高壓電力電纜皺紋鋁護套擠制工藝探討

席菲菲， 張剛強， 高 諾

(重慶渝能泰山電線電纜有限公司，重慶401120)

0 引言

隨著電網的不斷擴容，高壓交聯聚乙烯絕緣電力電纜(以下簡稱高壓電纜)的應用也越來越多，其中的金屬皺紋護套也越來越引起人們的關注。高壓電纜中的金屬皺紋鋁護套有著承受電纜短路電流、徑向防水以及承受抗側壓力的作用，目前的生產工藝有縱包焊接式(氬弧焊)和連續擠包等兩種型式。本文主要探討采用新型擠鋁成型設備(以下簡稱擠鋁機)擠制鋁護套的工藝。擠鋁機有別于壓鋁機，它是將鋁桿通過擠鋁機機頭在熔融狀態下進行高溫擠出成型，另外，擠鋁機設備沒有壓鋁機那么龐大，生產現場也比較整潔。

1 擠制鋁護套的工藝

1.1 擠制鋁護套的工藝流程(見圖1)

圖1 擠制鋁護套的工藝流程

1.2 擠制鋁護套的工作特點

用擠鋁機擠制鋁護套的工作原理是將鋁桿通過500°C以上的高溫達到熔融或半熔融的狀態，經擠壓機擠制成鋁管包覆在絕緣線芯上。許多人會把擠鋁機與擠塑機作比較，實際上這兩者之間的共性很少。目前，擠鋁機安裝完成后不能在線調整其偏心，這就要求在安裝時就必須把偏心調好。最早的擠鋁機收放線、軋紋機都是聯動和同步的，如果其中一個環節出現問題，都會導致停機。不過目前很多廠家都進行了改進，使這兩個輔助設備可以單獨動作，避免了聯動停機。

1.2.1 對鋁桿的要求和清洗

(1)對鋁桿的要求。鋁桿可選擇由連鑄連軋生產的直徑為12.0 mm和15.0 mm的鋁桿，20°C的電阻率不大于0.02785 Ω·mm2/m，抗拉強度一般控制在80～95 MPa，伸長率不小于12%。鋁桿可用冷壓焊接頭，但是接頭必須打磨光滑、圓整。鋁桿表面的清潔狀況非常重要，將直接影響鋁管的擠出質量。鋁桿表面不應有黃油、摺邊、錯圓、裂紋、夾雜物、扭結等缺陷，以及其他對使用有害的缺陷，不得有可以存留灰塵等不清潔物質的機械擦傷、斑疤、麻坑、起皮或飛邊等。連鑄連軋生產出來的鋁桿應排列整齊，并成盤或成捆，但都必須保證能夠輕易放線，如果在開機過程中出現斷線，就不能保證鋁管的連續擠出。

(2)對鋁桿清洗的要求。鋁桿的清洗主要是為了保證進入擠鋁機鋁桿的質量，清洗主要是用超聲波在盛有酸、堿液和清水的清洗箱中將鋁桿表面的雜質清洗干凈。一般清洗的順序是堿液箱—堿液箱—清水箱—酸液箱—清水箱。為了達到更好的清洗效果，所有的箱體都配備有加熱裝置，在開機前必須把酸、堿液和清洗水的溫度加熱達到70°C，并在生產過程中始終保持這個溫度。酸、堿液的濃度對鋁桿清洗的效果影響很大，一般要求是堿液濃度必須達到30%，酸液為3%(均為重量比)。通常，濃度越高反應速度越快，析出雜質的速度也快。由于隨著使用時間的增加，酸堿液的濃度會逐漸降低，因此要根據濃度的測試結果酌情添加酸堿。

1.2.2 擠鋁機機頭的裝配

擠鋁機的機頭是十字機頭，必須一次裝配成功，最重要的環節就是模芯模套的裝配，所以調節模芯模套的位置是至關重要。因為模芯模套一旦裝配完畢，所能驗證裝配是否成功就只有等待鋁管的擠出，在擠出過程中想要調整圓整度和厚薄不均勻是很難辦到的，只能拆開機頭重新安裝模芯模套，這就是擠鋁機不穩定的因素。通常，擠出的鋁管有時會不圓整(呈扁形或橢圓形)和偏心(厚薄不均勻)等。根據經驗，模芯模套的裝配的關鍵就是兩者之間間隙的大小和定徑帶的長度。模芯和模套的間隙(上下左右)主要通過8個定位螺母來調節，必須確保模芯的上下左右保持相同的間隙，這個間隙決定了擠出鋁管的偏心度;定徑帶的長度決定了擠出鋁管的圓整度，通過無數次的調試，認為定徑帶長度為2.2～2.6 mm(最理想為2.2～2.4 mm)的時候，擠出鋁管較為圓整。總之，就是盡可能減少擠出的內壓力，通常采用較小的定徑帶其擠出結果較好。

1.3 擠制鋁護套的準備工作及其輔助設備

(1)擠制鋁護套在開機前的準備工作。擠鋁機在開機之前必須把十字機頭加熱到500～525°C，溫度過高或過低都不利于鋁管的擠制。雖然擠鋁機的機頭配備了加熱器，但仍必須要嚴格地控制，通常加熱時間為2 h，保溫0.5 h。

(2)輔助設備。輔助設備主要是指軋紋機。軋紋機在生產過程中必須與擠鋁機同步運行。通常，擠鋁機啟動時軋紋機也開始動作，當鋁桿擠制完成時，軋紋機還必須繼續獨立作業，直至線芯完全軋制后才能停止，也就是說軋紋機既要與擠鋁機聯動，又要在聯動的基礎上獨立作業。軋紋深度和節距主要取決于軋紋刀的偏心量，能否達到標準的要求關鍵在于軋紋刀(也有稱軋紋環)的控制。

2 擠鋁機與氬弧焊兩種工藝特點的比較

2.1 鋁管生產工藝的比較

氬弧焊鋁護套工藝與上述的擠制鋁護套的加工工藝完全不同，其采用厚度均勻的鋁板，經清洗、精切、縱包、氬弧焊焊接、在線檢測、軋紋過程來實現的。氬弧焊焊接工藝是在氬氣和氦氣的保護下，以鋁板為負極，鎢極為正極，通過低電壓、大電流來完成焊接。鎢極焊頭直徑只有2 mm，并且由保護的氣體連續吹向焊點處，迅速帶走熱量，使焊接部位均勻快速冷卻，因此，電纜結構不會受到不良影響，同時也避免鋁護套的高溫氧化。

2.2 焊縫與無焊縫的比較

氬弧焊皺紋鋁套因為存在焊縫，很多人都認為焊縫容易開裂，并且對焊縫的寬度、薄厚、焊接處的強度都有所擔心，而擠包鋁套采用擠出工藝，所以沒有焊縫的擔憂;但擠制工藝很容易出現鋁護套擠出厚度不均勻的情況，而氬弧焊工藝是對厚度均勻的預制的冷軋鋁板進行焊接，鋁護套厚度誤差僅在0.08 mm左右;其次擠制鋁護套的過程中如果擠出溫度和擠出速度控制不當，以及擠出鋁管的厚薄不均等，擠出過程中都將產生護套開裂、砂眼等缺陷，而氬弧焊工藝出現這種問題就很少。

2.3 彎曲性能的比較

氬弧焊工藝成型的鋁護套難免產生漏焊的缺陷，需要及時補焊，從而形成補焊和非補焊的交界面。一旦電纜進行彎曲試驗，該處很容易產生裂口，很難通過試驗。如果成品電纜在敷設過程中，鋁護套破裂將危及電纜完全運行。而擠鋁工藝適合生產大長度的整根電纜，不存在焊接和補焊的問題。

2.4 設備能耗和對環境影響的比較

擠鋁機設備占地面積大、成本高、耗能厲害，在生產過程中將產生酸、堿等腐蝕性氣體或液體，對環境有一定的危害。而氬弧焊設備相對來說成本就要低很多、能耗也要小些，除了在焊接時對操作人員的眼睛有損傷外，對環境的影響也很少。

3 皺紋鋁護套常見的缺陷及解決的方法

(1)鋁管出現開裂、砂眼和細縫等缺陷。產生的主要原因:操作人員設置尺寸和選擇模具規格不當;控制系統校正有誤。解決方法:輸入正確的尺寸;更換合適的模具;對控制系統重新校正。

(2)鋁管表面出現波紋狀。產生的主要原因:模具盒配置不平衡;模具磨損和損壞;冷卻不足或不均勻。解決方法:通過調節模具與心軸位置，以便增大鋁的流動量;或者調整模芯和模套的間隙，以平衡鋁的流量;及時更換破損的模具;調節冷卻水。

(3)鋁管不圓整，呈扁形或橢圓形。產生的原因:模具安裝錯誤或磨損和損壞;冷卻不足或不均勻。解決方法:調整或更換模具;調節冷卻水。

(4)鋁管厚薄不均勻。產生的原因:模芯模套調節不當，有偏心;模具變形、磨損或破損。解決的方法:校正偏心或更換模具。

(5)鋁管表面出現瑕疵。

①鋁管表面脫皮呈粉狀。產生原因是鋁管表面氧化或其他污染，例如污染灰塵和黃油，清洗時不徹底。解決的方法:加強鋁桿的清洗，保證鋁桿的質量。

②鋁管表面出現泡狀紋。產生的原因是油或氣體對進料鋁桿造成污染。解決方法:檢查清洗系統的效率和鋁桿清潔度;檢查空氣輸入和釋放是否正常。

③鋁管擠出時先出現閃光的表面，然后冷卻成硬塊并部分的脫落。產生的原因是擠壓時進料鋁桿已部分熔化。解決方法:檢查工裝安裝是否正確;兩根鋁桿的進料速度是否均勻一致;檢查進料鋁桿是否有誤。

④鋁管表面有劃痕。主要原因是模具損壞或破損，或被污染或氧化。解決方法:更換或清洗及拋光模具;檢查進料鋁桿的質量或清洗系統的效率。

⑤鋁管表面出現有規則的劃痕。產生原因主要是擠出的鋁管發生軸向的振動。解決方法:減短連接盤，檢查產生振源的原因并及時消除。

⑥當鋁管擠制速度一旦增加，其表面出現有規則痕跡(常常出現異常的跳動)。產生的原因是模具過熱。解決方法:檢查進料時的擠壓力是否合理，可適當降低輪子速度，或調整模具加熱設置點。

⑦鋁管表面出現有規則圖案。產生的原因是擠出機產生共振現象。解決方法:稍稍改變擠壓輪的速度。

(6)鋁管卷曲或扭曲。產生的原因是模具盒安裝不當，或者進料鋁桿脫離輪槽。解決的方法:檢查工裝和設備安裝是否正確;適當增減模具盒的墊片，以保證其與生產流水線軸心一致;調整沖壓輥，或檢查進料鋁桿的尺寸是否符合要求。

(7)擠出鋁桿時產生的廢料太多。產生的原因:十字機頭與擠壓輪間隙過大;機頭溫度過高或過低;鋁桿清潔度不高;機頭安裝位置不正。解決方法:調整間隙和機頭溫度或機頭安置位置;檢查進料鋁桿的清潔度。

(8)鋁管軋紋深度達不到要求。產生的原因:軋紋刀相關參數的設置有誤;軋紋刀過大或過小;穩定模、前后導模不合適。解決的方法:重新設置軋紋刀相關參數;更換合適的軋紋刀;更換模具。

4 結束語

隨著我國國民經濟高速發展，勢必會帶來高壓電力電纜需求量的急劇上升，而高壓電纜大多采用皺紋鋁護套，因此，對皺紋鋁護套的加工工藝的研究和改進，是提高產品質量和降低產品成本的一項重要工作。目前皺紋鋁護套的加工工藝有擠制和焊接兩種不同的工藝，它們具有不同的特點。本文主要介紹了擠制鋁護套的加工工藝，對其工作特點、工藝要求、產品缺陷及解決方法進行了詳細介紹，供有關人員參考。