矿物绝缘电缆铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制生产工艺

矿物绝缘电缆铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制生产工艺2010年第1期No.120lO电线电缆ElectricWireamp;Cable2010年2月Feb.2010矿物绝缘电缆铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制生产工艺唐崇健蔡如明陈大勇宝胜科技创新股份有限公司江苏宝应225800摘要:简述了矿物绝缘电缆铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制的生产工艺并对该生产工艺中可加硅油氧化镁粉运用定芯管的设计氩弧焊焊接轧辊轧制以及中频感应退火作了描述同时对连续生产过程中相关工艺作了说明.关键词:矿物绝缘电缆;工艺;可加硅油氧化镁粉;定芯管;管成型;氩弧焊焊接;轧制;感应退火中图分类号:TM

205.1文献标识码:A文章编号:1672—69012010O1-0032-05TheProcessofContinuousArgonArcWeldingandRollingofLOngitudinaIlyLappedCopperTapeinMineralInsulatedCablesTANGChong-jianetalBaoshengScienceamp;technologyInnovationCo.Ltd.Baoying225800ChinaAbstract:Inthispapertheprocessofcontinuousargonarcweldingandrollingoflongitudinallylappedcoppertapeinmineralinsulatedcablesispresented.Theapplicationofthemagnesiumpowderaddedwithsiliconeoilintheprocessargonarcweldingrollingbyrollersandmiddle~equeneyinductiveannealingaredescribed.Alsoilluminat—edaretherelatedprocessesinthecontinuousproduction.Keywords:mineralinsulatedcable;process;magnesiumpowderaddedwithsiliconeoil;corepositioningtube;tube~rming;argonarcwelding;rolling;inductiveannealingO引言矿物绝缘电缆在国外已有上百年的生产和应用历史在国内也有近三十多年发展史.在矿物绝缘电缆发展过程中其生产工艺经历了预制氧化镁瓷柱法氧化镁粉自动灌装法和铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制法的三次变革.预制氧化镁瓷柱法是矿物绝缘电缆制造初期的唯一的方法也是最原始的一种生产工艺.采用该生产工艺生产矿物绝缘电缆的主要有中国意大利LMI公司法国LYON公司等.预制氧化镁瓷柱法生产工艺的劳动强度大绝缘性能相对不稳定.为克服这些缺点原英国BICC的Pyotenax公司成功开发了氧化镁粉自动灌装生产工艺.采用该生产工艺生产矿物绝缘电缆的除了英国的BICC的Pyo—tenax公司还有加拿大澳大利亚美国等一些公司.宝胜于2003年从澳大利亚原Pyotenax公司引收稿日期:2009-0706作者简介:唐崇健1965一男研究员级高工作者地址:江苏宝应县宝胜中路1号

[225800]进三条氧化镁粉自动灌装生产线的设备和技术拥有了国内唯一此类生产线.在英国BICC的Pyo—tenax公司开发氧化镁粉自动灌装生产工艺同时英国AEI公司在研制开发矿物绝缘电缆连续生产工艺并于1980年推出了世界上第一条矿物绝缘电缆铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制生产线.宝胜于2005年从英国AEI公司引进采用该生产工艺的两条生产线.铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制生产工艺及设备的关键性技术处于国际领先水平主要包括:可加硅油氧化镁粉运用铜带纵包氩弧焊焊接轧辊连续轧制和中频感应式退火.1生产工艺流程铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制生产线由垂直和水平两个部分组成.垂直部分包括:氧化镁粉灌粉装置见图1;铜带管成型见图2;氩弧焊焊接压轮轧机和感应退火箱见图

3.水平部分包括:冷却槽轧机感应退火箱和收线装置.其生产工艺流程见图

4.2010年第1期No.12Ol0电线电缆ElectricWireamp;Cable2010年2月Feb.2010缆退火时容易发生护套开裂现象.可加硅油的氧化镁成功应用后即使电缆两端不用临时密封也可长期贮存绝缘性能也不会下降.电缆安装时未经临时密封的端头也不必截去.3定芯管的设计定芯管的结构如图6所示主要有定位套管外套管内芯管焊点加强垫片定位销定芯模块部分组成.设计原则主要从以下三个方面考虑:印\l2\3\4\56I图6定芯管的结构1一内芯管2一定位套管3一外套管4一焊点加强垫片5一定位销6一定芯模块1便于氧化镁粉通过不锈钢管流人铜护套内且保证硅油导管中的硅油顺利注入氧化镁粉中.2保证电缆的芯与芯芯与护套不偏心.多芯电缆定芯管如图7所示芯与芯之间间距主要是用定芯模块控制定芯模块中心小孑L用于穿硅油导管而芯与护套之间间距主要是用外套钢底部的两片定位销控制.线芯是经内芯管道流入到铜管中而氧化镁流道是通过外套管与内芯管之间的空隙流人铜管.单芯电缆定芯管如图8所示主要是靠4片定位销来定位线芯与定芯管的间距以及线芯与铜护套的间距从而保证电缆不偏心.焊接头图7多芯电缆定芯管铜带焊缝处图8单芯电缆定芯管3保证焊枪对准点处的不锈钢不被烧穿.铜带氩弧焊焊接点是固定不变的不锈钢定芯管也是固定不动的长期工作后容易造成焊接点处不锈钢定芯管被烧穿.采取以下两种方法来保证生产的连续性:

①在焊接点对应不锈钢定芯管处增焊一块不锈钢加强垫片;

②根据实际生产情况每种规格电缆生产50～60km后更换定芯管.4铜带管成型

4.1铜带清洗通过清洗机对铜带进行酸洗15%～20%的H0和12%～16%的H:SO.的水溶液清洗自来水及烘干烘干温度设置在35～45cI=.其目的是保证铜带清洗后表面无油污无氧化层有利铜带焊接.铜带清洗最关键的部位是铜带的切边铜带在成型焊接时采用边与边对焊在铜带由酸洗向清洗之间用一个塑料刮尘器对铜带的切边进行处理以保证避免因切边杂质而出现虚焊现象.

4.2铜带管成型轧辊的设计铜带清洗后进人成型轧辊铜带管成型部分一共采用7对正轧辊该装置为动力牵引和6对侧轧辊使铜带逐步成型管状.正面后轧辊如图9所示其圆弧半径变化次序为:

168.2ram--

44.5mm一

22.25mm一

17.55mm一

13.38mm一

12.45mm一

10.07mm:】I厂一.—’图9正面后轧辊示意图正面前轧辊如图10所示其圆弧半径变化次序为:

156.8mm一

43.8mm一

20.96mm—l

0.07mm一

10.07mm一

10.07mm--

9.65mm.图10正面前轧辊示意图正面前轧辊中间的圆孔主要是用来放置不锈钢2010年第1期No.12010电线电缆ElectticWireamp;Cable2010年2月Feb.2010定芯管.侧轧辊如图11所示圆弧半径变化次序为:

59.28mm一

29.64mm—l

7.78mm—l

2.7mm～

10.92mm一

10.26mm.睁a前两道侧轧辊lIUlIJf》.Ill1]Ib后四遭侧轧辊图11侧轧辊示意图铜带管成型过程实际是铜带由小半圆向大半圆至整圆的变化过程铜带在第2道侧轧辊呈为小半圆状在第3道侧轧辊呈大半圆状其侧轧辊从第3道就发生了变化侧轧辊从图11a所示变为图11b所示.5氩弧焊焊接铜带管成型后通过三对压辊对铜带边缝进行精确对准焊接基准确点在2号压辊与3号压辊之间中心点.焊枪采用计算机三维自动跟踪系统对铜带切边对缝进行焊接.焊接所需的焊接电流为210—280A焊接电压目标值为

12.5V.

5.1焊接电流焊接电流从起动电流为55A向280A缓慢升高同时铜带的线速度由0向3m/min的速度缓慢提速.当铜带的线速度达到3m/min时其焊接电流刚好也到所需的焊接电流所需时间为20s.生产线速度与焊接电流的变化情况见表

3.表3生产速度与焊接电流序号速度/%焊接电流/A序号速度/%焊接电流/A1O555551402105567016932583785210440l】281O0280注:表中速度为满负荷生产速度3m/rain的百分数.焊接起始电流不宜过大否则容易造成铜管出现焊洞从而导致定芯管焊枪对准处聚积铜焊疤甚至烧穿定芯管.

5.2焊接电压焊接电压目标值l

2.5V.通过微调电极棒与焊缝的距离达到此目标值正常电极棒与焊缝距离为

1.2mm.如果焊接电压偏大将电极棒向内微调一点;如果焊接电压偏小可以将电极棒向外微调一点直至调到

12.5V的焊接电压为止.

5.3焊接保护气体焊接保护气体为氩气控制压力为7bar.保护气体氩气设定为在生产线启动前10S送到生产线停机20s后停气.氩气流出采用环型气流方法来保证铜带在焊接时不与空气接触.

5.4焊接冷却铜带焊接时其焊缝处于高温状态当焊缝脱离压辊后由于内应力的释放会造成焊缝裂开因此在三对压辊内部须通过低温循环冷凝水对压辊进行冷却以便使铜带冷却.

5.5焊接程度铜带的焊接程度如图12所示焊接程度应控制在100%一105%之间.如果铜带焊接程度低于90%时电缆的铜护套在剥离时会沿焊缝被撕开;如果铜带焊接程度高于105%时铜护套轧辊轧制过程中容易轧裂在退火时容易爆管.焊接程度可通过调节焊接电流大小来控制每次调整范围为2～5Aa铜带成型状态b焊接程度90%c焊接程度lOO%d焊接程度105%图l2焊接程度

5.6铜带的要求铜带的硬度应控制在70～90HV范围内.硬度过低时铜带在成型过程中容易起皱;硬度过高时铜带在焊接后出现焊缝开裂.铜带切边直度应控制在每3m弯曲度不得超过2mm否则铜带管成型后其切边对缝呈现出微小的”S”弯超出焊枪自动跟踪范围无法对焊缝焊接..3520l0年第1期No.12OlO电线电缆ElectricWireamp;Cable2010年2月Feb.20106电缆轧制铜带焊接好的电缆进入轧机轧制轧制过程实际是电缆的延伸过程.1号轧机进料直径为

19.8mm出料直径为

15.52mm其轧辊配制见表4;2号轧机进料直径为

15.52mm出料直径为

10.28ram其轧辊配制见表5;3号轧机和4号轧机一样进料直径为

10.28mm出料直径为

5.15mm可以根据电缆成品直径选择所需轧机和轧辊.表41号轧机轧辊技术参数单位:mm道次第1道第2道第3道第4道第5道第6道第7道上轧辊D

19.O7l

8.4l

7.

717.

3916.73l

6.12l

5.52下轧辊D

19.

0718.

417.

716.70l

6.07l

5.48l

5.52速比

1.0o

0.

920.9lO.

870.

840.

830.86齿轮齿数比279:1252:124l:1221:1204:1189:ll89:1注:D为轧辊直径mm以下各表相同.表52号轧机轧辊技术参数单位:mm道次第1道第2道第3道第4道第5道第6道上轧辊D

15.

6815.O9l

4.53l

3.

9813.45l

2.94下轧辊Dl

5.07l

4.5O

13.95l

3.42l

2.92l

2.43速比

1.OO

1.

021.O

60.

830.

951.09齿轮齿数比177:1l66:1l66:1147:1133:1l26:1道次第7道第8道第9道第lO道第11道第l2道上轧辊D

12.45l

1.98l

1.53l

1.O91O.68l

0.28下轧辊Dl

1.96l

1.5ll

1.O7l

0.

6610.

2510.28速比O.

720.

820.94O.

770.

880.99齿轮齿数比ll4:ll04:11OO:l90:187:180:I电缆在轧制过程中应从以下几个方面控制:1轧辊速度.轧辊的速度取决于每道电缆的延伸系数并且主要由电机的速比和齿轮齿数比来控制其参数见表4和表

5.轧辊的理论转速与实际转速应控制在±2%.每道轧辊速度要与电缆的延伸系数相匹配.如果比其延伸系数低时电缆将在两道轧辊之间起拱而造成电缆断裂;如果比其延伸系数高时电缆将在两道轧辊之间被拉断.2轧辊间隙.轧辊设计问隙为

0.35mm.轧辊的间隙变化将对电缆的总延伸系数铜护套厚度导体直径氧化镁粉压实密度芯与芯之间绝缘厚度芯与地之间的绝缘厚度等都有较大影响.可以根据电缆检验结果对轧辊的间隙进行微调其调整范围控制在

0.25—

0.5mm.3轧辊与轧辊同一个平面的控制.轧辊与轧.36辊应处在同一个平面上并控制在±

0.025mm范围内可通过增加或减少

0.01mm的垫片数量来调整.如果轧辊与轧辊不在同一个平面后被轧制的电缆铜护套将会出现”飞边”现象.不仅影响铜护套厚度的均匀性而且还影响轧辊的使用寿命.4轧辊组与轧辊组形成的孔其中心点控制在一条直线上.轧辊组与轧辊组形成的孔其中心点在一条直线上有利电缆顺利流道;如果不在同一直线上在生产过程中电缆将在轧辊问起拱而造成停机.7中频感应退火感应加热技术是利用电磁感应的原理通过交变电流在工件中产生涡流来加热电缆的.感应加热具有加热速度快发热在物料内部和热效率高温度控制精度高加热均匀产品质量好加热氧化皮少和营运成本低无环境污染以及可控性好易于实现自动化等一系列优点.该生产线共有两套中频感应退火装置.一套在1号轧机出口处垂直摆放采用的是125kW10kHz水冷式电机;另一套在成品电缆外径出口处也就是四号轧机的出口处水平摆放采用的是250kW10kHz水冷式电机包含六组绕组铜管线圈其内径为30mm总长度为4270mm.电缆从1号退火出来必须解决矿物绝缘电缆生产过程中的三个问题:

①将电缆由垂直方向变成水平方向;

②冷却1号退火装置出来的电缆;

③为2号轧机轧制速度提供信号.通过设计一个安装有导向滑轮铝制直径1800mm的长3350mm×宽610mm×高1600mm冷却水箱来保证电缆的导向滑轮由垂直方向向水平方向移动.冷却水箱连接到循环水泵和热交换器.为了保证电缆不氧化在冷却水箱中加入抗氧剂.电缆退火程度主要靠调节退火功率来保证不同规格的电缆其退火功率不一样退火程度检验是通过对成品电缆进行弯曲试验依据GB/T13033—2007来决定.如果退火功率低了导致电缆发硬做弯曲试验失败.8结束语矿物绝缘电缆连续焊接生产工艺的成功运用解决了矿物绝缘电缆长度短交货周期长和氧化镁吸湿等问题.随着矿物绝缘电缆大长度的提供和应用以及氧化镁在使用过程中不吸湿从而使电气线路的中间接头减少线路的可靠性大大增强这对矿物绝缘电缆的使用和推广将提供更为广阔的空间.。