CN105097132B - 线径0.9mm以上软态铜包铝的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属复合线材的生产工艺。线径0.9mm以上软态铜包铝的生产工艺,依次包括下列步骤:铝杆预处理、包覆焊接、连拉、水箱拉丝、洗线、小氨分解退火热处理、抛光探伤、防氧化并干燥和收线包装。上述线径0.9mm以上软态铜包铝的生产工艺的优点是铜包铝的结合力好,铜包铝一致性好,能减少导体结构回波损耗问题的出现,节省生产成本,产品质量好。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属复合线材的生产工艺,特别是一种铜包铝的生产工艺。
背景技术
铜包铝线是以铝杆作为芯线,同心的包覆铜层,使其在拉拔过程中实现冶金结合,而得到性能稳定的双金属复合导体。铜包铝同时具备铜的良好导电性和铝的重量轻的优点,是同轴电缆内导体及电气设备中电线电缆的首选材料;另外由于它具有良好的延展性和可加工性,因而可以进一步深加工成各种规格的裸线及镀锡线、漆包线等;铜包铝线作为编织屏蔽线被广泛用于通信、控制系统、电器设备、自动装置等领域,是纯铜线的良好替代品。铜包铝保持了导电性、导磁性等纯铜线原有的优点,同时具备了重量轻、便于运输和施工等优点,其密度仅为纯铜线的37%~40%,其长度是同等质量、同等直径的纯铜线长度的2.5-2.7倍,这将大大降低生产成本,因此使用铜包铝线来替代纯铜线,具有明显的经济效益。
目前已实现规模生产的铜包铝生产方法主要有电镀法和包覆焊接法。电镀法是采用化学电解方法在铝芯线表面镀上铜层,该方法工艺简单,行线速度快,便于大批量生产,其存在的不足是只适合生产铜含量较低,一般<8%,镀层较薄的铜包铝,且在生产过程中存在产品的铜层粗糙、同心度不良和环境污染等缺点。包覆焊接法是以经刮削、车削或者刨刮等表面处理的铝杆及清洗处理后的铜带为材料,采用包覆焊接、然后经拉拔和热处理后制备所需的铜包铝线,其生产过程包括:材料预处理—包覆焊接—单拉—退火—单拉—连拉—退火。上述包覆焊接法制备铜包铝的方法存在以下问题:一、对铝杆表面要求高,拉杆表面应清洁、光滑圆整、尺寸均匀等缺陷;二、生产线长度长,对厂房要求高;三、生产过程中拉丝工序多,产品表面损伤多,且产生的打孔露铝等缺陷无法及时发现,生产效率低,报废率大。另外,上述专利中也未充分公开包覆焊接后的后续拉拔和热处理过程,但后续拉拔和热处理过程对铜包铝的结合力、抗拉强度及延伸率等质量性能有很大的影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有铜包铝生产工艺中存在的问题,公开一种生产设备简单,生产效率高,铜层厚度可以精确控制且厚度均匀,产品表面光洁度好,结合力、抗拉强度及延伸率好的线径0.9mm以上软态铜包铝的生产工艺。
为了实现上述发明目的,本发明采用下述的技术方案。
线径0.9mm以上软态铜包铝的生产工艺,依次包括下列步骤:
(1)铝杆预处理:先将线径为15mm的铝杆拉拔至线径12.5-13.8mm;再用5%-7%的氢氧化钠水溶液对铝杆进行碱洗,去除铝杆表面润滑剂及氧化物;碱洗温度在35℃-45℃之间,碱洗时间在15-25分钟之间;然后水洗,水洗温度15℃-25℃之间,去除铝杆表面附着的碱液;并将铝杆表面残留的水分烘干;
(2)包覆焊接,对预处理后的铝杆进行打磨,同时铜刷正向打磨将铜带刷毛,清除铝杆与铜带表面油污和氧化膜,增加铝杆与铜带表面的粗糙度,提高铝杆与铜带的结合力;将铜带和铝杆同时送入覆合箱中,覆合箱中的垂直成型轮和水平成型轮使铜带均匀的包覆在铝杆表面,在覆合箱中由进气口通入氩气,使两种金属材料在覆合过程中不被氧化;进入焊接区,焊接区焊枪处用氩气作为保护气,用钨极脉冲氩弧焊将金属材料的焊缝连续不断地焊接起来,焊接后进入冷却区,冷却区通入氩气作为保护气,最后将包覆好的铜包铝收线;包覆完成后,铜包铝线经为15mm,铜包铝的铜层体积比为8%-20%;
(3)连拉,将包覆好的铜包铝直接送入连拉设备进行拉拔,连拉设备上安装风冷和水冷两种冷却装置,控制铜包铝表面温度不超过50摄氏度;第一道连拉工序将铜包铝线径拉至9.2mm,每道模具按0.40mm等差递减;第二道连拉工序将铜包铝线径拉至5.1-5.6mm,每道模具按0.30mm等差递减;第三道工序将铜包铝线径拉至3.2-4.7mm,每道模具按0.20mm等差递减;第四道工序将铜包铝线径拉拔至1.8-2.7mm,每道模具按0.20mm等差递减;第一、第二道工序采用粘稠度为800-1000mm2/s的拉丝油作为拉丝润滑液,第三、第四道工序采用浓度≥6%的乳化液作为拉丝润滑液,拉丝润滑液温度在20-60℃之间;
(4)水箱拉丝,将连拉后的铜包铝转移至水箱拉丝机进行拉丝,线径拉至0.91-1.7mm,每道模具按照8-12%减面率进行拉拔,采用浓度≥6%的乳化液作为拉丝润滑液;
(5)洗线,先采用煤油将铜包铝表面的拉丝润滑油清洗去除,煤油洗后再通过一道机油清洗,然后将铜包铝收到工字轮上;
(6)氨分解退火热处理,1)氨分解阶段,调节减压阀门使压力表显示为0.05-0.08MPa,氨分解温度800℃;2)退火阶段,将铜包铝装入真空井式退火炉中,先将炉内抽真空,将氨分解氮氢混合气体充入装有铜包铝的真空退火炉中,让整个退火炉充满氮氢混合气体,炉胆内气体压力达到0.02mpa时,开始打开排气口点火,调节排气量控制炉内气压保持0.02-0.03mpa,火苗高度保持15-20cm,气压要保持到退火终止,退火温度控制在355℃-360℃之间,加热3-3.5小时,再保温3小时;3)冷却阶段,保温时间到后打开风机冷却,冷却过程须持续通入氨分解气体并持续排气燃烧,控制炉内气压在0.02-0.03mpa,当炉内温度降到60℃左右后将炉内保护气体用真空泵抽出,贯通炉胆进出气阀,内外气压平衡后,开炉吊出退火后的铜包铝;
(7)抛光探伤,对退火后的铜包铝通过模具进行抛光,抛光过程中采用浓度≥6%乳化液作为拉丝润滑液,并用在线探伤装置对铜包铝线材表面进行在线检测,检测铜包铝漏铝点或者刮伤;
(8)防氧化并干燥,将抛光后的铜包铝进行防氧化处理;
(9)收线包装。
作为优选,第一、第二道工序采用820拉丝油或KJ-6100金属拉丝油作为拉丝润滑液,820拉丝油粘稠度较高,适用温度在30-60℃,适合夏天生产时使用;KJ-6100金属拉丝油粘稠度较高,适用温度在20-50℃,适合冬天生产时使用。
采用上述技术方案的线径0.9mm以上软态铜包铝的生产工艺,其有益效果如下:1、铜带刷毛时,铜刷应正向打磨,因为反向打磨时摩擦力大,表面温度高,会出现铜带表面氧化情况,影响铜层与铝界面的结合力;另外,反向打磨时,铜带表面为条状纹络,而正向打磨时,铜带表面为均匀的点状纹络,点状纹络有利于提高铜层与铝之间的接触面积,后续拉拔过程中,有利于双金属间的相互扩散,提高其结合力;2、本发明经工艺优化,铜带和铝杆经包覆焊接后,直接进入数道连拉工序,单拉过程一般采用上落式收线,在上牵引力的作用下表面容易挤伤,而连拉过程采用下落时收线,可有效避免挤伤问题;另外这种大跨度的连拉工序同时经过数个模具,总压缩率较大时,拉丝过程也一次完成,铜包铝一致性好,因此能减少导体结构回波损耗SR问题的出现;再者采用连拉工艺,可减少单拉工序多,换机频率高的问题,提高生产效率,节省生产成本,同时有利于减少铜包铝换机过程中表面碰伤等情况,从而保证产品质量;3、通过洗线工序,可以有效清除铜包铝表面油污的同时,防止铜包铝在回火过程中产生粘线情况的发生;4、通过线探伤工序,有效的防止了表面露铝等有缺陷的产品进入后道工序或流入客户处;5、抛光后经防氧化并干燥处理的铜包铝产品表面光亮,放置数月也不会出现氧化发黑情况的产生。
具体实施方式
线径0.9mm以上软态铜包铝的生产工艺,依次包括下列步骤:
(1)铝杆预处理:先将线径为15mm的铝杆拉拔至线径12.5-13.8mm;再用5%-7%的氢氧化钠水溶液对铝杆进行碱洗,去除铝杆表面润滑剂及氧化物;碱洗温度在35℃-45℃之间,碱洗时间在15-25分钟之间;然后水洗,水洗温度15℃-25℃之间,去除铝杆表面附着的碱液;并将铝杆表面残留的水分烘干,为下道包覆工序提供干燥的铝杆;
(2)包覆焊接,对预处理后的铝杆进行打磨,同时铜刷正向打磨将铜带刷毛,清除铝杆与铜带表面油污和氧化膜,增加铝杆与铜带表面的粗糙度,提高铝杆与铜带的结合力;铝杆刷毛工艺与铝杆剥皮工艺相比,刷毛工艺能增加铝杆表面的粗糙度,提高铝杆与铜带的结合力,能减少产品的漏铝情况,保证产品质量。铜刷正向打磨,因为反向打磨时摩擦力大,表面温度高,会出现铜带表面氧化情况,影响铜层与铝界面的结合力;另外,反向打磨时,铜带表面为条状纹络,而正向打磨时,铜带表面为均匀的点状纹络,点状纹络有利于提高铜层与铝之间的接触面积,后续拉拔过程中,有利于双金属间的相互扩散,提高其结合力;将铜带和铝杆同时送入覆合箱中,覆合箱中的垂直成型轮和水平成型轮使铜带均匀的包覆在铝杆表面,在覆合箱中由进气口通入氩气,使两种金属材料在覆合过程中不被氧化;进入焊接区,焊接区焊枪处用氩气作为保护气,用钨极脉冲氩弧焊将金属材料的焊缝连续不断地焊接起来,焊接后进入冷却区,冷却区通入氩气作为保护气,防止焊接后高温的金属表面被氧化,最后将包覆好的铜包铝收线;包覆完成后,铜包铝线经为15mm,铜包铝的铜层体积比为8%-20%;
(3)连拉,将包覆好的铜包铝直接送入连拉设备进行拉拔,连拉设备上安装风冷和水冷两种冷却装置,控制铜包铝表面温度不超过50摄氏度;两种冷却装置提高连拉设备的冷却效果,防止设备拉拔卷盘及铜包铝线材温度过高,风冷是从卷盘的外侧面向卷盘和铜包铝表面吹风,水冷是通过在卷盘内部安装水管,采用循环水冷却,防止铜包铝表面产生氧化;另外可防止因线材温度高,影响拉丝油润滑效果,损伤拉丝模具,导致铜包铝表面擦伤;第一道连拉工序将铜包铝线径拉至9.2mm,每道模具按0.40mm等差递减;第二道连拉工序将铜包铝线径拉至5.1-5.6mm,每道模具按0.30mm等差递减,能保证铜包铝的结合度;第三道工序将铜包铝线径拉至3.2-4.7mm,每道模具按0.20mm等差递减;第四道工序将铜包铝线径拉拔至1.8-2.7mm,每道模具按0.20mm等差递减;第一、第二道工序采用粘稠度为800-1000mm2/s的拉丝油作为拉丝润滑液,第三、第四道工序采用浓度≥6%的乳化液作为拉丝润滑液,拉丝润滑液温度在20-60℃之间;第一、第二道工序采用820拉丝油或KJ-6100金属拉丝油作为拉丝润滑液,820拉丝油粘稠度较高,适用温度在30-60℃,适合夏天生产时使用;KJ-6100金属拉丝油粘稠度较高,适用温度在20-50℃,适合冬天生产时使用;采用乳化液作为拉丝润滑液,铜包铝表面油污少,易于后道清洗,防止铜包铝表面清洗不干净产品流入客户处,导致客户电缆发泡过程中结合力不良。单拉过程一般采用上落式收线,在上牵引力的作用下表面容易挤伤,而连拉过程采用下落时收线,可有效避免挤伤问题;另外这种大跨度的连拉工序同时经过数个模具,总压缩率较大时,拉丝过程也一次完成,铜包铝一致性好,因此能减少导体结构回波损耗SRL问题的出现;再者采用连拉工艺,可减少单拉工序多,换机频率高的问题,提高生产效率,节省生产成本,同时有利于减少铜包铝换机过程中表面碰伤等情况,从而保证产品质量;
(4)水箱拉丝,将连拉后的铜包铝转移至水箱拉丝机进行拉丝,线径拉至0.91-1.7mm,每道模具按照8-12%减面率进行拉拔,采用浓度≥6%的乳化液作为拉丝润滑液;减面率表示铜包铝在拉拔后,截面积减小的绝对值与拉拔前的截面积之百川比;
(5)洗线,先采用煤油将铜包铝表面的拉丝润滑油清洗去除,煤油洗后再通过一道机油清洗,然后将铜包铝收到工字轮上;将铜包铝导线收到工字轮上,便于后续的热处理;煤油清洗效果佳,走线速度可达100m/min,煤油洗后在通过一道机油清洗,可防止后续铜包铝回火过程中产生粘线情况的发生;
(6)氨分解退火热处理,1)氨分解阶段,调节减压阀门使压力表显示为0.05-0.08MPa,氨分解温度800℃;2)退火阶段,将铜包铝装入真空井式退火炉中,先将炉内抽真空,将氨分解氮氢混合气体充入装有铜包铝的真空退火炉中,让整个退火炉充满氮氢混合气体,炉胆内气体压力达到0.02mpa时,开始打开排气口点火,调节排气量控制炉内气压保持0.02-0.03mpa,火苗高度保持15-20cm,火焰基本呈橘黄色,气压要保持到退火终止,退火温度控制在355℃-360℃之间,加热3-3.5小时,再保温3小时;退火温度不能过高,否则易造成铜包铝粘线情况发生;3)冷却阶段,保温时间到后打开风机冷却,冷却过程须持续通入氨分解气体并持续排气燃烧,控制炉内气压在0.02-0.03mpa,当炉内温度降到60℃左右后将炉内保护气体用真空泵抽出,贯通炉胆进出气阀,内外气压平衡后,开炉吊出退火后的铜包铝;
(7)抛光探伤,对退火后的铜包铝通过模具进行抛光,抛光过程中采用浓度≥6%乳化液作为拉丝润滑液,并用在线探伤装置对铜包铝线材表面进行在线检测,检测铜包铝漏铝点或者刮伤,如果检测铜包铝漏有铝点或者刮伤能,将漏铝或划伤部分剪掉后,再用冷接机接好;
(8)防氧化并干燥,将抛光后的铜包铝进行防氧化处理,避免成品因长久暴露于空气中产生氧化;
(9)收线包装。
Claims (2)
1.线径0.9mm以上软态铜包铝的生产工艺,其特征在于依次包括下列步骤:
(1)铝杆预处理:先将线径为15mm的铝杆拉拔至线径12.5-13.8mm;再用5%-7%的氢氧化钠水溶液对铝杆进行碱洗,去除铝杆表面润滑剂及氧化物;碱洗温度在35℃-45℃之间,碱洗时间在15-25分钟之间;然后水洗,水洗温度15℃-25℃之间,去除铝杆表面附着的碱液;并将铝杆表面残留的水分烘干;
(2)包覆焊接,对预处理后的铝杆进行打磨,同时铜刷正向打磨将铜带刷毛,清除铝杆与铜带表面油污和氧化膜,增加铝杆与铜带表面的粗糙度,提高铝杆与铜带的结合力;将铜带和铝杆同时送入覆合箱中,覆合箱中的垂直成型轮和水平成型轮使铜带均匀的包覆在铝杆表面,在覆合箱中由进气口通入氩气,使两种金属材料在覆合过程中不被氧化;进入焊接区,焊接区焊枪处用氩气作为保护气,用钨极脉冲氩弧焊将金属材料的焊缝连续不断地焊接起来,焊接后进入冷却区,冷却区通入氩气作为保护气,最后将包覆好的铜包铝收线;包覆完成后,铜包铝线经为15mm,铜包铝的铜层体积比为8%-20%;
(3)连拉,将包覆好的铜包铝直接送入连拉设备进行拉拔,连拉设备上安装风冷和水冷两种冷却装置,控制铜包铝表面温度不超过50摄氏度;第一道连拉工序将铜包铝线径拉至9.2mm,每道模具按0.40mm等差递减;第二道连拉工序将铜包铝线径拉至5.1-5.6mm,每道模具按0.30mm等差递减;第三道工序将铜包铝线径拉至3.2-4.7mm,每道模具按0.20mm等差递减;第四道工序将铜包铝线径拉拔至1.8-2.7mm,每道模具按0.20mm等差递减;第一、第二道工序采用粘稠度为800-1000mm2/s的拉丝油作为拉丝润滑液,第三、第四道工序采用浓 度≥6%的乳化液作为拉丝润滑液,拉丝润滑液温度在20-60℃之间;
(4)水箱拉丝,将连拉后的铜包铝转移至水箱拉丝机进行拉丝,线径拉至0.91-1.7mm,每道模具按照8-12%减面率进行拉拔,采用浓度≥6%的乳化液作为拉丝润滑液;
(5)洗线,先采用煤油将铜包铝表面的拉丝润滑油清洗去除,煤油洗后再通过一道机油清洗,然后将铜包铝收到工字轮上;
(6)氨分解退火热处理,1)氨分解阶段,调节减压阀门使压力表显示为0.05-0.08MPa,氨分解温度800℃;2)退火阶段,将铜包铝装入真空井式退火炉中,先将炉内抽真空,将氨分解氮氢混合气体充入装有铜包铝的真空退火炉中,让整个退火炉充满氮氢混合气体,炉胆内气体压力达到0.02mPa时,开始打开排气口点火,调节排气量控制炉内气压保持0.02-0.03mPa,火苗高度保持15-20cm,气压要保持到退火终止,退火温度控制在355℃-360℃之间,加热3-3.5小时,再保温3小时;3)冷却阶段,保温时间到后打开风机冷却,冷却过程须持续通入氨分解气体并持续排气燃烧,控制炉内气压在0.02-0.03mPa,当炉内温度降到60℃左右后将炉内保护气体用真空泵抽出,贯通炉胆进出气阀,内外气压平衡后,开炉吊出退火后的铜包铝;
(7)抛光探伤,对退火后的铜包铝通过模具进行抛光,抛光过程中采用浓度≥6%乳化液作为拉丝润滑液,并用在线探伤装置对铜包铝线材表面进行在线检测,检测铜包铝漏铝点或者刮伤;
(8)防氧化并干燥,将抛光后的铜包铝进行防氧化处理;
(9)收线包装。
2.根据权利要求1所述的线径0.9mm以上软态铜包铝的生产工艺,其特征在于 第一、第二道工序采用820拉丝油或KJ-6100金属拉丝油作为拉丝润滑液。
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