兩大類，退火的設(shè)備種類較多，主要有 如下幾種。地坑式罐式韌煉爐連續(xù)式電熱韌煉爐鐘罩式電熱韌煉爐續(xù)水封式電熱韌煉爐熱風循環(huán)式韌煉爐接觸式連續(xù)退火裝置15Always Reliable 全珠信載（一）地坑式韌煉爐的結(jié)構(gòu)特點與工藝TBE/I爲亞電工（i）特點+設(shè)備簡單，制造方便，經(jīng)濟實用。*能進行大規(guī)格線材的韌煉。+采用二氧化碳保護氣體。*設(shè)備占地面積大，勞動強度高。*產(chǎn)量低，生產(chǎn)周期長。（n） 韌煉工藝罐式韌煉爐是一個地坑式圓形電阻加熱爐，另有一個放置韌煉銅線的鐵罐， 用吊車吊入爐內(nèi)加熱退火，退火后將鐵罐吊出爐外冷卻，其工藝操作如下：工藝流程：裝料一抽真空一充氣一加熱退火一出爐冷卻一出料律 裝料：為防止鐵罐粘銅線，在鐵罐內(nèi)放置一個銅皮的膽，銅線放入膽 后，將鐵罐加蓋密封，銅膽如有污垢，必須清理后再使用，防止銅線 表面發(fā)黑。+抽真空：將裝好銅線的鐵罐進行抽真空，壓力表應(yīng)達到 760mmHg。 +充氣：充入保護氣體二氧化碳，這時，壓力表指示為 2kg/cm2。+加熱退火：充氣后將鐵罐投入電爐內(nèi)，進行加熱退火，銅線的退火溫度 一般在500700C，鋁線的退火溫度一般在370400C。+出爐冷卻：