专利名称：铜铝复合排的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种电エ材料的制造加工方法，尤其涉及一种铜铝复合排的生产方法。
背景技术：
汇流排又称母线或导电排，是ー种传输大电流的载流导体，是电气设备不可缺少的主要组成部分,也是工程建设项目中主要材料之一。汇流排按材质划分有铜汇流排(简称铜排)、铝汇流排(简称铝排)和铜铝复合汇流排(简称铜铝复合排)。铜铝复合排外层为铜内芯为铝，既保留了铜排抗氧化能力强、接触电阻小的特点，又利用了铝重量轻、成本低的优势。铜铝复合排是将铝的高导电性能、低成本资源和铜的高化学稳定性，较低的接触电阻集于一体，达到“以铝节铜”、实现低成本节能的ー种新型导体。由于电流趋肤效应的作用，铜 铝复合排的导电率比铝排高得多，接近铜排，重量是铜排的45%，价格是铜排的50%，用于电气设备中，安装方便，寿命更长，是替代铜排的最佳材料，因其价格低廉，深受客户的欢迎。现有的铜铝复合排的制造加工通常有三种方法，第一种是静液挤压エ艺，以大直径铜管坯和纯铝棒坯套装成挤压坯锭，再通过高静水压カ和大加工变形率作用达到铜、铝间的结合；第二种是直接在铝带两宽面通过施加机械压カ将铜带和铝排压接在一起；第三种是采用平、立辊同芯压制，将铜带包覆在铝排上，然后对纵缝进行焊接，再经过拉伸得到铜铝复合排。上述介绍的几种铜铝复合排的生产方法中，铜铝之间都是固相结合，在实际的生产使用中，经常会由于铜铝之间结合强度不高，加工时出现铜铝分层等现象，減少了铜铝复合排的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铜铝复合排的生产方法，其通过固液结合的方式使铜铝间结合紧密，从而提高了铜铝复合排的成品质量，延长铜铝复合排使用寿命。为实现上述发明目的，本发明提供一种铜铝复合排的生产方法，其包括以下步骤
将温度控制在浇注温度的熔融的铝液注入异型铜管中，并冷却，以形成铜铝复合铸
锭；
加热所述铜铝复合铸锭至轧制温度，并将加热后的铜铝复合铸锭通过包括有相间设置的若干对平辊与立辊的热连轧机以制成铜铝复合排，所述铜铝复合铸锭通过热连轧机前后的总压下量范围为50% 78%。作为本发明的进ー步改进，平辊为5对时，铜铝复合铸锭顺序通过每对平辊前后的压下量范围依次为35% 50%、15% 30%、10% 25%、5% 20%、3% 15%。作为本发明的进ー步改进，所述铜铝复合铸锭单位时间内通过每对平辊的辊缝间的体积相同，所述若干对平辊的转速分配以此作为基础，井根据铜铝复合铸锭通过最后ー对平辊出口的速度来确定转速；所述出ロ速度范围为0. 3 2m/s，可根据产量需求来调整。
作为本发明的进ー步改进，所述每对平辊的转速还会被选择地在上述确定转速的基础上微调1% 5%，以确保铜铝复合铸锭在各对平辊之间存在一定的微张力。作为本发明的进ー步改进，所述熔融的铝液在气压浇注保温炉内实现浇注温度的控制，并通过向所述保温炉内注入气体，以将保温炉内的铝液压出来实现浇注；所述浇注温度范围为680°C 750°C。作为本发明的进ー步改进，所述保温炉设置有石墨浇注嘴，熔融的铝液通过所述石墨浇注嘴注入异型铜管中，所述石墨浇注嘴的内径范围为4 15_。作为本发明的进ー步改进，所述异型铜管设置在圆盘浇注机上，所述圆盘浇注机具有若干个エ位，每ーエ位上固定设置ー异型铜管；所述圆盘浇注机通过旋转使每ーエ位 上的异型铜管转到浇注位置，以与所述石墨浇注嘴对齐来实现铝液的浇注。作为本发明的进ー步改进，当异型铜管转到浇注位置时，一对夹持臂将所述异型铜管夹紧并保持在浇注位置，所述夹持臂上设置有第一水冷系统以在铝液浇注时开启对所述异型铜管进行冷却，冷却速度范围为10°c 50°C /s ;当浇注完成的异型铜管转入下ーエ位时，位于该エ位的第二水冷系统开启以对浇注完成的异型铜管继续进行冷却。作为本发明的进ー步改进，所述铜铝复合铸锭通过充斥有惰性气体和还原性气氛的加热炉加热至轧制温度，所述轧制温度范围为300°C 548で。作为本发明的进ー步改进，该方法还包括通过自动整形设备来调节铜铝复合排的平直度和直线度；所述自动整形设备包括8对平整辊和8对立整辊，其整形温度为100 300°C，平整辊辊缝和立整辊开ロ度根据复合排的规格及板型情况来设定，其中平整辊的挤压量0 0. 3mm可调，立整辊的挤压量0 3mm可调。与现有技术相比，本发明的有益效果是通过将熔融铝液浇注进异型铜管冷却后，再加热进行热连轧制得铜铝间结合紧密的铜铝复合排，铜铝之间实现了冶金结合，结合强度高，提高了铜铝复合排的成品质量，延长了铜铝复合排的使用寿命。
图I是本发明铜铝复合排的生产方法一具体实施方式
中的エ艺流程 图2是图I所示的铜铝复合排的生产方法中用于铝液保温及浇注的气压浇注保温炉的剖面示意 图3是图2所示的气压浇注保温炉的石墨浇注嘴的放大示意 图4是本发明铜铝复合排的生产方法一具体实施方式
中圆盘浇注机的俯视示意 图5是按照本发明铜铝复合排的生产方法制造的铜铝复合排的剖面示意 图6是本发明铜铝复合排的生产方法中热连轧机一具体实施方式
中的平面示意 图7是本发明铜铝复合排的生产方法中自动整形设备的一具体实施方式
的示意 图8是图7所示的自动整形设备中一对立整棍的示意图。
具体实施例方式以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
參图I、图3、图5所示的一种铜铝复合排的生产方法的一具体实施方式
。首先将铜管进行端头加工(步骤601)，加工成一端封闭的异型铜管20，同吋，将重熔用铝锭熔化(步骤602)成熔融铝液，达到可浇注的浇注温度，并进行保温(步骤603)，作为本发明的较佳实施方案，浇注时铝液的浇注温度控制在680°C至750°C之间。然后进行半连续铸造(步骤604)，所述的半连续铸造是将上述温度范围内的铝液浇注进所述的一端封闭的异型铜管20内，并进行冷却，形成铜铝复合铸锭50。在本实施方案中，熔融铝液温度控制在680°C至750°C之间，当熔融的铝液浇注进异型铜管20，铝液与固态铜接触时，由于铜优良的导热能力，异型铜管20的内壁其实是处于ー个熔融的状态，也就是形成ー个铜液相层，在铜表面发生界面反应，铜和铝原子相互扩散，并在两种金属中形成扩散层，通过界面层上固体的局部熔化和原子扩散的物理冶金过程实现了复合界面的冶金结合。如果铝液温度低于680°C，熔融铝液很快就会凝固，无法熔融铜层的内壁，而当熔融铝液的温度高于750°C后，铜铝之 间会形成化合物，不利于复合排的界面结合性能和导电性，也会由于过高的温度而可能熔融击穿异型铜管20的管壁，造成不必要的风险和损失。在浇注的同时或之后，都会对铜管进行冷却以形成铜铝复合铸锭50，后续会根据所要生产的铜铝复合排的规格要求来加工铜铝复合铸锭50。关于冷却的方式，将会在后文中做详细的描述。随后，冷却后的铜铝复合铸锭50被送入气氛保护步进加热炉，加热到ー个合适的轧制温度，本实施方式中，轧制温度控制在300 0C 548 0C之间。本实施方案中，铜铝复合铸锭50是在充满惰性气体和还原性气氛中进行加热的(步骤605)，可以防止加热过程中，铜铝复合铸锭50被氧化，保证铜铝复合铸锭50的光泽性和优良的导电性能。接下来开始热连轧(步骤606)，如前所述，进入轧机前，铜铝复合铸锭50的温度控制在300°C 548°C之间。所述的热连轧(步骤606)是将上述加热后的铜铝复合铸锭50通过设置有若干对相间设置的平辊和立辊的热连轧机以制成达到规格尺寸要求的铜铝复合排。在实际的生产中，通过上述步骤制得的铜铝复合排可能还会存在翘曲等一系列缺陷，即平直度和直线度存在一定的问题，所以还需将铜铝复合排进行进ー步的自动整形(步骤607)，以消除这一系列可能的缺陷。关于自动整形设备，后文将会做详细描述。然后将所得的铜铝复合排进行定尺锯切(步骤608)以满足规格所需要的长度要求。随后，将所得的铜铝复合排再进行表面抛光(步骤609)，按照从粗抛到精抛的顺序抛光轮可依次采用钢丝刷、千页轮、尼龙刷，使产品表面精糙度和光亮度都达到要求。为了确保产品的合格率，还需对进行过表面抛光的铜铝复合排进行在线检测(步骤610)，如通过涡流探伤设备和超声波检测设备分别检测出产品外部和内部存在的缺陷，并将缺陷产品挑出来，通过在复合排的缺陷位置喷色打标，并通过声光报警信号提示相关人员。最后将铜铝复合排进行钝化烘干(步骤611)，所述钝化烘干(步骤611)原理是通过钝化液改变铜表层的电极电位，使其不具备电化学反应的条件，表面不易氧化，然后铜铝复合排就可包装入库了(步骤612)。參图2、图3和图4所示，本发明实施方案中，保温是通过气压浇注保温炉10实现的，所述气压浇注保温炉包括进料ロ 11及可与进料ロ 11配合的阀门12。所述的进料ロ 11用于将经过除杂等处理过后的熔融铝液注入至气压保温炉10内，然后通过阀门12紧密密封进料ロ 11。气压浇注保温炉10内的浇注温度是通过设置在其内的加热棒15进行加热并保持的，并且气压浇注保温炉10上还设有温度測量元件17，实时检测气压浇注保温炉内的温度，并传递给控制器，以便于控制器控制加热棒15使保温炉内维持浇注温度。气压保温炉10还设置有进气ロ 13和放气ロ 14，压缩空气可通过该进气ロ 13通入保温炉内，以将熔融铝液通过升液管16压出，熔融铝液经升液管16上升，经石墨浇注嘴18将铝液注入异型铜管20中。当一根异型铜管20浇注完成后，进气ロ 13关闭，放气ロ 14打开，气压浇注保温炉10内泄压，但是并不完全泄去，只需保证熔融铝液不会从浇注嘴流出即可，直到下根异型铜管20需要浇注时，再重复进行上述的浇注过程。在本发明实施方案中，石墨浇注嘴
18的内径范围为4 15_，这样可以保证熔融铝液以较佳的速率顺利通过石墨浇注嘴18，既不会由于石墨浇注嘴18内径181过窄而使铝液浇注速度过慢，也不会由于石墨浇注嘴18内径181过大，而限制了异型铜管的内径尺寸。此外，浇注嘴所采用的材料并不限于石墨，也可采用其他的非金属耐高温材料，如碳化硅(SiC)、三氧化ニ铝(A1203)、硅酸铝等。參图3和图5所示，本发明实施方案中异型铜管20是通过圆盘浇注机30固定的。所述圆盘浇注机30上设有若干个エ位，每ーエ位上固定有一异型铜管20，优选地，所述エ位设为8个，所述圆盘浇注机30通过旋转使每ーエ位上的异型铜管20转到浇注位置，以与 所述石墨浇注嘴18对齐来实现铝液的浇注；所述每ーエ位上设有固定件31固定保持异型铜管的位置。在本实施方案中，还设有ー对夹持臂32用于进ー步夹紧固定异型铜管20并使异型铜管20的中心线与石墨浇注嘴18的中心线定位对齐，保证浇注过程的精确性。同时夹持臂32上还设有第一水冷系统321，用于铝液浇注时对异型铜管的第一次冷却。所述的第一水冷系统321可以包括多个冷水管，由伺服阀控制，用以当铝液浇注进异型铜管20后液位逐渐上升的过程中，逐步开启所述的多个冷水管。在此过程中，浇注有铝液的异型铜管20的冷却速度范围控制在20°C 25°C /s，以保证优良的铸造效能。当浇注完成后，圆盘浇注机30会转动至下ー个エ位，此时位于该エ位的第二水冷系统33，如喷淋装置开启以对浇注完成的异型铜管继续进行冷却。參图6和图7所示，本发明实施方案热连轧机中平辊和立辊的对数优选地设为5对和4对，平辊和立辊相间设置，平辊压下使铜铝复合铸锭50在长度方向上延长和宽度方向上伸展，即控制厚度尺寸H ;立辊控制铜铝复合铸锭50在宽度方向上的尺寸W。铜铝复合铸锭50在通过热连轧机前后总压下量范围为50% 78%。同时，在本实施方案中，铜铝复合铸锭50顺序通过平辊41、平辊42、平辊43、平辊44、平辊45前后的压下量范围依次设置为35% 50%、15% 30%、10% 25%、5% 20%、3% 15%，所述压下量为铜铝复合铸锭50在每一次通过相应平辊后厚度H的减小量比上通过所述的平辊前的厚度H的比值。由于在热连轧606中，随着加工的进行，且温度的逐步降低，铜铝复合铸锭50的变形抗カ逐步増大，所以，通过设置从平辊41到平辊45的逐步地降低压下量范围，可以保证良好的轧制效果。此外，针对通过不同平辊前后所需达到的不同压下量要求，本发明实施方案设置平辊41大于平辊42的半径，平辊42大于平辊43的半径，而平辊44和平辊45的半径则设置为与平辊43 —致；当然，也可以根据不断变小的压下量需求，逐步减小各平辊的半径。所述铜铝复合排在平辊45出ロ处的速度为I I. 5m/s,同吋，为了确保铜铝复合铸锭50在单位时间内通过每对平辊辊缝间的体积相同，需要以上述条件为基础，来确定各对平辊的转速分配；然后，根据出口速度的要求，再按照不同平辊的半径设置来确定各对平辊的转速。作为优选的实施方式，每对平辊还会被选择地在上述确定转速的基础上微调1% 5%，以确保铜铝复合排在各对平辊之间存在一定的微张力。例如，铜铝复合铸锭50通过平辊41、42、43时，平辊42,43的转速就被微调，来确保平辊41、42和平辊42、43间的复合排具有一定的微张力。以下结合具体的例子来说明压下量和平辊速度。例如，铜铝复合坯锭规格为26mm*65mm，26mm为铜铝复合铸锭的厚度，65mm为铜铝复合铸锭的宽度，成品规格为10mm*80mm，10mm为铜招复合排的厚度，80mm为铜招复合排的宽度，则平棍各次的压下量分配分别为26mm— 15. 6mm— 12. 9mm— 11. 6mm— 10. 6mm— 10mm,各平棍速度设计为0. 684m/s, 0.853 m/s, 0.935 m/s, I. 02 m/s, I. 08 m/s。又例如，铜铝复合坯锭规格为 32 mm *108mm, 32 mm为铜招复合还锭的厚度，108 mm为铜招复合还锭的宽度,成品规格为10 mm *120mm, 10 mm为铜铝复合排的厚度，120 mm为铜铝复合排的宽度，则平辊各次的压下量分配分别为32 mm — 18. 72 mm — 14. 04 mm — 12. I mm — 10. 8 mm — 10 mm,各平棍速度设计为0. 598 m/s,0. 792 m/s,0. 912 m/s, I. 02 m/s, I. I m/s。应当了解的是，本发明的平辊和立辊的对数可以依照不同的实际需求设置为不同的数量，本实施方案只是介绍一个较佳工程实施例，而非限制。參图8和图9所示的自动整形设备70。本实施方式中，自动整形设备70包括一支架系统75、设直在支架系统75上的棍系系统、和用于驱动棍系系统的驱动系统。其中，支架系统75包括若干直立的支架和设置在支架上的支撑梁。辊系系统设置在支撑梁的上方，其包括至少ー对平躺设置的平整辊71和至少ー对竖直设置的立整辊72。其中平整辊71用来调节铜铝复合排的平直度，而立整辊72用来调节铜铝复合排的直线度。作为优选的实施方式，平整辊71和立整辊72分别包括8对，且在支撑梁的上方相互交错设置。通过这种设置，由轧机出来的铜铝复合排，经对中装置对中，而后通过8平8立整形后，可使铜铝复合排的平直度和直线度都达到标准要求。每ー立整辊72沿竖直方向上设置有径向凹陷的第一凹槽721和第二凹槽722，其中且第一凹槽与第二凹槽的槽位的宽度不同，以分别适应不同规格的铜铝复合排。驱动系统用于驱动平整辊71和立整辊72旋转工作，其包括平整辊驱动电机73和立整辊驱动电机74。自动整形设备70还包括乳化液循环系统78，用于降低整形过程中铜铝复合排与平、立整辊之间的摩擦，保证复合排表面情況。本实施方式中，上述自动整形设备包括的8对平整辊和8对立整辊，所述自动整形设备的整形温度为100 300°C，平整辊辊缝和立整辊开ロ度(如图8中的箭头所示)根据复合排的规格及板型情况来设定，其中平整辊的挤压量0 0. 3_可调，立整辊的挤压量0 3_可调。通过这样的设置，可使铜铝复合排的平直度和直线度都达到标准要求，并节省エ时、使其整形速度与上下道エ序匹配可调，效率高、完全实现自动化生产。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此g在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含ー个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为ー个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。
权利要求
1.一种铜铝复合排的生产方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 将温度控制在浇注温度的熔融的铝液注入异型铜管中，并冷却，以形成铜铝复合铸锭； 加热所述铜铝复合铸锭至轧制温度，并将加热后的铜铝复合铸锭通过包括有相间设置的若干对平辊与立辊的热连轧机以制成铜铝复合排，所述铜铝复合铸锭通过热连轧机前后的总压下量范围为50% 78%。
2.根据权利要求I所述的生产方法，其特征在于平辊为5对时，铜铝复合铸锭顺序通过每对平辊前后的压下量范围依次为35% 50%、15% 30%、10% 25%、5% 20%、3% .15%。
3.根据权利要求I所述的生产方法，其特征在于所述铜铝复合铸锭单位时间内通过每对平辊的辊缝间的体积相同，所述若干对平辊的转速分配以此作为基础，并根据铜铝复合铸锭通过最后一对平辊出口的速度来确定转速；所述出口速度范围为0. 3 2m/s，可根据产量需求来调整。
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于所述每对平辊的转速还会被选择地在上述确定转速的基础上微调1% 5%，以确保铜铝复合铸锭在各对平辊之间存在一定的微张力。
5.根据权利要求I所述的生产方法，其特征在于所述熔融的铝液在气压浇注保温炉内实现浇注温度的控制，并通过向所述保温炉内注入气体，以将保温炉内的铝液压出来实现浇注；所述浇注温度范围为680°C 750°C。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于所述保温炉设置有浇注嘴，熔融的铝液通过所述浇注嘴注入异型铜管中，所述浇注嘴的内径范围为4 15mm。
7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于所述异型铜管设置在圆盘浇注机上，所述圆盘浇注机具有若干个工位，每一工位上固定设置一异型铜管；所述圆盘浇注机通过旋转使每一工位上的异型铜管转到浇注位置，以与所述石墨浇注嘴对齐来实现铝液的浇注。
8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于当异型铜管转到浇注位置时，一对夹持臂将所述异型铜管夹紧并保持在浇注位置，所述夹持臂上设置有第一水冷系统以在铝液浇注时开启对所述异型铜管进行冷却，冷却速度范围为10°C 50°C /s ;当浇注完成的异型铜管转入下一工位时，位于该工位的第二水冷系统开启以对浇注完成的异型铜管继续进行冷却。
9.根据权利要求I所述的生产方法，其特征在于所述铜铝复合铸锭通过充斥有惰性气体和还原性气氛的加热炉加热至轧制温度，所述轧制温度范围为300°C 548°C。
10.根据权利要求I所述的生产方法，其特征在于该方法还包括通过自动整形设备来调节铜铝复合排的平直度和直线度；所述自动整形设备的整形温度为100 300°C，平整辊辊缝和立整辊开口度根据复合排的规格及板型情况来设定，其中平整辊的挤压量0 .0.3mm可调，立整棍的挤压量0 3mm可调。
全文摘要
本发明提供一种铜铝复合排的生产方法，该方法包括以下步骤将温度控制在浇注温度的熔融的铝液注入异型铜管中，并冷却，以形成铜铝复合铸锭；加热所述铜铝复合铸锭至轧制温度，并将加热后的铜铝复合铸锭通过包括有相间设置的若干对平辊与立辊的热连轧机以制成铜铝复合排，所述铜铝复合铸锭通过热连轧机前后的总压下量范围为50%～78%。本发明提供的铜铝复合排的生产方法，可以大大提高铜铝复合排中铜、铝之间结合的牢固性，提高成品质量，延长铜铝复合排的使用寿命。
文档编号H01B13/00GK102651258SQ201110224048
公开日2012年8月29日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者张坚华 申请人:苏州华铜复合材料有限公司