CN105869786B - 一种复合芯半硬态铝绞线及其制造方法 - Google Patents

一种复合芯半硬态铝绞线及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合芯半硬态铝绞线及其制造方法，步骤一：加工制得铝杆；步骤二：对铝杆拉制成硬态铝线；步骤三：将硬态铝线高温热处理制成半硬态铝线；步骤四：将多根半硬态铝线与碳纤维复合芯同心绞合成碳纤维复合芯半硬态铝绞线成品。本发明将复合芯和中间态铝线结合，并提供了具体工艺，生产出来的碳纤维复合芯半硬态铝绞线具有拉断力大、拉重比大、导电性能好、表面硬度较大、敷设时不易擦伤和弧垂小等特点，大大提高线路安全性。

Description

一种复合芯半硬态铝绞线及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种复合芯半硬态铝绞线及其制造方法。
背景技术
纤维增强树脂基复合导线因其具有质量轻、抗张强度大、耐温高、高比模、线膨胀系数小等特点，在电力输送受到人们的广泛关注及逐步推广应用。
目前纤维增强树脂基复合导线一种主要为纤维增强树脂基复合芯软铝导线。该导线结构为复合芯外采用软铝导体，软铝导体因其电阻率相对普通硬铝导体要低，导电率能达到62.5～63.5％IACS，相对于普通的硬铝线其导电率提高1％～2％。有统计资料显示，导电率提高1％，输电线路的损耗将降低1％左右，因此，为提高电能传输效率通常选择采用复合芯软铝导线。然而软铝导体的一个主要缺点是其质地相对较软，表面硬度相对较低，施工过程中极易造成导线表面擦伤，导致导线表面不光滑，容易产生电晕，从而形成电晕损耗造成电能的浪费；同时，软铝的强度相对较低，软铝的强度一般在50～90MPa，在导线架设和运行过程中铝部分发挥的力较小，导致导线整根拉断力相对较低。
另外，我们为了改进软铝导体质地相对较软，表面硬度相对较低、强度小的缺点，为此，我们开发了强度相对较大的硬铝线与复合芯相配合，采用硬铝线与复合芯配合，大大提高了导线耐摩擦力，但是，由于硬铝线伸长率较小，一般为1.5～2.0％，当硬铝线与复合芯配合受力时，往往会造成复合芯还未完全受力而铝丝断裂，从而不能发挥复合芯高抗拉的特性，为此，为了提高硬铝线的伸长率，发挥复合芯的强度优势，我们又开发了复合芯高伸率硬铝绞线，同时，为了不降低硬铝线的强度、提高硬铝线的伸长率，不得不在铝里面添加提高伸率的合金元素，如铁、镁等，这些元素的添加，势必造成导体电阻的下降，因此高伸率硬铝的导电率一般在(60～61)％IACS左右，因此，线路损耗相对较大。
因此由上述分析可知，为了克服现有复合导线的缺点。因此，需要开发一种能实现复合芯和外面的导电层完美结合的导线，即能充分发挥复合芯力的性能优势，提高导线拉重比，增加架设档距，又要降低敷设时被擦伤的风险，能满足在各种条件下应用，同时又能大幅度降低线路损耗的低成本的新型复合导线是业内的研发方向。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种导电性能好、强度大、方便施工的一种复合芯半硬态铝绞线的制造方法。
实现本发明第一个目的的技术方案是一种复合芯半硬态铝绞线的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：加工制得铝杆，将铝杆的性能控制在直径为9.50～12.00mm、20℃导体电阻率≤0.02780Ω·mm2/m、抗张强度为110～150MPa，伸长率≥8.0％；
步骤二：将铝杆加工制得硬铝单线，将硬铝单线性能控制在其直径或等效直径为2.50～6.00mm、20℃导体电阻率≤0.02800Ω·mm2/m、抗张强度170～200MPa；
步骤三：将硬铝单线进行高温时效处理，制得半硬态铝线，半硬态铝单线的性能控制在20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m、抗张强度≥120MPa、伸长率≥5.0％；
步骤四：将多根半硬态铝单线与纤维增强树脂基复合芯经框式绞线机按照需要的绞合方式进行绞合，形成纤维增强树脂基复合芯位于内部，半硬态铝单线绞合层位于纤维增强树脂基复合芯外部的复合芯半硬态铝绞线成品；绞合后的复合芯半硬态铝绞线20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m、抗张强度≥115MPa、伸长率≥4.0％、导电率≥62.5％IACS。
所述步骤一加工制得铝杆的方法为：将铝锭通过熔炼、成分配置、连铸连轧工序形成强度为110～150MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆；其中各成分质量百分数控制在：Fe：0.14～0.18％、稀土：0.01～0.03％、Si≤0.03～0.06％、V+Ti+Mn+Cr≤0.015％，其余为铝和不可避免的杂志，铝合金液保温温度为730～760℃，浇铸温度为680～700℃，入轧温度为450～500℃。
所述步骤二加工制得铝单线的方法为：将铝杆通过拉丝拉拔成各种规格、各种形状的铝单线，拉丝各道延伸系数为1.20～1.50。
所述步骤三中，将铝单线放入时效炉中进行时效处理，时效温度为240～280℃，时效时间为2～8h，时效后自然冷却至室温。
所述半硬态铝线绞合层采用紧密绞合方式或者采用疏绕方式。
本发明的第二个目的是解决现有技术存在的问题，提供一种碳纤维复合芯半硬态铝绞线。
实现本发明第二个目的的技术方案是一种碳纤维复合芯半硬态铝绞线，包括位于内部的纤维增强树脂基复合芯和外部绞合的半硬态铝线绞合层；所述半硬态铝线绞合层的半硬态铝单线为圆形线、或者型线、或者圆形线和型线的组合体；所述内纤维增强树脂基复合芯的抗拉强度为1800～3200MPa，伸长率为1.5％～3.5％，Tg≥150℃；所述纤维增强树脂基复合芯由单一纤维或者两种或者两种以上纤维材料组合；纤维增强树脂基复合芯为一根或者两根或者两根以上。绞合后的各半硬态铝单线≤0.027585Ω·mm2/m、抗张强度≥115MPa、伸长率≥4.0％、导电率≥62.5％IACS。所述半硬态铝单线可以是圆形线，也可以为型线，如：截面为“凹”形、“凸”形、梯形或瓦形，也可以是圆形和型线的组合体；所述绞合的半硬态铝单线线可以采用紧密绞合方式，也可以采用疏绕方式；
采用了上述技术方案后，本发明具有以下的优点：(1)为了将复合芯和铝线两种材料发挥最大的力学性能，必须确保外面的铝线的伸长率与复合芯的伸长率同步，为了提高铝线的伸长率，又要提高铝单线导电性能，本发明创新的提出了一种半硬态铝线，并确定了复合性能要求的半硬态铝线的各项性能参数：20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m、抗张强度≥115MPa、伸长率≥4.0％、导电率≥62.5％IACS，根据这个性能要求，设计出合适的工艺和配方，不仅大大提高导线的整根拉断力，而且可以解决常规纤维增强树脂基复合芯软铝导线表面硬度低，在敷设过程中容易擦伤等问题，同时大大降低线路损耗，提高线路输送能力，不仅也可满足大档距、大风区等环境恶劣的输电线路要求，同时又实现线路的节能环保。
(2)经过反复试验分析论证，本发明的工艺是达到本发明目的的最佳方法，任何一步达不到本发明的要求，最终的成品性能都会有至少一个指标达不到成品的要求。在铝导体中，对铝本身性能影响较为关键的是铁、稀土、硅、V+Ti+Mn+Cr，其成分稍有变化，产品的性能就会有较大的变化。在本发明提出的成分范围内波动，则确保可以满足半硬态铝丝能满足要求，如Fe控制在0.14～0.18％，如果达到0.19％，半硬态铝丝的电阻率会超标或者合格率较低，如果0.13％或更小，半硬态铝丝的强度很难达到115MPa的要求，同时成分与工艺必须配合使用，因此本发明是对工艺和配方的联合创新，而且本发明的工艺成熟、效率最高。
(3)本发明不仅保证了半硬态导电率达到62.5％IACS，抗张强度≥120MPa、伸长率≥5.0％，实现导电层与复合芯伸率相匹配，提高了导线整根拉断力，同时导电率比硬铝线提高3％，大大降低了线路损耗，而且本发明的结构多样，可以根据使用场合灵活选择。
具体实施方式
本实施例的复合芯半硬态铝绞线的制造方法以下步骤：
步骤一：加工制得铝杆，将铝杆的性能控制在直径为9.50～12.00mm、20℃导体电阻率≤0.02780Ω·mm2/m、抗张强度为110～150MPa，伸长率≥8.0％；将铝锭通过熔炼、成分配置、连铸连轧工序形成强度为110～150MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆；其中各成分质量百分数控制在：Fe：0.14～0.18％、稀土：0.01～0.03％、Si≤0.03～0.06％、V+Ti+Mn+Cr≤0.015％，其余为铝和不可避免的杂志，铝合金液保温温度为730～760℃，浇铸温度为680～700℃，入轧温度为450～500℃。如果Fe达到0.19％，半硬态铝丝的电阻率会超标或者合格率较低，如果0.13％或更小，半硬态铝丝的强度很难达到115MPa的要求。
步骤二：将铝杆加工制得硬铝单线，将硬铝单线性能控制在其直径或等效直径为2.50～6.00mm、20℃导体电阻率≤0.02800Ω·mm2/m、抗张强度170～200MPa；将铝杆通过拉丝拉拔成各种规格、各种形状的铝单线，拉丝各道延伸系数为1.20～1.50。
步骤三：将硬铝单线进行高温时效处理，制得半硬态铝线，半硬态铝单线的性能控制在20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m、抗张强度≥120MPa、伸长率≥5.0％；将铝单线放入时效炉中进行时效处理，时效温度为240～280℃，时效时间为2～8h，时效后自然冷却至室温。
步骤四：将多根半硬态铝单线与纤维增强树脂基复合芯经框式绞线机按照需要的绞合方式进行绞合，形成纤维增强树脂基复合芯位于内部，半硬态铝单线绞合层位于纤维增强树脂基复合芯外部的复合芯半硬态铝绞线成品；绞合后的复合芯半硬态铝绞线20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m、抗张强度≥115MPa、伸长率≥4.0％、导电率≥62.5％IACS。半硬态铝线绞合层采用紧密绞合方式或者采用疏绕方式。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种复合芯半硬态铝绞线的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：加工制得铝杆，将铝杆的性能控制在直径为9.50～12.00mm、20℃导体电阻率≤0.02780Ω·mm2/m、抗张强度为110～150MPa，伸长率≥8.0％；
步骤二：将铝杆加工制得硬铝单线，将硬铝单线性能控制在其直径或等效直径为2.50～6.00mm、20℃导体电阻率≤0.02800Ω·mm2/m、抗张强度170～200MPa；
步骤三：将硬铝单线进行高温时效处理，制得半硬态铝线，半硬态铝单线的性能控制在20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m、抗张强度≥120MPa、伸长率≥5.0％；
步骤四：将多根半硬态铝单线与纤维增强树脂基复合芯经框式绞线机按照需要的绞合方式进行绞合，形成纤维增强树脂基复合芯位于内部，半硬态铝单线绞合层位于纤维增强树脂基复合芯外部的复合芯半硬态铝绞线成品；绞合后的复合芯半硬态铝绞线20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m、抗张强度≥115MPa、伸长率≥4.0％、导电率≥62.5％IACS。
2.根据权利要求1所述的一种复合芯半硬态铝绞线的制造方法，其特征在于：所述步骤一加工制得铝杆的方法为：将铝锭通过熔炼、成分配置、连铸连轧工序形成强度为110～150MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆；其中各成分质量百分数控制在：Fe：0.14～0.18％、稀土：0.01～0.03％、Si≤0.03～0.06％、V+Ti+Mn+Cr≤0.015％，其余为铝和不可避免的杂志，铝液保温温度为730～760℃，浇铸温度为680～700℃，入轧温度为450～500℃。
3.根据权利要求1所述的一种复合芯半硬态铝绞线的制造方法，其特征在于：所述步骤二加工制得铝单线的方法为：将铝杆通过拉丝拉拔成各种规格、各种形状的铝单线，拉丝各道延伸系数为1.20～1.50。
4.根据权利要求1所述的一种复合芯半硬态铝绞线的制造方法，其特征在于：所述步骤三中，将铝单线放入时效炉中进行时效处理，时效温度为240～280℃，时效时间为2～8h，时效后自然冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的一种复合芯半硬态铝绞线的制造方法，其特征在于：所述半硬态铝线绞合层采用紧密绞合方式或者采用疏绕方式。
6.一种碳复合芯半硬态铝绞线，其特征在于：由权利要求5所述的方法制得，包括位于内部的纤维增强树脂基复合芯和外部绞合的半硬态铝线绞合层；所述半硬态铝线绞合层的半硬态铝单线为圆形线、或者型线、或者圆形线和型线的组合体；所述内部的纤维增强树脂基复合芯的抗拉强度为1800～3200MPa，伸长率为1.5％～3.5％，Tg≥150℃；所述纤维增强树脂基复合芯由单一纤维或者两种或者两种以上纤维材料组合；纤维增强树脂基复合芯为一根或者两根或者两根以上。
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