超高壓交聯電纜銅護套的工藝研究

劉煥新， 王福志， 楊　娟（浙江萬馬股份有限公司，浙江臨安311305）

超高壓交聯電纜銅護套的工藝研究

劉煥新， 王福志， 楊娟
（浙江萬馬股份有限公司，浙江臨安311305）

介紹了超高壓交聯電纜皺紋銅套的生產工藝，指出了皺紋銅套和皺紋鋁套加工工藝的區別，并對皺紋銅套焊接惰性保護氣體配比進行研究。

超高壓電纜；銅護套；工藝

0　引 言

國內高壓、超高壓交聯電纜大部分采用皺紋鋁套結構，由于皺紋鋁套耐腐蝕性比較差，所以鋁護套高壓電纜不適用于沿海地區。銅護套不僅具有優良的耐腐蝕性、耐振動性及抗張性能，還具有優良的屏蔽性、防雷性和接續性，同時銅護套還可以提高電纜系統的短路容量，且阻水性能優異，銅護套電纜特別適合在橋梁、沿海、水下等特殊場合使用。

為了提高海底電纜的機械強度和防水密封性能，在深海海底電力電纜中可采用銅或銅合金套代替鉛套和鋁套，銅套可保證電纜的使用壽命達到40年。研究表明，海底電力電纜在運行中，熱脹冷縮作用會在電纜內部產生很大的機械應力。當熱循環周期超過2 000次時，就會使鉛套或鋁套產生嚴重疲勞。采用銅套，不僅可以減小電纜外徑和重量，而且還可以改善電纜的電氣性能。

近年來，直流電纜市場潛力巨大，已經有越來越多的示范工程投運，國內外在建與規劃中的直流電纜工程越來越多，皺紋銅套電纜具有廣闊的市場前景。

和金屬鋁、鉛相比，銅的熔點高、強度大、加工困難，必須采用縱包焊接的工藝才能實現銅套的生產，國際上只有美國、日本等少數國家具有一定的生產規模和較成熟的生產經驗。

1　銅護套的加工工藝

目前國內的氬氣保護焊接（以下簡稱氬弧焊）技術已經相當成熟，而且各廠家都在不斷地更新換代，相繼出現了雙焊槍焊接、多焊槍焊接和激光焊槍焊接等新型焊接技術，焊縫質量大大提高。文獻［1］對氬弧焊技術進行了詳細論述，并通過試驗證明了焊接時絕緣線芯表面溫度最高只有69℃，不存在燙傷絕緣的現象［2］。

銅的熔點為1084.5℃，采用壓擠方式生產是不現實的，必須采用縱包焊接的工藝方式，銅護套的加工工藝流程為：銅帶→銅帶剪切→銅帶縱包成型→銅套焊接→銅套軋紋。

銅帶選取純度為99.95%以上的電工用純銅帶，斷裂伸長率不小于30%，切邊后經過成型模具縱包成銅管，采用氬氣保護焊接工藝進行在線焊接，再經過軋紋機軋紋形成皺紋銅套。和皺紋鋁套相比，皺紋銅套的關鍵工藝在于成型焊接和軋紋。

1.1 銅套成型模具設計和焊接工藝

（1）模具設計

和金屬鋁相比，銅的強度大、彈性大，成型模具材料的選取也應該考慮銅鋁兩者的不同。金屬鋁的材質較軟，通常采用塑料模具作為成型模具，如采用金屬成型模具，長時間連續生產時模具上面會粘附鋁粉，影響模具的光滑度，進而影響鋁管的外觀質量。金屬銅材質較硬，采用塑料模具作為成型模具，長期使用會出現嚴重磨損，不利于連續生產，因此，銅套的成型模具須采用45#鋼模具，經過熱處理、滲氮，內表面拋光，成型效果才最佳。

銅的機械強度和彈性比鋁大，縱包成型時模具承受力較大，縱包合縫處容易彈開，焊縫不穩，容易出現漏焊。根據銅帶成型困難這一特點，需選用鋼制成型模具，模具入口采用圓弧漸進過渡，如圖1所示，并在焊槍兩側均加設焊口模具進行成型固定，防止縱包的銅管在合縫處彈開，確保焊接質量。銅套成型模具組合與鋁套成型模具組的對比見圖2。通過成型模具設計和焊口模固定措施，解決了銅套縱包成型合縫波動的難題。

圖1　喇叭模具

圖2　銅套和鋁套模具組對比

（2）焊接工藝

銅套焊接是工藝的關鍵點，通過調整焊接電流確保合縫焊接牢固，銅套焊接易出現銅氧化現象。我們對如何防止銅氧化進行了研究，通過多次試驗發現：采用氬氣保護焊接時，無論氣流量如何調整，焊縫處還是有氧化現象。縱包銅套焊接是采用鎢極惰性氣體保護焊接的方式，與熔化極惰性氣體保護焊接有區別，鎢極惰性氣保護采用氬氣和氦氣混合保護為宜，我們通過實驗尋求氬氣、氦氣最適合的比例，見表1。

表1　氬氣（Ar）與氦氣（He）不同混合比例的效果對比

從表1可知，氦氣比例在25%～30%范圍為最佳，焊縫無氧化、電流平穩，可連續生產。采用氬氣與氦氣混合代替純氬氣作為焊接保護氣體，得到了非常好的焊接效果，消除了銅套焊縫氧化現象。

1.2 銅套的軋紋工藝

銅套軋紋為螺旋紋，軋紋機的軋紋頭有兩種形式，一種是滾輪式軋紋頭（見圖3），另一種是環狀軋紋頭（見圖4）。

圖3　滾輪式軋紋頭

圖4　環狀軋紋頭

滾輪式軋紋頭是以點接觸的形式進行軋紋，而環狀軋紋頭是以面接觸進行軋紋。由于環狀軋紋頭受力面積相對較大，軋紋質量比滾輪式軋紋頭要好，外觀圓整、軋紋深度均勻。皺紋鋁套生產時兩種軋紋頭均可，但是銅套的材質與鋁套不同，采用滾輪式軋紋頭會出現外觀不圓整、軋紋深淺不均勻等現象，因此，應采用環狀軋紋頭進行軋紋。

2　結束語

皺紋銅套的生產與皺紋鋁套相差很大，在工藝上有著較大差別。不僅要對成型模具進行特殊設計，還要注意惰性保護氣體的流量和配比，并采用環形軋紋頭進行軋紋，才能獲得質量優異的皺紋銅套產品。隨著市場對皺紋銅套電纜需求量的增加，皺紋銅套工藝將會逐步走向成熟。

［1］ 吳長順，向宇龍，曹曉龍，等.110 kV、220 kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜皺紋鋁護套氬弧焊技術的研究［C］//中國電工技術學會電線電纜專委會2001年會論文集.2001.77-79.

［2］ 王福志，楊 娟.高壓及超高壓XLPE絕緣電纜金屬套工藝特點［J］.電線電纜，2010（5）：8-10.

Technological Study for Corrugated CoPPer Sheath on EHV XLPE Insulated Cables

LIU Huan-xin，WANG Fu-zhi，YANG Juan
（ZhejiangWanma Co.，Ltd.，Lin'an 311305，China）

Techno1ogy of corrugated coPPer sheath on EHV XLPE insu1ated cab1es are Presented，focusing on the difference of corrugated coPPer sheath and corrugated a1uminium sheath，a further study on the ratio of inert gas in the we1ding of the corrugated coPPer sheath.

EHV cab1e；coPPer sheath；techno1ogy

TM247.1

A

1672-6901（2016）03-0015-03

2015-10-13

劉煥新（1968-），男，高級工程師.

作者地址：浙江臨安市經濟開發區南環路88號［311305］.