淺談鋁包殷鋼線的制造工藝

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?gòu)?fù)合材料，產(chǎn)品具有低線膨脹系數(shù)、高強(qiáng)度、耐腐蝕等特點(diǎn)，主要用作增容導(dǎo)線—鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金線的加強(qiáng)芯。目前使用越來(lái)越廣泛，本文就鋁包殷鋼制造工藝重點(diǎn)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(zhǔn)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(zhǔn)備

殷鋼絲選用含鎳量36%左右的鐵鎳合金，其抗拉強(qiáng)度要求≥1100MPa,以保證拉拔后鋁包殷鋼線抗拉強(qiáng)度，為保證鋁包殷鋼線拉拔后的塑性，需滿足伸長(zhǎng)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(guò)程斷線。

鋁桿選用符合GB/T 3954-2008標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(yùn)輸、存放時(shí)間過(guò)久，往往在表面會(huì)形成一層致密氧化層，包覆時(shí)需要通過(guò)砂帶機(jī)進(jìn)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(jī)打磨時(shí)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(shí)注意鋼絲線徑的變化。打磨過(guò)多，鋼絲表面包覆鋁過(guò)多，就會(huì)降低鋁包殷鋼拉絲強(qiáng)度，增大其線膨脹系數(shù)。打磨過(guò)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(shí)更換。

2.2.2 殷鋼絲加熱

由于殷鋼材料的居里點(diǎn)在260℃左右，當(dāng)加熱溫度達(dá)到260℃時(shí)，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(wú)法為殷鋼絲提供更高的加熱溫度，而實(shí)現(xiàn)殷鋼絲與鋁層緊密結(jié)合的溫度要高于居里點(diǎn)溫度，這就需要再添加加熱設(shè)備，來(lái)實(shí)現(xiàn)殷鋼絲包覆時(shí)的目標(biāo)溫度。殷鋼絲加熱溫度過(guò)低，包覆結(jié)合力差，嚴(yán)重時(shí)材料脫鋁，鋼絲抖動(dòng)嚴(yán)重包覆不上鋁。加熱溫度過(guò)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(guò)小，包覆時(shí)易在導(dǎo)?？谠斐射摻z卡斷；導(dǎo)模尺寸過(guò)大，鋁料會(huì)從導(dǎo)模入口處擠出，堵塞導(dǎo)?？凇⒔档桶矇毫?。

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(jì)算公式進(jìn)行確定，考慮到導(dǎo)電率需留有一定生產(chǎn)余量，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(shí)，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(shí)際生產(chǎn)中要根據(jù)不同鋼絲規(guī)格、不同導(dǎo)電率進(jìn)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(guò)墊片來(lái)調(diào)整。間隙過(guò)小，一方面會(huì)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(huì)導(dǎo)致模腔內(nèi)壓力過(guò)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(wú)法順利進(jìn)行。間隙過(guò)大，廢鋁溢料量大，浪費(fèi)鋁材。

（3）模腔溫度

模腔溫度分為開機(jī)時(shí)模腔溫度和正常包覆時(shí)模腔溫度。開機(jī)時(shí)模腔溫度盡量達(dá)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(dá)不到金屬結(jié)合溫度而產(chǎn)生的鋼絲高頻振動(dòng)，振動(dòng)頻率高、時(shí)間長(zhǎng)會(huì)打碎感應(yīng)加熱器內(nèi)管件，而使包覆終止。正常包覆時(shí)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(guò)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(dá)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(shí)需保證最低擠壓輪轉(zhuǎn)速，擠壓輪轉(zhuǎn)速過(guò)低，將導(dǎo)致包覆溫度低，擠壓包覆負(fù)荷大，主機(jī)易卡死停機(jī)。提高擠壓輪轉(zhuǎn)速即提高包覆速度，就會(huì)縮短鋼、鋁結(jié)合時(shí)間，使材料結(jié)合力差，此時(shí)可通過(guò)增減模腔墊片、控制容積比等方式來(lái)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(guò)強(qiáng)制潤(rùn)滑實(shí)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(qiáng)度與伸長(zhǎng)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(qiáng)度不隨拉拔線徑的減小而增大，抗拉強(qiáng)度的變化基本在前三道次定型，所以拉拔時(shí)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?yán)魏蟮?.2mm鋁包殷鋼線最終抗拉強(qiáng)度為1190.2MPa，滿足國(guó)網(wǎng)企標(biāo)抗拉強(qiáng)度要求，伸長(zhǎng)率低于1.0%的標(biāo)準(zhǔn)要求，鋁包殷鋼線還需在復(fù)繞時(shí)過(guò)去應(yīng)力輪進(jìn)行伸長(zhǎng)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(zhǎng)率較低，需在復(fù)繞時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力處理，提高伸長(zhǎng)率。通過(guò)表1拉拔工藝?yán)频?.2mm鋁包殷鋼線過(guò)去應(yīng)力輪后抗拉強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率變化見表2，處理后抗拉強(qiáng)度有所損失，伸長(zhǎng)率提升顯著，最終鋁包殷鋼線性能均滿足國(guó)網(wǎng)國(guó)網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 11139-2013要求。

表2 鋁包殷鋼線去應(yīng)力前后抗拉強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率對(duì)比

3 結(jié)束語(yǔ)

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(jìn)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(shí)壓力。鋁包殷鋼包覆時(shí)，原材料要進(jìn)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(shí)，要注意減面率的控制，來(lái)保障材料的抗拉強(qiáng)度。最后，進(jìn)行去應(yīng)力處理，提升伸長(zhǎng)率，獲得符合標(biāo)準(zhǔn)要求的鋁包殷鋼線。