智慧能源用复合芯高伸率耐热铝合金导线及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种智慧能源用复合芯高伸率耐热铝合金导线及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 纤维增强树脂基复合导线因其具有质量轻、抗张强度大、耐温高、高比模、线膨胀 系数小等特点，在电力输送受到人们的广泛关注及逐步推广应用。
[0003] 目前纤维增强树脂基复合导线一种主要为纤维增强树脂基复合芯软铝导线。该导 线结构为复合芯外采用软铝导体，软铝导体因其电阻率相对普通硬铝导体要低，导电率能 达到62. 5?63. 5% IACS，相对于普通的硬铝线其导电率提高1 %?2%。有统计资料显示， 导电率提高1 %，输电线路的损耗将降低1 %左右，因此，为提高电能传输效率通常选择采 用复合芯软铝导线。然而软铝导体的一个主要缺点是其质地相对较软，表面硬度相对较低， 施工过程中极易造成导线表面擦伤，导致导线表面不光滑，容易产生电晕，从而形成电晕损 耗造成电能的浪费；同时，软铝的强度相对较低，软铝的强度一般在50?90MPa，在导线架 设和运行过程中铝部分发挥的力较小，导致导线整根拉断力相对较低。
[0004] 另外，我们为了改进软铝导体质地相对较软，表面硬度相对较低、强度小的缺点， 为此，我们开发了强度相对较大的高伸率硬铝线与复合芯相配合，采用高伸率硬铝线与复 合芯配合，不仅提高了导线耐磨擦力，同时提高了导线拉重比，可以相应增加架设档距，减 少投资，该导线在新建线路体现较好的经济优势。但是，由于硬铝导体在一定温度下，其组 织状态会发生变化，即在长期高温下，其强度将大幅度下降，经过试验验证，该导线的长期 安全运行温度为120°c。当某些增容改造线路，需要在导线面积不变的情况下通过将导线运 行温度提高至160°C来实现容量大幅度增加时，则无法满足要求。因此，复合芯高伸率硬铝 导线在新建线路中体现出较好的应用优势，但在老线路增容改造工程中应用受到一定的限 制。
[0005] 再次，还有一种纤维增强树脂基复合导线为纤维增强树脂基复合芯耐热铝合金导 线。该导线结构为在复合芯外部绞合耐热铝合金线，该结构提高了导体的表面硬度和提高 了导线的运行温度。但是采用的传统耐热铝合金线存在以下的缺点：耐热铝合金线的伸长 率在1. 5%?2. 0%左右，而复合芯的伸长率在2. 0?3. 0%，由这两种材料组成的复合芯耐 热铝合金导线在受拉力时，由于耐热铝合金的伸长率小于复合芯的伸长了，耐热铝合金先 达到极限时断裂，而复合芯的强度仅达到50%?70%，而未能完全发挥其额定强度，导致 导线整根拉断力偏小，从而不能发挥复合芯高强度、高模量的优势。
[0006] 因此由上述分析可知，现有的几种形式的复合导线均存在着缺点。因此，需要开发 一种能实现复合芯和外面的导电层完美结合的导线，即能充分发挥复合芯力的性能优势， 提高导线拉重比，增加架设档距，又能在高温下长期安全运行，大幅度输送提高输送容量， 实现倍容的导线，保证导线在高温下运行的安全性，同时又要降低敷设时被擦伤的风险，能 满足在各种条件下新建线路、老线路改造中实现大档距、大长度场合下使用的低成本的新 型复合导线是业内的研发方向。
【发明内容】
[0007] 本发明的第一个目的是提供一种提供一种耐高温、容量大、强度大、方便施工的一 种智慧能源用复合芯高伸率耐热铝合金导线的制造方法。
[0008] 实现本发明第一个目的的技术方案是一种新型复合芯高伸率耐热铝合金导线的 制作方法：
[0009] 步骤一：加工制得耐热铝合金杆，将耐热铝合金杆的性能控制在直径为9. 50? 12. 00mm、20°C导体电阻率为彡0. 03400 Q ? mm2/m、抗张强度为120?160MPa ;
[0010] 步骤二：对耐热铝合金杆进行高温时效处理，制得高伸率耐热铝合金杆，将高伸 率耐热铝合金杆的性能控制在20°C导体电阻率为彡0. 028600 Q ? mm2/m、抗张强度105? 125MPa、伸长率彡 15. 0% ;
[0011] 步骤三：将高伸率耐热铝合金杆加工制得高伸率耐热铝合金线，将高伸率耐 热铝合金线单线性能控制在其直径或等效直径为1. 50?5. 00mm、20°C导体电阻率为 彡0.028735Q .臟2/!!!、抗张强度彡165MPa、伸长率彡3.0%、导电率彡60% IACS，230°C高 温处理1小时后，其抗张强度残存率多90% ;
[0012] 步骤四：将多根高伸率耐热铝合金线与纤维增强树脂基复合芯经框式绞线机按照 需要的绞合方式进行绞合，形成纤维增强树脂基复合芯位于内部，高伸率耐热铝合金线绞 合层位于纤维增强树脂基复合芯外部的复合芯高伸率耐热铝合金导线成品；绞合后的各 高伸率耐热铝合金线彡0. 028735D，臟2/!!!、抗张强度彡160MPa、伸长率彡2. 5%、导电率 彡60% IACS，230 °C高温处理1小时后，其抗张强度残存率彡90%。
[0013] 所述步骤一加工制得耐热铝合金杆的方法为：将铝锭通过熔炼、合金配置、连铸 连轧工序形成强度为120?160MPa、直径<2 9. 5mm?12. 0mm的耐热铝合金杆；其中合金 成分质量百分数控制在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 %，其中铝合金液保温温度730?780°C，浇铸温度680? 720°C，入轧温度控制在480?520°C。
[0014] 所述步骤二加工制得高伸率耐热铝合金杆，将耐热铝合金杆放入时效炉中进行时 效处理，时效温度为380?430°C，时效时间为50?150h，时效后自然冷却至室温，制得高 伸率耐热铝合金杆。
[0015] 所述步骤三加工制得高伸率耐热铝合金线，将耐热铝合金杆通过拉丝拉拔成各种 规格、各种形状的高伸率耐热铝合金单线，拉丝各道延伸系数为1. 20?1. 50。
[0016] 所述步骤四加工制得复合芯高伸率耐热铝合金导线，将多根高伸率耐热铝合金单 线与复合材料芯经绞线机绞合，制得复合材料芯高伸率耐热铝合金绞线；复合芯位于中心， 外绞合高伸率耐热铝合金线。
[0017] 所述高伸率耐热铝合金绞合层采用紧密绞合方式或者采用疏绕方式。
[0018] 本发明的第二个目的是解决现有技术存在的问题，提供一种复合芯高伸率耐热铝 合金导线。
[0019] 实现本发明第二个目的的技术方案是：一种复合芯高伸率耐热铝合金导线，包括 位于内部的纤维增强树脂基复合芯和外部绞合的高伸率耐热铝合金绞合层；所述高伸率 耐热铝合金绞合层的高伸率耐热铝合金单线为圆形线、或者型线、或者圆形线和型线的组 合体；所述内纤维增强树脂基复合芯的抗拉强度为1800?3200MPa，伸长率为1. 5%? 3. 5% ;所述纤维增强树脂基复合芯由单一纤维或者两种或者两种以上纤维材料组合；纤 维增强树脂基复合芯为一根或者两根或者两根以上。高伸率耐热铝合金绞合层的单线 彡0? 028735Q ? mm2/m、抗张强度彡160MPa、伸长率彡2. 5%、导电率彡60% IACS。
[0020] 所述高伸率耐热铝合金单线可以是圆形线，也可以为型线，如：截面为"凹"形、 "凸"形、梯形或瓦形，也可以是圆形和型线的组合体；所述绞合的高伸率耐热铝合金线可以 采用紧密绞合方式，也可以采用疏绕方式；所述内部的纤维增强树脂基复合芯抗拉强度在 1800?3200MPa之间，伸长率在1. 5%?3. 5%之间。
[0021] 采用了上述技术方案后，本发明具有以下的优点：（1)本发明采用复合芯与复合 芯高伸率耐热铝合金线结合的结构，因此本发明不仅可以提高导线长期运行温度至160°C， 大大提高输电电流，而且具有较高的整体拉断力，拉重比大，同时解决了常规纤维增强树脂 基复合芯软铝导线表面硬度低，在敷设过程中容易擦伤等问题，其可以满足在各种新建线 路或改造线路输电要求，也可满足大档距、大风区等环境恶劣的输电线路要求。
[0022] (2)本发明为了将这两种材料发挥最大的力学性能，必须确保外面高伸率耐热 铝合金的伸长率与复合芯的伸长率同步，为了提高耐热铝合金线的伸长率，同时确保耐热 铝合金线的性能，特别是电阻率、强度、伸长率和高温强度残存率，本发明对高伸率耐热铝 合金线的材料配方和生产工艺进行了创新。设计了高伸率耐热铝合金杆成分：质量百分 数控制在 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% ;工艺创新为：首先通过连铸连轧工序制得耐热铝合金杆，其次，将 耐热铝合金杆放入时效炉中进行时效处理，时效温度为380?430°C，时效时间为50? 150h，时效后自然冷却至室温，制得高伸率耐热铝合金杆。再次，将耐热铝合金杆通过拉丝 拉拔成各种规格、各种形状的高伸率耐热铝合金单线。而现有的耐热铝合金线成分与本发 明不同，工艺只有连铸连轧后直接拉丝，本发明增加了铝杆时效工序。通过以上成分和工艺 的控制，不仅保证了耐热铝合金线导电率达到60% IACS，强度也大于硬铝线的强度，也保 证了其伸长率大于3.0%，实现与复合芯伸率相匹配，提高了导线整根拉断力，同时，该耐热 铝合金线在高温（230°C，lh)处理后，其抗张强度残存率多90%，也大大提高导线的运行温 度，可以保证导