劉煥新， 王福志， 楊　娟（浙江萬(wàn)馬股份有限公司，浙江臨安311305）

超高壓交聯(lián)電纜銅護(hù)套的工藝研究

劉煥新， 王福志， 楊娟
（浙江萬(wàn)馬股份有限公司，浙江臨安311305）

介紹了超高壓交聯(lián)電纜皺紋銅套的生產(chǎn)工藝，指出了皺紋銅套和皺紋鋁套加工工藝的區(qū)別，并對(duì)皺紋銅套焊接惰性保護(hù)氣體配比進(jìn)行研究。

超高壓電纜；銅護(hù)套；工藝

0　引 言

國(guó)內(nèi)高壓、超高壓交聯(lián)電纜大部分采用皺紋鋁套結(jié)構(gòu)，由于皺紋鋁套耐腐蝕性比較差，所以鋁護(hù)套高壓電纜不適用于沿海地區(qū)。銅護(hù)套不僅具有優(yōu)良的耐腐蝕性、耐振動(dòng)性及抗張性能，還具有優(yōu)良的屏蔽性、防雷性和接續(xù)性，同時(shí)銅護(hù)套還可以提高電纜系統(tǒng)的短路容量，且阻水性能優(yōu)異，銅護(hù)套電纜特別適合在橋梁、沿海、水下等特殊場(chǎng)合使用。

為了提高海底電纜的機(jī)械強(qiáng)度和防水密封性能，在深海海底電力電纜中可采用銅或銅合金套代替鉛套和鋁套，銅套可保證電纜的使用壽命達(dá)到40年。研究表明，海底電力電纜在運(yùn)行中，熱脹冷縮作用會(huì)在電纜內(nèi)部產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力。當(dāng)熱循環(huán)周期超過(guò)2 000次時(shí)，就會(huì)使鉛套或鋁套產(chǎn)生嚴(yán)重疲勞。采用銅套，不僅可以減小電纜外徑和重量，而且還可以改善電纜的電氣性能。

近年來(lái)，直流電纜市場(chǎng)潛力巨大，已經(jīng)有越來(lái)越多的示范工程投運(yùn)，國(guó)內(nèi)外在建與規(guī)劃中的直流電纜工程越來(lái)越多，皺紋銅套電纜具有廣闊的市場(chǎng)前景。

和金屬鋁、鉛相比，銅的熔點(diǎn)高、強(qiáng)度大、加工困難，必須采用縱包焊接的工藝才能實(shí)現(xiàn)銅套的生產(chǎn)，國(guó)際上只有美國(guó)、日本等少數(shù)國(guó)家具有一定的生產(chǎn)規(guī)模和較成熟的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

1　銅護(hù)套的加工工藝

目前國(guó)內(nèi)的氬氣保護(hù)焊接（以下簡(jiǎn)稱氬弧焊）技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且各廠家都在不斷地更新?lián)Q代，相繼出現(xiàn)了雙焊槍焊接、多焊槍焊接和激光焊槍焊接等新型焊接技術(shù)，焊縫質(zhì)量大大提高。文獻(xiàn)［1］對(duì)氬弧焊技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)論述，并通過(guò)試驗(yàn)證明了焊接時(shí)絕緣線芯表面溫度最高只有69℃，不存在燙傷絕緣的現(xiàn)象［2］。

銅的熔點(diǎn)為1084.5℃，采用壓擠方式生產(chǎn)是不現(xiàn)實(shí)的，必須采用縱包焊接的工藝方式，銅護(hù)套的加工工藝流程為：銅帶→銅帶剪切→銅帶縱包成型→銅套焊接→銅套軋紋。

銅帶選取純度為99.95%以上的電工用純銅帶，斷裂伸長(zhǎng)率不小于30%，切邊后經(jīng)過(guò)成型模具縱包成銅管，采用氬氣保護(hù)焊接工藝進(jìn)行在線焊接，再經(jīng)過(guò)軋紋機(jī)軋紋形成皺紋銅套。和皺紋鋁套相比，皺紋銅套的關(guān)鍵工藝在于成型焊接和軋紋。

1.1 銅套成型模具設(shè)計(jì)和焊接工藝

（1）模具設(shè)計(jì)

和金屬鋁相比，銅的強(qiáng)度大、彈性大，成型模具材料的選取也應(yīng)該考慮銅鋁兩者的不同。金屬鋁的材質(zhì)較軟，通常采用塑料模具作為成型模具，如采用金屬成型模具，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)時(shí)模具上面會(huì)粘附鋁粉，影響模具的光滑度，進(jìn)而影響鋁管的外觀質(zhì)量。金屬銅材質(zhì)較硬，采用塑料模具作為成型模具，長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，不利于連續(xù)生產(chǎn)，因此，銅套的成型模具須采用45#鋼模具，經(jīng)過(guò)熱處理、滲氮，內(nèi)表面拋光，成型效果才最佳。

銅的機(jī)械強(qiáng)度和彈性比鋁大，縱包成型時(shí)模具承受力較大，縱包合縫處容易彈開(kāi)，焊縫不穩(wěn)，容易出現(xiàn)漏焊。根據(jù)銅帶成型困難這一特點(diǎn)，需選用鋼制成型模具，模具入口采用圓弧漸進(jìn)過(guò)渡，如圖1所示，并在焊槍兩側(cè)均加設(shè)焊口模具進(jìn)行成型固定，防止縱包的銅管在合縫處彈開(kāi)，確保焊接質(zhì)量。銅套成型模具組合與鋁套成型模具組的對(duì)比見(jiàn)圖2。通過(guò)成型模具設(shè)計(jì)和焊口模固定措施，解決了銅套縱包成型合縫波動(dòng)的難題。

圖1　喇叭模具

圖2　銅套和鋁套模具組對(duì)比

（2）焊接工藝

銅套焊接是工藝的關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整焊接電流確保合縫焊接牢固，銅套焊接易出現(xiàn)銅氧化現(xiàn)象。我們對(duì)如何防止銅氧化進(jìn)行了研究，通過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：采用氬氣保護(hù)焊接時(shí)，無(wú)論氣流量如何調(diào)整，焊縫處還是有氧化現(xiàn)象?？v包銅套焊接是采用鎢極惰性氣體保護(hù)焊接的方式，與熔化極惰性氣體保護(hù)焊接有區(qū)別，鎢極惰性氣保護(hù)采用氬氣和氦氣混合保護(hù)為宜，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)尋求氬氣、氦氣最適合的比例，見(jiàn)表1。

表1　氬氣（Ar）與氦氣（He）不同混合比例的效果對(duì)比

從表1可知，氦氣比例在25%～30%范圍為最佳，焊縫無(wú)氧化、電流平穩(wěn)，可連續(xù)生產(chǎn)。采用氬氣與氦氣混合代替純氬氣作為焊接保護(hù)氣體，得到了非常好的焊接效果，消除了銅套焊縫氧化現(xiàn)象。

1.2 銅套的軋紋工藝

銅套軋紋為螺旋紋，軋紋機(jī)的軋紋頭有兩種形式，一種是滾輪式軋紋頭（見(jiàn)圖3），另一種是環(huán)狀軋紋頭（見(jiàn)圖4）。

圖3　滾輪式軋紋頭

圖4　環(huán)狀軋紋頭

滾輪式軋紋頭是以點(diǎn)接觸的形式進(jìn)行軋紋，而環(huán)狀軋紋頭是以面接觸進(jìn)行軋紋。由于環(huán)狀軋紋頭受力面積相對(duì)較大，軋紋質(zhì)量比滾輪式軋紋頭要好，外觀圓整、軋紋深度均勻。皺紋鋁套生產(chǎn)時(shí)兩種軋紋頭均可，但是銅套的材質(zhì)與鋁套不同，采用滾輪式軋紋頭會(huì)出現(xiàn)外觀不圓整、軋紋深淺不均勻等現(xiàn)象，因此，應(yīng)采用環(huán)狀軋紋頭進(jìn)行軋紋。

2　結(jié)束語(yǔ)

皺紋銅套的生產(chǎn)與皺紋鋁套相差很大，在工藝上有著較大差別。不僅要對(duì)成型模具進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，還要注意惰性保護(hù)氣體的流量和配比，并采用環(huán)形軋紋頭進(jìn)行軋紋，才能獲得質(zhì)量?jī)?yōu)異的皺紋銅套產(chǎn)品。隨著市場(chǎng)對(duì)皺紋銅套電纜需求量的增加，皺紋銅套工藝將會(huì)逐步走向成熟。

［1］ 吳長(zhǎng)順，向宇龍，曹曉龍，等.110 kV、220 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜皺紋鋁護(hù)套氬弧焊技術(shù)的研究［C］//中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電線電纜專委會(huì)2001年會(huì)論文集.2001.77-79.

［2］ 王福志，楊 娟.高壓及超高壓XLPE絕緣電纜金屬套工藝特點(diǎn)［J］.電線電纜，2010（5）：8-10.

Technological Study for Corrugated CoPPer Sheath on EHV XLPE Insulated Cables

LIU Huan-xin，WANG Fu-zhi，YANG Juan
（ZhejiangWanma Co.，Ltd.，Lin'an 311305，China）

Techno1ogy of corrugated coPPer sheath on EHV XLPE insu1ated cab1es are Presented，focusing on the difference of corrugated coPPer sheath and corrugated a1uminium sheath，a further study on the ratio of inert gas in the we1ding of the corrugated coPPer sheath.

EHV cab1e；coPPer sheath；techno1ogy

TM247.1

A

1672-6901（2016）03-0015-03

2015-10-13

劉煥新（1968-），男，高級(jí)工程師.

作者地址：浙江臨安市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)南環(huán)路88號(hào)［311305］.