淺談鋁包殷鋼線的制造工藝

朱 興，金 榕，田 庚，豐茂磊，施華英

（江蘇亨通電力智網科技有限公司，江蘇 吳江 215234）

鋁包殷鋼線是一種雙金屬復合材料，產品具有低線膨脹系數、高強度、耐腐蝕等特點，主要用作增容導線—鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金線的加強芯。目前使用越來越廣泛，本文就鋁包殷鋼制造工藝重點展開介紹。

1 鋁包殷鋼線生產工藝流程

鋁包殷鋼線的生產主要有殷鋼絲、鋁桿原材料的準備、殷鋼絲包覆、鋁包殷鋼拉拔、鋁包殷鋼復繞等工序，具體工藝流程見圖1。

圖1 鋁包殷鋼線生產工藝流程圖

2 鋁包殷鋼線制造工藝

2.1 原材料的準備

殷鋼絲選用含鎳量36%左右的鐵鎳合金，其抗拉強度要求≥1100MPa,以保證拉拔后鋁包殷鋼線抗拉強度，為保證鋁包殷鋼線拉拔后的塑性，需滿足伸長率≥5.0%的要求。另外，殷鋼絲表面應光潔，不得有刮傷、擦傷等與良好產品不相符的任何缺陷，避免拉拔過程斷線。

鋁桿選用符合GB/T 3954-2008標準規定的A2型鋁桿，鋁桿表面不得有油污、三角桿等缺陷，影響包覆質量。

2.2 殷鋼絲包覆

2.2.1 原材料清洗

（1）鋁桿清洗

鋁桿清洗采用60℃以上清水在高壓下經渦流振動清洗環腔在線連續清洗，清洗后吹氣閥吹干。

（2）殷鋼絲清洗

到貨的殷鋼絲因運輸、存放時間過久，往往在表面會形成一層致密氧化層，包覆時需要通過砂帶機進行在線打磨鋼絲表面，以保證鋼絲與鋁層的緊密結合。砂帶機打磨時需根據殷鋼絲線徑選擇合適的砂帶目數、拖絲模芯和砂帶張緊張力，確保鋼絲打磨干凈的同時注意鋼絲線徑的變化。打磨過多，鋼絲表面包覆鋁過多，就會降低鋁包殷鋼拉絲強度，增大其線膨脹系數。打磨過少，清洗不干凈，容易造成包覆桿脫鋁，所以使用后的砂帶也要及時更換。

2.2.2 殷鋼絲加熱

由于殷鋼材料的居里點在260℃左右，當加熱溫度達到260℃時，殷鋼將失去鐵磁性，傳統的鋼絲用中頻感應加熱設備受其加熱原理限制，無法為殷鋼絲提供更高的加熱溫度，而實現殷鋼絲與鋁層緊密結合的溫度要高于居里點溫度，這就需要再添加加熱設備，來實現殷鋼絲包覆時的目標溫度。殷鋼絲加熱溫度過低，包覆結合力差，嚴重時材料脫鋁，鋼絲抖動嚴重包覆不上鋁。加熱溫度過高，造成后續鋁包殷鋼線拉拔斷線，所以殷鋼絲加熱溫度控制尤為重要。

2.2.3 擠壓包覆

（1）模具選擇及安裝間距

包覆導模尺寸一般選用比殷鋼絲直徑大0.3mm至0.4mm為宜。導模尺寸過小，包覆時易在導模口造成鋼絲卡斷；導模尺寸過大，鋁料會從導模入口處擠出，堵塞導模口、降低包覆壓力。

包覆模尺寸理論上為包覆桿直徑，它的選擇一般在導電率、使用鋼絲直徑已知的情況下可根據式（1）導電率計算公式進行確定，考慮到導電率需留有一定生產余量，實際生產過程中包覆模具尺寸還將增大些。

D鋼：鋼絲直徑

D桿：包覆桿直徑

模具挑選完成后，安裝包覆模與包覆導模時，需控制兩者間距，模具安裝間距稍大可以提升包覆結合力，但容易脫鋁；間距稍小包覆較為穩定，同心度好，但結合力較差，所以實際生產中要根據不同鋼絲規格、不同導電率進行靈活控制。

（2）模腔與擠壓輪間隙

模腔與擠壓輪應控制合適的安裝間隙，保證模腔與擠壓輪的面壓力，兩者間間隙可通過墊片來調整。間隙過小，一方面會導致模腔與擠壓輪接觸摩擦產生雜質。另一方面也會導致模腔內壓力過大，包覆模出口處粘鋁，堆積成鋁塊，堵塞模腔出口處，使包覆無法順利進行。間隙過大，廢鋁溢料量大，浪費鋁材。

（3）模腔溫度

模腔溫度分為開機時模腔溫度和正常包覆時模腔溫度。開機時模腔溫度盡量達到350℃以上，塞入模腔的鋁桿才能立即與殷鋼絲連續穩定結合，避免溫度達不到金屬結合溫度而產生的鋼絲高頻振動，振動頻率高、時間長會打碎感應加熱器內管件，而使包覆終止。正常包覆時由于鋁包殷鋼包覆鋁層較薄，擠壓輪轉速較低，模腔溫度也較低，可通過控制模腔加熱板使模腔溫度保持在400℃～450℃即可，此溫度范圍可使鋼、鋁形成冶金結合。

（4）擠壓輪轉速

擠壓輪轉速主要與殷鋼絲表面包覆鋁層截面積相關，包覆鋁層截面大，要達到同樣的包覆速度，擠壓輪轉速就高，反之，包覆鋁層截面小，擠壓輪轉速就低。目前鋁包殷鋼線只有10%IACS和14%兩種低導電率、薄鋁層的規格，所以在包覆一些小線徑、小鋁層截面的鋁包殷鋼桿時需保證最低擠壓輪轉速，擠壓輪轉速過低，將導致包覆溫度低，擠壓包覆負荷大，主機易卡死停機。提高擠壓輪轉速即提高包覆速度，就會縮短鋼、鋁結合時間，使材料結合力差，此時可通過增減模腔墊片、控制容積比等方式來調節擠壓輪轉速。

2.3 鋁包殷鋼桿拉拔

鋁包殷鋼拉絲為雙金屬拉拔，采用壓力模與拉絲模配合的形式通過強制潤滑實現鋼、鋁同步變形，模具組合見圖2。

圖2 壓力模與拉絲模組合

為了保證鋁包殷鋼絲拉拔后的抗拉強度與伸長率，總壓縮率一般控制在80%以內，單道次壓縮率不大于20%為宜。另外，由于鋁包殷鋼材料的特殊性，其抗拉強度不隨拉拔線徑的減小而增大，抗拉強度的變化基本在前三道次定型，所以拉拔時需增大前三道次減面率，表1為線徑6.55mm導電率10%IACS鋁包殷鋼桿拉制3.2mm鋁包殷鋼線配模工藝。按此工藝拉拔后的3.2mm鋁包殷鋼線最終抗拉強度為1190.2MPa，滿足國網企標抗拉強度要求，伸長率低于1.0%的標準要求，鋁包殷鋼線還需在復繞時過去應力輪進行伸長率改善。

表1 LBY10-6.55-3.2配模工藝

2.4 鋁包殷鋼線復繞去應力

拉拔后的鋁包殷鋼線因存在拉拔應力，伸長率較低，需在復繞時進行去應力處理，提高伸長率。通過表1拉拔工藝拉制的3.2mm鋁包殷鋼線過去應力輪后抗拉強度與伸長率變化見表2，處理后抗拉強度有所損失，伸長率提升顯著，最終鋁包殷鋼線性能均滿足國網國網企業標準Q/GDW 11139-2013要求。

表2 鋁包殷鋼線去應力前后抗拉強度與伸長率對比

3 結束語

在鋁包殷鋼制造工藝中，首先要注意原材料的選擇。其次，在殷鋼絲包覆前，要進行合理的模具尺寸選擇與間隙安裝、模腔與擠壓輪間隙的調整，保證包覆時壓力。鋁包殷鋼包覆時，原材料要進行清洗、殷鋼絲預熱、模腔溫度的控制、擠壓輪轉速的調節使殷鋼絲連續穩定包覆鋁層，保證鋼、鋁緊密結合。然后，鋁包殷鋼在拉絲時，要注意減面率的控制，來保障材料的抗拉強度。最后，進行去應力處理，提升伸長率，獲得符合標準要求的鋁包殷鋼線。