PL225184B1 - Sposób wytwarzania linki bimetalowej - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania linek bimetalowych polega na tym, że drut płaszczowy stal/Cu o średnicy w zakresie 3,0 do 1,6 mm, o udziale wagowym miedzi 15 do 70% charakteryzujący się wytrzymałością na rozciąganie Rm = 340 - 700 MPa i wydłużeniem A100 = 2 - 24% po wyżarzeniu w temperaturze 650°C w czasie 3 h w atmosferze ochronnej zawierającej 5% wodoru i 95% azotu, poddaje się operacji ciągnienia z gniotem jednostkowym 12 - 16% na ciągarce wielostopniowej do uzyskania drutu o średnicy w zakresie 1,0 do 0,1 mm z gniotem sumarycznym 98 - 99%, który następnie wyżarza się elektrycznie w piecu przelotowym, stosując natężenie prądu 77 - 95 A, przy prędkości ciągnienia wynoszącej 5 m/s w atmosferze ochronnej zawierającej 99,2% azotu, aż do uzyskania drutu o średnicy końcowej w zakresie 1,0 do 0,1 mm, posiadającego wytrzymałość na rozciąganie Rm = 350 MPa i wydłużenie 21 - 24%, i tak wytworzony drut poddaje się skręcaniu w wielożyłową linkę.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania linki bimetalowej z drutów płaszczowych stalmiedź przeznaczonych na przewody elektryczne stosowane m.in. w kolejnictwie.

Znana jest z polskiego zgłoszenia patentowego P.320838 lina stalowa wykonana ze splotek dwuwarstwowych, w których pomiędzy drutami w obydwu warstwach splotki zachowane są szczeliny, charakteryzująca się tym, że szczelina pomiędzy drutami w pierwszej warstwie splotek wynosi od 0,02 do 0,04 mm, a w drugiej warstwie splotek i szczelina pomiędzy drutami wynosi od 0,05 do 0,08 mm, zaś szczelina pomiędzy splotkami wynosi od 0,3 do 0,4 mm, przy czym stosunek długości skoków zwicia splotek do średnicy liny lub warstwy, które one tworzą wynosi od 6,2 do 6,6.

Znana jest z polskiego zgłoszenia patentowego P.320837 lina stalowa ze splotek jednowarstwowych charakteryzująca się tym, że szczelina pomiędzy drutami w splotce wynosi b = 0,02 do 0,04 mm, zaś szczelina pomiędzy splotkami wynosi a = 0,1 do 0,3 mm, przy czym stosunek długości skoków zwicia splotek do średnicy liny lub warstwy, które one tworzą wynosi od 6,2 do 6,5.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL209391 sposób wytwarzania drutów bimetalowych posiadających rdzeń z niklu otoczony warstwą stalową. Polega on na tym, że materiały wyjściowe, którymi jest taśma stalowa i drut z niklu, prostuje się i odtłuszcza a następnie poddaje się je procesowi aktywacji powierzchni, po czym oczyszcza się je podciśnieniowo. Następnie taśmę zwija się w rurkę i wprowadza do niej rdzeń a tak otrzymany kompozyt poddaje się wstępnemu wyżarzaniu, polegającemu na nagrzewaniu kompozytu z prędkością 5-7 stopni na minutę do temperatury 650-750°C i wygrzaniu go w niej przez 1-2 godzin a następnie chłodzeniu do temperatury otoczenia z prędkością 5-10 stopni na minutę. Tak wstępnie wyżarzony kompozyt podaje się naprzemiennym operacjom ciągnienia i wyżarzania. Po końcowym ciągnieniu ze zgniotem jednostkowym 8-15% w pojedynczych ciągach oraz z sumarycznym zgniotem 35-70%, otrzymany drut bimetalowy, po ewentualnym odtłuszczeniu, korzystnie pokrywa się warstwą miedzi i otuliną zawierającą topniki.

Z polskiego zgłoszenia wynalazku P.403307 znany jest sposób wytwarzania drutów bimetalowych, w którym taśmę zwija się w rurkę i jednocześnie wprowadza się do rurki rdzeń, po czym łączy się krawędzie rurki w sposób ciągły, korzystnie w atmosferze ochronnej, a otrzymany kompozyt, w postaci drutu, poddaje się operacjom ciągnienia i wyżarzania uzyskując drut bimetalowy, charakteryzuje się tym, że wyjściowa taśma miedziana zawierająca min. 99,95% Cu, odtłuszczona i poddana procesowi aktywacji powierzchni usuwającemu pasywną warstwę zewnętrzną po oczyszczaniu podciśnieniowym zwijana jest w rurkę szczelinową, której krawędzie łączy się metodą spawania TIG wprowadzając do niej w sposób ciągły wytrawiony wcześniej w roztworze NaOH o stężeniu 1-12% rdzeń aluminiowy poddany dodatkowo w linii spawalniczej prostowaniu i aktywowaniu powierzchni w procesie szczotkowania i oczyszczenia podciśnieniowego. Po czym wytworzony kompozyt bimetalowy poddaje się operacjom ciągnienia z gniotem jednostkowym 10-20% w pojedynczych ciągach aż do uzyskania sumarycznego gniotu 70-99%, a następnie poddaje się go wyżarzaniu, polegającemu na nagrzewaniu kompozytu z prędkością 5-7 stopni na minutę do temperatury 200-400°C i wygrzaniu go w niej przez 0,1-1 godzin, chłodzeniu do temperatury otoczenia z prędkością 5-10 stopni na minutę, ciągnieniu z gniotem jednostkowym 10-17% aż do uzyskania końcowej średnicy drutu przy sumarycznym gniocie wynoszącym 80-95%.

Znane są linki i sploty miedziane oraz metody ich wytwarzania polegające na przygotowaniu drutu miedzianego o odpowiedniej średnicy i odpowiednich właściwościach wytrzymałościowych otrzymanych w procesie ciągnienia i obróbki cieplnej w przelotowym piecu elektrycznym i następnie skręceniu określonej liczby pojedynczych drutów w linkę. Uzyskana w ten sposób linka posiada ograniczone własności wytrzymałościowe, niską odporność na przeginanie i ograniczoną żywotność ek sploatacyjną. Szczególnie w warunkach infrastruktury kolejowej linki miedziane w trakcie eksploatacji narażone są na przerwania lub uszkodzenia. Ponadto linki miedziane często są przedmiotem kradzieży. Uszkodzenie linki miedzianej lub jej kradzież stwarza bezpośrednie zagrożenie bezpieczeństwa ruchu kolejowego.

Niedogodności te eliminuje sposób według wynalazku.

Komponentami dla uzyskania linek wg wynalazku są druty płaszczowe składające się z rdzenia stalowego i płaszcza miedzianego. Udział wagowy płaszcza miedzianego wynosi korzystnie 15-70%. Druty płaszczowe korzystnie wykonuje się sposobem IMN opisanym w patencie nr PL167385, polegającym na tym, że taśmę z miedzi lub jej stopów zwija się w rurkę i jednocześnie, w trakcie operacji zwijania, wprowadza się do niej w sposób ciągły, rdzeń w postaci drutu stalowego, aluminiowego lub

PL 225 184 B1 ze stopu na bazie żelaza i niklu, uprzednio oczyszczony i korzystnie pokryty cienką warstwą miedzi lub miedzi i cyny, względnie cynku. Następnie krawędzie uformowanego płaszcza spawa się w sp osób ciągły, korzystnie w osłonie gazu ochronnego, a otrzymany kompozyt w postaci drutu, na którego przekroju poprzecznym udział powierzchni płaszcza do całkowitego przekroju wynosi 10-80%, poddaje się ciągnieniu z minimalnym sumarycznym zgniotem 60%, stosując co najmniej w jednym z ciągów zgniot nie mniejszy niż 25%, po czym wyżarza się go w temperaturze 400-900°C. Wyżarzanie prowadzi się przez co najmniej jedną godzinę w atmosferze ochronnej zawierającej minimalnie 5% objętościowych wodoru, reszta azot lub argon. Tak wyżarzony drut poddaje się ciągnieniu z sumarycznym zgniotem 50-95% stosując ewentualnie w trakcie tego ciągnienia wyżarzanie międzyoperacyjne w temperaturze 400-argon, przez co najmniej jedną godzinę. Dla uzyskania większego udziału miedzi w drucie płaszczowym proces spawania taśmy miedzianej na rdzeniu powtarza się dwukrotnie. Otrzymany kompozyt poddaje się przeróbce plastycznej na drodze ciągnienia z zastosowaniem międzyoperacyjnych obróbek cieplnych dla uzyskania metalurgicznego połączenia pomiędzy warstwą miedzi i rdzeniem stalowym. Udział miedzi w drucie płaszczowym oraz parametry ciągnienia i obróbki cieplnej dobiera się odpowiednio do wymaganych parametrów mechanicznych i elektrycznych linek.

Wsadem do wytwarzania linek wg wynalazku może być również drut płaszczowy uzyskany innymi metodami np. metodą walcowania kalibrowego, wyciskania metodą Conform, itp.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania linki przewodowej z drutów płaszczowych stal/Cu, przy zastosowaniu odpowiednich parametrów procesu końcowej przeróbki plastycznej drutu w procesie ciągnienia i jego końcowej obróbki cieplnej dla uzyskania określonych właściwości mechanicznych.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania linek bimetalowych, tj. linki przewodowej charakteryzującej się tym, że z drutów płaszczowych stal/Cu o średnicy w zakresie 3,0 do 1,6 mm, o udziale wagowym miedzi 15 do 70% charakteryzujący się wytrzymałością na rozciąganie Rm = 340-700 MPa i wydłużeniem A100 = 2-24% po wyżarzeniu w temperaturze 650°C w czasie 3 h w atmosferze ochronnej zawierającej 5% wodoru i 95% azotu, poddaje się operacji ciągnienia z gniotem jednostkowym 12-16% na ciągarce wielostopniowej do uzyskania drutu o średnicy w zakresie 1,0 do 0,1 mm z gniotem sumarycznym 98-99%, stosując końcowe wyżarzanie oporowe dla uzyskania drutu o odpowiednich właściwościach wytrzymałościowych. Drut wyżarza się elektrycznie w piecu przelotowym stosując natężenie prądu 77-95 A przy prędkości ciągnienia wynoszącej 5 m/s, w atmosferze ochronnej zawierającej 99,2% azotu. Uzyskany drut o średnicy końcowej w zakresie 1,0 do 0,1 mm, posiada wytrzymałość na rozciąganie Rm = 350 MPa i wydłużenie 21-24%. Następnie drut poddaje się znanymi sposobami skręcaniu w wielożyłową linkę giętką, którą korzystnie pokrywa się warstwą tworzywa izolacyjnego o odporności napięciowej 450V/750V. Korzystnie wytworzone druty poddaje się skręcaniu w linkę wielożyłową, o ilości żył od 3 do 80.

Przeprowadzone badania zmęczeniowe linek miedzianych i linek z drutów bimetalowych stal/Cu wykazały, że linki wykonane z drutu bimetalowego wytrzymały ok. 400 tys. cykli naprężeniowych, natomiast linka wykonana z drutu miedzianego wytrzymała tylko ok. 38 tys. cykli.

Otrzymane sposobem według wynalazku linki bimetalowe spełniają wszystkie wymagania stawiane materiałom stosowanym w elektrotechnice i elektronice. Linki te posiadają wysokie własności wytrzymałościowe, znacznie przekraczające własności wytrzymałościowe linki miedzianej, przewodność elektryczna linek o zwiększonym odpowiednio przekroju poprzecznym w stosunku do linek miedzianych jest równa przewodności linek miedzianych. Zastosowanie linek bimetalowych wydłuża znacznie okres żywotności eksploatacyjnej, zwiększając jednocześnie poziom bezpieczeństwa, szczególnie istotny w systemach kolejowych. Poniższy przykład bliżej objaśnia sposób według w ynalazku.

P r z y k ł a d I. Dla otrzymania linki z 54% udziałem objętościowym miedzi materiałem wyjściowym jest: drut płaszczowy stal/Cu 54 o średnicy 1,8 mm, charakteryzujący się wytrzymałością na rozciąganie Rm = 340 MPa i wydłużeniem A100 = 23%. Drut ten poddaje się wyżarzeniu, w temperaturze 650°C w czasie 3 h w atmosferze ochronnej zawierającej 5% wodoru i 95% azotu. Następnie drut ten poddaje się operacji ciągnienia z gniotem jednostkowym 15% na ciągarce wielostopniowej do uzyskania drutu o średnicy 0,2mm z gniotem sumarycznym 98,7%. Utwardzony zgniotem drut bimetalowy wyżarza się elektrycznie w piecu przelotowym, stosując natężenie prądu 77 A, przy prędkości ciągnienia wynoszącej 5 m/s w atmosferze ochronnej zawierającej 99,2% azotu. Uzyskany drut o średnicy 0,2 mm, posiadający wytrzymałość na rozciąganie Rm = 350 MPa i wydłużenie 24% poddaje

PL 225 184 B1 się skręcaniu w linkę o ilości żył 77, którą pokrywa się następnie warstwą izolacyjną tworzywa o o dporności napięciowej 450V/750V.

P r z y k ł a d II. Dla otrzymania linki z 30% udziałem objętościowym miedzi materiałem w yjściowym jest: drut płaszczowy stal/Cu 30 o średnicy 2,8 mm, charakteryzujący się wytrzymałością na rozciąganie Rm = 660 MPa i wydłużeniem A100 = 6%. Drut ten poddaje się wyżarzeniu, w temperaturze 650°C w czasie 3 h w atmosferze ochronnej zawierającej 5% wodoru i 95% azotu. Drut następnie poddaje się operacji ciągnienia z gniotem jednostkowym 12% na ciągarce wielostopniowej do uzysk ania drutu o średnicy 0,8 mm z gniotem sumarycznym 99%. Utwardzony zgniotem drut bimetalowy wyżarza się elektrycznie w piecu przelotowym, stosując natężenie prądu 95 A, przy prędkości ciągnienia wynoszącej 5 m/s w atmosferze ochronnej zawierającej 99,2% azotu. Uzyskany drut o średnicy 1 mm, posiadający wytrzymałość na rozciąganie Rm = 350 MPa i wydłużenie 21% poddaje się skręcaniu w linkę o ilości żył 7, którą to linkę pokrywa się następnie warstwą izolacyjną tworzywa o odporności napięciowej 450V/750V.

P r z y k ł a d III. Dla otrzymania linki z 68% udziałem objętościowym miedzi materiałem wyjściowym jest: drut płaszczowy stal/Cu 68 o średnicy 2 mm, charakteryzujący się wytrzymałością na rozciąganie Rm = 520 MPa i wydłużeniem A100 = 28%. Drut ten poddaje się wyżarzeniu, w temperaturze 650°C w czasie 3 h w atmosferze ochronnej zawierającej 5% wodoru i 95% azotu. Drut następnie poddaje się operacji ciągnienia z gniotem jednostkowym 14% na ciągarce wielostopniowej do uz yskania drutu o średnicy 0,5 mm z gniotem sumarycznym 98%. Utwardzony zgniotem drut bimetalowy wyżarza się elektrycznie w piecu przelotowym, stosując natężenie prądu 83 A, przy prędkości ciągnienia wynoszącej 5 m/s w atmosferze ochronnej zawierającej 99,2% azotu. Uzyskany drut o średnicy 0,5 mm, posiadający wytrzymałość na rozciąganie Rm = 350 MPa i wydłużenie 23% poddaje się skręcaniu w linkę o ilości żył 37, którą to linkę pokrywa się następnie warstwą izolacyjną tworzywa o odporności napięciowej 450V/750V.

Claims (3)

1. Sposób wytwarzania linek bimetalowych, znamienny tym, że drut płaszczowy stal/Cu o średnicy w zakresie 3,0 do 1,6 mm, o udziale wagowym miedzi 15 do 70% charakteryzujący się wytrzymałością na rozciąganie Rm = 340-700 MPa i wydłużeniem A100 = 2-24% po wyżarzeniu w temperaturze 650°C w czasie 3 h w atmosferze ochronnej zawierającej 5% wodom i 95% azotu, poddaje się operacji ciągnienia z gniotem jednostkowym 12-16% na ciągarce wielostopniowej do uzyskania drutu o średnicy w zakresie 1,0 do 0,1 mm z gniotem sumarycznym 98-99%, który następnie wyżarza się elektrycznie w piecu przelotowym, stosując natężenie prądu 77-95 A, przy prędkości ciągnienia wynoszącej 5 m/s w atmosferze ochronnej zawierającej 99,2% azotu, aż do uzyskania drutu o średnicy końcowej w zakresie 1,0 do 0,1 mm, posiadającego wytrzymałość na rozciąganie Rm = 350 MPa i wydłużenie 21-24%, i tak wytworzony drut poddaje się skręcaniu w wielożyłową linkę.

2. Sposób wg zastrz. 1 , znamienny tym, że po skręcaniu linkę pokrywa się warstwą izolacyjną tworzywa o odporności napięciowej 450V/750V.

3. Sposób wg zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że wytworzone druty poddaje się skręcaniu w linkę o ilości żył od 3 do 80.