鋼芯鋁絞線拉斷力測試試樣端頭的制備工藝

代禮斌, 楊章程, 宋晶晶, 鄭朝清, 邱仕佳, 鄧 雄, 史可峰

(重慶市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院, 重慶 401121)

鋼芯鋁絞線由鋼線和鋁線同心絞制而成，其結(jié)構(gòu)以鋼線為中心，相鄰層絞向相反，最外層絞向?yàn)椤坝蚁颉盵1-4],具有較高的額定拉斷力和良好的導(dǎo)電性能[5-7]，被廣泛應(yīng)用于架空輸電線路中[8]。目前，鋼芯鋁絞線執(zhí)行GB/T 1179—2017 《圓線同心絞架空導(dǎo)線》，該標(biāo)準(zhǔn)對導(dǎo)線拉斷力測試有明確規(guī)定，導(dǎo)線試樣的兩端應(yīng)制備適當(dāng)?shù)亩祟^，仲裁試驗(yàn)時，應(yīng)采用低熔點(diǎn)合金或者環(huán)氧樹脂澆鑄端頭進(jìn)行測試。GB/T 8358—2014 《鋼絲繩 實(shí)際破斷拉力測試方法》中介紹了鋼絲繩實(shí)際拉斷力測試方法，包括合金澆鑄法、樹脂澆鑄法、套管壓制法、直接夾持法等，但均沒有對如何制備端頭進(jìn)行明確的規(guī)定或說明。在拉斷力測試過程中，端頭的質(zhì)量將直接影響拉斷力測試能否成功，因此需要對鋼芯鋁絞線拉斷力測試試樣端頭的制作工藝進(jìn)行深入研究。

GB/T 1179—2017中規(guī)定，測試期間導(dǎo)線的拉斷力按當(dāng)絞線的一根或多根單線發(fā)生斷裂時的負(fù)載來確定。如果單線的斷裂發(fā)生在距離端頭1 cm以內(nèi)，并且此時拉斷力小于規(guī)定的拉斷力要求時，可重新測試，最多可測試3次；反之，如果單線斷裂發(fā)生在距離端頭1 cm以外或距離端頭1 cm以內(nèi)，且拉斷力大于規(guī)定的拉斷力要求時，拉斷力測試成功，可間接判斷端頭質(zhì)量達(dá)到要求，說明端頭制備工藝可行。筆者研究了不同模具端頭成型工藝對拉斷力測試的影響。

1 測試材料與測試方法

1.1 測試材料

試驗(yàn)用的材料有鋼芯鋁絞線、舊模具(見圖1)、新模具(見圖2)、植筋膠、環(huán)氧樹脂等；鋼芯鋁絞線型號為JL/G1A 400/35，額定拉斷力為103.7 kN。新模具與舊模具的主要區(qū)別為：① 新模具縱向長度比舊模具增加一倍；② 新模具成型端頭的錐度較低；③ 新模具集模具與拉伸夾具于一體，舊模具僅用于成型；④ 新模具具有鋼線錨固裝置，舊模具無錨固裝置。

圖1 舊模具宏觀形貌

圖2 新模具宏觀形貌

1.2 測試方法

在長度為15 m的鋼芯鋁絞線兩端，分別用不同的工藝制備端頭，工藝如表1 所示；鋼芯鋁絞線端頭相應(yīng)的測試編號如表2 所示。

表1 端頭制備工藝

表2 鋼芯鋁絞線端頭相應(yīng)的測試編號

鋼芯鋁絞線端頭制備步驟為：① 在鋼芯鋁絞線預(yù)留長度末端進(jìn)行標(biāo)記，用專用捆帶捆緊；② 將鋼芯鋁絞線一端預(yù)留出制作端頭的部分鋁線、鋼線散開，放入模具，按表1的要求進(jìn)行填充或錨固；③ 將制作好的端頭安裝到臥式拉力試驗(yàn)機(jī)上并進(jìn)行拉斷力測試，以檢驗(yàn)端頭的質(zhì)量。

1#工藝采用舊模具與植筋膠成型，將鋼芯鋁絞線一端預(yù)留出端頭的部分用螺栓卡子緊固，將端頭的鋁線和鋼線散開，中心鋼線散開后反彎放入模具(見圖3)，鋁線沿原絞制方向散開，將鋼線散開，鋼線超出模具的部分彎曲固置于模具內(nèi)，再利用注膠槍從最低處開始，由低到高進(jìn)行注膠，直到填滿模具，待膠凝固后脫模。

圖3 1#工藝制備端頭過程

2#工藝采用新模具與植筋膠成型，將鋼芯鋁絞線一端預(yù)留出端頭的部分用螺栓卡子緊固，將端頭的鋁線散開放入模具，鋼線不散開直接置入錨固裝置，合模后擰緊螺栓(見圖4)，利用注膠槍從最低處開始，由低到高進(jìn)行注膠，直到填滿模具，待膠凝固后不脫模。

3#工藝與4#工藝均采用新模具與環(huán)氧樹脂成型，3#工藝是將鋼芯鋁絞線的鋁線和鋼線均散開并放入模具，然后注入環(huán)氧樹脂；4#工藝是將鋼芯鋁絞線的鋁線散開，鋼線錨固在模具上后，合模注入環(huán)氧樹脂，待環(huán)氧樹脂凝固。3#和4#工藝制備端頭過程如圖5所示。

圖4 2#工藝制備端頭過程

圖5 3#和4#工藝制備端頭過程

2 測試結(jié)果與分析

圖6為測試A的過程，鋼芯鋁絞線兩端按1#工藝制作端頭，拆模后裝入試驗(yàn)機(jī)夾具，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)的位置再逐步加力進(jìn)行拉伸，直到鋼芯鋁絞線斷裂。由圖6可知：鋼芯鋁絞線的鋁線從夾具鉗口處斷裂(距離端頭1 cm以內(nèi))。斷裂時最大拉斷力為80.66 kN，鋼線仍嵌入在端頭內(nèi)，再繼續(xù)施力進(jìn)行拉伸，鋼線從端頭中滑出，鋼線未斷裂，反彎的鋼線從端頭中滑出且仍呈現(xiàn)出反彎形狀。

圖6 測試A的過程

圖7為測試B的過程，鋼芯鋁絞線的兩端分別按2#，4#工藝制作端頭，并將其安裝在試驗(yàn)機(jī)上，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)位置再逐步加力，直到鋼芯鋁絞線斷裂，斷裂時的最大拉斷力為89.43 kN。從圖7可以看出，鋼芯鋁絞線斷裂于2#工藝制備端頭鉗口處(距離端頭1 cm以內(nèi))。鋁線斷裂，斷續(xù)施加拉力，鋼線從端頭中滑出，將夾具拆下后發(fā)現(xiàn)，夾具中的錨具沒有將鋼芯錨緊，拉伸時鋼芯從錨具中滑出。4#工藝端頭處鋼芯鋁絞線未斷裂。

圖7 測試B的過程

圖8 測試C的過程

圖8為測試C的過程，鋼芯鋁絞線的兩端分別按3#，4#工藝制作端頭，并將其安裝在試驗(yàn)機(jī)上，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)位置再逐步加力，直到鋼芯鋁絞線斷裂，斷裂時最大拉斷力為105.82 kN。從圖8中可以看出，鋼芯鋁絞線斷裂于3#工藝端頭鉗口處。鋁線斷裂，斷續(xù)施加拉力，鋼線從端頭中滑出，其中一根鋼線斷裂。4#工藝端頭處鋼芯鋁絞線未斷裂。

GB/T 1179—2017中規(guī)定：測試期間導(dǎo)線的拉斷力按照絞線的一根或多根單線發(fā)生斷裂時的負(fù)載來確定，如果單線的斷裂發(fā)生在距離端頭1 cm以內(nèi)，并且拉斷力小于規(guī)定的拉斷力要求時，可重新測試；相反，如果斷裂發(fā)生在距離端頭1 cm以內(nèi)，并且拉斷力大于規(guī)定的拉斷力要求時，測試合格。以上的理論分析與實(shí)際測試結(jié)果均表明，在絞線的拉斷力測試時，斷裂位置均為端頭處，所以端頭的質(zhì)量對絞線的拉斷力有直接影響。

對比測試A，B，C可以看出：1#，2#，3#工藝制備端頭的鋁線均斷裂在端頭處，鋼線均滑出端頭，4#工藝制備端頭的鋁線未斷裂。

對比測試A和B可以看出：舊模具較短，絞線錨入模具內(nèi)的長度短，在進(jìn)行拉伸時，鋁線斷裂并從鋼線滑出，測出的最大拉斷力為80.66，89.43 kN，與絞線的規(guī)定拉斷力相差較遠(yuǎn)，絞線拉斷力試驗(yàn)結(jié)果未達(dá)到規(guī)定要求；模具中的填充材料植筋膠與環(huán)氧樹脂相比，植筋膠是雙組分膠，價格昂貴，雙組分拌合不均勻影響端頭固化，環(huán)氧樹脂流動性差影響鋼線或鋁線與植筋膠的有效接觸，最終影響鋼線或鋁線的握力；環(huán)氧樹脂流動性好，價格低，易固化成型，因此環(huán)氧樹脂具有更好的適用性和經(jīng)濟(jì)性。

測試C采用3#工藝和4#工藝，其主要區(qū)別是3#工藝未錨固鋼線，4#工藝已錨固鋼線，測試結(jié)果表明：3#工藝端頭鋁線斷裂，鋼線滑出端頭，其主要原因是鋁線與環(huán)氧樹脂的握力大于鋁線的拉斷力，鋼線與環(huán)氧樹脂的握力小于鋼線的拉斷力；當(dāng)絞線兩端同時施加拉力時，鋁線和鋼線開始產(chǎn)生相同的變形，直到鋁線和鋼線開始產(chǎn)生不同的變形時，鋁線與鋼線之間產(chǎn)生相對滑移，內(nèi)部的鋼線在環(huán)氧樹脂中滑動，鋁線被錨固于環(huán)氧樹脂中，鋼線發(fā)生的變形小，鋁線發(fā)生的變形大，最終導(dǎo)致鋁線先發(fā)生斷裂。4#工藝制備端頭的鋼線錨固在夾具上，施加的拉力逐漸增加時，鋼線與鋁線同時變形直到3#工藝端頭斷裂，斷裂時的拉斷力為105.82 kN，大于規(guī)定拉斷力，達(dá)到規(guī)定要求，因此4#工藝是最佳的端頭制備工藝。

3 結(jié)論

通過以上測試結(jié)果可以得出：新模具制備的端頭較舊模具制備的端頭更適用于拉斷力測試；鋼芯鋁絞線拉斷力測試試樣端頭的最佳制備工藝是新模具+鋼芯錨固+環(huán)氧樹脂填充。