鋁合金電纜導(dǎo)體的制造技術(shù)與質(zhì)量控制研究

1、 鋁合金電纜導(dǎo)體的制造技術(shù)與質(zhì)量控制研究 摘要：鋁合金導(dǎo)體的生產(chǎn)制造設(shè)備、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)形式、導(dǎo)體材料、導(dǎo)體性能、生產(chǎn)工藝都對(duì)導(dǎo)體的表面質(zhì)量、伸長(zhǎng)率以及電阻具有一定影響。文章探討了鋁合金電纜導(dǎo)體的制造技術(shù)，分析了常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，提出相應(yīng)對(duì)策，為提高鋁合金導(dǎo)體質(zhì)量提供參考。關(guān)鍵詞：電纜；鋁合金電纜導(dǎo)體；導(dǎo)體絞制；質(zhì)量控制與鋁電纜比較，鋁合金電纜的優(yōu)勢(shì)在于彎折性能、機(jī)械性能、耐腐蝕性更強(qiáng)，安全性更強(qiáng)；與銅電纜相比，鋁合金電纜的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)能、柔韌、輕便、經(jīng)濟(jì)，因此得到廣泛的應(yīng)用。鋁合金導(dǎo)體是生產(chǎn)鋁合金電纜的關(guān)鍵部件，鋁合金導(dǎo)體質(zhì)量?jī)?yōu)良、性能穩(wěn)定才能為電纜安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，因此有必要探討鋁合金電纜導(dǎo)體

2、的制造技術(shù)以及質(zhì)量控制措施。一、鋁合金電纜導(dǎo)體的制造技術(shù)1. 選擇導(dǎo)體結(jié)構(gòu)鋁合金導(dǎo)體單線包括梯形與圓形這兩種形狀，見(jiàn)圖1與圖2。圖1 圓形單線導(dǎo)體 圖2 梯形單線導(dǎo)體圓形單線比較通用，但是圓形絞制的絞合導(dǎo)體間隙比較大，其緊壓系數(shù)在0.75左右，絞制要與壓縮外徑同步進(jìn)行以提高緊壓系數(shù)。但是其優(yōu)勢(shì)在于制作相對(duì)容易，成本低廉。梯形單線導(dǎo)體制成的鋁合金導(dǎo)體相對(duì)圓形單線導(dǎo)體更加密實(shí)，其導(dǎo)體的表面質(zhì)量要更優(yōu)，但是生產(chǎn)梯形線對(duì)形狀設(shè)計(jì)要求較高，同時(shí)還需要更加復(fù)雜的絞線設(shè)備以及拉絲設(shè)備，對(duì)模具要求較高，這些都增加了梯形單線導(dǎo)體的生產(chǎn)成本；除此之外，梯形單線導(dǎo)體的單線截面相對(duì)復(fù)雜，由于金屬變形速度的影響，梯形線

3、的生產(chǎn)效率也不高1。2.單線制造工藝2.1 鋁合金拉線工藝2.1.1 拉拔工藝?yán)喂に噷X合金桿材作為原料，制成鋁合金單絲，這一工藝的關(guān)鍵因素在于模具、拉絲裝備以及潤(rùn)滑。拉絲機(jī)對(duì)施加的力進(jìn)行控制，減小通過(guò)各模具鋁合金線材的截面積，延長(zhǎng)長(zhǎng)度，最終得到相應(yīng)截面形狀與面積的單線，見(jiàn)圖2。圖2 拉拔工藝生產(chǎn)示意圖當(dāng)前應(yīng)用較多的主要包括滑動(dòng)式拉絲機(jī)、非滑動(dòng)式鼓輪拉絲機(jī)以及分電機(jī)傳動(dòng)非滑動(dòng)式拉絲機(jī)這三種。滑動(dòng)式拉絲機(jī)是當(dāng)前應(yīng)用較多的設(shè)備，其構(gòu)成部件包括拉線主機(jī)、放線裝置、儲(chǔ)線裝置、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、扎頭穿模機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)。這一工藝的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）直流電機(jī)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)齒輪箱，無(wú)級(jí)變速；（2）容易操作

4、、剛性好；（3）整機(jī)性能先進(jìn)、全自動(dòng)雙線收盤(pán)、快速換模，具有較高的自動(dòng)化控制程度；（4）生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)2。2.1.2 連續(xù)擠壓工藝連續(xù)擠壓工藝將鋁合金桿持續(xù)引拽到旋轉(zhuǎn)的擠壓輪輪槽中，鋁合金桿受到摩擦及徑向擠壓作用產(chǎn)生熱量，達(dá)到再結(jié)晶狀態(tài)，經(jīng)腔體從模具中擠出，一次成型得到鋁合金線材。這一工藝的優(yōu)點(diǎn)在于材料利用率高，集拉絲與退火一體，縮短工藝流程，模具數(shù)量少，方便更換模具，無(wú)需潤(rùn)滑油。其缺陷在于只能生產(chǎn)圓形線材，工藝不夠通用，生產(chǎn)效率交底。3.導(dǎo)體絞制工藝絞線工序采用絞線機(jī)將導(dǎo)線絞制成同心排列、達(dá)到一定截面積的導(dǎo)線，因此合理的絞線設(shè)備要具有低能耗、低廢線率、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)

5、。常用的絞制設(shè)備包括框絞機(jī)、籠絞機(jī)以及拉絞一體機(jī)。框絞機(jī)的線盤(pán)固定，單線在導(dǎo)體中沿著自身軸線旋轉(zhuǎn)360度，盡管生產(chǎn)過(guò)程中單線會(huì)受到一定扭轉(zhuǎn)，但是考慮到并不對(duì)單線力學(xué)性能造成明顯影響，且這一設(shè)備的可靠性好、生產(chǎn)效率高，因此這一設(shè)備是當(dāng)前的首選。籠絞機(jī)生產(chǎn)的單線扭轉(zhuǎn)極少，變形少，絞合質(zhì)量高，但是缺陷在于設(shè)備的轉(zhuǎn)速較低而影響了生產(chǎn)效率。拉絞一體機(jī)無(wú)需放線盤(pán)，可以連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，但是其生產(chǎn)的電纜各層絞合方向相同，產(chǎn)品不適用于我國(guó)。4.退火處理鋁合金材料經(jīng)拉絲、絞制處理后，其變形明顯，導(dǎo)電率、塑性均有所降低，退火處理可修復(fù)、消除變形引起的內(nèi)部組織錯(cuò)位以及加工硬化，提高線材的伸長(zhǎng)率與導(dǎo)電率。實(shí)際生產(chǎn)

6、時(shí)要結(jié)合導(dǎo)體情況選擇相應(yīng)退火工藝，大面積導(dǎo)體及梯形線導(dǎo)體采用單線退火后絞合的工藝，圓形線導(dǎo)體可采用絞合導(dǎo)體退火的工藝。單盤(pán)鋁合金內(nèi)外受熱的差異不大，其重量較小，能均勻退火，電氣及力學(xué)性質(zhì)具有較好的一致性。鋁合金單線退火后再進(jìn)行絞合則容易出現(xiàn)刮傷、擦傷，當(dāng)鋁合金圓單線的直徑不大時(shí)，可先絞合后退火。采取合適的退火裝置有助于保證退火效果與生產(chǎn)效率。導(dǎo)線退火用大盤(pán)具；單線退火用小盤(pán)具。連續(xù)退火爐退火效果好，生產(chǎn)效率高，但空間有限，因此主要應(yīng)用于小盤(pán)具的單線退火；井式退火爐為電熱管加熱，密封性好，但工件進(jìn)出慢，能耗大，生產(chǎn)效率不高；箱式退火爐容量大，進(jìn)出方便，生產(chǎn)效率高，適用于大盤(pán)具退火。二、鋁合金電纜

7、導(dǎo)體的質(zhì)量控制1.伸長(zhǎng)率的質(zhì)量控制伸長(zhǎng)率與抗拉強(qiáng)度負(fù)相關(guān)。伸長(zhǎng)率的影響因素包括晶粒度、合金元素分布不均勻、非金屬雜物多、固溶強(qiáng)化組織多以及加工引起晶格變形、位錯(cuò)等。為了保證電纜導(dǎo)體的伸長(zhǎng)率，應(yīng)注意對(duì)鑄造溫度進(jìn)行調(diào)整以取得最優(yōu)晶粒度、改進(jìn)熔煉過(guò)程中的合金元素加入方式以確保合金元素均勻分布、在線除氣以減少氣孔及夾雜物、適當(dāng)調(diào)整合金元素含量以減少固溶體、對(duì)退火工藝進(jìn)行改進(jìn)從而減少晶格畸變以及位錯(cuò)3。2.電阻率的質(zhì)量控制電阻率的影響因素包括熱處理不當(dāng)、加工硬化影響、合金元素富集形成固溶體、合金元素分布不均勻、鋁合金導(dǎo)體中含有過(guò)多化學(xué)成分。電阻率的質(zhì)量控制關(guān)鍵在于：對(duì)合金成分進(jìn)行嚴(yán)格控制、確保合金元素均

8、勻以減少固溶體、對(duì)拉拔工藝進(jìn)行調(diào)整以減少變形、合理控制退火時(shí)間與退火溫度、合理確定導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。3.緊壓系數(shù)圓形單線同心絞制是當(dāng)前比較常用的方法，正如上文提到的，圓形單線的緊壓系數(shù)在0.75左右，聯(lián)合壓縮外徑，其緊壓系數(shù)可達(dá)到0.9。為了進(jìn)一步提高緊壓效果，可結(jié)合線芯截面采取相應(yīng)設(shè)備，框式絞線機(jī)適用于大截面線，輥壓成型絞線機(jī)適用于中等截面線，管式絞線機(jī)適用于小截面線。4.斷裂桿材存在非金屬雜物、氣孔時(shí)，常見(jiàn)斷裂的發(fā)生，除此之外單線中含有非金屬雜物以及空心時(shí)，會(huì)引起絞制時(shí)斷裂。絞制過(guò)程中出現(xiàn)的斷裂要比拉絲出現(xiàn)的斷裂更難處理，因此要盡可能避免而絞制過(guò)程中的斷裂發(fā)生，加強(qiáng)對(duì)拉絲的處理可減少單絲斷裂，從而

9、減少交織過(guò)程中的斷裂。鋁合金桿材重2噸，拉絲過(guò)程中發(fā)生斷裂時(shí)，為了減少后續(xù)再次出現(xiàn)單線鍛煉，要對(duì)該批次鋁合金材生產(chǎn)的鋁合金管線進(jìn)行更換。5.表面質(zhì)量毛刺是表面有細(xì)小突出物，起皮是表面與本體分離，但沒(méi)有凸起。常見(jiàn)的原因包括拉絲潤(rùn)滑不良、模具問(wèn)題、鋁合金桿有非金屬夾雜物及氣孔以及制造過(guò)中刮傷。為了預(yù)防毛刺與起皮，應(yīng)從以下方面著手：加強(qiáng)潤(rùn)滑冷卻、采用優(yōu)質(zhì)模具、金相砂紙拍打鋁合金桿及直接更換、及時(shí)更換磨損線嘴、分線板以及導(dǎo)輪，確保潤(rùn)滑良好。竹節(jié)形絞線表現(xiàn)為規(guī)律性地局部大于外徑標(biāo)稱值，其原因與絞籠轉(zhuǎn)速過(guò)快、并線?？走^(guò)度磨損、線盤(pán)放線張力過(guò)小等有關(guān)，應(yīng)調(diào)整絞籠轉(zhuǎn)速、更換并線模、更換嚴(yán)重磨損的線盤(pán)。單線局部外徑縮小的發(fā)生與非金屬雜物及氣孔有關(guān)，應(yīng)及時(shí)更換鋁合金線。色斑的發(fā)生主要與潤(rùn)滑、氧化有關(guān)，應(yīng)對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行及時(shí)更換，采用具有較強(qiáng)黏度的潤(rùn)滑油，對(duì)磨具潤(rùn)滑條件進(jìn)行檢查，除此之外，還要控制鋁合金導(dǎo)體的倉(cāng)庫(kù)存放以減少氧化。結(jié)束語(yǔ)鋁合金電纜導(dǎo)體具有眾多性能優(yōu)勢(shì)，這也是近年來(lái)“以鋁節(jié)銅”廣泛應(yīng)用的原因之一，我國(guó)的鋁合金電纜導(dǎo)體起步相對(duì)較晚，市場(chǎng)應(yīng)用、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及基礎(chǔ)研究相對(duì)缺乏，仍然需要不斷研究。隨著行業(yè)的努力以及技術(shù)的進(jìn)一步，鋁合金電纜的材料、技術(shù)、工藝以及產(chǎn)品都將越加豐富。參