高壓電力電纜皺紋鋁護(hù)套擠制工藝探討

席菲菲， 張剛強(qiáng)， 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(wǎng)的不斷擴(kuò)容，高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜(以下簡(jiǎn)稱高壓電纜)的應(yīng)用也越來(lái)越多，其中的金屬皺紋護(hù)套也越來(lái)越引起人們的關(guān)注。高壓電纜中的金屬皺紋鋁護(hù)套有著承受電纜短路電流、徑向防水以及承受抗側(cè)壓力的作用，目前的生產(chǎn)工藝有縱包焊接式(氬弧焊)和連續(xù)擠包等兩種型式。本文主要探討采用新型擠鋁成型設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱擠鋁機(jī))擠制鋁護(hù)套的工藝。擠鋁機(jī)有別于壓鋁機(jī)，它是將鋁桿通過(guò)擠鋁機(jī)機(jī)頭在熔融狀態(tài)下進(jìn)行高溫?cái)D出成型，另外，擠鋁機(jī)設(shè)備沒有壓鋁機(jī)那么龐大，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)也比較整潔。

1 擠制鋁護(hù)套的工藝

1.1 擠制鋁護(hù)套的工藝流程(見圖1)

圖1 擠制鋁護(hù)套的工藝流程

1.2 擠制鋁護(hù)套的工作特點(diǎn)

用擠鋁機(jī)擠制鋁護(hù)套的工作原理是將鋁桿通過(guò)500°C以上的高溫達(dá)到熔融或半熔融的狀態(tài)，經(jīng)擠壓機(jī)擠制成鋁管包覆在絕緣線芯上。許多人會(huì)把擠鋁機(jī)與擠塑機(jī)作比較，實(shí)際上這兩者之間的共性很少。目前，擠鋁機(jī)安裝完成后不能在線調(diào)整其偏心，這就要求在安裝時(shí)就必須把偏心調(diào)好。最早的擠鋁機(jī)收放線、軋紋機(jī)都是聯(lián)動(dòng)和同步的，如果其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會(huì)導(dǎo)致停機(jī)。不過(guò)目前很多廠家都進(jìn)行了改進(jìn)，使這兩個(gè)輔助設(shè)備可以單獨(dú)動(dòng)作，避免了聯(lián)動(dòng)停機(jī)。

1.2.1 對(duì)鋁桿的要求和清洗

(1)對(duì)鋁桿的要求。鋁桿可選擇由連鑄連軋生產(chǎn)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(qiáng)度一般控制在80～95 MPa，伸長(zhǎng)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(zhì)量。鋁桿表面不應(yīng)有黃油、摺邊、錯(cuò)圓、裂紋、夾雜物、扭結(jié)等缺陷，以及其他對(duì)使用有害的缺陷，不得有可以存留灰塵等不清潔物質(zhì)的機(jī)械擦傷、斑疤、麻坑、起皮或飛邊等。連鑄連軋生產(chǎn)出來(lái)的鋁桿應(yīng)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(jī)過(guò)程中出現(xiàn)斷線，就不能保證鋁管的連續(xù)擠出。

(2)對(duì)鋁桿清洗的要求。鋁桿的清洗主要是為了保證進(jìn)入擠鋁機(jī)鋁桿的質(zhì)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(zhì)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(dá)到更好的清洗效果，所有的箱體都配備有加熱裝置，在開機(jī)前必須把酸、堿液和清洗水的溫度加熱達(dá)到70°C，并在生產(chǎn)過(guò)程中始終保持這個(gè)溫度。酸、堿液的濃度對(duì)鋁桿清洗的效果影響很大，一般要求是堿液濃度必須達(dá)到30%，酸液為3%(均為重量比)。通常，濃度越高反應(yīng)速度越快，析出雜質(zhì)的速度也快。由于隨著使用時(shí)間的增加，酸堿液的濃度會(huì)逐漸降低，因此要根據(jù)濃度的測(cè)試結(jié)果酌情添加酸堿。

1.2.2 擠鋁機(jī)機(jī)頭的裝配

擠鋁機(jī)的機(jī)頭是十字機(jī)頭，必須一次裝配成功，最重要的環(huán)節(jié)就是模芯模套的裝配，所以調(diào)節(jié)模芯模套的位置是至關(guān)重要。因?yàn)槟Ｐ灸Ｌ滓坏┭b配完畢，所能驗(yàn)證裝配是否成功就只有等待鋁管的擠出，在擠出過(guò)程中想要調(diào)整圓整度和厚薄不均勻是很難辦到的，只能拆開機(jī)頭重新安裝模芯模套，這就是擠鋁機(jī)不穩(wěn)定的因素。通常，擠出的鋁管有時(shí)會(huì)不圓整(呈扁形或橢圓形)和偏心(厚薄不均勻)等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，模芯模套的裝配的關(guān)鍵就是兩者之間間隙的大小和定徑帶的長(zhǎng)度。模芯和模套的間隙(上下左右)主要通過(guò)8個(gè)定位螺母來(lái)調(diào)節(jié)，必須確保模芯的上下左右保持相同的間隙，這個(gè)間隙決定了擠出鋁管的偏心度;定徑帶的長(zhǎng)度決定了擠出鋁管的圓整度，通過(guò)無(wú)數(shù)次的調(diào)試，認(rèn)為定徑帶長(zhǎng)度為2.2～2.6 mm(最理想為2.2～2.4 mm)的時(shí)候，擠出鋁管較為圓整?？傊?，就是盡可能減少擠出的內(nèi)壓力，通常采用較小的定徑帶其擠出結(jié)果較好。

1.3 擠制鋁護(hù)套的準(zhǔn)備工作及其輔助設(shè)備

(1)擠制鋁護(hù)套在開機(jī)前的準(zhǔn)備工作。擠鋁機(jī)在開機(jī)之前必須把十字機(jī)頭加熱到500～525°C，溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于鋁管的擠制。雖然擠鋁機(jī)的機(jī)頭配備了加熱器，但仍必須要嚴(yán)格地控制，通常加熱時(shí)間為2 h，保溫0.5 h。

(2)輔助設(shè)備。輔助設(shè)備主要是指軋紋機(jī)。軋紋機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中必須與擠鋁機(jī)同步運(yùn)行。通常，擠鋁機(jī)啟動(dòng)時(shí)軋紋機(jī)也開始動(dòng)作，當(dāng)鋁桿擠制完成時(shí)，軋紋機(jī)還必須繼續(xù)獨(dú)立作業(yè)，直至線芯完全軋制后才能停止，也就是說(shuō)軋紋機(jī)既要與擠鋁機(jī)聯(lián)動(dòng)，又要在聯(lián)動(dòng)的基礎(chǔ)上獨(dú)立作業(yè)。軋紋深度和節(jié)距主要取決于軋紋刀的偏心量，能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求關(guān)鍵在于軋紋刀(也有稱軋紋環(huán))的控制。

2 擠鋁機(jī)與氬弧焊兩種工藝特點(diǎn)的比較

2.1 鋁管生產(chǎn)工藝的比較

氬弧焊鋁護(hù)套工藝與上述的擠制鋁護(hù)套的加工工藝完全不同，其采用厚度均勻的鋁板，經(jīng)清洗、精切、縱包、氬弧焊焊接、在線檢測(cè)、軋紋過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。氬弧焊焊接工藝是在氬氣和氦氣的保護(hù)下，以鋁板為負(fù)極，鎢極為正極，通過(guò)低電壓、大電流來(lái)完成焊接。鎢極焊頭直徑只有2 mm，并且由保護(hù)的氣體連續(xù)吹向焊點(diǎn)處，迅速帶走熱量，使焊接部位均勻快速冷卻，因此，電纜結(jié)構(gòu)不會(huì)受到不良影響，同時(shí)也避免鋁護(hù)套的高溫氧化。

2.2 焊縫與無(wú)焊縫的比較

氬弧焊皺紋鋁套因?yàn)榇嬖诤缚p，很多人都認(rèn)為焊縫容易開裂，并且對(duì)焊縫的寬度、薄厚、焊接處的強(qiáng)度都有所擔(dān)心，而擠包鋁套采用擠出工藝，所以沒有焊縫的擔(dān)憂;但擠制工藝很容易出現(xiàn)鋁護(hù)套擠出厚度不均勻的情況，而氬弧焊工藝是對(duì)厚度均勻的預(yù)制的冷軋鋁板進(jìn)行焊接，鋁護(hù)套厚度誤差僅在0.08 mm左右;其次擠制鋁護(hù)套的過(guò)程中如果擠出溫度和擠出速度控制不當(dāng)，以及擠出鋁管的厚薄不均等，擠出過(guò)程中都將產(chǎn)生護(hù)套開裂、砂眼等缺陷，而氬弧焊工藝出現(xiàn)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(hù)套難免產(chǎn)生漏焊的缺陷，需要及時(shí)補(bǔ)焊，從而形成補(bǔ)焊和非補(bǔ)焊的交界面。一旦電纜進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，該處很容易產(chǎn)生裂口，很難通過(guò)試驗(yàn)。如果成品電纜在敷設(shè)過(guò)程中，鋁護(hù)套破裂將危及電纜完全運(yùn)行。而擠鋁工藝適合生產(chǎn)大長(zhǎng)度的整根電纜，不存在焊接和補(bǔ)焊的問題。

2.4 設(shè)備能耗和對(duì)環(huán)境影響的比較

擠鋁機(jī)設(shè)備占地面積大、成本高、耗能厲害，在生產(chǎn)過(guò)程中將產(chǎn)生酸、堿等腐蝕性氣體或液體，對(duì)環(huán)境有一定的危害。而氬弧焊設(shè)備相對(duì)來(lái)說(shuō)成本就要低很多、能耗也要小些，除了在焊接時(shí)對(duì)操作人員的眼睛有損傷外，對(duì)環(huán)境的影響也很少。

3 皺紋鋁護(hù)套常見的缺陷及解決的方法

(1)鋁管出現(xiàn)開裂、砂眼和細(xì)縫等缺陷。產(chǎn)生的主要原因:操作人員設(shè)置尺寸和選擇模具規(guī)格不當(dāng);控制系統(tǒng)校正有誤。解決方法:輸入正確的尺寸;更換合適的模具;對(duì)控制系統(tǒng)重新校正。

(2)鋁管表面出現(xiàn)波紋狀。產(chǎn)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(guò)調(diào)節(jié)模具與心軸位置，以便增大鋁的流動(dòng)量;或者調(diào)整模芯和模套的間隙，以平衡鋁的流量;及時(shí)更換破損的模具;調(diào)節(jié)冷卻水。

(3)鋁管不圓整，呈扁形或橢圓形。產(chǎn)生的原因:模具安裝錯(cuò)誤或磨損和損壞;冷卻不足或不均勻。解決方法:調(diào)整或更換模具;調(diào)節(jié)冷卻水。

(4)鋁管厚薄不均勻。產(chǎn)生的原因:模芯模套調(diào)節(jié)不當(dāng)，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(xiàn)瑕疵。

①鋁管表面脫皮呈粉狀。產(chǎn)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(shí)不徹底。解決的方法:加強(qiáng)鋁桿的清洗，保證鋁桿的質(zhì)量。

②鋁管表面出現(xiàn)泡狀紋。產(chǎn)生的原因是油或氣體對(duì)進(jìn)料鋁桿造成污染。解決方法:檢查清洗系統(tǒng)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(shí)先出現(xiàn)閃光的表面，然后冷卻成硬塊并部分的脫落。產(chǎn)生的原因是擠壓時(shí)進(jìn)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(jìn)料速度是否均勻一致;檢查進(jìn)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(jìn)料鋁桿的質(zhì)量或清洗系統(tǒng)的效率。

⑤鋁管表面出現(xiàn)有規(guī)則的劃痕。產(chǎn)生原因主要是擠出的鋁管發(fā)生軸向的振動(dòng)。解決方法:減短連接盤，檢查產(chǎn)生振源的原因并及時(shí)消除。

⑥當(dāng)鋁管擠制速度一旦增加，其表面出現(xiàn)有規(guī)則痕跡(常常出現(xiàn)異常的跳動(dòng))。產(chǎn)生的原因是模具過(guò)熱。解決方法:檢查進(jìn)料時(shí)的擠壓力是否合理，可適當(dāng)降低輪子速度，或調(diào)整模具加熱設(shè)置點(diǎn)。

⑦鋁管表面出現(xiàn)有規(guī)則圖案。產(chǎn)生的原因是擠出機(jī)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。解決方法:稍稍改變擠壓輪的速度。

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

(7)擠出鋁桿時(shí)產(chǎn)生的廢料太多。產(chǎn)生的原因:十字機(jī)頭與擠壓輪間隙過(guò)大;機(jī)頭溫度過(guò)高或過(guò)低;鋁桿清潔度不高;機(jī)頭安裝位置不正。解決方法:調(diào)整間隙和機(jī)頭溫度或機(jī)頭安置位置;檢查進(jìn)料鋁桿的清潔度。

(8)鋁管軋紋深度達(dá)不到要求。產(chǎn)生的原因:軋紋刀相關(guān)參數(shù)的設(shè)置有誤;軋紋刀過(guò)大或過(guò)小;穩(wěn)定模、前后導(dǎo)模不合適。解決的方法:重新設(shè)置軋紋刀相關(guān)參數(shù);更換合適的軋紋刀;更換模具。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)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(hù)套，因此，對(duì)皺紋鋁護(hù)套的加工工藝的研究和改進(jìn)，是提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低產(chǎn)品成本的一項(xiàng)重要工作。目前皺紋鋁護(hù)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(diǎn)。本文主要介紹了擠制鋁護(hù)套的加工工藝，對(duì)其工作特點(diǎn)、工藝要求、產(chǎn)品缺陷及解決方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，供有關(guān)人員參考。