铝合金电缆导体的制造技术与质量控制研究

1、 铝合金电缆导体的制造技术与质量控制研究 摘要：铝合金导体的生产制造设备、导线结构形式、导体材料、导体性能、生产工艺都对导体的表面质量、伸长率以及电阻具有一定影响。文章探讨了铝合金电缆导体的制造技术，分析了常见的质量问题，提出相应对策，为提高铝合金导体质量提供参考。关键词：电缆；铝合金电缆导体；导体绞制；质量控制与铝电缆比较，铝合金电缆的优势在于弯折性能、机械性能、耐腐蚀性更强，安全性更强；与铜电缆相比，铝合金电缆的优势在于节能、柔韧、轻便、经济，因此得到广泛的应用。铝合金导体是生产铝合金电缆的关键部件，铝合金导体质量优良、性能稳定才能为电缆安全、稳定运行提供保障，因此有必要探讨铝合金电缆导体

2、的制造技术以及质量控制措施。一、铝合金电缆导体的制造技术1. 选择导体结构铝合金导体单线包括梯形与圆形这两种形状，见图1与图2。图1 圆形单线导体 图2 梯形单线导体圆形单线比较通用，但是圆形绞制的绞合导体间隙比较大，其紧压系数在0.75左右，绞制要与压缩外径同步进行以提高紧压系数。但是其优势在于制作相对容易，成本低廉。梯形单线导体制成的铝合金导体相对圆形单线导体更加密实，其导体的表面质量要更优，但是生产梯形线对形状设计要求较高，同时还需要更加复杂的绞线设备以及拉丝设备，对模具要求较高，这些都增加了梯形单线导体的生产成本；除此之外，梯形单线导体的单线截面相对复杂，由于金属变形速度的影响，梯形线

3、的生产效率也不高1。2.单线制造工艺2.1 铝合金拉线工艺2.1.1 拉拔工艺拉拔工艺将铝合金杆材作为原料，制成铝合金单丝，这一工艺的关键因素在于模具、拉丝装备以及润滑。拉丝机对施加的力进行控制，减小通过各模具铝合金线材的截面积，延长长度，最终得到相应截面形状与面积的单线，见图2。图2 拉拔工艺生产示意图当前应用较多的主要包括滑动式拉丝机、非滑动式鼓轮拉丝机以及分电机传动非滑动式拉丝机这三种。滑动式拉丝机是当前应用较多的设备，其构成部件包括拉线主机、放线装置、储线装置、润滑油系统、扎头穿模机、传动系统以及电气控制系统。这一工艺的优点在于：（1）直流电机联轴器驱动齿轮箱，无级变速；（2）容易操作

4、、刚性好；（3）整机性能先进、全自动双线收盘、快速换模，具有较高的自动化控制程度；（4）生产效率高，适合大批量生产2。2.1.2 连续挤压工艺连续挤压工艺将铝合金杆持续引拽到旋转的挤压轮轮槽中，铝合金杆受到摩擦及径向挤压作用产生热量，达到再结晶状态，经腔体从模具中挤出，一次成型得到铝合金线材。这一工艺的优点在于材料利用率高，集拉丝与退火一体，缩短工艺流程，模具数量少，方便更换模具，无需润滑油。其缺陷在于只能生产圆形线材，工艺不够通用，生产效率交底。3.导体绞制工艺绞线工序采用绞线机将导线绞制成同心排列、达到一定截面积的导线，因此合理的绞线设备要具有低能耗、低废线率、生产周期短、生产效率高的特点

5、。常用的绞制设备包括框绞机、笼绞机以及拉绞一体机。框绞机的线盘固定，单线在导体中沿着自身轴线旋转360度，尽管生产过程中单线会受到一定扭转，但是考虑到并不对单线力学性能造成明显影响，且这一设备的可靠性好、生产效率高，因此这一设备是当前的首选。笼绞机生产的单线扭转极少，变形少，绞合质量高，但是缺陷在于设备的转速较低而影响了生产效率。拉绞一体机无需放线盘，可以连续生产，生产效率高，但是其生产的电缆各层绞合方向相同，产品不适用于我国。4.退火处理铝合金材料经拉丝、绞制处理后，其变形明显，导电率、塑性均有所降低，退火处理可修复、消除变形引起的内部组织错位以及加工硬化，提高线材的伸长率与导电率。实际生产

6、时要结合导体情况选择相应退火工艺，大面积导体及梯形线导体采用单线退火后绞合的工艺，圆形线导体可采用绞合导体退火的工艺。单盘铝合金内外受热的差异不大，其重量较小，能均匀退火，电气及力学性质具有较好的一致性。铝合金单线退火后再进行绞合则容易出现刮伤、擦伤，当铝合金圆单线的直径不大时，可先绞合后退火。采取合适的退火装置有助于保证退火效果与生产效率。导线退火用大盘具；单线退火用小盘具。连续退火炉退火效果好，生产效率高，但空间有限，因此主要应用于小盘具的单线退火；井式退火炉为电热管加热，密封性好，但工件进出慢，能耗大，生产效率不高；箱式退火炉容量大，进出方便，生产效率高，适用于大盘具退火。二、铝合金电缆

7、导体的质量控制1.伸长率的质量控制伸长率与抗拉强度负相关。伸长率的影响因素包括晶粒度、合金元素分布不均匀、非金属杂物多、固溶强化组织多以及加工引起晶格变形、位错等。为了保证电缆导体的伸长率，应注意对铸造温度进行调整以取得最优晶粒度、改进熔炼过程中的合金元素加入方式以确保合金元素均匀分布、在线除气以减少气孔及夹杂物、适当调整合金元素含量以减少固溶体、对退火工艺进行改进从而减少晶格畸变以及位错3。2.电阻率的质量控制电阻率的影响因素包括热处理不当、加工硬化影响、合金元素富集形成固溶体、合金元素分布不均匀、铝合金导体中含有过多化学成分。电阻率的质量控制关键在于：对合金成分进行严格控制、确保合金元素均

8、匀以减少固溶体、对拉拔工艺进行调整以减少变形、合理控制退火时间与退火温度、合理确定导体结构。3.紧压系数圆形单线同心绞制是当前比较常用的方法，正如上文提到的，圆形单线的紧压系数在0.75左右，联合压缩外径，其紧压系数可达到0.9。为了进一步提高紧压效果，可结合线芯截面采取相应设备，框式绞线机适用于大截面线，辊压成型绞线机适用于中等截面线，管式绞线机适用于小截面线。4.断裂杆材存在非金属杂物、气孔时，常见断裂的发生，除此之外单线中含有非金属杂物以及空心时，会引起绞制时断裂。绞制过程中出现的断裂要比拉丝出现的断裂更难处理，因此要尽可能避免而绞制过程中的断裂发生，加强对拉丝的处理可减少单丝断裂，从而

9、减少交织过程中的断裂。铝合金杆材重2吨，拉丝过程中发生断裂时，为了减少后续再次出现单线锻炼，要对该批次铝合金材生产的铝合金管线进行更换。5.表面质量毛刺是表面有细小突出物，起皮是表面与本体分离，但没有凸起。常见的原因包括拉丝润滑不良、模具问题、铝合金杆有非金属夹杂物及气孔以及制造过中刮伤。为了预防毛刺与起皮，应从以下方面着手：加强润滑冷却、采用优质模具、金相砂纸拍打铝合金杆及直接更换、及时更换磨损线嘴、分线板以及导轮，确保润滑良好。竹节形绞线表现为规律性地局部大于外径标称值，其原因与绞笼转速过快、并线模孔过度磨损、线盘放线张力过小等有关，应调整绞笼转速、更换并线模、更换严重磨损的线盘。单线局部外径缩小的发生与非金属杂物及气孔有关，应及时更换铝合金线。色斑的发生主要与润滑、氧化有关，应对润滑油进行及时更换，采用具有较强黏度的润滑油，对磨具润滑条件进行检查，除此之外，还要控制铝合金导体的仓库存放以减少氧化。结束语铝合金电缆导体具有众多性能优势，这也是近年来“以铝节铜”广泛应用的原因之一，我国的铝合金电缆导体起步相对较晚，市场应用、技术标准以及基础研究相对缺乏，仍然需要不断研究。随着行业的努力以及技术的进一步，铝合金电缆的材料、技术、工艺以及产品都将越加丰富。参