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        鋼芯鋁絞線拉斷力測試試樣端頭的制備工藝

        2022-11-22 10:23:00代禮斌楊章程宋晶晶鄭朝清邱仕佳史可峰
        理化檢驗(物理分冊) 2022年10期
        關(guān)鍵詞:工藝

        代禮斌, 楊章程, 宋晶晶, 鄭朝清, 邱仕佳, 鄧 雄, 史可峰

        (重慶市計量質(zhì)量檢測研究院, 重慶 401121)

        鋼芯鋁絞線由鋼線和鋁線同心絞制而成,其結(jié)構(gòu)以鋼線為中心,相鄰層絞向相反,最外層絞向為“右向”[1-4],具有較高的額定拉斷力和良好的導(dǎo)電性能[5-7],被廣泛應(yīng)用于架空輸電線路中[8]。目前,鋼芯鋁絞線執(zhí)行GB/T 1179—2017 《圓線同心絞架空導(dǎo)線》,該標(biāo)準(zhǔn)對導(dǎo)線拉斷力測試有明確規(guī)定,導(dǎo)線試樣的兩端應(yīng)制備適當(dāng)?shù)亩祟^,仲裁試驗時,應(yīng)采用低熔點合金或者環(huán)氧樹脂澆鑄端頭進(jìn)行測試。GB/T 8358—2014 《鋼絲繩 實際破斷拉力測試方法》中介紹了鋼絲繩實際拉斷力測試方法,包括合金澆鑄法、樹脂澆鑄法、套管壓制法、直接夾持法等,但均沒有對如何制備端頭進(jìn)行明確的規(guī)定或說明。在拉斷力測試過程中,端頭的質(zhì)量將直接影響拉斷力測試能否成功,因此需要對鋼芯鋁絞線拉斷力測試試樣端頭的制作工藝進(jìn)行深入研究。

        GB/T 1179—2017中規(guī)定,測試期間導(dǎo)線的拉斷力按當(dāng)絞線的一根或多根單線發(fā)生斷裂時的負(fù)載來確定。如果單線的斷裂發(fā)生在距離端頭1 cm以內(nèi),并且此時拉斷力小于規(guī)定的拉斷力要求時,可重新測試,最多可測試3次;反之,如果單線斷裂發(fā)生在距離端頭1 cm以外或距離端頭1 cm以內(nèi),且拉斷力大于規(guī)定的拉斷力要求時,拉斷力測試成功,可間接判斷端頭質(zhì)量達(dá)到要求,說明端頭制備工藝可行。筆者研究了不同模具端頭成型工藝對拉斷力測試的影響。

        1 測試材料與測試方法

        1.1 測試材料

        試驗用的材料有鋼芯鋁絞線、舊模具(見圖1)、新模具(見圖2)、植筋膠、環(huán)氧樹脂等;鋼芯鋁絞線型號為JL/G1A 400/35,額定拉斷力為103.7 kN。新模具與舊模具的主要區(qū)別為:① 新模具縱向長度比舊模具增加一倍;② 新模具成型端頭的錐度較低;③ 新模具集模具與拉伸夾具于一體,舊模具僅用于成型;④ 新模具具有鋼線錨固裝置,舊模具無錨固裝置。

        圖1 舊模具宏觀形貌

        圖2 新模具宏觀形貌

        1.2 測試方法

        在長度為15 m的鋼芯鋁絞線兩端,分別用不同的工藝制備端頭,工藝如表1 所示;鋼芯鋁絞線端頭相應(yīng)的測試編號如表2 所示。

        表1 端頭制備工藝

        表2 鋼芯鋁絞線端頭相應(yīng)的測試編號

        鋼芯鋁絞線端頭制備步驟為:① 在鋼芯鋁絞線預(yù)留長度末端進(jìn)行標(biāo)記,用專用捆帶捆緊;② 將鋼芯鋁絞線一端預(yù)留出制作端頭的部分鋁線、鋼線散開,放入模具,按表1的要求進(jìn)行填充或錨固;③ 將制作好的端頭安裝到臥式拉力試驗機(jī)上并進(jìn)行拉斷力測試,以檢驗端頭的質(zhì)量。

        1#工藝采用舊模具與植筋膠成型,將鋼芯鋁絞線一端預(yù)留出端頭的部分用螺栓卡子緊固,將端頭的鋁線和鋼線散開,中心鋼線散開后反彎放入模具(見圖3),鋁線沿原絞制方向散開,將鋼線散開,鋼線超出模具的部分彎曲固置于模具內(nèi),再利用注膠槍從最低處開始,由低到高進(jìn)行注膠,直到填滿模具,待膠凝固后脫模。

        圖3 1#工藝制備端頭過程

        2#工藝采用新模具與植筋膠成型,將鋼芯鋁絞線一端預(yù)留出端頭的部分用螺栓卡子緊固,將端頭的鋁線散開放入模具,鋼線不散開直接置入錨固裝置,合模后擰緊螺栓(見圖4),利用注膠槍從最低處開始,由低到高進(jìn)行注膠,直到填滿模具,待膠凝固后不脫模。

        3#工藝與4#工藝均采用新模具與環(huán)氧樹脂成型,3#工藝是將鋼芯鋁絞線的鋁線和鋼線均散開并放入模具,然后注入環(huán)氧樹脂;4#工藝是將鋼芯鋁絞線的鋁線散開,鋼線錨固在模具上后,合模注入環(huán)氧樹脂,待環(huán)氧樹脂凝固。3#和4#工藝制備端頭過程如圖5所示。

        圖4 2#工藝制備端頭過程

        圖5 3#和4#工藝制備端頭過程

        2 測試結(jié)果與分析

        圖6為測試A的過程,鋼芯鋁絞線兩端按1#工藝制作端頭,拆模后裝入試驗機(jī)夾具,調(diào)整試驗機(jī)的位置再逐步加力進(jìn)行拉伸,直到鋼芯鋁絞線斷裂。由圖6可知:鋼芯鋁絞線的鋁線從夾具鉗口處斷裂(距離端頭1 cm以內(nèi))。斷裂時最大拉斷力為80.66 kN,鋼線仍嵌入在端頭內(nèi),再繼續(xù)施力進(jìn)行拉伸,鋼線從端頭中滑出,鋼線未斷裂,反彎的鋼線從端頭中滑出且仍呈現(xiàn)出反彎形狀。

        圖6 測試A的過程

        圖7為測試B的過程,鋼芯鋁絞線的兩端分別按2#,4#工藝制作端頭,并將其安裝在試驗機(jī)上,調(diào)整試驗機(jī)位置再逐步加力,直到鋼芯鋁絞線斷裂,斷裂時的最大拉斷力為89.43 kN。從圖7可以看出,鋼芯鋁絞線斷裂于2#工藝制備端頭鉗口處(距離端頭1 cm以內(nèi))。鋁線斷裂,斷續(xù)施加拉力,鋼線從端頭中滑出,將夾具拆下后發(fā)現(xiàn),夾具中的錨具沒有將鋼芯錨緊,拉伸時鋼芯從錨具中滑出。4#工藝端頭處鋼芯鋁絞線未斷裂。

        圖7 測試B的過程

        圖8 測試C的過程

        圖8為測試C的過程,鋼芯鋁絞線的兩端分別按3#,4#工藝制作端頭,并將其安裝在試驗機(jī)上,調(diào)整試驗機(jī)位置再逐步加力,直到鋼芯鋁絞線斷裂,斷裂時最大拉斷力為105.82 kN。從圖8中可以看出,鋼芯鋁絞線斷裂于3#工藝端頭鉗口處。鋁線斷裂,斷續(xù)施加拉力,鋼線從端頭中滑出,其中一根鋼線斷裂。4#工藝端頭處鋼芯鋁絞線未斷裂。

        GB/T 1179—2017中規(guī)定:測試期間導(dǎo)線的拉斷力按照絞線的一根或多根單線發(fā)生斷裂時的負(fù)載來確定,如果單線的斷裂發(fā)生在距離端頭1 cm以內(nèi),并且拉斷力小于規(guī)定的拉斷力要求時,可重新測試;相反,如果斷裂發(fā)生在距離端頭1 cm以內(nèi),并且拉斷力大于規(guī)定的拉斷力要求時,測試合格。以上的理論分析與實際測試結(jié)果均表明,在絞線的拉斷力測試時,斷裂位置均為端頭處,所以端頭的質(zhì)量對絞線的拉斷力有直接影響。

        對比測試A,B,C可以看出:1#,2#,3#工藝制備端頭的鋁線均斷裂在端頭處,鋼線均滑出端頭,4#工藝制備端頭的鋁線未斷裂。

        對比測試A和B可以看出:舊模具較短,絞線錨入模具內(nèi)的長度短,在進(jìn)行拉伸時,鋁線斷裂并從鋼線滑出,測出的最大拉斷力為80.66,89.43 kN,與絞線的規(guī)定拉斷力相差較遠(yuǎn),絞線拉斷力試驗結(jié)果未達(dá)到規(guī)定要求;模具中的填充材料植筋膠與環(huán)氧樹脂相比,植筋膠是雙組分膠,價格昂貴,雙組分拌合不均勻影響端頭固化,環(huán)氧樹脂流動性差影響鋼線或鋁線與植筋膠的有效接觸,最終影響鋼線或鋁線的握力;環(huán)氧樹脂流動性好,價格低,易固化成型,因此環(huán)氧樹脂具有更好的適用性和經(jīng)濟(jì)性。

        測試C采用3#工藝和4#工藝,其主要區(qū)別是3#工藝未錨固鋼線,4#工藝已錨固鋼線,測試結(jié)果表明:3#工藝端頭鋁線斷裂,鋼線滑出端頭,其主要原因是鋁線與環(huán)氧樹脂的握力大于鋁線的拉斷力,鋼線與環(huán)氧樹脂的握力小于鋼線的拉斷力;當(dāng)絞線兩端同時施加拉力時,鋁線和鋼線開始產(chǎn)生相同的變形,直到鋁線和鋼線開始產(chǎn)生不同的變形時,鋁線與鋼線之間產(chǎn)生相對滑移,內(nèi)部的鋼線在環(huán)氧樹脂中滑動,鋁線被錨固于環(huán)氧樹脂中,鋼線發(fā)生的變形小,鋁線發(fā)生的變形大,最終導(dǎo)致鋁線先發(fā)生斷裂。4#工藝制備端頭的鋼線錨固在夾具上,施加的拉力逐漸增加時,鋼線與鋁線同時變形直到3#工藝端頭斷裂,斷裂時的拉斷力為105.82 kN,大于規(guī)定拉斷力,達(dá)到規(guī)定要求,因此4#工藝是最佳的端頭制備工藝。

        3 結(jié)論

        通過以上測試結(jié)果可以得出:新模具制備的端頭較舊模具制備的端頭更適用于拉斷力測試;鋼芯鋁絞線拉斷力測試試樣端頭的最佳制備工藝是新模具+鋼芯錨固+環(huán)氧樹脂填充。

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