电线电缆工艺学

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1、电线电缆工艺学,西安交通大学电气绝缘中心刘文斌,电线电缆工艺学概述,电线电缆制造工艺的组成 导体、绝缘体的制造、外护套的制造。 导体工艺包括：铜、铝杆的生产加工、铜、铝线的拉制、导线的韧炼、导线的绞合等 绝缘工艺包括：绝缘纸的绕包，浸渍，橡胶的塑炼，混炼，挤橡，硫化。塑料的挤出，对于可交联的聚乙烯而言，还需要在高温下进行交联。 外护套工艺包括：铠装，挤铅，塑料挤出等。 工艺学是解决如何把电线电缆制造出来的学问，使产品具有较高的使用价值，较好的使用质量。,第一部分 导体及裸电线制造工艺,第一章 裸电线产品的分类 第一节 概 述 裸电线是电线电缆产品中没有绝缘层的产品。裸电线有一部分产品是作为带绝

2、缘层的电线电缆的导体线芯用的，即其为半成品。裸电线的用途很广，不论在电力输配、电信、电机、仪表工业以及其它工农业生产中，都使用着大量的裸电线。,电线电缆导体是电线电缆的基本组成部分，任何电线电缆都不能缺少。因此，电线电缆导体的生产，是电线电缆生产中的基本环节。在具体论述裸电线及导体的制造工艺以前，我们先把裸电线的产品、用途及型号作一些简单介绍，以便读者在学习工艺之前，对裸电线的产品、用途及型号有全面的了解，。,第二节 裸电线产品的分类、用途及型号 一、圆铜杆用途：作为拉制圆铜线、扁线及铜电车线等的材料。型号举例；T-8.0表示直径为8.0mm的圆铜杆。 二、扁铜坯料用途：作为拉制铜扁线的材料。

3、型号举例：TB4.014.5表示厚度为4.0mm，宽度为14.5mm的扁铜坯料。 三、圆铝杆用途：适用于拉制各种铝导线。型号举例：L9.0表示直径为9.0mm的圆铝杆。,四、扁铝坯料用途：作为拉用铝扁线的材料。型号举例：LB4.0 x 14.5表示厚度为4.0mm，宽度为14.5mm的扁铝坯料。 五、铜、铝圆线用途：圆铜线在传输电力或通讯的场合中使用，或由有关厂再加工后作为电机、电器的元件。圆铝线的用途与圆铜线一样。 型号举例TY-2.50表示直径为2.50mm的硬圆铜线LY-2.50表示直径为2.50mm的硬圆铝线,六、异形线材1扁铜线用途:适用于电机、电器的绕组以及配电设备中的元件等。型号

4、举例: TBR-2.44X5.10表示厚度为2.44mm、宽度为5.10mm的软扁铜线。2铜电车线用途:适用于电气运输系统中的架空输电线。型号举例: TCG-100表示标称截面为100mm2的双沟形铜电车线3弓形及Z形铜线用途:适用于制造高压充油电缆线芯。,七，其他异形线材1铝扇形线用途:用于制造绝缘电缆的线芯。2HH型线材用途:用于高压输配电的扩径架空导线3矩形空芯线材用途:用于制造大容量电机或电器的绕组线。4扁铝线用途:用于制造电机、电器的绕组及配电设备中的元件等.,5铜铝母线 用途:适用于电机、电器及配电设备中的元件等。 6铜带 用途:适用于电机，电器及配电设备的绕组。 7多边形铜材 用

5、途:适用于电器的触头等。,八、镀层及复合金属线材1镀锡软圆铜线用途:适用于电线电缆的导电线芯及电器制品的元件。 型号举例: TRX-0.50表示直径为0.50mm的镀锡软圆铜线。2钢铝电车线用途:适用于电力牵引车辆、架空输电接触导线及在其他运输起重设备等场合。型号举例：GLCA00215型，GLCB80173型。表示意义见表11,表11 GLCA-1OO215型、型GLCB80173型规格,3银包铜线用途。适用于以氟塑料为绝缘的安装线导电线芯。 4镀镍铜线用途。适用于耐高温电线电缆的导电线芯。5其他双金属线材 (1)铝包钢线 用途：适用于架空通讯及输电线路。,(2)铜包钢线 用途；用于通讯、广

6、播的架空线或天线，也可制成输电用的绞合线。 (3)镍包铜线 用途。适用于以石棉、玻璃及石英等无机绝缘豺料作绝缘的电线也缆的导电线芯。,(4)铝包铜线 用途：适用于耐温在100300的电磁线的导电线芯。 (5)铜包铝线(铜包铝排) 用途：用于射频同轴电缆、电话线、电视馈电线及电磁线等的导电线芯，它具有铜与铝的双重优点。 (6)金、铂，铑贵金属线材 用途：适用于宇宙航行等空间运载工具的导线线芯。,九、合金线材 1铜合金线材 用途：按性能的要求、选择合适的铜合金，制造铜合金的圆线，电车线，梯排。母线及其它异形线材制品等。 2铝合金线材 用途-按性能要求选择合适的铝合金，制造铝合金圆线，扁线以及其它异

7、形线材或制品等,十、绞合线 1铝绞线及钢芯铝绞线 用途：适用于架空电力线路。 型号举例: LGJ-50 表示标称截面为50mm2的钢芯铝绞线。 2铜电刷线 用途:适用于电机及电气线路上连接电刷的导线。 型号举例: TSR-2.5 表示截面为2.5mm2的软裸铜电刷线。,3裸铜天线 用途:适用于通信及广播事业方面的架空天线。 型号举例：TT-2.5 表示截面为2.5mm2的硬铜天线。4硬铜绞线 用途：适用于架空电力线路。 型号举例：TYJ-25 表示截面为25mm2的硬铜绞线。5裸铜软绞线 用途，适用于电气装置和各种电器设备中传输电能。 型号举例：TRJ-10 表示截面为10mm2锞铜软绞线。,

8、6特种绞线 用途：多为电力工程的特殊需要而设计的产品，如 (1)330kv电站用扩径空心导线; (2)500kv电站用扩径导线; (3)220kv大跨越架空输电线; (4)铝包铜绞线； (5)钢铝混绞线; (6)铝合金绞线及钢芯铝合金绞线; (7)自消振导线；,第二章 导体及裸电线用金属材料第一节 导体用金属材料 电线电缆导电线芯主要是采用金属材料制成的。在全部化学元素中，约有四分之三是金属元素。用于电线电缆产品的有十几种。目前世界上把金属材料分为二大类，第一类是黑色金属(又称铁金属);第二类是有色金属(又称非铁金属)。第一类金属就是最普遍的钢铁，其中包括了以铁为基体的各种合金钢。第二类金属就

9、是除了钢铁以外的其他各种金属材料，如金、银、铜、铝、铅、锡、锌、镍、铬等等。金属在物理性能方面最主要的特点是具有良好的导电性和导热性，这两种特性使金属成为电线电缆产品最为适用的宝贵材料。,一、导体用金属材料的要求 用作电线电缆的导体对金属材料提出了如下要求:1具有较高的电导;2有良好的机械强度;3有一定的防止大气腐蚀的能力;4在冷热状态下能压力加工成型;5在资源上有保证供应的可能性。,目前常用的导体材料有铜、铝、铜合金，铝合金、钢铁等金属。其中以铜的导电性能最好。铝的导电性能和机械、物理性能虽然不如铜好，但因其具有资源丰富，重量轻等特点，也已成为应用较为广泛的导体材料。铜合金和铝合金的种类很多

10、，性能也很优越各具特色正在不断发展之中。,二、铜及其铜合金 铜有良好的导电性、导热性，并有一定的机械强度以及抗大气腐蚀的性能在冷态和热态下有良好的压力加工的工艺性，所以铜被广泛地应用于电线电缆工业中。,(1)铜的主要特点 1)导电性好，仅次于银而居第二位，如以铜的电导率为100，银的电导率则为108.5。 2)导热性好，仅次于银和金而居第三位，导热系数为银的73。 3)塑性好，热加工时，首次压力加工量可达3040。 4)耐腐蚀性较好，它与盐酸或稀硫酸作用甚微，铜在干燥的空气中具有较好的耐腐蚀性，但在潮湿空气中表面易生成有毒的铜绿。 5)机械性能较好，有较高的抗拉强度和伸长率。 6)易焊接。,电

11、线电缆用铜线锭必须符合国家标准要求。其化学成份必须符合GB468 83中关于二号铜的规定(表2-2)。表2-2 Cu-2的化学成份,表23铜的一般性能和工艺参数,(2)电线电缆用铜线锭的性能1)铜的主要技术性能和工艺参数,表24铜线材的主耍物理机械性能,2各种因素对铜导线的性能影响 (1)杂质的影响1)杂质对铜导电性能的影响 在电线电缆制造工艺中，铜是作为导体，起着传输电力的作用。因此导电性能是铜的主要性能。但是由于在某些外来因素的干扰下，铜的导电性能将受到影响尤其是杂质对铜的导电性能影响更大。外来元素进入铜中。均会降低铜的导电性能。从图2-1可见，铋、铁、砷、磷等是对铜导电性能影响最大的杂质

12、元素。例如：当砷含量达到0.35时，铜的电导率便降低了50。铁和磷的含量即使甚微，也将影响铜的电导率。,杂质含量()图2.1杂质对铜的导电性能影响,2)杂质对铜机械性能及工艺性能的影响一般情况下，外来元素进入铜中，会增加铜的抗拉强度。但是某些元素在增加铜的抗拉强度的同时也增加了铜的硬度，甚至使铜产生了脆性而恶化了铜的工艺性能，并导致导电性能的下降。现将一些较有害的杂质元素对铜性能的影响叙述如下： （1）氧(O2) 氧进入铜是来自熔炼过程中，氧在固态铜中熔解得很少，并以氧化亚铜与铜的共晶体的形式分布于铜的晶界上。氧是极有害的杂质，在含氧量较高的情况下，铜的塑性显著降低，即恶化了铜的压力加工性能，

13、亦增加了铜焊接的困难。在拉伸线材时，使铜线材表面发毛，易断裂，同时也降低了铜的耐腐蚀性。,（2）氢(H2) 氢在铜中与氧并存时，若在还原性气体中退火时氢与铜中的氧形成高压力的水蒸汽，而使铜产生孔隙及裂缝等疵病 （3）铋(Bi)、硫(S) 这两种元素存在于铜中，无论在热态压力加工或冷态压力加工时，均使铜产生脆性、使铜遭受到破坏，所以是极有害的杂质。 （4）铁(Fe) 铁使铜的强度升高，但降低了铜的塑性，恶化铜的加工性能，降低铜的导电性及耐腐蚀性，并推迟铜的再结晶温度。 （5）砷(As) 砷元素的存在严重地影响铜的电导率，并使铜的再结晶温度升高。 （6）锑(Sb) 锑元素杂质的存在，使铜的塑性和电

14、导率显著恶化。,(2)冷变形对铜性能的影响 铜经过冷变形后，会使抗拉强度提高到3545kgfmm2，冷变形程度过大时，会使铜的电导率下降约2。同时伸长率剧降。弯曲性能变坏。冷变形程度对铜的电导率、抗拉强度和伸长率的影响见图2-2。 (3)温度对铜性能的影响 铜在加热时，随着温度升高，电阻逐渐增大，在溶点以下，铜的电阻是线性增加；从固态过渡到液态时，电阻系数出现突增。,图2-2冷变形程度对铜电导率、抗拉强度 及伸长率的影响 b-抗拉强度(kgf/mm2) -延伸率() IACS-电导率,从图23可见，铜的抗拉强度随温度升高而降低，当温度高于200时，抗拉强度急剧下降，铜的塑性在500600时陡然

15、降低。 “出现低塑性区”，铜在热加工时必须避开这个温度范围。 经冷变形的铜材在退火时，抗拉强度剧烈降低。伸长率显著提高，电导率得到恢复：不同温度退火时，对硬铜线的电导率的影响见图24。 4)环境因素对铜性能的影响。在常温干燥空气中，铜几乎不氧化，当温度达100时，铜表面生成黑色氧化铜膜。在300以下，氧化很缓慢，氧化膜几乎完全由氧化铜组成,温度再高，铜氧化速度增加，表面生成红色的氧化亚铜膜；在温度很高(600700)下，铜才会急剧氧化。,图2-3 温度对铜物理性能的影响 图2-4不同温度退火对铜电导率的影响,3铜合金性能 目前由于高温技术的发展，因而一些电机、电器中的导电材料，也要求在高温下具

16、有良好的强度和耐磨性。同时还要延长铜制品的使用期，而达到节约用铜的目的。不论在高温或常温下，要求导电材料均有良好的导电性能。所以，铜合金在提高强度和耐磨性的同时，应保持良好的导电性能。目前铜合金在电线电缆生产中用于裸电线产品。铜合金品种较多，且在不断发展，现简介如下：,(1)在常温下具有较高强度及耐磨性的铜合金有: 1)铜镉合金(CuCd) 当含镉量为0.1左右时，制成的电车线与铜电车线作耐磨耗性能比较，试验结果表明，其耐磨性为铜的3.5倍左右，电导率为铜的90左右 2)铜硅(Cu-Si) 电导率45左右。抗拉强度5468kgfmm2 3)铜-锡-磷合金(CuSnP) 电导率1320。抗拉强度80100kgfmm2(2)在高温下使用的耐磨铜合金有: 1)铜银 (CuAg),