CN201717018U

CN201717018U - 连续冶金复合的铜包铝排

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Publication number: CN201717018U
Application number: CN2009200158630U
Authority: CN
Inventors: 谢洪善; 刘元和
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2019-07-24

Abstract

本实用新型涉及一种连续冶金复合的铜包铝排，包括铝排芯和铜皮覆盖层，所述铜皮覆盖层无缝包覆并压合于铝排芯的四周表面上，其特征在于所述铝排芯和铜皮覆盖层的结合处形成冶金结合的复合层，并且铜皮覆盖层的厚薄均匀。本实用新型通过连续化，自动化生产设备和连续冶金复合的生产工艺，使铜皮覆盖层和铝排芯的收缩变形均匀，铜皮覆盖均匀，固相结合力好，导电性好，机械性强度高，从而获得了更高的性价比，并且所述铜包铝排的规格多样，适用广泛。

Description

连续冶金复合的铜包铝排

技术领域

本实用新型涉及一种按形状区分的导电物体，尤其涉及连续冶金复合的铜包铝排。

背景技术

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。

现有的母线排包括铜排、铝排和铜包铝排，三者的优缺点比较如下：

	优点	缺点
			铜排	导电率好，机械强度高	成本高，密度大
铝排	安全性和可靠性好，安装简便	铜铝接触性能差，抗酸碱性差，机械强度低，电损耗大
			铜包铝排	耐腐蚀性好，接头性能好，重量轻，便于安装、运输，成本低	加工技术要求高，复合层结合力差

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。可以预见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。

目前铜包铝排的只限于一些小规格的产品，大规格铜包铝排的生产技术目前正处于工艺研究中。

实用新型内容

鉴于现有技术所存在的上述问题，本实用新型旨在公开一种连续冶金复合的铜包铝排，具有固相结合力好，铜皮覆盖均匀。

本实用新型的技术解决方案是这样实现的：

一种连续冶金复合的铜包铝排，包括铝排芯和铜皮覆盖层，所述铜皮覆盖层无缝包覆并压合于铝排芯的四周表面上，其特征在于所述铝排芯和铜皮覆盖层的结合处形成冶金结合的复合层，并且铜皮覆盖层的厚薄均匀。

所述铜包铝排的横截面为矩形带圆角过渡，或为曲边矩形，即两个等长并且相互平行的边并在其两端以对称外凸的圆弧或半圆连接所形成。

所述铜皮覆盖层的表面有镀锌层。

所述的连续冶金复合的铜包铝排，其规格为112mm*12.5mm以下。

与现有技术相比，本实用新型所公开的连续冶金复合的铜包铝排，采用连续包覆和连续轧制后进行扩散热处理的方法获得，具有显著的技术效果：

铜皮覆盖层和铝排芯的收缩变形均匀，铜皮覆盖均匀，固相结合力好，导电性好，机械性强度高，从而获得了更高的性价比；

而且成材率高，适用广泛，不仅适用于小规格铜包铝排的生产，而且适合大规格铜包铝排的生产，经济效益可观。

附图说明

图1-图3分别是本实用新型的具体实施例的截面示意图。

图4是所述具体实施例的生产设备中的轧机的结构示意图；

图5是所述具体实施例的生产流水线示意图。

具体实施方式

一种连续冶金复合的铜包铝排，如图1所示，包括铝排芯和铜皮覆盖层，所述铜皮覆盖层无缝包覆并压合于铝排芯的四周表面上，其特征在于所述铝排芯和铜皮覆盖层的结合处形成冶金结合的复合层，并且铜皮覆盖层的厚薄均匀。

所述铜包铝排的横截面为矩形带圆角过渡，如图1所示；

或者所述铜包铝排的横截面为类似环形跑道的形状即两个等长并且相互平行的边并在其两端以对称外凸的圆弧的曲边矩形，如图2所示；

或所述外凸的圆弧为半圆的曲边矩形，如图3所示。

所述的连续冶金复合的铜包铝排，其规格为112mm*12.5mm或100mm*10mm。

所述连续冶金复合的铜包铝排的生产设备，包括坯料预处理装置、连续包覆设备、焊接设备、连轧设备和热处理设备，彼此之间通过夹送辊和导卫装置连接；

所述的预处理装置包括坯料校直装置，铜皮清洗装置，打毛装置，铣床；

所述的连续包覆设备和焊接设备有充满惰性气体的密封罩保护，并包括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最后用于压平铜皮的0°平辊，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°；

所述的连轧设备包括4-7台轧机，其中每台轧机，如图4所示，包括上下两个相互平行的平辊、左右两个相互平行的立辊、机架和机座；所述四个轧辊轴的中心线在同一垂直面内；相邻轧机通过导卫装置连接；

所述机架包括左右两片，通过四根Φ16拉杆连接并以螺栓固定连接成一体，再以12个螺栓固定于机座上；所述左右两个立辊通过轴承座分别固定于左片机架和右片机架上，并沿其对应的滑板滑动以调整左右间距再通过螺栓紧固；所述上下两个平辊通过轴承座支撑于左右两片机架上，并沿其对应的滑板滑动以调整上下间距再通过螺栓紧固；由此，上下两轴间距和左右两轴间距均可调整。

每台轧机分别由交流变频电机驱动，自动变频调速，电机通过减速箱带动传导箱的两个输出端分别通过万向联轴节连接两个平辊输入端，并通过伞齿轮带动所述立辊同转速旋转；所述伞齿轮分别通过螺栓固定于所述下平辊和立辊上；所述四个轧辊的直径相等，平辊和立辊的接触面成45°；由此，四根轴以同一动力驱动，转速相同。由四个轧辊的辊环分别与其对应的辊轴过渡配合，侧面以6个螺丝固定，所述四个辊环所围成的孔型是封闭的，没有辊缝，四个辊侧面接触部分，线速度相同，属纯滚动，从而实现了纯挤压过程，一方面使得轧件不会出现耳子，另一方面保证了轧制力均匀，铜与铝的结合均匀，复合质量显著提高。根据不同规格尺寸要求，可以更换辊环，而其它结构不动。

每台轧机的电机、减速机、传导箱、万向联轴节都是一样的，轧机的结构也都是一样的，唯一不同之处即在于辊环的形状和尺寸，并且整个轧机的易损件就是辊环(一般只有十多公斤重)，因为是连续轧制，并且内孔一致，轧机具有互换性，则排在后面的轧机辊环磨损超出允许范围，则可经修磨后，将其换至前一台轧机的位置，依次类推，则只换一件即可，拆换十分方便；而且由于机架的两片组合式设计，保证了在更换轧机时，无需截断铜包铝排，只要把四个拉杆卸下，地脚螺栓卸下，轧机即可抽出；安装新轧机时，将两片机架分别自两边定位后，通过四个拉杆和螺栓将其连成一体后，再用地脚螺栓将其把在机座上即可。上述更换的方式，大大缩短了更换轧机的时间，降低消耗，大大提高了生产效率和成材率。

所述轧机的轧制力在15T左右，选用电机为18.5kW。

根据加工规格的不同要求，以四台轧机连轧为例，第一、二、三台轧机均压6mm，无间隙纯挤压，第四台轧机进行整形，可加工生产112mm*12.5mm规格的铜包铝排。

以六台连轧为例，前五台轧机连接实现无间隙纯挤压，第六台轧机进行整形，获得100mm*10mm规格的铜包铝排。

根据不同用户的不同需求，铜包铝的截面形状，可以是矩形配以圆角过渡，也可以类似跑道的形状即两个等长并且相互平行的边在两端以对称外凸的圆弧或半圆连接所形成的曲边矩形，还可以根据用户的特殊需求生产异形铜包铝排。

以小规格的铝排坯料(60*8毫米以下)为例，如图5所示，使用盘卷，在第一盘卷I使用完之前，盘卷II首端与盘卷I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I放完之前，铜盘卷II首端与铜盘卷I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I的作用，坯料开卷和送入校直机，校直机担负校直铝排作用，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I，轧机I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II与轧机III，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，配合探伤仪的在线检测，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，一般的铜包铝密度为3.04-3.91，用这种工艺生产的铜包铝排的密度可达到4.00-4.2，如果改变铜层密度，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。所心本产品完全可以用在高压电的部件上。

为防氧化防腐蚀考虑，所述铜包铝排进行表面镀锌处理。

所述铜包铝排弯曲效果好，弯曲时在弯曲处铜和铝不会分离。

以焊机的焊接速度为10m/min为例，作业率88％，成品率达到96％，两班作业情况下，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，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种连续冶金复合的铜包铝排，包括铝排芯和铜皮覆盖层，所述铜皮覆盖层无缝包覆并压合于铝排芯的四周表面上，其特征在于所述铝排芯和铜皮覆盖层的结合处形成冶金结合的复合层，并且铜皮覆盖层的厚薄均匀。

2.根据权利要求1所述的连续冶金复合的铜包铝排，其特征在于所述铜包铝排的横截面为矩形带圆角过渡，或为曲边矩形，即两个等长并且相互平行的边并在其两端以对称外凸的圆弧或半圆连接所形成。

3.根据权利要求1或2所述的连续冶金复合的铜包铝排，其特征在于所述铜皮覆盖层表面有镀锌层。

4.根据权利要求1或2所述的连续冶金复合的铜包铝排，其特征在于其规格为112mm*12.5mm以下。