智慧能源用復(fù)合芯高伸率耐熱鋁合金導(dǎo)線及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種智慧能源用復(fù)合芯高伸率耐熱鋁合金導(dǎo)線及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合導(dǎo)線因其具有質(zhì)量輕、抗張強(qiáng)度大、耐溫高、高比模、線膨脹 系數(shù)小等特點(diǎn)，在電力輸送受到人們的廣泛關(guān)注及逐步推廣應(yīng)用。
[0003] 目前纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合導(dǎo)線一種主要為纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線。該導(dǎo) 線結(jié)構(gòu)為復(fù)合芯外采用軟鋁導(dǎo)體，軟鋁導(dǎo)體因其電阻率相對(duì)普通硬鋁導(dǎo)體要低，導(dǎo)電率能 達(dá)到62. 5?63. 5% IACS，相對(duì)于普通的硬鋁線其導(dǎo)電率提高1 %?2%。有統(tǒng)計(jì)資料顯示， 導(dǎo)電率提高1 %，輸電線路的損耗將降低1 %左右，因此，為提高電能傳輸效率通常選擇采 用復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線。然而軟鋁導(dǎo)體的一個(gè)主要缺點(diǎn)是其質(zhì)地相對(duì)較軟，表面硬度相對(duì)較低， 施工過程中極易造成導(dǎo)線表面擦傷，導(dǎo)致導(dǎo)線表面不光滑，容易產(chǎn)生電暈，從而形成電暈損 耗造成電能的浪費(fèi)；同時(shí)，軟鋁的強(qiáng)度相對(duì)較低，軟鋁的強(qiáng)度一般在50?90MPa，在導(dǎo)線架 設(shè)和運(yùn)行過程中鋁部分發(fā)揮的力較小，導(dǎo)致導(dǎo)線整根拉斷力相對(duì)較低。
[0004] 另外，我們?yōu)榱烁倪M(jìn)軟鋁導(dǎo)體質(zhì)地相對(duì)較軟，表面硬度相對(duì)較低、強(qiáng)度小的缺點(diǎn)， 為此，我們開發(fā)了強(qiáng)度相對(duì)較大的高伸率硬鋁線與復(fù)合芯相配合，采用高伸率硬鋁線與復(fù) 合芯配合，不僅提高了導(dǎo)線耐磨擦力，同時(shí)提高了導(dǎo)線拉重比，可以相應(yīng)增加架設(shè)檔距，減 少投資，該導(dǎo)線在新建線路體現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。但是，由于硬鋁導(dǎo)體在一定溫度下，其組 織狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，即在長(zhǎng)期高溫下，其強(qiáng)度將大幅度下降，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，該導(dǎo)線的長(zhǎng)期 安全運(yùn)行溫度為120°c。當(dāng)某些增容改造線路，需要在導(dǎo)線面積不變的情況下通過將導(dǎo)線運(yùn) 行溫度提高至160°C來實(shí)現(xiàn)容量大幅度增加時(shí)，則無法滿足要求。因此，復(fù)合芯高伸率硬鋁 導(dǎo)線在新建線路中體現(xiàn)出較好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但在老線路增容改造工程中應(yīng)用受到一定的限 制。
[0005] 再次，還有一種纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合導(dǎo)線為纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合芯耐熱鋁合金導(dǎo) 線。該導(dǎo)線結(jié)構(gòu)為在復(fù)合芯外部絞合耐熱鋁合金線，該結(jié)構(gòu)提高了導(dǎo)體的表面硬度和提高 了導(dǎo)線的運(yùn)行溫度。但是采用的傳統(tǒng)耐熱鋁合金線存在以下的缺點(diǎn)：耐熱鋁合金線的伸長(zhǎng) 率在1. 5%?2. 0%左右，而復(fù)合芯的伸長(zhǎng)率在2. 0?3. 0%，由這兩種材料組成的復(fù)合芯耐 熱鋁合金導(dǎo)線在受拉力時(shí)，由于耐熱鋁合金的伸長(zhǎng)率小于復(fù)合芯的伸長(zhǎng)了，耐熱鋁合金先 達(dá)到極限時(shí)斷裂，而復(fù)合芯的強(qiáng)度僅達(dá)到50%?70%，而未能完全發(fā)揮其額定強(qiáng)度，導(dǎo)致 導(dǎo)線整根拉斷力偏小，從而不能發(fā)揮復(fù)合芯高強(qiáng)度、高模量的優(yōu)勢(shì)。
[0006] 因此由上述分析可知，現(xiàn)有的幾種形式的復(fù)合導(dǎo)線均存在著缺點(diǎn)。因此，需要開發(fā) 一種能實(shí)現(xiàn)復(fù)合芯和外面的導(dǎo)電層完美結(jié)合的導(dǎo)線，即能充分發(fā)揮復(fù)合芯力的性能優(yōu)勢(shì)， 提高導(dǎo)線拉重比，增加架設(shè)檔距，又能在高溫下長(zhǎng)期安全運(yùn)行，大幅度輸送提高輸送容量， 實(shí)現(xiàn)倍容的導(dǎo)線，保證導(dǎo)線在高溫下運(yùn)行的安全性，同時(shí)又要降低敷設(shè)時(shí)被擦傷的風(fēng)險(xiǎn)，能 滿足在各種條件下新建線路、老線路改造中實(shí)現(xiàn)大檔距、大長(zhǎng)度場(chǎng)合下使用的低成本的新 型復(fù)合導(dǎo)線是業(yè)內(nèi)的研發(fā)方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種提供一種耐高溫、容量大、強(qiáng)度大、方便施工的一 種智慧能源用復(fù)合芯高伸率耐熱鋁合金導(dǎo)線的制造方法。
[0008] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一個(gè)目的的技術(shù)方案是一種新型復(fù)合芯高伸率耐熱鋁合金導(dǎo)線的 制作方法：
[0009] 步驟一：加工制得耐熱鋁合金桿，將耐熱鋁合金桿的性能控制在直徑為9. 50? 12. 00mm、20°C導(dǎo)體電阻率為彡0. 03400 Q ? mm2/m、抗張強(qiáng)度為120?160MPa ;
[0010] 步驟二：對(duì)耐熱鋁合金桿進(jìn)行高溫時(shí)效處理，制得高伸率耐熱鋁合金桿，將高伸 率耐熱鋁合金桿的性能控制在20°C導(dǎo)體電阻率為彡0. 028600 Q ? mm2/m、抗張強(qiáng)度105? 125MPa、伸長(zhǎng)率彡 15. 0% ;
[0011] 步驟三：將高伸率耐熱鋁合金桿加工制得高伸率耐熱鋁合金線，將高伸率耐 熱鋁合金線單線性能控制在其直徑或等效直徑為1. 50?5. 00mm、20°C導(dǎo)體電阻率為 彡0.028735Q .臟2/!!!、抗張強(qiáng)度彡165MPa、伸長(zhǎng)率彡3.0%、導(dǎo)電率彡60% IACS，230°C高 溫處理1小時(shí)后，其抗張強(qiáng)度殘存率多90% ;
[0012] 步驟四：將多根高伸率耐熱鋁合金線與纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合芯經(jīng)框式絞線機(jī)按照 需要的絞合方式進(jìn)行絞合，形成纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合芯位于內(nèi)部，高伸率耐熱鋁合金線絞 合層位于纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合芯外部的復(fù)合芯高伸率耐熱鋁合金導(dǎo)線成品；絞合后的各 高伸率耐熱鋁合金線彡0. 028735D，臟2/!!!、抗張強(qiáng)度彡160MPa、伸長(zhǎng)率彡2. 5%、導(dǎo)電率 彡60% IACS，230 °C高溫處理1小時(shí)后，其抗張強(qiáng)度殘存率彡90%。
[0013] 所述步驟一加工制得耐熱鋁合金桿的方法為：將鋁錠通過熔煉、合金配置、連鑄 連軋工序形成強(qiáng)度為120?160MPa、直徑<2 9. 5mm?12. 0mm的耐熱鋁合金桿；其中合金 成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)控制在Zr :0. 05?0. 35%、Fe :0. 13?0. 25%、稀土 ：0. 01?0. 03%、 Si < 0. 09 %、V+Ti+Mn+Cr< 0. 025 %，其中鋁合金液保溫溫度730?780°C，澆鑄溫度680? 720°C，入軋溫度控制在480?520°C。
[0014] 所述步驟二加工制得高伸率耐熱鋁合金桿，將耐熱鋁合金桿放入時(shí)效爐中進(jìn)行時(shí) 效處理，時(shí)效溫度為380?430°C，時(shí)效時(shí)間為50?150h，時(shí)效后自然冷卻至室溫，制得高 伸率耐熱鋁合金桿。
[0015] 所述步驟三加工制得高伸率耐熱鋁合金線，將耐熱鋁合金桿通過拉絲拉拔成各種 規(guī)格、各種形狀的高伸率耐熱鋁合金單線，拉絲各道延伸系數(shù)為1. 20?1. 50。
[0016] 所述步驟四加工制得復(fù)合芯高伸率耐熱鋁合金導(dǎo)線，將多根高伸率耐熱鋁合金單 線與復(fù)合材料芯經(jīng)絞線機(jī)絞合，制得復(fù)合材料芯高伸率耐熱鋁合金絞線；復(fù)合芯位于中心， 外絞合高伸率耐熱鋁合金線。
[0017] 所述高伸率耐熱鋁合金絞合層采用緊密絞合方式或者采用疏繞方式。
[0018] 本發(fā)明的第二個(gè)目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種復(fù)合芯高伸率耐熱鋁 合金導(dǎo)線。
[0019] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第二個(gè)目的的技術(shù)方案是：一種復(fù)合芯高伸率耐熱鋁合金導(dǎo)線，包括 位于內(nèi)部的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合芯和外部絞合的高伸率耐熱鋁合金絞合層；所述高伸率 耐熱鋁合金絞合層的高伸率耐熱鋁合金單線為圓形線、或者型線、或者圓形線和型線的組 合體；所述內(nèi)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合芯的抗拉強(qiáng)度為1800?3200MPa，伸長(zhǎng)率為1. 5%? 3. 5% ;所述纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合芯由單一纖維或者兩種或者兩種以上纖維材料組合；纖 維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合芯為一根或者兩根或者兩根以上。高伸率耐熱鋁合金絞合層的單線 彡0? 028735Q ? mm2/m、抗張強(qiáng)度彡160MPa、伸長(zhǎng)率彡2. 5%、導(dǎo)電率彡60% IACS。
[0020] 所述高伸率耐熱鋁合金單線可以是圓形線，也可以為型線，如：截面為"凹"形、 "凸"形、梯形或瓦形，也可以是圓形和型線的組合體；所述絞合的高伸率耐熱鋁合金線可以 采用緊密絞合方式，也可以采用疏繞方式；所述內(nèi)部的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合芯抗拉強(qiáng)度在 1800?3200MPa之間，伸長(zhǎng)率在1. 5%?3. 5%之間。
[0021] 采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1)本發(fā)明采用復(fù)合芯與復(fù)合 芯高伸率耐熱鋁合金線結(jié)合的結(jié)構(gòu)，因此本發(fā)明不僅可以提高導(dǎo)線長(zhǎng)期運(yùn)行溫度至160°C， 大大提高輸電電流，而且具有較高的整體拉斷力，拉重比大，同時(shí)解決了常規(guī)纖維增強(qiáng)樹脂 基復(fù)合芯軟鋁導(dǎo)線表面硬度低，在敷設(shè)過程中容易擦傷等問題，其可以滿足在各種新建線 路或改造線路輸電要求，也可滿足大檔距、大風(fēng)區(qū)等環(huán)境惡劣的輸電線路要求。
[0022] (2)本發(fā)明為了將這兩種材料發(fā)揮最大的力學(xué)性能，必須確保外面高伸率耐熱 鋁合金的伸長(zhǎng)率與復(fù)合芯的伸長(zhǎng)率同步，為了提高耐熱鋁合金線的伸長(zhǎng)率，同時(shí)確保耐熱 鋁合金線的性能，特別是電阻率、強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和高溫強(qiáng)度殘存率，本發(fā)明對(duì)高伸率耐熱鋁 合金線的材料配方和生產(chǎn)工藝進(jìn)行了創(chuàng)新。設(shè)計(jì)了高伸率耐熱鋁合金桿成分：質(zhì)量百分 數(shù)控制在 Zr :0? 05 ?0? 35%、Fe :0? 13 ?0? 25%、稀土 ：0? 01 ?0? 03%、Si 彡 0? 09%、 V+Ti+Mn+Cr< 0. 025% ;工藝創(chuàng)新為：首先通過連鑄連軋工序制得耐熱鋁合金桿，其次，將 耐熱鋁合金桿放入時(shí)效爐中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為380?430°C，時(shí)效時(shí)間為50? 150h，時(shí)效后自然冷卻至室溫，制得高伸率耐熱鋁合金桿。再次，將耐熱鋁合金桿通過拉絲 拉拔成各種規(guī)格、各種形狀的高伸率耐熱鋁合金單線。而現(xiàn)有的耐熱鋁合金線成分與本發(fā) 明不同，工藝只有連鑄連軋后直接拉絲，本發(fā)明增加了鋁桿時(shí)效工序。通過以上成分和工藝 的控制，不僅保證了耐熱鋁合金線導(dǎo)電率達(dá)到60% IACS，強(qiáng)度也大于硬鋁線的強(qiáng)度，也保 證了其伸長(zhǎng)率大于3.0%，實(shí)現(xiàn)與復(fù)合芯伸率相匹配，提高了導(dǎo)線整根拉斷力，同時(shí)，該耐熱 鋁合金線在高溫（230°C，lh)處理后，其抗張強(qiáng)度殘存率多90%，也大大提高導(dǎo)線的運(yùn)行溫 度，可以保證導(dǎo)