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生產工藝對鋁合金導體的影響論文
［摘要］鋁合金導體是鋁合金電纜的重要部分，導體直流電阻是衡量電纜電氣性能的重要指標，已成為電纜例行試驗項目。影響鋁合金導體直流電阻測量值的因素有很多，以鋁合金導體生產工藝的影響最為根本。基于對鋁合金導體絞合工藝和退火工藝的試驗研究，指出了傳統工藝存在的問題，給出調整后更為合理的工藝方案。通過對鋁合金導體生產過程嚴格把關，使鋁合金導體直流電阻測量值符合規定，保證了電纜產品使用性能。
［關鍵詞］鋁合金導體；直流電阻；生產工藝；測量
近年來，鋁合金電纜作為一種新型電纜，已在我國獲得推廣應用。鋁合金導體是鋁合金電纜的重要部分，導體直流電阻是衡量電纜電氣性能的重要指標，已成為電纜例行試驗項目。一般情況下，在滿足電纜載流量要求前提下，導體電阻越小越好，以減少電能在線路中的損耗，且可以避免因電阻偏大，導致導體發熱而造成的絕緣加速老化，減小當絕緣老化到一定程度時的被擊穿概率，降低引發短路，或損壞其他的電氣設備，甚至引發火災的危險。雖然減小鋁合金導體直流電阻測量值的因素有很多，但最根本的是通過對導體生產過程進行嚴格把關，使鋁合金導體直流電阻測量值符合規定，以保證電纜產品使用性能。
１測量方法確定和測量過程控制
電線電纜導體電阻常使用電橋法測量。按電橋類型，電橋法可分為單臂電橋法（又稱惠斯登電橋法）和雙臂電橋法（又稱開爾文電橋法）。通常根據樣品電阻的測量范圍進行選擇，即測量電阻為１００Ω及以上時宜選用單臂電橋法，測量電阻為１Ω及以下時宜選用雙臂電橋法，測量電阻為１．０～９９．９Ω時單臂電橋法或雙臂電橋法均可選用。測量直流電阻時基本選用雙臂電橋法。本文在對鋁合金導體生產工藝對導體直流電阻測量值影響試驗研究時，采用雙臂電橋法對鋁合金導體直流電阻進行測量。為了獲得準確的鋁合金導體直流電阻測量值，測量時采取了以下措施：ａ．在測量前，預先清潔樣品表面，去除附著物、污穢和油垢，尤其是盡可能除盡連接部位的導體表面氧化層。ｂ．樣品采用端部壓接或焊接方法，以改變絞合導體中的電流分布，減少接觸電阻的影響［１］。ｃ．將樣品靜置一段時間，使其溫度接近于周圍環境溫度，達到完全平衡，同時盡量控制周圍環境溫度不變，即所測環境溫度為導體溫度。ｄ．測試時采用適當的電流，避免過高過低。電流過低會導致分辨率下降，使誤差增大。電流過高會使導體發熱，影響測量結果。為了減少檢測電流的影響，通過采用比例為１∶１．４１的２個電流分別測量樣品電阻，判斷導線溫度是否受測量電流影響而升高（即兩者之差不超過０．５％，則可認為用比例為１的電流測量時，試樣導體未發生溫升變化［２］）。ｅ．當樣品電阻小于０．１Ω時，采用電纜換向法，讀取一個正向讀數和一個反向讀數，取算術平均值［３］。ｆ．嚴格控制由鋁合金單線表面氧化、標準電阻精度不高、試樣長度測量誤差、電流電極和電位電極與試樣的接觸松緊度等帶來的誤差［４］。
２生產工藝影響的試驗研究
２．１絞合工藝的影響
雖然根據電纜載流量的要求，單絲根數、單絲線徑均可確定，但絞合工藝的設置（尤其是絞合節距的設定）仍會對導體直流電阻測量值造成影響。為了了解絞合節距對導體直流電阻的影響，以１２０～６３０ｍｍ２鋁合金導體為例，在單絲根數、單絲線徑和緊壓模具尺寸等其他方面保持不變的情況下，只調整鋁合金導體絞合節距（如表１所示），并對絞合節距調整前后的鋁合金導體直流電阻的測試結果進行對比（如表２所示）。可見：ａ．在絞合節距未調整前，與標準規定的２０℃導體直流電阻值相比，鋁合金導體退火前２０℃直流電阻實測值大多數不合格，即使合格的導體電阻實測值與標準規定值相比余量也很小，鋁合金導體退火后２０℃直流電阻雖然基本上合格，但與標準值相比余量也很小。ｂ．在絞合節距調整后，與標準規定的２０℃導體直流電阻值相比，鋁合金導體退火前后２０℃直流電阻實測值均合格，且與標準規定值相比余量適中。相比銅芯導體，鋁合金導體延展性差，單線在絞合過程中，絞合節距不宜過大或過小。過大的絞合節距會導致退火處理后的導體在經過彎曲后，導體松散和單線與單線之間間隙增大，不能回復原形，對導體電阻有嚴重影響，也不利于擠包絕緣層。過小的絞合節距，由于鋁合金單線延展性差，在經過緊壓模后，單線容易斷裂，再者電阻與長度成正比，絞合節距過小，導致單線長度增大，最后測量時導體直流電阻增大。
２．２退火工藝的影響
為提高鋁合金導體的機械性能和電性能，絞合后的鋁合金導體需要進行退火處理。通常鋁合金導體在井式回火爐中退火，其退火工藝采用時間計數，即不同的規格導體采取不同的退火時間，如表３所示。鋁合金導體采用該退火工藝退火時，如當天溫度高于５℃，則氣溫每升高１０℃，表３中的退火爐加熱溫度相應地降低１０℃，時間不變，但最終加熱溫度不低于３１０℃。當鋁合金導體退火達到保溫時間后，關閉電源，導體還應在爐內繼續保溫４０ｍｉｎ才能出爐。雖然上述傳統退火工藝執行起來很簡單，只要根據鋁合金導體截面積，選擇不同的退火時間即可，但該退火工藝未能考慮到鋁合金導體數量（長度），存在一定的不合理性。實踐證明，相對于未滿盤鋁合金導體，滿盤鋁合金導體所需的退火時間更長，而且裝有滿盤鋁合金導體的退火盤，其內圈退火溫度在規定時間未必能達到退火溫度，這樣就會導致整個退火盤上內圈鋁合金導體和外圈鋁合金導體的退火溫度不一樣，直接影響了鋁合金導體退火后的直流電阻和機械性能。為避免傳統退火工藝因導體數量產生的問題，根據表３中的退火時間，結合實際導體生產數量情況，重新調整了退火工藝，即根據導體凈重（質量），來確定退火時間（如表４所示）。由此調整后的退火工藝流程改為：絞合導體→稱重→裝爐→升溫→恒溫加熱→保溫→出爐。調整后的退火工藝的退火溫度設定為３２０℃，退火達到保溫時間后，關閉電源，導體出爐，打開爐蓋，待爐溫降到５０℃以下再將爐蓋蓋上。調整后的退火工藝不僅明確了具體導體數量的退火時間，還對導體退火過程中升溫時間、恒溫加熱和保溫時間有了具體要求。顯然，調整后的退火工藝避免對鋁合金導體直流電阻造成影響，更加具有合理性。表５示出了退火工藝調整前后的鋁合金導體直流電阻的測試結果，可見退火工藝調整后比調整前的導體直流電阻明顯要小，與標準規定的２０℃導體直流電阻值相比余量更適中。因此，調整后退火工藝更加合理。同時，采用調整后退火工藝退火的導體的柔軟性、單絲斷裂伸長率更優，機械性能明顯提高。
３結束語
毋庸置疑，鋁合金導體生產工藝對導體直流電阻測量值有著極大的影響。當然除上述兩項生產工藝因素外，鋁合金導體的生產源頭———鋁合金桿的材質和質量，以及鋁合金桿在拉絲過程中模具的使用和拉絲油的質量等，皆可影響到導體直流電阻測量值，在生產中也應加以重視。
［參考文獻］
［１］徐林青．大截面鋁芯電纜導體電阻測量方法技術改進［Ｊ］．電測與儀表，２００９，４６（ｓ１）：３２－３４．
［２］吳長順．電線電纜產品檢驗［Ｒ］．上海：國家電線電纜質量監督檢驗中心，２００４．
［３］莫峰．淺談電纜導體電阻測量［Ｊ］．科學之友，２０１１（１４）：５０－５１．
［４］賈宇東．電線電纜導體線芯直流電阻試驗探討［Ｊ］．蘇鹽科技，２００６（１）：１５－１６．
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