電工用銅線坯對漆包線耐壓性能影響

胡延波，余 琪，楊國富，羅波濤，張婷香，羅至勇，李昌青

（江西銅業(yè)加工事業(yè)部，江西 南昌 330096）

1 引言

漆包線是最基礎(chǔ)的電工材料之一，主要制造方法包括連拉連包和單涂覆兩種（暨高速連拉連包漆包機(jī)和低速多頭漆包機(jī)兩種漆包設(shè)備制造漆包線的生產(chǎn)工藝）［1］，目前漆包線制造業(yè)主要采用高速連拉連包生產(chǎn)工藝，其采用“銅桿→拉絲→清洗→退火→絕緣漆涂敷→烘烤→冷卻吹干→在線檢測→潤滑→成卷收線”的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程長。漆包線被廣泛應(yīng)用于高鐵、飛機(jī)、輪船、發(fā)電機(jī)及冰箱、空調(diào)等產(chǎn)品上，利用法拉第電磁感應(yīng)定律，在磁場里切割磁力線，實(shí)現(xiàn)電能及動能的互相轉(zhuǎn)化，因此，漆包線漆膜的絕緣能力直接影響到下游產(chǎn)品的質(zhì)量和使用安全［2-3］。近年來隨著高質(zhì)量的發(fā)展及激烈的市場競爭，漆包線使用廠家除了表面、尺寸、耐刮、回彈角、剝離扭絞等性能外，對漆包線的耐壓提出了更高的要求。

目前，國內(nèi)多家漆包線生產(chǎn)企業(yè)為電機(jī)廠家提供的漆包線，易出現(xiàn)耐壓不良的質(zhì)量問題。經(jīng)查閱，國內(nèi)外學(xué)者對漆包線進(jìn)行了大量而深入的研究。余琪［4］等指出銅桿的晶粒組織、次表層質(zhì)量、扭轉(zhuǎn)后表面質(zhì)量、銅粉量影響漆包線的漆瘤。王湄［5］認(rèn)為漆包線外觀缺陷主要表現(xiàn)為粒子、黑斑和表面顏色不均勻。余琪［6］等提出了連拉連包生產(chǎn)線拉拔加工率對漆包線生產(chǎn)、能耗、漆瘤等影響進(jìn)行了深入研究。龍香林［7］等研究了漆包線線硬的原因以及應(yīng)對措施。但是對漆包線耐壓技術(shù)方面的研究較少，其工藝技術(shù)尚無合適的資料可以參考借鑒。因此，對漆包線進(jìn)行耐壓實(shí)驗(yàn)，分析其耐壓不良的影響因素，探究漆包線漆膜缺陷對耐壓的影響規(guī)律，對于漆包線生產(chǎn)的穩(wěn)定性及質(zhì)量具有重要意義。

2 試驗(yàn)設(shè)備及方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

目前耐壓實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要有交流和直流兩種裝置，用來檢測經(jīng)常發(fā)生的瞬態(tài)高壓下變壓器、電機(jī)、絕緣材料的絕緣能力實(shí)驗(yàn)，通過不同電壓等級的泄漏電流變化情況判斷絕緣狀況，有助于及時發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷、老化及受潮等［8］。常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是臺灣固緯GPT-9803 交流耐壓/直流耐壓/耐壓實(shí)驗(yàn)儀，由升壓、控制和顯示電路三部分組成，具有手動/自動測試模式、便捷功能鍵、聲光報警及控制指示燈等優(yōu)點(diǎn)，本文以此型號耐壓儀為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如圖1 所示。

圖1 耐壓實(shí)驗(yàn)儀

2.2 試驗(yàn)方法

按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，在耐壓試驗(yàn)設(shè)備上設(shè)定所需電壓、漏電流及檢測漆包線表面所需的測試時間。把被測試漆包線產(chǎn)品試樣一端除去漆膜約5cm，并與實(shí)驗(yàn)設(shè)備負(fù)極夾具連接，按壓“開始”鍵，用紫銅絲或黃銅絲制作的刷子在漆包線表面移動，使刷頭與漆包線表面接觸角約為60°，并且刷頭端部與漆包線表面充分接觸，依次掃過試樣表面，檢測在實(shí)驗(yàn)高壓下漆膜產(chǎn)生的漏電流與預(yù)置的判定漏電流進(jìn)行對比，若漆膜產(chǎn)生的漏電流值小于判定預(yù)置值，則漆包線通過測試，按壓“停止”鍵停止測試或至設(shè)置的測試時間結(jié)束，則合格燈亮自動停止測試；當(dāng)檢出的漆膜漏電流值大于判定預(yù)置值時，實(shí)驗(yàn)高壓立即切斷并發(fā)出警報聲，從而判定被測漆包線產(chǎn)品耐壓不合格，漆包線耐壓測試示意圖如圖2 所示。選用測試為1000V、漏電電流為5mA 對Φ1.000mmQ（ZY/XY）-2/200 漆包線進(jìn)行耐壓測試。

圖2 漆包線耐壓測試示意圖

采用4XC-MIT 型三目倒置金相顯微鏡觀察擊穿處缺陷形貌和銅桿線的銅粉形貌，并采用扭轉(zhuǎn)機(jī)檢測銅桿銅粉量。

3 結(jié)果與分析

3.1 宏觀形貌觀察

圖3 為采用臺灣固緯GPT-9803 交流耐壓/直流耐壓/耐壓實(shí)驗(yàn)儀對漆包線進(jìn)行耐壓檢測出現(xiàn)擊穿后的擊穿點(diǎn)漆包線的缺陷形貌，通過4XC-MIT型三目倒置金相顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)耐壓擊穿點(diǎn)缺陷主要是漆瘤、針孔和線傷等。

圖3 耐壓擊穿點(diǎn)典型宏觀形貌

圖4 為耐壓擊穿形貌的主要類型占比折線圖，選取JTTY 漆包線生產(chǎn)線生產(chǎn)的MZ 客戶Φ1.000mmQ(ZY/XY)-2/200 漆包線468 軸，共出現(xiàn)耐壓擊穿缺陷20 軸，不良率為4.27%，對20 軸缺陷樣品進(jìn)行形貌觀察，其中12 軸為漆瘤，占總不良數(shù)的60%，5 軸為針孔缺陷，占總不良數(shù)的25%，3 軸為劃傷，占總不良軸數(shù)的15%，由折線圖可知，造成漆包線耐壓不良的主要原因是漆包線表面存在漆瘤缺陷，使得耐壓測試擊穿。

圖4 耐壓擊穿點(diǎn)形貌占比分析

3.2 連拉裸線表面質(zhì)量對耐壓的影響

圖5 為耐壓擊穿點(diǎn)拉絲裸線表面形貌，采用脫漆劑去除實(shí)驗(yàn)擊穿點(diǎn)試樣的漆膜，觀察針孔、漆瘤試樣裸銅線表面缺陷主要有輕微毛刺、凹坑、連續(xù)劃傷、粗糙四種。

圖5 針孔、漆瘤試樣典型裸銅線表面缺陷

3.3 對耐壓的影響

圖6 為不同銅粉含量的銅桿線對漆包線耐壓的影響，采用扭轉(zhuǎn)機(jī)檢測漆包線銅原料-銅桿的銅粉含量，分別選用銅粉含量為3～8mg 共計13 種含量的銅桿，每種銅桿4t，在高速連拉連包漆包機(jī)上生產(chǎn)MZ 客戶Φ1.000mmQ（ZY/XY）-2/200 漆包線，統(tǒng)計不同銅粉含量銅桿生產(chǎn)的漆包線耐壓擊穿次數(shù)，由曲線圖可以看出，銅粉含量為3mg 時不良率為1.2%，而銅粉含量為8mg 時不良率為60%，同時可以看出，銅粉含量越高擊穿比例越大，低于4mg 時擊穿不良率總體平穩(wěn)，當(dāng)高于6mg 時不良率急劇上升。

圖6 銅粉含量對耐壓影響

銅桿對耐壓的影響除銅粉含量之外，還與銅粉形貌有極大的關(guān)系，經(jīng)在連拉出口處收集銅粉，在4XC-MIT 型三目倒置金相顯微鏡觀察，如圖7 所示，細(xì)小均勻的銅粉擊穿不良率低，而粗大并且成片狀剝離物的銅粉耐壓擊穿不良率高。

圖7 銅粉形貌

3.4 分析討論

高速連拉連包漆包線生產(chǎn)過程中，因銅桿拉拔后表面銅粉較多，粘附在裸線表面，經(jīng)清洗水箱清洗后，無法徹底清洗干凈，導(dǎo)致粘附在裸線表面的銅粉經(jīng)退火形成氧化銅、氧化亞銅帶入絕緣漆涂敷過程，金屬、金屬氧化物夾雜在裸線與絕緣漆之間，經(jīng)耐壓檢測造成擊穿。另外，因銅桿質(zhì)量、拉拔工藝等因素的影響，使裸線表面拉拔后出現(xiàn)表面毛刺，無法消除，帶有毛刺缺陷的裸線經(jīng)過涂漆模，使得有毛刺缺陷的漆包線段漆膜涂敷少，或者造成表面漆瘤，耐壓擊穿性能受到影響。

4 結(jié)論

（1）影響漆包線耐壓的因素主要有線傷、針孔、漆瘤等方面。

（2）電工用銅線坯是影響漆包線耐壓性能的主要原因，銅粉含量越高擊穿比例越大，低于4mg時擊穿不良率總體平穩(wěn)，當(dāng)高于6mg 時不良率急劇上升，為降低耐壓性能不良率選擇銅粉含量低于4mg 的銅桿，并且銅粉成細(xì)小均勻狀態(tài)較好。

（3）控制好電工用銅線坯的表面質(zhì)量，確保線坯的拉拔后質(zhì)量，減少線坯在高速連拉連包漆包使用中拉絲后的表面缺陷和剝離物的產(chǎn)生，降低漆包線生產(chǎn)中漆瘤，提升耐壓性能。