CN115359971A - 导体绞合高温紧压成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜导体绞合成型处理方法，特别是一种导体绞合高温紧压成型工艺，先绞合成一定截面的绞合导体，然后对绞合导体进行加热，加热温度为270度‑600度，并在加热状态下进行紧压定型，最后冷却保护并收线。本发明的优点在于：高温受热状态下的紧压操作无需较大的机械耗能，且紧压空间更大，能够极大的减少或者消除导体单线之间的间隙，使得导体单线之间的线接触能够变成面接触，从而有效降低导体单线间的接触电阻，降低导体电阻率及电阻值，大大降低了设备耗能、提高了生产效率，避免了冷作硬化带来的影响，且导体电阻率较低，因此可以用相对较小的截面传输同样的电流从而达到节约铜材，提高效益的目的。

Description

导体绞合高温紧压成型工艺

技术领域

本发明涉及一种铜导体绞合成型处理方法，特别是一种导体绞合高温紧压成型工艺。

背景技术

在现有技术中，铜导体绞合成型处理采用单线拉丝再绞制紧压成型：首先进行单线拉丝生产，在拉丝工序的同时进行单线退火处理以降低单线电阻率，随后进行绞合紧压：提供依序排列的带有储线装置（或者放线装置）的绞笼、并线模、紧压定型模以及收线装置，绞笼将多股单线在冷状态下进行绞合，绞合后经由并线模进入紧压定型模进行处理，完成绞制（绞合+紧压定型）后通过收线装置进行收线储线。其中，绞合过程是将多股单线绞合成一股，紧压定型过程则是对绞合导体进行截面调整并增加单线间接触，因此绞制时铜导体将受到挤压、扭转、拉伸等作用产生变形，这也是一种冷作硬化的过程。

然而上述技术存在如下不足之处：一方面绞制产生的变形将造成单线电阻率的变大，导致绞合后铜导体的电阻值增加；另一方面，由于绞合产生的变形也会使得多股导体单线间的的线接触产生间隙，从而使得接触电阻变大，同样会使得绞合后铜导体的电阻值增加，虽然后续的紧压成型可以减少单线之间的间隙并增加单线之间的接触面，以减小单线间的接触电阻，但冷状态下的紧压操作不仅耗能大，且紧压空间十分有限，而且产生的冷作硬化也会使得导线发硬、电阻率增加，在此基础上绞合的单线越多电阻值也就越大；与此同时冷状态下的绞制还浪费了单线拉制时退火所消耗的能源。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种能够有效降低绞制后导体电阻值、降低耗能、避免耗能浪费的导体绞合高温紧压成型工艺。

本发明所述目的是通过以下途径来实现的：

导体绞合高温紧压成型工艺，其要点在于，包括如下步骤：

1）提供放线装置、绞线装置、并线模、导体加热器、紧压定型模、冷却器和绞线收线装置，上述各部件依序排列并组成紧压定型工艺生产线；其中铜单线根据成型所需股数分别安装到放线装置上；

2）放线装置展放的各股铜单线进入绞线装置，并在绞线装置中进行绞合，获得绞合导体，并经由并线模传送入导体加热器；

3）导体加热器对绞合导体进行加热，直至绞合导体温度达到设定温度，随后该高温状态的绞合导体进入紧压定型模中进行紧压成型；

4）成型后的绞合导体进入冷却器内并进行冷却；

5）冷却后的绞合导体经由冷却器后方出口端，到达绞线收线装置处进行卷收。

本发明采用了绞合导体在高温受热的状态下进行紧压方式，先对绞合后的导体进行加热，使其在高温受热状态下进入紧压操作，最后再进行冷却。本发明基于导体在高温状态下有更好的可塑性，因此高温下的紧压操作无需较大的机械耗能，且紧压空间更大，能够极大的减少或者消除导体单线之间的间隙，使得导体单线之间的线接触能够变成面接触，从而有效降低导体单线间的接触电阻，降低导体电阻率及电阻值，大大降低了设备耗能、提高了生产效率；而且高温作用下的导体相当于进行了一次退火，能够有效降低因绞合时冷作硬化的对导体的影响，以减小单线电阻率，提高塑性和韧性。在此基础上，由于本发明相比传统的工艺方法能够将同一截面导体的电阻值降低至少1%-2%，这样一来，可以用相对较小的截面传输同样的电流从而达到节约铜材，提高效益的目的。

本发明可以进一步具体为：

还包括一种对高温状态下的绞合导体实施防氧化的隔离装置，导体加热器、紧压定型模以及冷却器上均安装有该隔离装置，使得导体加热器、紧压定型模以及冷却器在隔离空气的状态下对铜导体进行防氧化的加热、紧压定型及其冷却。

利用隔离装置对高温状态的绞合导体隔离空气，这样可以有效保护绞合导体在紧压定型过程中处于保温状态，使其尽量不被氧化或者尽量较少氧化，还可避免导体在紧压定型时温度下降过多而产生冷作硬化效应。

必须强调的是，这种隔离不是绝对意义上的隔离，并非不能存在些微的氧气，不被氧化当然最好，但尽量减少被氧化并控制在容许的范围内，也是可行的。至于容许的范围，本领域技术人员根据现场实际能够明白。

一种是：

隔离装置为一种充满保护气体的管道。

这种管道或是方管、或是圆管、或是异型管。

或是导体加热器、紧压定型模及冷却器的走线部分均设置在该管道中，或是高温状态下的绞合导体穿行在此管道中。

当将导体加热器和/或紧压定型模安装于该管道中，该管道实质上已经是一种沿长度方向延伸的箱体，高温状态下的绞合导体便可在充满保护气体的箱体中直接接入紧压定型模；

而若只是高温状态下的绞合导体穿行在此管道中，则在紧压定型模中的各传送部件之间通过充满保护气体的管道连接，绞合导体穿在该充满保护气体的管道中，同样的，导体加热器与紧压定型模之间、紧压定型模与冷却器之间，也可以都是通过这种充满保护气体的管道连接，使高温状态的绞合导体穿在该充满保护气体的管道中。

所述隔离装置管道外接保护气体储气罐或者保护气体气体发生器。

该储气罐或气体发生器的保护气体或者为氮气、或者为不具放射性的惰性气体、或者为蒸汽。

上述不具放射性的惰性气体的最佳选择或者为氦气、或者为氩气。

另一种是：

所述隔离装置为一种高浓度润滑剂滴放装置，其设置于导体加热器和/或紧压定型模中，其中所述紧压定型模中，各传送部件之间均采用高浓度的润滑液对高温状态下的铜杆进行润滑和保护。

所述高浓度的润滑液只需少量滴入，滴入后在高温导体表面产生汽化，进一步在导体表面形成一层油膜，可以避免紧压定型时被带走过多的热量，以保证紧压定型时的导体温度处于预定温度范围（一般下降范围不超过50℃），避免导体温度下降过多而产生冷作硬化效应。另一方面，汽化的水蒸气也可以挤走高温导体表面的空气，使之避免被氧化。

以上两种隔离方案可以根据情况分别适用于导体加热器、紧压定型模以及冷却器。

所述冷却器为一种气体冷却通道，采用保护气体冷却对导体进行冷却。

高温绞制后的导体需要确保降温的同时不被氧化。此时的气体冷却通道实际上是一种前述的内有充满保护气体的隔离装置。

所述冷却保护通道包括有水冷保护通道和气体冷却通道，成型后的绞合导体在水冷保护通道中降温至120度左右，进入气体冷却通道进一步冷却至设定温度，此时的气体冷却通道同样是一种前述的隔离装置。

所述紧压定型模或者为辊压装置、或者为拉伸紧压装置。

辊压装置采用横立双辊压模式，对导体进行压紧处理；拉伸紧压装置则是通过变径孔道对导体进行紧压和线径调整。

导体加热器的预热温度为270℃-600℃。

铜导体在加热状态下进行拉伸或轧制，不存在冷作硬化效应导致导体电阻率上升的问题，因而不需要现有单线拉伸工艺流程的单线退火过程，既简化了生产流程，又避免了冷作硬化效应的影响。

导体加热器的预热温度优选为450℃-550℃，导线最佳操作温度为500℃。

综上所述，本发明提供了一种导体绞合高温紧压成型工艺，先绞制成一定截面的绞合导体，然后进行加热，使绞合导体能够在高温状态下进行紧压定型，最后冷却保护。本发明同现有的绞前单线退火后直接绞制工艺相比，避免了冷作硬化带来的影响，有效减小导体电阻率、减小导体单线间的接触电阻值、降低了设备耗能、提高了生产效率；且导体电阻率较低，因此可以用相对较小的截面传输同样的电流从而达到节约铜材，提高效益的目的。

附图说明

图1为本发明所述导体绞合高温紧压成型工艺的流程结构示意图。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

具体实施方式

最佳实施例：

参照附图1，导体绞合高温紧压成型工艺，包括如下步骤：

1）提供一放线装置1、绞线装置2、并线模4、导体加热器6、紧压定型模7、冷却器9和绞线收线装置，上述各部件依序排列并组成紧压定型工艺生产线。铜单线拉丝成线后，根据成型所需股数分别安装到放线装置1和绞线装置2上；放线装置1与绞线装置2可以采用绞笼结构系统整合，此时放线装置1作为储线装置安置在绞笼上，绞笼作为绞线装置2带动放线装置1边转动边绞合；

2）提供一种对高温状态下的绞合导体实施防氧化的隔离装置，分别设置在导体加热器6、紧压定型模7以及冷却器9上。在导体加热器6和紧压定型模7上，该隔离装置其为一种充满保护气体的保护管道8，该保护管道8呈沿长度方向延伸的箱体；所述导体加热器6与紧压定型模7均位于保护管道8中；保护管道8也可以设置成两段管道，并通过气密管连通，导体加热器6设置在前一段管道中，而紧压定型模7则设置在后一段管道中。而在冷却器9中，该隔离装置则作为气体冷却通道。考虑导体加热器和紧压定型模的体积，隔离方案也可以是：在导体加热器上采用整体设置在隔离的保护管道中，或者是采用走线部分设置在隔离的保护管道中；而紧压定型模则采用走线部分设置在隔离的保护管道中，或者采用高浓度润滑剂滴放装置进行隔离保护。

绞线收线装置包括牵引机10和收线机11，牵引机10位于冷却保护管道9后方出口端；整个气体保护管道8内填充有正压力氮气作为保护气体；

所述冷却器9包括有相互连通的水冷保护通道和气体冷却通道；水冷保护通道中采用1%～3%的异丙醇水溶液作为冷却剂；

3）放线装置1展放的铜单线进入绞线装置2，绞线装置2开始进行绞合，最终获得绞合导体5；然后经由并线模4接入导体加热器6所在的保护管道8中，

4）导体加热器6开始加热绞合导体5使之并达到预设温度（550-600°C）后，高温状态下的绞合导体5经由前一段保护管道8后端气密管道进入紧压定型模7所在的后一段保护管道中；

5）高温状态下的绞合导体5在紧压定型模7中进行或辊压、或拉拔定型，

6）成型后的绞合导体5进入冷却器9内并进行冷却：先在水冷保护通道中降温至120度后，再进入气体冷却通道进一步冷却至设定温度；

7）冷却后的绞合导体5经由冷却器9后方出口端，到达牵引机10和收线机11，在牵引机10的牵引下进入收线机11进行卷收。

以标称截面为400mm2的绞合铜导体为例，先在拉丝工序生产61盘Ø2.96mm的未退火铜单线，再在绞线机上分四组绞线装置2进行分层绞制，绞合导体5在保护管道8中经导体加热器6加热后，在高温状态下经紧压定型模7进行紧压、拉伸，最后冷却并收卷在绞线收线装置9上。各段绞制并线模4孔径依次为Φ8.9mm、Φ14.8mm、Φ20.7mm、Φ26.6mm，绞合导体5的拉拔前预热温度为 500℃左右，紧压定型模孔径为Φ22.8mm。经测试，所生产导体称重截面平均值为377.1mm²，导体20℃直流电阻值为0.0459Ω/km，符合国家标准≤0.0470Ω/km的要求，相比传统工艺方法的导体电阻值低1%。

本发明未述部分与现有技术相同。

Claims (10)

1.导体绞合高温紧压成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1）提供放线装置、绞线装置、并线模、导体加热器、紧压定型模、冷却器和绞线收线装置，上述各部件依序排列并组成紧压定型工艺生产线；其中铜单线根据成型所需股数分别安装到放线装置上；

2）放线装置展放的各股铜单线进入绞线装置，并在绞线装置中进行绞合，获得绞合导体，并经由并线模传送入导体加热器；

3）导体加热器对绞合导体进行加热，直至绞合导体温度达到设定温度，随后该高温状态的绞合导体进入紧压定型模中进行紧压成型；

4）成型后的绞合导体进入冷却器内并进行冷却；

5）冷却后的绞合导体经由冷却器后方出口端，到达绞线收线装置处进行卷收。

2.根据权利要求1所述的导体绞合高温紧压成型工艺，其特征在于，还包括一种对高温状态下的绞合导体实施防氧化的隔离装置，导体加热器、紧压定型模以及冷却器上均安装有该隔离装置，使得导体加热器、紧压定型模以及冷却器在隔离空气的状态下对铜导体进行防氧化的加热、紧压定型及其冷却。

3.根据权利要求2所述的导体绞合高温紧压成型工艺，其特征在于，隔离装置为一种充满保护气体的管道，或是方管、或是圆管、或是异型管。

4.根据权利要求3所述的导体绞合高温紧压成型工艺，其特征在于，导体加热器、紧压定型模及冷却器的走线部分均设置在充满保护气体的管道中，或是高温状态下的绞合导体穿行在此充满保护气体的管道中。

5.根据权利要求3所述的导体绞合高温紧压成型工艺，其特征在于，导体加热器和/或紧压定型模安装于所述充满保护气体的管道中，此时该管道呈一种沿长度方向延伸的箱体。

6.根据权利要求3所述的导体绞合高温紧压成型工艺，其特征在于，隔离装置外接保护气体储气罐或者保护气体气体发生器，该储气罐或气体发生器的保护气体或者为氮气、或者为不具放射性的惰性气体、或者为蒸汽。

7.根据权利要求2所述的导体绞合高温紧压成型工艺，其特征在于，所述隔离装置为一种高浓度润滑剂滴放装置，其设置于导体加热器和/或紧压定型模中，其中所述紧压定型模中，各传送部件之间均采用高浓度的润滑液对高温状态下的铜杆进行润滑和保护。

8.根据权利要求1所述的导体绞合高温紧压成型工艺，其特征在于，所述冷却保护通道包括有水冷保护通道和气体冷却通道，成型后的绞合导体在水冷保护通道中降温至120度左右，进入气体冷却通道中进一步冷却至设定温度。

9.根据权利要求1所述的导体绞合高温紧压成型工艺，其特征在于，导体加热器的预热温度为270℃-600℃。

10.根据权利要求1所述的导体绞合高温紧压成型工艺，其特征在于，导体加热器的预热温度为450℃-550℃。

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