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        淺談鋁包殷鋼線的制造工藝

        2021-12-26 04:18:12豐茂磊施華英
        世界有色金屬 2021年18期
        關(guān)鍵詞:鋁層模腔砂帶

        朱 興,金 榕,田 庚,豐茂磊,施華英

        (江蘇亨通電力智網(wǎng)科技有限公司,江蘇 吳江 215234)

        鋁包殷鋼線是一種雙金屬復(fù)合材料,產(chǎn)品具有低線膨脹系數(shù)、高強度、耐腐蝕等特點,主要用作增容導(dǎo)線—鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金線的加強芯。目前使用越來越廣泛,本文就鋁包殷鋼制造工藝重點展開介紹。

        1 鋁包殷鋼線生產(chǎn)工藝流程

        鋁包殷鋼線的生產(chǎn)主要有殷鋼絲、鋁桿原材料的準備、殷鋼絲包覆、鋁包殷鋼拉拔、鋁包殷鋼復(fù)繞等工序,具體工藝流程見圖1。

        圖1 鋁包殷鋼線生產(chǎn)工藝流程圖

        2 鋁包殷鋼線制造工藝

        2.1 原材料的準備

        殷鋼絲選用含鎳量36%左右的鐵鎳合金,其抗拉強度要求≥1100MPa,以保證拉拔后鋁包殷鋼線抗拉強度,為保證鋁包殷鋼線拉拔后的塑性,需滿足伸長率≥5.0%的要求。另外,殷鋼絲表面應(yīng)光潔,不得有刮傷、擦傷等與良好產(chǎn)品不相符的任何缺陷,避免拉拔過程斷線。

        鋁桿選用符合GB/T 3954-2008標準規(guī)定的A2型鋁桿,鋁桿表面不得有油污、三角桿等缺陷,影響包覆質(zhì)量。

        2.2 殷鋼絲包覆

        2.2.1 原材料清洗

        (1)鋁桿清洗

        鋁桿清洗采用60℃以上清水在高壓下經(jīng)渦流振動清洗環(huán)腔在線連續(xù)清洗,清洗后吹氣閥吹干。

        (2)殷鋼絲清洗

        到貨的殷鋼絲因運輸、存放時間過久,往往在表面會形成一層致密氧化層,包覆時需要通過砂帶機進行在線打磨鋼絲表面,以保證鋼絲與鋁層的緊密結(jié)合。砂帶機打磨時需根據(jù)殷鋼絲線徑選擇合適的砂帶目數(shù)、拖絲模芯和砂帶張緊張力,確保鋼絲打磨干凈的同時注意鋼絲線徑的變化。打磨過多,鋼絲表面包覆鋁過多,就會降低鋁包殷鋼拉絲強度,增大其線膨脹系數(shù)。打磨過少,清洗不干凈,容易造成包覆桿脫鋁,所以使用后的砂帶也要及時更換。

        2.2.2 殷鋼絲加熱

        由于殷鋼材料的居里點在260℃左右,當加熱溫度達到260℃時,殷鋼將失去鐵磁性,傳統(tǒng)的鋼絲用中頻感應(yīng)加熱設(shè)備受其加熱原理限制,無法為殷鋼絲提供更高的加熱溫度,而實現(xiàn)殷鋼絲與鋁層緊密結(jié)合的溫度要高于居里點溫度,這就需要再添加加熱設(shè)備,來實現(xiàn)殷鋼絲包覆時的目標溫度。殷鋼絲加熱溫度過低,包覆結(jié)合力差,嚴重時材料脫鋁,鋼絲抖動嚴重包覆不上鋁。加熱溫度過高,造成后續(xù)鋁包殷鋼線拉拔斷線,所以殷鋼絲加熱溫度控制尤為重要。

        2.2.3 擠壓包覆

        (1)模具選擇及安裝間距

        包覆導(dǎo)模尺寸一般選用比殷鋼絲直徑大0.3mm至0.4mm為宜。導(dǎo)模尺寸過小,包覆時易在導(dǎo)??谠斐射摻z卡斷;導(dǎo)模尺寸過大,鋁料會從導(dǎo)模入口處擠出,堵塞導(dǎo)???、降低包覆壓力。

        包覆模尺寸理論上為包覆桿直徑,它的選擇一般在導(dǎo)電率、使用鋼絲直徑已知的情況下可根據(jù)式(1)導(dǎo)電率計算公式進行確定,考慮到導(dǎo)電率需留有一定生產(chǎn)余量,實際生產(chǎn)過程中包覆模具尺寸還將增大些。

        D鋼:鋼絲直徑

        D桿:包覆桿直徑

        模具挑選完成后,安裝包覆模與包覆導(dǎo)模時,需控制兩者間距,模具安裝間距稍大可以提升包覆結(jié)合力,但容易脫鋁;間距稍小包覆較為穩(wěn)定,同心度好,但結(jié)合力較差,所以實際生產(chǎn)中要根據(jù)不同鋼絲規(guī)格、不同導(dǎo)電率進行靈活控制。

        (2)模腔與擠壓輪間隙

        模腔與擠壓輪應(yīng)控制合適的安裝間隙,保證模腔與擠壓輪的面壓力,兩者間間隙可通過墊片來調(diào)整。間隙過小,一方面會導(dǎo)致模腔與擠壓輪接觸摩擦產(chǎn)生雜質(zhì)。另一方面也會導(dǎo)致模腔內(nèi)壓力過大,包覆模出口處粘鋁,堆積成鋁塊,堵塞模腔出口處,使包覆無法順利進行。間隙過大,廢鋁溢料量大,浪費鋁材。

        (3)模腔溫度

        模腔溫度分為開機時模腔溫度和正常包覆時模腔溫度。開機時模腔溫度盡量達到350℃以上,塞入模腔的鋁桿才能立即與殷鋼絲連續(xù)穩(wěn)定結(jié)合,避免溫度達不到金屬結(jié)合溫度而產(chǎn)生的鋼絲高頻振動,振動頻率高、時間長會打碎感應(yīng)加熱器內(nèi)管件,而使包覆終止。正常包覆時由于鋁包殷鋼包覆鋁層較薄,擠壓輪轉(zhuǎn)速較低,模腔溫度也較低,可通過控制模腔加熱板使模腔溫度保持在400℃~450℃即可,此溫度范圍可使鋼、鋁形成冶金結(jié)合。

        (4)擠壓輪轉(zhuǎn)速

        擠壓輪轉(zhuǎn)速主要與殷鋼絲表面包覆鋁層截面積相關(guān),包覆鋁層截面大,要達到同樣的包覆速度,擠壓輪轉(zhuǎn)速就高,反之,包覆鋁層截面小,擠壓輪轉(zhuǎn)速就低。目前鋁包殷鋼線只有10%IACS和14%兩種低導(dǎo)電率、薄鋁層的規(guī)格,所以在包覆一些小線徑、小鋁層截面的鋁包殷鋼桿時需保證最低擠壓輪轉(zhuǎn)速,擠壓輪轉(zhuǎn)速過低,將導(dǎo)致包覆溫度低,擠壓包覆負荷大,主機易卡死停機。提高擠壓輪轉(zhuǎn)速即提高包覆速度,就會縮短鋼、鋁結(jié)合時間,使材料結(jié)合力差,此時可通過增減模腔墊片、控制容積比等方式來調(diào)節(jié)擠壓輪轉(zhuǎn)速。

        2.3 鋁包殷鋼桿拉拔

        鋁包殷鋼拉絲為雙金屬拉拔,采用壓力模與拉絲模配合的形式通過強制潤滑實現(xiàn)鋼、鋁同步變形,模具組合見圖2。

        圖2 壓力模與拉絲模組合

        為了保證鋁包殷鋼絲拉拔后的抗拉強度與伸長率,總壓縮率一般控制在80%以內(nèi),單道次壓縮率不大于20%為宜。另外,由于鋁包殷鋼材料的特殊性,其抗拉強度不隨拉拔線徑的減小而增大,抗拉強度的變化基本在前三道次定型,所以拉拔時需增大前三道次減面率,表1為線徑6.55mm導(dǎo)電率10%IACS鋁包殷鋼桿拉制3.2mm鋁包殷鋼線配模工藝。按此工藝拉拔后的3.2mm鋁包殷鋼線最終抗拉強度為1190.2MPa,滿足國網(wǎng)企標抗拉強度要求,伸長率低于1.0%的標準要求,鋁包殷鋼線還需在復(fù)繞時過去應(yīng)力輪進行伸長率改善。

        表1 LBY10-6.55-3.2配模工藝

        2.4 鋁包殷鋼線復(fù)繞去應(yīng)力

        拉拔后的鋁包殷鋼線因存在拉拔應(yīng)力,伸長率較低,需在復(fù)繞時進行去應(yīng)力處理,提高伸長率。通過表1拉拔工藝拉制的3.2mm鋁包殷鋼線過去應(yīng)力輪后抗拉強度與伸長率變化見表2,處理后抗拉強度有所損失,伸長率提升顯著,最終鋁包殷鋼線性能均滿足國網(wǎng)國網(wǎng)企業(yè)標準Q/GDW 11139-2013要求。

        表2 鋁包殷鋼線去應(yīng)力前后抗拉強度與伸長率對比

        3 結(jié)束語

        在鋁包殷鋼制造工藝中,首先要注意原材料的選擇。其次,在殷鋼絲包覆前,要進行合理的模具尺寸選擇與間隙安裝、模腔與擠壓輪間隙的調(diào)整,保證包覆時壓力。鋁包殷鋼包覆時,原材料要進行清洗、殷鋼絲預(yù)熱、模腔溫度的控制、擠壓輪轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)使殷鋼絲連續(xù)穩(wěn)定包覆鋁層,保證鋼、鋁緊密結(jié)合。然后,鋁包殷鋼在拉絲時,要注意減面率的控制,來保障材料的抗拉強度。最后,進行去應(yīng)力處理,提升伸長率,獲得符合標準要求的鋁包殷鋼線。

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