專利名稱：銅包鋁排連續(xù)冶金復(fù)合的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及銅包鋁排的生產(chǎn)工藝，尤其涉及銅包鋁排連續(xù)冶金復(fù)合的生產(chǎn) 工藝。
背景技術(shù)：
銅包鋁是指以鋁為基材，四周無縫包裹著一層銅，銅鋁之間實現(xiàn)冶金結(jié)合 的復(fù)合導(dǎo)體材料，制造銅包鋁排復(fù)合材料，是替代純銅排和純鋁排的最佳產(chǎn)品。
因母排使用時按長度計算，單位重量的銅包鋁排比相同面積的銅排長2. 45倍， 銅包鋁排的銅體積比為15%，如銅密度為8. 89g/cm 3，鋁密度為2. 73g/cm 3，則 銅包鋁排中銅的質(zhì)量約占33%，這說明了等截面的導(dǎo)體， 一噸銅包鋁排可節(jié)約 1.12噸銅材，實現(xiàn)了以鋁節(jié)銅，是經(jīng)濟(jì)效益巨大的節(jié)能產(chǎn)品。
我國每年電力用傳輸導(dǎo)體的用銅量占銅總需求量的70%，其中銅母線約占有 導(dǎo)體用量的10%。據(jù)統(tǒng)計，2006年我國導(dǎo)體用銅約為354萬噸，依此推算，銅 母線用銅量約為24. 78萬噸。據(jù)了解，目前建筑領(lǐng)域有一種趨勢，630A以上供 電電流導(dǎo)體，必須用母線槽，由此可預(yù)測銅包鋁排的市場潛力巨大。
現(xiàn)有有銅包鋁排生產(chǎn)工藝存在著許多的問題，包括
由于矩形排在拉拔擠壓中四周收縮不均，固相結(jié)合較差，影響了力學(xué)性能; 銅層覆蓋也不均勻，影響了電導(dǎo)率； 成材率低，生產(chǎn)效率低，成本高等。 大規(guī)格銅包鋁排的生產(chǎn)技術(shù)目前正處于工藝研究中。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題，本發(fā)明旨在公開一種能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)、 自動控制的銅包鋁排連續(xù)冶金復(fù)合的生產(chǎn)工藝，以解決各種規(guī)格的銅包鋁排生 產(chǎn)問題，特別是大規(guī)格的銅包鋁排。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的一種銅包鋁排連續(xù)冶金復(fù)合的生產(chǎn)工藝，包括如下工藝步驟-
(1) 預(yù)處理即在夾送輥的作用下，銅皮和鋁排的坯料分別對接，矯直，銅 皮清洗、去污、打毛，鋁排表層銑除氧化膜；
(2) 在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行包覆即通過夾送輥和導(dǎo)入裝置，將鋁排和銅 皮同時送入惰性氣體保護(hù)下的包覆機，銅皮在下，鋁排在上，通過不同角度的 包覆輥型，依照鋁排兩邊的圓角半徑，使銅皮連續(xù)變形并均勻地包覆于鋁排的 四周；
(3) 焊接、連續(xù)軋制和在線自動監(jiān)測鋁排四周包覆銅皮后，中間有一條縫 隙，將所述縫隙焊接后并封住銅包鋁排的端頭，通過夾送輥送入第一架軋機壓 實并排除空氣，再依次通過3-5臺軋機進(jìn)行連續(xù)軋制，自動變頻調(diào)速，最終銅 包鋁排的面積收縮比達(dá)到66%以上，溫度達(dá)到350-40(TC;所述軋機四輥驅(qū)動， 平輥和立輥外圓的線速度一致，軋機之間通過導(dǎo)衛(wèi)裝置連接；
(4) 擴散熱處理高頻加熱至350-450°C,保溫0.5-2h; 對于60咖*8咖以下的小規(guī)格鋁排坯料，使用盤巻坯料，在預(yù)處理前開巻；
采用在線擴散熱處理，之后再盤巻和慢速冷卻；
對于60咖*8咖以上的大規(guī)格鋁排坯料，連續(xù)軋制后，定尺剪切，再采用專 用的熱處理爐進(jìn)行擴散熱處理。
所述的包覆步驟中，包括銅皮和鋁排依次通過7對不同角度的平輥包覆輥型 和7對不同角度的立輥包覆輥型和用于最后壓平的0°平輥輥型，所述平輥包覆 輥型的角度依次為O。 ，15° ， 30° ，45° ， 60° ， 75° ， 90° ，所述立輥包覆輥 型的角度依次為O。 ， 15° ， 30° ， 45° ， 60° ， 75° ， 90° 。
所述預(yù)處理步驟中的坯料對接是采用氬弧焊的方式將前后坯料進(jìn)行連接。
對于60 mm*8咖以下的小規(guī)格鋁排坯料，所述預(yù)處理步驟中的坯料對接是采 用擠壓式連接或壓焊連接。
所述作為坯料的鋁排為擠壓機生產(chǎn)的電工用鋁。
所述在線自動監(jiān)測包括由總控室所控制的在連續(xù)軋制過程中進(jìn)行的在線測 厚、探傷和測溫的操作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過連續(xù)均勻包覆、焊接、連軋同時在線自動監(jiān) 測和在線或單獨擴散熱處理的過程有效解決了上述現(xiàn)有的技術(shù)難題，實現(xiàn)了如 下的技術(shù)效果(1) 銅皮與鋁排的冶金結(jié)合充分而且均勻，同時銅覆蓋層厚薄較均勻； 固相結(jié)合不均勻問題，是制約當(dāng)前銅包鋁排發(fā)展的主要問題，其原因是受
力不均勻，延伸不一致，銅與鋁之間產(chǎn)生相對位移所至。
本發(fā)明首先將坯料較直，銅皮清洗去污，打毛，然后將鋁排表層的氧化膜 銑掉，進(jìn)入氬氣保護(hù)區(qū)域，通過連續(xù)變形且均勻包覆的過程，經(jīng)焊接進(jìn)入第一 架軋機壓實，把空氣排除，接著通過六架軋機連續(xù)軋制，面積收縮比達(dá)到66% 以上，溫度達(dá)到350 40(TC左右，銅與鋁已經(jīng)達(dá)到冶金結(jié)合，為了使結(jié)合更充 分，對于小規(guī)格產(chǎn)品，在線進(jìn)行擴散熱處理，大規(guī)格的不能在線，則另外單獨 熱處理。七臺軋機是四輥均有驅(qū)動的軋機，平輥和立輥外圓的線速度是一致的， 因此軋制力、摩擦速度及摩擦力是相對均勻的，延伸也是一致的。上述軋制過 程也可以說是擠壓過程。從而解決了固相結(jié)合不均勻問題。
在上述軋制過程中，封住銅包鋁排的端頭，盡管銅鋁延伸率不同，這樣軋 制后，二者一起伸延，從而使銅覆蓋層厚薄較均勻。
(2) 成材率大大提高；
成材率低是工藝方案不盡完善所造成的。本發(fā)明實現(xiàn)了連續(xù)化不間斷生產(chǎn)， 不存在重新穿線問題，也用不著卡頭去尾，成材率自然就高，可達(dá)到96%以上， 而且生產(chǎn)效率高，因為采用交流變頻裝置，設(shè)備運行平穩(wěn)，運行精度高，故障 率低，廢品自然也少。
尤其是采用了探傷儀，測厚儀，溫度儀等探測設(shè)備，能及時發(fā)現(xiàn)缺陷，既 保證質(zhì)量又減少了廢品率，提高了成材率。
此外，本套工藝的設(shè)備重量輕，全線設(shè)備總重150噸左右，并且結(jié)構(gòu)簡單， 部件的通用性強，既適應(yīng)大批量生產(chǎn)，又適應(yīng)小批量、多規(guī)格生產(chǎn)；同時實現(xiàn) 了清潔化生產(chǎn)，鋁屑和銅屑自動回收，無污染源，噪聲在40-60dB以下，并且 操作簡單，節(jié)省人力。
綜上，本發(fā)明實現(xiàn)了自動控制，達(dá)到連續(xù)不間斷生產(chǎn)；通過全線設(shè)置了測 厚儀，探傷儀、測溫儀、保證了產(chǎn)量質(zhì)量；從而解決了各種規(guī)格的銅包鋁排生 產(chǎn)問題，適應(yīng)廣泛，特別是適用于大規(guī)格的銅包鋁排的生產(chǎn)制造。


圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖； 圖2是本發(fā)明的工藝設(shè)備示意圖。
具體實施例方式
以小規(guī)格的鋁排坯料(60*8毫米以下)為例，其工藝流程如圖1和圖2所 示。首先使用盤巻，在第一盤巻1使用完之前，盤巻2首端與盤巻1末端焊接 或采用擠壓式對接在一起，所需時間為3-4min，此時全線的運行速度減速至 l-2m/min，待焊接完成后，全線的運行速度恢復(fù)到8-9m/min。
銅帶的對接方式，與鋁排對接方式相同，在銅帶的盤巻1放完之前，銅盤 巻2首端與銅盤巻1末端對接采用氬弧焊或擠壓式對接，全線運行的中心線在 L2m高度，銅皮標(biāo)高，在運行中心線之下。銅皮的中心線與鋁排的中心線在一 個垂直平面內(nèi)。
在夾送輥1的作用，坯料開巻和送入矯直機，矯直機擔(dān)負(fù)矯直鋁排作用， 銑屑機負(fù)責(zé)將鋁排表層的氧化層(A1203)銑掉(銑掉O. lmm)，此時開始?xì)鍤獗?護(hù)， 一直到焊接機，這一段是密閉的。
在平包覆前端，鋁排和銅皮同時進(jìn)入包覆機，銅帶在下，鋁排在上，包覆 機的包覆輥控制鋁排和銅帶的相對位置，只有這樣才能保證悍機和焊咀在銅帶 對縫的中間。首先通過帶槽形的0°輥將鋁排壓實，不能竄動，然后依次通過 15° ， 30° ， 45° ， 60° ， 75° ， 90°的平輥包覆輥型，將銅皮的兩邊，按著 鋁排兩邊的圓角半徑，壓制90° ;進(jìn)而，再依次通過0。 ， 15° ， 30° ， 45° ， 60° ， 75° ， 90°的立輥包覆輥型，并繼續(xù)經(jīng)由一個0。的平輥將銅皮兩邊進(jìn)一 步壓平，最后形成鋁排四周包覆銅皮，中間只有一條縫隙，進(jìn)入焊接機，進(jìn)行 焊接，焊接完成后，通過夾送輥送入軋機l，軋機l將包覆焊接后的銅包鋁排壓 實并將內(nèi)部的空氣排出，達(dá)到物理結(jié)合，軋機2與軋機3，上下、左右各壓下6 毫米，溫度上升至350-40(TC，再經(jīng)過后四臺軋機連續(xù)軋制，溫度上升至450'C 左右，但是時間短，還來不及分子擴散，所以后部設(shè)加熱段(高頻加熱)，保溫 段進(jìn)行擴散熱處理。最后成巻慢速冷卻。連續(xù)冶金復(fù)合工藝中由四至七臺軋機組成，全是由交流變頻電機驅(qū)動，由
變頻器集中調(diào)整，使孔型的面積(F)和軋件通過速度(V)的乘積等于常數(shù)(FV= 常數(shù))，從而實現(xiàn)了連續(xù)、自動軋制，并且使冷軋變成了熱軋，相對于第一臺軋 機，從第二臺軋機開始就是熱軋制(第一架軋機軋制時使軋件溫度升高100-200 °C，后續(xù)的軋機，同理)，這也就省去了加熱的過程，工藝更簡單，也節(jié)省了能 源，因為熱軋容易結(jié)合。
整個生產(chǎn)線由電控箱集中控制同步運行，連軋過程中，每臺軋機分別由交 流變頻電機驅(qū)動，自動變頻調(diào)速，保證孔型面積F和軋件通過速度V的乘積FV 為一個常數(shù)。
大規(guī)格的鋁排坯料(60*8以上)，不能成巻而是采用直條坯料(每根6-8m 長)，因為場地長68米，事先將坯料8-IO根焊接在一起，軋完后，下一根仍然 焊接連接，與小規(guī)格工藝相同；不同的是，擴散熱處理后不能成巻，用剪切機 剪斷，定尺處理在臺架上進(jìn)行，這些定尺后的銅包鋁排運到專用的熱處理爐進(jìn) 行擴散熱處理。
用這種工藝生產(chǎn)的銅包鋁排，復(fù)合的質(zhì)量好，固相結(jié)合均勻，配合探傷儀 在線檢測，銅鋁的結(jié)合率可以達(dá)到100%，所用的鋁排是擠壓生產(chǎn)的，密度在 2.7卜2.72之間， 一般鋁排密度為2.703，質(zhì)地致密， 一般的銅包鋁密度 3.04-3.91，用這種工藝生產(chǎn)的銅包鋁排的密度可達(dá)到4.00-4.20，如果改變銅 層厚度、強度、電導(dǎo)率均有提高，根據(jù)試驗，銅的比重提高2個百分點，強度 就能提高3. 5-4MPa。所以本產(chǎn)品完全可以用于高壓電的部件上。
以焊機的焊接速度為10m/min為例，作業(yè)率88%,成品率達(dá)到96%，單班作 業(yè)情況下，年產(chǎn)量9313T，銅包鋁排售價為5. 5萬元/T，則年產(chǎn)值達(dá)到5. 1億元， 總成本2. 5億元，稅后凈利潤為1. 5億元。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本 發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種銅包鋁排連續(xù)冶金復(fù)合的生產(chǎn)工藝，包括如下工藝步驟(1)預(yù)處理即在夾送輥的作用下，銅皮和鋁排的坯料分別對接，矯直，銅皮清洗、去污、打毛，鋁排表層銑除氧化膜；(2)在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行連續(xù)包覆即通過夾送輥和導(dǎo)入裝置，將鋁排和銅皮同時送入惰性氣體保護(hù)下的包覆機，銅皮在下，鋁排在上，通過不同角度的包覆輥型，依照鋁排兩邊的圓角半徑，使銅皮連續(xù)變形并均勻地包覆于鋁排的四周；(3)焊接、連續(xù)軋制和在線自動監(jiān)測鋁排四周包覆銅皮后，中間有一條縫隙，將所述縫隙焊接后并封住銅包鋁排的端頭，通過夾送輥送入第一架軋機壓實并排除空氣，再依次通過3-5臺軋機進(jìn)行連續(xù)軋制，自動變頻調(diào)速，最終銅包鋁排的面積收縮比達(dá)到66％以上，溫度達(dá)到350-400℃；所述軋機四輥驅(qū)動，平輥和立輥外圓的線速度一致，軋機之間由導(dǎo)衛(wèi)裝置依次連接；(4)擴散熱處理將軋制后的銅包鋁排高頻加熱至350-450℃，保溫0.5-2h；對于60mm*8mm以下的小規(guī)格鋁排坯料，使用盤卷坯料，在預(yù)處理前開卷；采用在線擴散熱處理，之后再盤卷和慢速冷卻；對于60mm*8mm以上的大規(guī)格鋁排坯料，連續(xù)軋制后，定尺剪切，再采用專用的熱處理爐進(jìn)行擴散熱處理；所述銅包鋁排連續(xù)冶金復(fù)合的生產(chǎn)工藝在控制系統(tǒng)作用下保持全線同步運行。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅包鋁排連續(xù)冶金復(fù)合的生產(chǎn)工藝，其特征在于 所述的包覆步驟中，包括銅皮和鋁排依次通過7對不同角度的平輥包覆輥型和7對不同角度的立輥包覆輥型和用于最后壓平0°平輥輥型，所述平輥包覆輥 型的角度依次為O。 ，15° ， 30° ,45° ， 60° ， 75° ， 90° ，所述立輥包覆輥型 的角度依次為O。 ， 15° ， 30° ， 45° ， 60° ， 75° ， 90° 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅包鋁排連續(xù)冶金復(fù)合的生產(chǎn)工藝，其特征在于 所述預(yù)處理步驟中的坯料對接是采用氬弧焊的方式將前后坯料進(jìn)行連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅包鋁排連續(xù)冶金復(fù)合的生產(chǎn)工藝，其特征在于.:對于60纖*8 mm以下的小規(guī)格鋁排坯料，所述預(yù)處理步驟中的坯料對接是采 用擠壓式連接或壓焊連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅包鋁排連續(xù)冶金復(fù)合的生產(chǎn)工藝，其特征在于: 所述作為坯料的鋁排為擠壓機生產(chǎn)的電工用鋁。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l-5所述的任一銅包鋁排連續(xù)冶金復(fù)合的生產(chǎn)工藝，其特 征在于所述在線自動監(jiān)測包括由總控室所控制的在連續(xù)軋制過程中進(jìn)行的在線測 厚、探傷和測溫的操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種銅包鋁排連續(xù)冶金復(fù)合的生產(chǎn)工藝，包括預(yù)處理、連續(xù)包覆、焊接、連續(xù)軋制和在線自動監(jiān)測并進(jìn)行擴散熱處理的步驟，從而實現(xiàn)了以下的技術(shù)效果(1)銅皮與鋁排的冶金結(jié)合充分而且均勻，同時銅覆蓋層厚薄較均勻；(2)成材率大大提高，保證了產(chǎn)量質(zhì)量。由此解決了各種規(guī)格的銅包鋁排生產(chǎn)問題，特別是適用于大規(guī)格的銅包鋁排的生產(chǎn)制造，經(jīng)濟(jì)效益巨大。
文檔編號H01B1/02GK101685687SQ20091001271
公開日2010年3月31日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者劉元和, 謝洪善 申請人:謝洪善;劉元和