专利名称：铜包铝排连续冶金复合的生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及铜包铝排的生产工艺，尤其涉及铜包铝排连续冶金复合的生产 工艺。
背景技术：
铜包铝是指以铝为基材，四周无缝包裹着一层铜，铜铝之间实现冶金结合 的复合导体材料，制造铜包铝排复合材料，是替代纯铜排和纯铝排的最佳产品。
因母排使用时按长度计算，单位重量的铜包铝排比相同面积的铜排长2. 45倍， 铜包铝排的铜体积比为15%，如铜密度为8. 89g/cm 3，铝密度为2. 73g/cm 3，则 铜包铝排中铜的质量约占33%，这说明了等截面的导体， 一吨铜包铝排可节约 1.12吨铜材，实现了以铝节铜，是经济效益巨大的节能产品。
我国每年电力用传输导体的用铜量占铜总需求量的70%，其中铜母线约占有 导体用量的10%。据统计，2006年我国导体用铜约为354万吨，依此推算，铜 母线用铜量约为24. 78万吨。据了解，目前建筑领域有一种趋势，630A以上供 电电流导体，必须用母线槽，由此可预测铜包铝排的市场潜力巨大。
现有有铜包铝排生产工艺存在着许多的问题，包括
由于矩形排在拉拔挤压中四周收縮不均，固相结合较差，影响了力学性能; 铜层覆盖也不均匀，影响了电导率； 成材率低，生产效率低，成本高等。 大规格铜包铝排的生产技术目前正处于工艺研究中。
发明内容
鉴于现有技术所存在的上述问题，本发明旨在公开一种能够实现连续生产、 自动控制的铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，以解决各种规格的铜包铝排生 产问题，特别是大规格的铜包铝排。
本发明的技术解决方案是这样实现的一种铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，包括如下工艺步骤-
(1) 预处理即在夹送辊的作用下，铜皮和铝排的坯料分别对接，矫直，铜 皮清洗、去污、打毛，铝排表层铣除氧化膜；
(2) 在惰性气体保护下进行包覆即通过夹送辊和导入装置，将铝排和铜 皮同时送入惰性气体保护下的包覆机，铜皮在下，铝排在上，通过不同角度的 包覆辊型，依照铝排两边的圆角半径，使铜皮连续变形并均匀地包覆于铝排的 四周；
(3) 焊接、连续轧制和在线自动监测铝排四周包覆铜皮后，中间有一条缝 隙，将所述缝隙焊接后并封住铜包铝排的端头，通过夹送辊送入第一架轧机压 实并排除空气，再依次通过3-5台轧机进行连续轧制，自动变频调速，最终铜 包铝排的面积收縮比达到66%以上，温度达到350-40(TC;所述轧机四辊驱动， 平辊和立辊外圆的线速度一致，轧机之间通过导卫装置连接；
(4) 扩散热处理高频加热至350-450°C,保温0.5-2h; 对于60咖*8咖以下的小规格铝排坯料，使用盘巻坯料，在预处理前开巻；
采用在线扩散热处理，之后再盘巻和慢速冷却；
对于60咖*8咖以上的大规格铝排坯料，连续轧制后，定尺剪切，再采用专 用的热处理炉进行扩散热处理。
所述的包覆步骤中，包括铜皮和铝排依次通过7对不同角度的平辊包覆辊型 和7对不同角度的立辊包覆辊型和用于最后压平的0°平辊辊型，所述平辊包覆 辊型的角度依次为O。 ，15° ， 30° ，45° ， 60° ， 75° ， 90° ，所述立辊包覆辊 型的角度依次为O。 ， 15° ， 30° ， 45° ， 60° ， 75° ， 90° 。
所述预处理步骤中的坯料对接是采用氩弧焊的方式将前后坯料进行连接。
对于60 mm*8咖以下的小规格铝排坯料，所述预处理步骤中的坯料对接是采 用挤压式连接或压焊连接。
所述作为坯料的铝排为挤压机生产的电工用铝。
所述在线自动监测包括由总控室所控制的在连续轧制过程中进行的在线测 厚、探伤和测温的操作。
与现有技术相比，本发明通过连续均匀包覆、焊接、连轧同时在线自动监 测和在线或单独扩散热处理的过程有效解决了上述现有的技术难题，实现了如 下的技术效果(1) 铜皮与铝排的冶金结合充分而且均匀，同时铜覆盖层厚薄较均匀； 固相结合不均匀问题，是制约当前铜包铝排发展的主要问题，其原因是受
力不均匀，延伸不一致，铜与铝之间产生相对位移所至。
本发明首先将坯料较直，铜皮清洗去污，打毛，然后将铝排表层的氧化膜 铣掉，进入氩气保护区域，通过连续变形且均匀包覆的过程，经焊接进入第一 架轧机压实，把空气排除，接着通过六架轧机连续轧制，面积收縮比达到66% 以上，温度达到350 40(TC左右，铜与铝已经达到冶金结合，为了使结合更充 分，对于小规格产品，在线进行扩散热处理，大规格的不能在线，则另外单独 热处理。七台轧机是四辊均有驱动的轧机，平辊和立辊外圆的线速度是一致的， 因此轧制力、摩擦速度及摩擦力是相对均匀的，延伸也是一致的。上述轧制过 程也可以说是挤压过程。从而解决了固相结合不均匀问题。
在上述轧制过程中，封住铜包铝排的端头，尽管铜铝延伸率不同，这样轧 制后，二者一起伸延，从而使铜覆盖层厚薄较均匀。
(2) 成材率大大提高；
成材率低是工艺方案不尽完善所造成的。本发明实现了连续化不间断生产， 不存在重新穿线问题，也用不着卡头去尾，成材率自然就高，可达到96%以上， 而且生产效率高，因为采用交流变频装置，设备运行平稳，运行精度高，故障 率低，废品自然也少。
尤其是采用了探伤仪，测厚仪，温度仪等探测设备，能及时发现缺陷，既 保证质量又减少了废品率，提高了成材率。
此外，本套工艺的设备重量轻，全线设备总重150吨左右，并且结构简单， 部件的通用性强，既适应大批量生产，又适应小批量、多规格生产；同时实现 了清洁化生产，铝屑和铜屑自动回收，无污染源，噪声在40-60dB以下，并且 操作简单，节省人力。
综上，本发明实现了自动控制，达到连续不间断生产；通过全线设置了测 厚仪，探伤仪、测温仪、保证了产量质量；从而解决了各种规格的铜包铝排生 产问题，适应广泛，特别是适用于大规格的铜包铝排的生产制造。
图1是本发明的工艺流程示意图； 图2是本发明的工艺设备示意图。
具体实施例方式
以小规格的铝排坯料(60*8毫米以下)为例，其工艺流程如图1和图2所 示。首先使用盘巻，在第一盘巻1使用完之前，盘巻2首端与盘巻1末端焊接 或采用挤压式对接在一起，所需时间为3-4min，此时全线的运行速度减速至 l-2m/min，待焊接完成后，全线的运行速度恢复到8-9m/min。
铜带的对接方式，与铝排对接方式相同，在铜带的盘巻1放完之前，铜盘 巻2首端与铜盘巻1末端对接采用氩弧焊或挤压式对接，全线运行的中心线在 L2m高度，铜皮标高，在运行中心线之下。铜皮的中心线与铝排的中心线在一 个垂直平面内。
在夹送辊1的作用，坯料开巻和送入矫直机，矫直机担负矫直铝排作用， 铣屑机负责将铝排表层的氧化层(A1203)铣掉(铣掉O. lmm)，此时开始氩气保 护， 一直到焊接机，这一段是密闭的。
在平包覆前端，铝排和铜皮同时进入包覆机，铜带在下，铝排在上，包覆 机的包覆辊控制铝排和铜带的相对位置，只有这样才能保证悍机和焊咀在铜带 对缝的中间。首先通过带槽形的0°辊将铝排压实，不能窜动，然后依次通过 15° ， 30° ， 45° ， 60° ， 75° ， 90°的平辊包覆辊型，将铜皮的两边，按着 铝排两边的圆角半径，压制90° ;进而，再依次通过0。 ， 15° ， 30° ， 45° ， 60° ， 75° ， 90°的立辊包覆辊型，并继续经由一个0。的平辊将铜皮两边进一 步压平，最后形成铝排四周包覆铜皮，中间只有一条缝隙，进入焊接机，进行 焊接，焊接完成后，通过夹送辊送入轧机l，轧机l将包覆焊接后的铜包铝排压 实并将内部的空气排出，达到物理结合，轧机2与轧机3，上下、左右各压下6 毫米，温度上升至350-40(TC，再经过后四台轧机连续轧制，温度上升至450'C 左右，但是时间短，还来不及分子扩散，所以后部设加热段(高频加热)，保温 段进行扩散热处理。最后成巻慢速冷却。连续冶金复合工艺中由四至七台轧机组成，全是由交流变频电机驱动，由
变频器集中调整，使孔型的面积(F)和轧件通过速度(V)的乘积等于常数(FV= 常数)，从而实现了连续、自动轧制，并且使冷轧变成了热轧，相对于第一台轧 机，从第二台轧机开始就是热轧制(第一架轧机轧制时使轧件温度升高100-200 °C，后续的轧机，同理)，这也就省去了加热的过程，工艺更简单，也节省了能 源，因为热轧容易结合。
整个生产线由电控箱集中控制同步运行，连轧过程中，每台轧机分别由交 流变频电机驱动，自动变频调速，保证孔型面积F和轧件通过速度V的乘积FV 为一个常数。
大规格的铝排坯料(60*8以上)，不能成巻而是采用直条坯料(每根6-8m 长)，因为场地长68米，事先将坯料8-IO根焊接在一起，轧完后，下一根仍然 焊接连接，与小规格工艺相同；不同的是，扩散热处理后不能成巻，用剪切机 剪断，定尺处理在台架上进行，这些定尺后的铜包铝排运到专用的热处理炉进 行扩散热处理。
用这种工艺生产的铜包铝排，复合的质量好，固相结合均匀，配合探伤仪 在线检测，铜铝的结合率可以达到100%，所用的铝排是挤压生产的，密度在 2.7卜2.72之间， 一般铝排密度为2.703，质地致密， 一般的铜包铝密度 3.04-3.91，用这种工艺生产的铜包铝排的密度可达到4.00-4.20，如果改变铜 层厚度、强度、电导率均有提高，根据试验，铜的比重提高2个百分点，强度 就能提高3. 5-4MPa。所以本产品完全可以用于高压电的部件上。
以焊机的焊接速度为10m/min为例，作业率88%,成品率达到96%，单班作 业情况下，年产量9313T，铜包铝排售价为5. 5万元/T，则年产值达到5. 1亿元， 总成本2. 5亿元，税后净利润为1. 5亿元。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本 发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。
权利要求
1、一种铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，包括如下工艺步骤(1)预处理即在夹送辊的作用下，铜皮和铝排的坯料分别对接，矫直，铜皮清洗、去污、打毛，铝排表层铣除氧化膜；(2)在惰性气体保护下进行连续包覆即通过夹送辊和导入装置，将铝排和铜皮同时送入惰性气体保护下的包覆机，铜皮在下，铝排在上，通过不同角度的包覆辊型，依照铝排两边的圆角半径，使铜皮连续变形并均匀地包覆于铝排的四周；(3)焊接、连续轧制和在线自动监测铝排四周包覆铜皮后，中间有一条缝隙，将所述缝隙焊接后并封住铜包铝排的端头，通过夹送辊送入第一架轧机压实并排除空气，再依次通过3-5台轧机进行连续轧制，自动变频调速，最终铜包铝排的面积收缩比达到66％以上，温度达到350-400℃；所述轧机四辊驱动，平辊和立辊外圆的线速度一致，轧机之间由导卫装置依次连接；(4)扩散热处理将轧制后的铜包铝排高频加热至350-450℃，保温0.5-2h；对于60mm*8mm以下的小规格铝排坯料，使用盘卷坯料，在预处理前开卷；采用在线扩散热处理，之后再盘卷和慢速冷却；对于60mm*8mm以上的大规格铝排坯料，连续轧制后，定尺剪切，再采用专用的热处理炉进行扩散热处理；所述铜包铝排连续冶金复合的生产工艺在控制系统作用下保持全线同步运行。
2、 根据权利要求1所述的铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，其特征在于 所述的包覆步骤中，包括铜皮和铝排依次通过7对不同角度的平辊包覆辊型和7对不同角度的立辊包覆辊型和用于最后压平0°平辊辊型，所述平辊包覆辊 型的角度依次为O。 ，15° ， 30° ,45° ， 60° ， 75° ， 90° ，所述立辊包覆辊型 的角度依次为O。 ， 15° ， 30° ， 45° ， 60° ， 75° ， 90° 。
3、 根据权利要求1所述的铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，其特征在于 所述预处理步骤中的坯料对接是采用氩弧焊的方式将前后坯料进行连接。
4、 根据权利要求1所述的铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，其特征在于.:对于60纖*8 mm以下的小规格铝排坯料，所述预处理步骤中的坯料对接是采 用挤压式连接或压焊连接。
5、 根据权利要求1所述的铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，其特征在于: 所述作为坯料的铝排为挤压机生产的电工用铝。
6、 根据权利要求l-5所述的任一铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，其特 征在于所述在线自动监测包括由总控室所控制的在连续轧制过程中进行的在线测 厚、探伤和测温的操作。
全文摘要
本发明涉及一种铜包铝排连续冶金复合的生产工艺，包括预处理、连续包覆、焊接、连续轧制和在线自动监测并进行扩散热处理的步骤，从而实现了以下的技术效果(1)铜皮与铝排的冶金结合充分而且均匀，同时铜覆盖层厚薄较均匀；(2)成材率大大提高，保证了产量质量。由此解决了各种规格的铜包铝排生产问题，特别是适用于大规格的铜包铝排的生产制造，经济效益巨大。
文档编号H01B1/02GK101685687SQ20091001271
公开日2010年3月31日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者刘元和, 谢洪善 申请人:谢洪善;刘元和