高压电力电缆皱纹铝护套挤制工艺探讨

席菲菲， 张刚强， 高 诺

(重庆渝能泰山电线电缆有限公司，重庆401120)

0 引言

随着电网的不断扩容，高压交联聚乙烯绝缘电力电缆(以下简称高压电缆)的应用也越来越多，其中的金属皱纹护套也越来越引起人们的关注。高压电缆中的金属皱纹铝护套有着承受电缆短路电流、径向防水以及承受抗侧压力的作用，目前的生产工艺有纵包焊接式(氩弧焊)和连续挤包等两种型式。本文主要探讨采用新型挤铝成型设备(以下简称挤铝机)挤制铝护套的工艺。挤铝机有别于压铝机，它是将铝杆通过挤铝机机头在熔融状态下进行高温挤出成型，另外，挤铝机设备没有压铝机那么庞大，生产现场也比较整洁。

1 挤制铝护套的工艺

1.1 挤制铝护套的工艺流程(见图1)

图1 挤制铝护套的工艺流程

1.2 挤制铝护套的工作特点

用挤铝机挤制铝护套的工作原理是将铝杆通过500°C以上的高温达到熔融或半熔融的状态，经挤压机挤制成铝管包覆在绝缘线芯上。许多人会把挤铝机与挤塑机作比较，实际上这两者之间的共性很少。目前，挤铝机安装完成后不能在线调整其偏心，这就要求在安装时就必须把偏心调好。最早的挤铝机收放线、轧纹机都是联动和同步的，如果其中一个环节出现问题，都会导致停机。不过目前很多厂家都进行了改进，使这两个辅助设备可以单独动作，避免了联动停机。

1.2.1 对铝杆的要求和清洗

(1)对铝杆的要求。铝杆可选择由连铸连轧生产的直径为12.0 mm和15.0 mm的铝杆，20°C的电阻率不大于0.02785 Ω·mm2/m，抗拉强度一般控制在80～95 MPa，伸长率不小于12%。铝杆可用冷压焊接头，但是接头必须打磨光滑、圆整。铝杆表面的清洁状况非常重要，将直接影响铝管的挤出质量。铝杆表面不应有黄油、摺边、错圆、裂纹、夹杂物、扭结等缺陷，以及其他对使用有害的缺陷，不得有可以存留灰尘等不清洁物质的机械擦伤、斑疤、麻坑、起皮或飞边等。连铸连轧生产出来的铝杆应排列整齐，并成盘或成捆，但都必须保证能够轻易放线，如果在开机过程中出现断线，就不能保证铝管的连续挤出。

(2)对铝杆清洗的要求。铝杆的清洗主要是为了保证进入挤铝机铝杆的质量，清洗主要是用超声波在盛有酸、碱液和清水的清洗箱中将铝杆表面的杂质清洗干净。一般清洗的顺序是碱液箱—碱液箱—清水箱—酸液箱—清水箱。为了达到更好的清洗效果，所有的箱体都配备有加热装置，在开机前必须把酸、碱液和清洗水的温度加热达到70°C，并在生产过程中始终保持这个温度。酸、碱液的浓度对铝杆清洗的效果影响很大，一般要求是碱液浓度必须达到30%，酸液为3%(均为重量比)。通常，浓度越高反应速度越快，析出杂质的速度也快。由于随着使用时间的增加，酸碱液的浓度会逐渐降低，因此要根据浓度的测试结果酌情添加酸碱。

1.2.2 挤铝机机头的装配

挤铝机的机头是十字机头，必须一次装配成功，最重要的环节就是模芯模套的装配，所以调节模芯模套的位置是至关重要。因为模芯模套一旦装配完毕，所能验证装配是否成功就只有等待铝管的挤出，在挤出过程中想要调整圆整度和厚薄不均匀是很难办到的，只能拆开机头重新安装模芯模套，这就是挤铝机不稳定的因素。通常，挤出的铝管有时会不圆整(呈扁形或椭圆形)和偏心(厚薄不均匀)等。根据经验，模芯模套的装配的关键就是两者之间间隙的大小和定径带的长度。模芯和模套的间隙(上下左右)主要通过8个定位螺母来调节，必须确保模芯的上下左右保持相同的间隙，这个间隙决定了挤出铝管的偏心度;定径带的长度决定了挤出铝管的圆整度，通过无数次的调试，认为定径带长度为2.2～2.6 mm(最理想为2.2～2.4 mm)的时候，挤出铝管较为圆整。总之，就是尽可能减少挤出的内压力，通常采用较小的定径带其挤出结果较好。

1.3 挤制铝护套的准备工作及其辅助设备

(1)挤制铝护套在开机前的准备工作。挤铝机在开机之前必须把十字机头加热到500～525°C，温度过高或过低都不利于铝管的挤制。虽然挤铝机的机头配备了加热器，但仍必须要严格地控制，通常加热时间为2 h，保温0.5 h。

(2)辅助设备。辅助设备主要是指轧纹机。轧纹机在生产过程中必须与挤铝机同步运行。通常，挤铝机启动时轧纹机也开始动作，当铝杆挤制完成时，轧纹机还必须继续独立作业，直至线芯完全轧制后才能停止，也就是说轧纹机既要与挤铝机联动，又要在联动的基础上独立作业。轧纹深度和节距主要取决于轧纹刀的偏心量，能否达到标准的要求关键在于轧纹刀(也有称轧纹环)的控制。

2 挤铝机与氩弧焊两种工艺特点的比较

2.1 铝管生产工艺的比较

氩弧焊铝护套工艺与上述的挤制铝护套的加工工艺完全不同，其采用厚度均匀的铝板，经清洗、精切、纵包、氩弧焊焊接、在线检测、轧纹过程来实现的。氩弧焊焊接工艺是在氩气和氦气的保护下，以铝板为负极，钨极为正极，通过低电压、大电流来完成焊接。钨极焊头直径只有2 mm，并且由保护的气体连续吹向焊点处，迅速带走热量，使焊接部位均匀快速冷却，因此，电缆结构不会受到不良影响，同时也避免铝护套的高温氧化。

2.2 焊缝与无焊缝的比较

氩弧焊皱纹铝套因为存在焊缝，很多人都认为焊缝容易开裂，并且对焊缝的宽度、薄厚、焊接处的强度都有所担心，而挤包铝套采用挤出工艺，所以没有焊缝的担忧;但挤制工艺很容易出现铝护套挤出厚度不均匀的情况，而氩弧焊工艺是对厚度均匀的预制的冷轧铝板进行焊接，铝护套厚度误差仅在0.08 mm左右;其次挤制铝护套的过程中如果挤出温度和挤出速度控制不当，以及挤出铝管的厚薄不均等，挤出过程中都将产生护套开裂、砂眼等缺陷，而氩弧焊工艺出现这种问题就很少。

2.3 弯曲性能的比较

氩弧焊工艺成型的铝护套难免产生漏焊的缺陷，需要及时补焊，从而形成补焊和非补焊的交界面。一旦电缆进行弯曲试验，该处很容易产生裂口，很难通过试验。如果成品电缆在敷设过程中，铝护套破裂将危及电缆完全运行。而挤铝工艺适合生产大长度的整根电缆，不存在焊接和补焊的问题。

2.4 设备能耗和对环境影响的比较

挤铝机设备占地面积大、成本高、耗能厉害，在生产过程中将产生酸、碱等腐蚀性气体或液体，对环境有一定的危害。而氩弧焊设备相对来说成本就要低很多、能耗也要小些，除了在焊接时对操作人员的眼睛有损伤外，对环境的影响也很少。

3 皱纹铝护套常见的缺陷及解决的方法

(1)铝管出现开裂、砂眼和细缝等缺陷。产生的主要原因:操作人员设置尺寸和选择模具规格不当;控制系统校正有误。解决方法:输入正确的尺寸;更换合适的模具;对控制系统重新校正。

(2)铝管表面出现波纹状。产生的主要原因:模具盒配置不平衡;模具磨损和损坏;冷却不足或不均匀。解决方法:通过调节模具与心轴位置，以便增大铝的流动量;或者调整模芯和模套的间隙，以平衡铝的流量;及时更换破损的模具;调节冷却水。

(3)铝管不圆整，呈扁形或椭圆形。产生的原因:模具安装错误或磨损和损坏;冷却不足或不均匀。解决方法:调整或更换模具;调节冷却水。

(4)铝管厚薄不均匀。产生的原因:模芯模套调节不当，有偏心;模具变形、磨损或破损。解决的方法:校正偏心或更换模具。

(5)铝管表面出现瑕疵。

①铝管表面脱皮呈粉状。产生原因是铝管表面氧化或其他污染，例如污染灰尘和黄油，清洗时不彻底。解决的方法:加强铝杆的清洗，保证铝杆的质量。

②铝管表面出现泡状纹。产生的原因是油或气体对进料铝杆造成污染。解决方法:检查清洗系统的效率和铝杆清洁度;检查空气输入和释放是否正常。

③铝管挤出时先出现闪光的表面，然后冷却成硬块并部分的脱落。产生的原因是挤压时进料铝杆已部分熔化。解决方法:检查工装安装是否正确;两根铝杆的进料速度是否均匀一致;检查进料铝杆是否有误。

④铝管表面有划痕。主要原因是模具损坏或破损，或被污染或氧化。解决方法:更换或清洗及抛光模具;检查进料铝杆的质量或清洗系统的效率。

⑤铝管表面出现有规则的划痕。产生原因主要是挤出的铝管发生轴向的振动。解决方法:减短连接盘，检查产生振源的原因并及时消除。

⑥当铝管挤制速度一旦增加，其表面出现有规则痕迹(常常出现异常的跳动)。产生的原因是模具过热。解决方法:检查进料时的挤压力是否合理，可适当降低轮子速度，或调整模具加热设置点。

⑦铝管表面出现有规则图案。产生的原因是挤出机产生共振现象。解决方法:稍稍改变挤压轮的速度。

(6)铝管卷曲或扭曲。产生的原因是模具盒安装不当，或者进料铝杆脱离轮槽。解决的方法:检查工装和设备安装是否正确;适当增减模具盒的垫片，以保证其与生产流水线轴心一致;调整冲压辊，或检查进料铝杆的尺寸是否符合要求。

(7)挤出铝杆时产生的废料太多。产生的原因:十字机头与挤压轮间隙过大;机头温度过高或过低;铝杆清洁度不高;机头安装位置不正。解决方法:调整间隙和机头温度或机头安置位置;检查进料铝杆的清洁度。

(8)铝管轧纹深度达不到要求。产生的原因:轧纹刀相关参数的设置有误;轧纹刀过大或过小;稳定模、前后导模不合适。解决的方法:重新设置轧纹刀相关参数;更换合适的轧纹刀;更换模具。

4 结束语

随着我国国民经济高速发展，势必会带来高压电力电缆需求量的急剧上升，而高压电缆大多采用皱纹铝护套，因此，对皱纹铝护套的加工工艺的研究和改进，是提高产品质量和降低产品成本的一项重要工作。目前皱纹铝护套的加工工艺有挤制和焊接两种不同的工艺，它们具有不同的特点。本文主要介绍了挤制铝护套的加工工艺，对其工作特点、工艺要求、产品缺陷及解决方法进行了详细介绍，供有关人员参考。