CN101685687A - 铜包铝排连续冶金复合的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，包括预处理、连续包覆、焊接、连续轧制和在线自动监测并进行扩散热处理的步骤，从而实现了以下的技术效果：(1)铜皮与铝排的冶金结合充分而且均匀，同时铜覆盖层厚薄较均匀；(2)成材率大大提高，保证了产量质量。由此解决了各种规格的铜包铝排生产问题，特别是适用于大规格的铜包铝排的生产制造，经济效益巨大。

Description

铜包铝排连续冶金复合的生产工艺

技术领域

本发明涉及铜包铝排的生产工艺，尤其涉及铜包铝排连续冶金复合的生产工艺。

背景技术

铜包铝是指以铝为基材，四周无缝包裹着一层铜，铜铝之间实现冶金结合的复合导体材料，制造铜包铝排复合材料，是替代纯铜排和纯铝排的最佳产品。因母排使用时按长度计算，单位重量的铜包铝排比相同面积的铜排长2.45倍，铜包铝排的铜体积比为15％，如铜密度为8.89g/cm³，铝密度为2.73g/cm³，则铜包铝排中铜的质量约占33％，这说明了等截面的导体，一吨铜包铝排可节约1.12吨铜材，实现了以铝节铜，是经济效益巨大的节能产品。

我国每年电力用传输导体的用铜量占铜总需求量的70％，其中铜母线约占有导体用量的10％。据统计，2006年我国导体用铜约为354万吨，依此推算，铜母线用铜量约为24.78万吨。据了解，目前建筑领域有一种趋势，630A以上供电电流导体，必须用母线槽，由此可预测铜包铝排的市场潜力巨大。

现有有铜包铝排生产工艺存在着许多的问题，包括：

由于矩形排在拉拔挤压中四周收缩不均，固相结合较差，影响了力学性能；

铜层覆盖也不均匀，影响了电导率；

成材率低，生产效率低，成本高等。

大规格铜包铝排的生产技术目前正处于工艺研究中。

发明内容

鉴于现有技术所存在的上述问题，本发明旨在公开一种能够实现连续生产、自动控制的铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，以解决各种规格的铜包铝排生产问题，特别是大规格的铜包铝排。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，包括如下工艺步骤：

(1)预处理：即在夹送辊的作用下，铜皮和铝排的坯料分别对接，矫直，铜皮清洗、去污、打毛，铝排表层铣除氧化膜；

(2)在惰性气体保护下进行包覆：即通过夹送辊和导入装置，将铝排和铜皮同时送入惰性气体保护下的包覆机，铜皮在下，铝排在上，通过不同角度的包覆辊型，依照铝排两边的圆角半径，使铜皮连续变形并均匀地包覆于铝排的四周；

(3)焊接、连续轧制和在线自动监测：铝排四周包覆铜皮后，中间有一条缝隙，将所述缝隙焊接后并封住铜包铝排的端头，通过夹送辊送入第一架轧机压实并排除空气，再依次通过3-5台轧机进行连续轧制，自动变频调速，最终铜包铝排的面积收缩比达到66％以上，温度达到350-400℃；所述轧机四辊驱动，平辊和立辊外圆的线速度一致，轧机之间通过导卫装置连接；

(4)扩散热处理：高频加热至350-450℃，保温0.5-2h；

对于60mm*8mm以下的小规格铝排坯料，使用盘卷坯料，在预处理前开卷；采用在线扩散热处理，之后再盘卷和慢速冷却；

对于60mm*8mm以上的大规格铝排坯料，连续轧制后，定尺剪切，再采用专用的热处理炉进行扩散热处理。

所述的包覆步骤中，包括铜皮和铝排依次通过7对不同角度的平辊包覆辊型和7对不同角度的立辊包覆辊型和用于最后压平的0°平辊辊型，所述平辊包覆辊型的角度依次为0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°，所述立辊包覆辊型的角度依次为0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°。

所述预处理步骤中的坯料对接是采用氩弧焊的方式将前后坯料进行连接。

对于60mm*8mm以下的小规格铝排坯料，所述预处理步骤中的坯料对接是采用挤压式连接或压焊连接。

所述作为坯料的铝排为挤压机生产的电工用铝。

所述在线自动监测包括由总控室所控制的在连续轧制过程中进行的在线测厚、探伤和测温的操作。

与现有技术相比，本发明通过连续均匀包覆、焊接、连轧同时在线自动监测和在线或单独扩散热处理的过程有效解决了上述现有的技术难题，实现了如下的技术效果：

(1)铜皮与铝排的冶金结合充分而且均匀，同时铜覆盖层厚薄较均匀；

固相结合不均匀问题，是制约当前铜包铝排发展的主要问题，其原因是受力不均匀，延伸不一致，铜与铝之间产生相对位移所至。

本发明首先将坯料较直，铜皮清洗去污，打毛，然后将铝排表层的氧化膜铣掉，进入氩气保护区域，通过连续变形且均匀包覆的过程，经焊接进入第一架轧机压实，把空气排除，接着通过六架轧机连续轧制，面积收缩比达到66％以上，温度达到350～400℃左右，铜与铝已经达到冶金结合，为了使结合更充分，对于小规格产品，在线进行扩散热处理，大规格的不能在线，则另外单独热处理。七台轧机是四辊均有驱动的轧机，平辊和立辊外圆的线速度是一致的，因此轧制力、摩擦速度及摩擦力是相对均匀的，延伸也是一致的。上述轧制过程也可以说是挤压过程。从而解决了固相结合不均匀问题。

在上述轧制过程中，封住铜包铝排的端头，尽管铜铝延伸率不同，这样轧制后，二者一起伸延，从而使铜覆盖层厚薄较均匀。

(2)成材率大大提高；

成材率低是工艺方案不尽完善所造成的。本发明实现了连续化不间断生产，不存在重新穿线问题，也用不着卡头去尾，成材率自然就高，可达到96％以上，而且生产效率高，因为采用交流变频装置，设备运行平稳，运行精度高，故障率低，废品自然也少。

尤其是采用了探伤仪，测厚仪，温度仪等探测设备，能及时发现缺陷，既保证质量又减少了废品率，提高了成材率。

此外，本套工艺的设备重量轻，全线设备总重150吨左右，并且结构简单，部件的通用性强，既适应大批量生产，又适应小批量、多规格生产；同时实现了清洁化生产，铝屑和铜屑自动回收，无污染源，噪声在40-60dB以下，并且操作简单，节省人力。

综上，本发明实现了自动控制，达到连续不间断生产；通过全线设置了测厚仪，探伤仪、测温仪、保证了产量质量；从而解决了各种规格的铜包铝排生产问题，适应广泛，特别是适用于大规格的铜包铝排的生产制造。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图；

图2是本发明的工艺设备示意图。

具体实施方式

以小规格的铝排坯料(60*8毫米以下)为例，其工艺流程如图1和图2所示。首先使用盘卷，在第一盘卷1使用完之前，盘卷2首端与盘卷1末端焊接或采用挤压式对接在一起，所需时间为3-4min，此时全线的运行速度减速至1-2m/min，待焊接完成后，全线的运行速度恢复到8-9m/min。

铜带的对接方式，与铝排对接方式相同，在铜带的盘卷1放完之前，铜盘卷2首端与铜盘卷1末端对接采用氩弧焊或挤压式对接，全线运行的中心线在1.2m高度，铜皮标高，在运行中心线之下。铜皮的中心线与铝排的中心线在一个垂直平面内。

在夹送辊1的作用，坯料开卷和送入矫直机，矫直机担负矫直铝排作用，铣屑机负责将铝排表层的氧化层(Al₂O₃)铣掉(铣掉0.1mm)，此时开始氩气保护，一直到焊接机，这一段是密闭的。

在平包覆前端，铝排和铜皮同时进入包覆机，铜带在下，铝排在上，包覆机的包覆辊控制铝排和铜带的相对位置，只有这样才能保证焊机和焊咀在铜带对缝的中间。首先通过带槽形的0°辊将铝排压实，不能窜动，然后依次通过15°，30°，45°，60°，75°，90°的平辊包覆辊型，将铜皮的两边，按着铝排两边的圆角半径，压制90°；进而，再依次通过0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°的立辊包覆辊型，并继续经由一个0°的平辊将铜皮两边进一步压平，最后形成铝排四周包覆铜皮，中间只有一条缝隙，进入焊接机，进行焊接，焊接完成后，通过夹送辊送入轧机1，轧机1将包覆焊接后的铜包铝排压实并将内部的空气排出，达到物理结合，轧机2与轧机3，上下、左右各压下6毫米，温度上升至350-400℃，再经过后四台轧机连续轧制，温度上升至450℃左右，但是时间短，还来不及分子扩散，所以后部设加热段(高频加热)，保温段进行扩散热处理。最后成卷慢速冷却。

连续冶金复合工艺中由四至七台轧机组成，全是由交流变频电机驱动，由变频器集中调整，使孔型的面积(F)和轧件通过速度(V)的乘积等于常数(FV＝常数)，从而实现了连续、自动轧制，并且使冷轧变成了热轧，相对于第一台轧机，从第二台轧机开始就是热轧制(第一架轧机轧制时使轧件温度升高100-200℃，后续的轧机，同理)，这也就省去了加热的过程，工艺更简单，也节省了能源，因为热轧容易结合。

整个生产线由电控箱集中控制同步运行，连轧过程中，每台轧机分别由交流变频电机驱动，自动变频调速，保证孔型面积F和轧件通过速度V的乘积FV为一个常数。

大规格的铝排坯料(60*8以上)，不能成卷而是采用直条坯料(每根6-8m长)，因为场地长68米，事先将坯料8-10根焊接在一起，轧完后，下一根仍然焊接连接，与小规格工艺相同；不同的是，扩散热处理后不能成卷，用剪切机剪断，定尺处理在台架上进行，这些定尺后的铜包铝排运到专用的热处理炉进行扩散热处理。

用这种工艺生产的铜包铝排，复合的质量好，固相结合均匀，配合探伤仪在线检测，铜铝的结合率可以达到100％，所用的铝排是挤压生产的，密度在2.71-2.72之间，一般铝排密度为2.703，质地致密，一般的铜包铝密度3.04-3.91，用这种工艺生产的铜包铝排的密度可达到4.00-4.20，如果改变铜层厚度、强度、电导率均有提高，根据试验，铜的比重提高2个百分点，强度就能提高3.5-4MPa。所以本产品完全可以用于高压电的部件上。

以焊机的焊接速度为10m/min为例，作业率88％，成品率达到96％，单班作业情况下，年产量9313T，铜包铝排售价为5.5万元/T，则年产值达到5.1亿元，总成本2.5亿元，税后净利润为1.5亿元。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，包括如下工艺步骤：

(1)预处理：即在夹送辊的作用下，铜皮和铝排的坯料分别对接，矫直，铜皮清洗、去污、打毛，铝排表层铣除氧化膜；

(2)在惰性气体保护下进行连续包覆：即通过夹送辊和导入装置，将铝排和铜皮同时送入惰性气体保护下的包覆机，铜皮在下，铝排在上，通过不同角度的包覆辊型，依照铝排两边的圆角半径，使铜皮连续变形并均匀地包覆于铝排的四周；

(3)焊接、连续轧制和在线自动监测：铝排四周包覆铜皮后，中间有一条缝隙，将所述缝隙焊接后并封住铜包铝排的端头，通过夹送辊送入第一架轧机压实并排除空气，再依次通过3-5台轧机进行连续轧制，自动变频调速，最终铜包铝排的面积收缩比达到66％以上，温度达到350-400℃；所述轧机四辊驱动，平辊和立辊外圆的线速度一致，轧机之间由导卫装置依次连接；

(4)扩散热处理：将轧制后的铜包铝排高频加热至350-450℃，保温0.5-2h；

对于60mm*8mm以下的小规格铝排坯料，使用盘卷坯料，在预处理前开卷；采用在线扩散热处理，之后再盘卷和慢速冷却；

对于60mm*8mm以上的大规格铝排坯料，连续轧制后，定尺剪切，再采用专用的热处理炉进行扩散热处理；

所述铜包铝排连续冶金复合的生产工艺在控制系统作用下保持全线同步运行。

2、根据权利要求1所述的铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，其特征在于：

所述的包覆步骤中，包括铜皮和铝排依次通过7对不同角度的平辊包覆辊型和7对不同角度的立辊包覆辊型和用于最后压平0°平辊辊型，所述平辊包覆辊型的角度依次为0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°，所述立辊包覆辊型的角度依次为0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°。

3、根据权利要求1所述的铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，其特征在于：

所述预处理步骤中的坯料对接是采用氩弧焊的方式将前后坯料进行连接。

4、根据权利要求1所述的铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，其特征在于：

对于60mm*8mm以下的小规格铝排坯料，所述预处理步骤中的坯料对接是采用挤压式连接或压焊连接。

5、根据权利要求1所述的铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，其特征在于：

所述作为坯料的铝排为挤压机生产的电工用铝。

6、根据权利要求1-5所述的任一铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，其特征在于：

所述在线自动监测包括由总控室所控制的在连续轧制过程中进行的在线测厚、探伤和测温的操作。

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