專利名稱：銅鋁復合排的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種電エ材料的制造加工方法，尤其涉及一種銅鋁復合排的生產方法。
背景技術：
匯流排又稱母線或導電排，是ー種傳輸大電流的載流導體，是電氣設備不可缺少的主要組成部分,也是工程建設項目中主要材料之一。匯流排按材質劃分有銅匯流排(簡稱銅排)、鋁匯流排(簡稱鋁排)和銅鋁復合匯流排(簡稱銅鋁復合排)。銅鋁復合排外層為銅內芯為鋁，既保留了銅排抗氧化能力強、接觸電阻小的特點，又利用了鋁重量輕、成本低的優勢。銅鋁復合排是將鋁的高導電性能、低成本資源和銅的高化學穩定性，較低的接觸電阻集于一體，達到“以鋁節銅”、實現低成本節能的ー種新型導體。由于電流趨膚效應的作用，銅 鋁復合排的導電率比鋁排高得多，接近銅排，重量是銅排的45%，價格是銅排的50%，用于電氣設備中，安裝方便，壽命更長，是替代銅排的最佳材料，因其價格低廉，深受客戶的歡迎。現有的銅鋁復合排的制造加工通常有三種方法，第一種是靜液擠壓エ藝，以大直徑銅管坯和純鋁棒坯套裝成擠壓坯錠，再通過高靜水壓カ和大加工變形率作用達到銅、鋁間的結合；第二種是直接在鋁帶兩寬面通過施加機械壓カ將銅帶和鋁排壓接在一起；第三種是采用平、立輥同芯壓制，將銅帶包覆在鋁排上，然后對縱縫進行焊接，再經過拉伸得到銅鋁復合排。上述介紹的幾種銅鋁復合排的生產方法中，銅鋁之間都是固相結合，在實際的生產使用中，經常會由于銅鋁之間結合強度不高，加工時出現銅鋁分層等現象，減少了銅鋁復合排的使用壽命。
發明內容
本發明的目的在于提供一種銅鋁復合排的生產方法，其通過固液結合的方式使銅鋁間結合緊密，從而提高了銅鋁復合排的成品質量，延長銅鋁復合排使用壽命。為實現上述發明目的，本發明提供一種銅鋁復合排的生產方法，其包括以下步驟
將溫度控制在澆注溫度的熔融的鋁液注入異型銅管中，并冷卻，以形成銅鋁復合鑄
錠；
加熱所述銅鋁復合鑄錠至軋制溫度，并將加熱后的銅鋁復合鑄錠通過包括有相間設置的若干對平輥與立輥的熱連軋機以制成銅鋁復合排，所述銅鋁復合鑄錠通過熱連軋機前后的總壓下量范圍為50% 78%。作為本發明的進ー步改進，平輥為5對時，銅鋁復合鑄錠順序通過每對平輥前后的壓下量范圍依次為35% 50%、15% 30%、10% 25%、5% 20%、3% 15%。作為本發明的進ー步改進，所述銅鋁復合鑄錠單位時間內通過每對平輥的輥縫間的體積相同，所述若干對平輥的轉速分配以此作為基礎，井根據銅鋁復合鑄錠通過最后ー對平輥出口的速度來確定轉速；所述出ロ速度范圍為0. 3 2m/s，可根據產量需求來調整。
作為本發明的進ー步改進，所述每對平輥的轉速還會被選擇地在上述確定轉速的基礎上微調1% 5%，以確保銅鋁復合鑄錠在各對平輥之間存在一定的微張力。作為本發明的進ー步改進，所述熔融的鋁液在氣壓澆注保溫爐內實現澆注溫度的控制，并通過向所述保溫爐內注入氣體，以將保溫爐內的鋁液壓出來實現澆注；所述澆注溫度范圍為680°C 750°C。作為本發明的進ー步改進，所述保溫爐設置有石墨澆注嘴，熔融的鋁液通過所述石墨澆注嘴注入異型銅管中，所述石墨澆注嘴的內徑范圍為4 15_。作為本發明的進ー步改進，所述異型銅管設置在圓盤澆注機上，所述圓盤澆注機具有若干個エ位，每ーエ位上固定設置ー異型銅管；所述圓盤澆注機通過旋轉使每ーエ位 上的異型銅管轉到澆注位置，以與所述石墨澆注嘴對齊來實現鋁液的澆注。作為本發明的進ー步改進，當異型銅管轉到澆注位置時，一對夾持臂將所述異型銅管夾緊并保持在澆注位置，所述夾持臂上設置有第一水冷系統以在鋁液澆注時開啟對所述異型銅管進行冷卻，冷卻速度范圍為10°c 50°C /s ;當澆注完成的異型銅管轉入下ーエ位時，位于該エ位的第二水冷系統開啟以對澆注完成的異型銅管繼續進行冷卻。作為本發明的進ー步改進，所述銅鋁復合鑄錠通過充斥有惰性氣體和還原性氣氛的加熱爐加熱至軋制溫度，所述軋制溫度范圍為300°C 548で。作為本發明的進ー步改進，該方法還包括通過自動整形設備來調節銅鋁復合排的平直度和直線度；所述自動整形設備包括8對平整輥和8對立整輥，其整形溫度為100 300°C，平整輥輥縫和立整輥開ロ度根據復合排的規格及板型情況來設定，其中平整輥的擠壓量0 0. 3mm可調，立整輥的擠壓量0 3mm可調。與現有技術相比，本發明的有益效果是通過將熔融鋁液澆注進異型銅管冷卻后，再加熱進行熱連軋制得銅鋁間結合緊密的銅鋁復合排，銅鋁之間實現了冶金結合，結合強度高，提高了銅鋁復合排的成品質量，延長了銅鋁復合排的使用壽命。
圖I是本發明銅鋁復合排的生產方法一具體實施方式
中的エ藝流程 圖2是圖I所示的銅鋁復合排的生產方法中用于鋁液保溫及澆注的氣壓澆注保溫爐的剖面示意 圖3是圖2所示的氣壓澆注保溫爐的石墨澆注嘴的放大示意 圖4是本發明銅鋁復合排的生產方法一具體實施方式
中圓盤澆注機的俯視示意 圖5是按照本發明銅鋁復合排的生產方法制造的銅鋁復合排的剖面示意 圖6是本發明銅鋁復合排的生產方法中熱連軋機一具體實施方式
中的平面示意 圖7是本發明銅鋁復合排的生產方法中自動整形設備的一具體實施方式
的示意 圖8是圖7所示的自動整形設備中一對立整棍的示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖所示的各實施方式對本發明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護范圍內。
參圖I、圖3、圖5所示的一種銅鋁復合排的生產方法的一具體實施方式
。首先將銅管進行端頭加工(步驟601)，加工成一端封閉的異型銅管20，同吋，將重熔用鋁錠熔化(步驟602)成熔融鋁液，達到可澆注的澆注溫度，并進行保溫(步驟603)，作為本發明的較佳實施方案，澆注時鋁液的澆注溫度控制在680°C至750°C之間。然后進行半連續鑄造(步驟604)，所述的半連續鑄造是將上述溫度范圍內的鋁液澆注進所述的一端封閉的異型銅管20內，并進行冷卻，形成銅鋁復合鑄錠50。在本實施方案中，熔融鋁液溫度控制在680°C至750°C之間，當熔融的鋁液澆注進異型銅管20，鋁液與固態銅接觸時，由于銅優良的導熱能力，異型銅管20的內壁其實是處于ー個熔融的狀態，也就是形成ー個銅液相層，在銅表面發生界面反應，銅和鋁原子相互擴散，并在兩種金屬中形成擴散層，通過界面層上固體的局部熔化和原子擴散的物理冶金過程實現了復合界面的冶金結合。如果鋁液溫度低于680°C，熔融鋁液很快就會凝固，無法熔融銅層的內壁，而當熔融鋁液的溫度高于750°C后，銅鋁之 間會形成化合物，不利于復合排的界面結合性能和導電性，也會由于過高的溫度而可能熔融擊穿異型銅管20的管壁，造成不必要的風險和損失。在澆注的同時或之后，都會對銅管進行冷卻以形成銅鋁復合鑄錠50，后續會根據所要生產的銅鋁復合排的規格要求來加工銅鋁復合鑄錠50。關于冷卻的方式，將會在后文中做詳細的描述。隨后，冷卻后的銅鋁復合鑄錠50被送入氣氛保護步進加熱爐，加熱到ー個合適的軋制溫度，本實施方式中，軋制溫度控制在300 0C 548 0C之間。本實施方案中，銅鋁復合鑄錠50是在充滿惰性氣體和還原性氣氛中進行加熱的(步驟605)，可以防止加熱過程中，銅鋁復合鑄錠50被氧化，保證銅鋁復合鑄錠50的光澤性和優良的導電性能。接下來開始熱連軋(步驟606)，如前所述，進入軋機前，銅鋁復合鑄錠50的溫度控制在300°C 548°C之間。所述的熱連軋(步驟606)是將上述加熱后的銅鋁復合鑄錠50通過設置有若干對相間設置的平輥和立輥的熱連軋機以制成達到規格尺寸要求的銅鋁復合排。在實際的生產中，通過上述步驟制得的銅鋁復合排可能還會存在翹曲等一系列缺陷，即平直度和直線度存在一定的問題，所以還需將銅鋁復合排進行進ー步的自動整形(步驟607)，以消除這一系列可能的缺陷。關于自動整形設備，后文將會做詳細描述。然后將所得的銅鋁復合排進行定尺鋸切(步驟608)以滿足規格所需要的長度要求。隨后，將所得的銅鋁復合排再進行表面拋光(步驟609)，按照從粗拋到精拋的順序拋光輪可依次采用鋼絲刷、千頁輪、尼龍刷，使產品表面精糙度和光亮度都達到要求。為了確保產品的合格率，還需對進行過表面拋光的銅鋁復合排進行在線檢測(步驟610)，如通過渦流探傷設備和超聲波檢測設備分別檢測出產品外部和內部存在的缺陷，并將缺陷產品挑出來，通過在復合排的缺陷位置噴色打標，并通過聲光報警信號提示相關人員。最后將銅鋁復合排進行鈍化烘干(步驟611)，所述鈍化烘干(步驟611)原理是通過鈍化液改變銅表層的電極電位，使其不具備電化學反應的條件，表面不易氧化，然后銅鋁復合排就可包裝入庫了(步驟612)。參圖2、圖3和圖4所示，本發明實施方案中，保溫是通過氣壓澆注保溫爐10實現的，所述氣壓澆注保溫爐包括進料ロ 11及可與進料ロ 11配合的閥門12。所述的進料ロ 11用于將經過除雜等處理過后的熔融鋁液注入至氣壓保溫爐10內，然后通過閥門12緊密密封進料ロ 11。氣壓澆注保溫爐10內的澆注溫度是通過設置在其內的加熱棒15進行加熱并保持的，并且氣壓澆注保溫爐10上還設有溫度測量元件17，實時檢測氣壓澆注保溫爐內的溫度，并傳遞給控制器，以便于控制器控制加熱棒15使保溫爐內維持澆注溫度。氣壓保溫爐10還設置有進氣ロ 13和放氣ロ 14，壓縮空氣可通過該進氣ロ 13通入保溫爐內，以將熔融鋁液通過升液管16壓出，熔融鋁液經升液管16上升，經石墨澆注嘴18將鋁液注入異型銅管20中。當一根異型銅管20澆注完成后，進氣ロ 13關閉，放氣ロ 14打開，氣壓澆注保溫爐10內泄壓，但是并不完全泄去，只需保證熔融鋁液不會從澆注嘴流出即可，直到下根異型銅管20需要澆注時，再重復進行上述的澆注過程。在本發明實施方案中，石墨澆注嘴
18的內徑范圍為4 15_，這樣可以保證熔融鋁液以較佳的速率順利通過石墨澆注嘴18，既不會由于石墨澆注嘴18內徑181過窄而使鋁液澆注速度過慢，也不會由于石墨澆注嘴18內徑181過大，而限制了異型銅管的內徑尺寸。此外，澆注嘴所采用的材料并不限于石墨，也可采用其他的非金屬耐高溫材料，如碳化硅(SiC)、三氧化ニ鋁(A1203)、硅酸鋁等。參圖3和圖5所示，本發明實施方案中異型銅管20是通過圓盤澆注機30固定的。所述圓盤澆注機30上設有若干個エ位，每ーエ位上固定有一異型銅管20，優選地，所述エ位設為8個，所述圓盤澆注機30通過旋轉使每ーエ位上的異型銅管20轉到澆注位置，以與 所述石墨澆注嘴18對齊來實現鋁液的澆注；所述每ーエ位上設有固定件31固定保持異型銅管的位置。在本實施方案中，還設有ー對夾持臂32用于進ー步夾緊固定異型銅管20并使異型銅管20的中心線與石墨澆注嘴18的中心線定位對齊，保證澆注過程的精確性。同時夾持臂32上還設有第一水冷系統321，用于鋁液澆注時對異型銅管的第一次冷卻。所述的第一水冷系統321可以包括多個冷水管，由伺服閥控制，用以當鋁液澆注進異型銅管20后液位逐漸上升的過程中，逐步開啟所述的多個冷水管。在此過程中，澆注有鋁液的異型銅管20的冷卻速度范圍控制在20°C 25°C /s，以保證優良的鑄造效能。當澆注完成后，圓盤澆注機30會轉動至下ー個エ位，此時位于該エ位的第二水冷系統33，如噴淋裝置開啟以對澆注完成的異型銅管繼續進行冷卻。參圖6和圖7所示，本發明實施方案熱連軋機中平輥和立輥的對數優選地設為5對和4對，平輥和立輥相間設置，平輥壓下使銅鋁復合鑄錠50在長度方向上延長和寬度方向上伸展，即控制厚度尺寸H ;立輥控制銅鋁復合鑄錠50在寬度方向上的尺寸W。銅鋁復合鑄錠50在通過熱連軋機前后總壓下量范圍為50% 78%。同時，在本實施方案中，銅鋁復合鑄錠50順序通過平輥41、平輥42、平輥43、平輥44、平輥45前后的壓下量范圍依次設置為35% 50%、15% 30%、10% 25%、5% 20%、3% 15%，所述壓下量為銅鋁復合鑄錠50在每一次通過相應平輥后厚度H的減小量比上通過所述的平輥前的厚度H的比值。由于在熱連軋606中，隨著加工的進行，且溫度的逐步降低，銅鋁復合鑄錠50的變形抗カ逐步増大，所以，通過設置從平輥41到平輥45的逐步地降低壓下量范圍，可以保證良好的軋制效果。此外，針對通過不同平輥前后所需達到的不同壓下量要求，本發明實施方案設置平輥41大于平輥42的半徑，平輥42大于平輥43的半徑，而平輥44和平輥45的半徑則設置為與平輥43 —致；當然，也可以根據不斷變小的壓下量需求，逐步減小各平輥的半徑。所述銅鋁復合排在平輥45出ロ處的速度為I I. 5m/s,同吋，為了確保銅鋁復合鑄錠50在單位時間內通過每對平輥輥縫間的體積相同，需要以上述條件為基礎，來確定各對平輥的轉速分配；然后，根據出口速度的要求，再按照不同平輥的半徑設置來確定各對平輥的轉速。作為優選的實施方式，每對平輥還會被選擇地在上述確定轉速的基礎上微調1% 5%，以確保銅鋁復合排在各對平輥之間存在一定的微張力。例如，銅鋁復合鑄錠50通過平輥41、42、43時，平輥42,43的轉速就被微調，來確保平輥41、42和平輥42、43間的復合排具有一定的微張力。以下結合具體的例子來說明壓下量和平輥速度。例如，銅鋁復合坯錠規格為26mm*65mm，26mm為銅鋁復合鑄錠的厚度，65mm為銅鋁復合鑄錠的寬度，成品規格為10mm*80mm，10mm為銅招復合排的厚度，80mm為銅招復合排的寬度，則平棍各次的壓下量分配分別為26mm— 15. 6mm— 12. 9mm— 11. 6mm— 10. 6mm— 10mm,各平棍速度設計為0. 684m/s, 0.853 m/s, 0.935 m/s, I. 02 m/s, I. 08 m/s。又例如，銅鋁復合坯錠規格為 32 mm *108mm, 32 mm為銅招復合還錠的厚度，108 mm為銅招復合還錠的寬度,成品規格為10 mm *120mm, 10 mm為銅鋁復合排的厚度，120 mm為銅鋁復合排的寬度，則平輥各次的壓下量分配分別為32 mm — 18. 72 mm — 14. 04 mm — 12. I mm — 10. 8 mm — 10 mm,各平棍速度設計為0. 598 m/s,0. 792 m/s,0. 912 m/s, I. 02 m/s, I. I m/s。應當了解的是，本發明的平輥和立輥的對數可以依照不同的實際需求設置為不同的數量，本實施方案只是介紹一個較佳工程實施例，而非限制。參圖8和圖9所示的自動整形設備70。本實施方式中，自動整形設備70包括一支架系統75、設直在支架系統75上的棍系系統、和用于驅動棍系系統的驅動系統。其中，支架系統75包括若干直立的支架和設置在支架上的支撐梁。輥系系統設置在支撐梁的上方，其包括至少ー對平躺設置的平整輥71和至少ー對豎直設置的立整輥72。其中平整輥71用來調節銅鋁復合排的平直度，而立整輥72用來調節銅鋁復合排的直線度。作為優選的實施方式，平整輥71和立整輥72分別包括8對，且在支撐梁的上方相互交錯設置。通過這種設置，由軋機出來的銅鋁復合排，經對中裝置對中，而后通過8平8立整形后，可使銅鋁復合排的平直度和直線度都達到標準要求。每ー立整輥72沿豎直方向上設置有徑向凹陷的第一凹槽721和第二凹槽722，其中且第一凹槽與第二凹槽的槽位的寬度不同，以分別適應不同規格的銅鋁復合排。驅動系統用于驅動平整輥71和立整輥72旋轉工作，其包括平整輥驅動電機73和立整輥驅動電機74。自動整形設備70還包括乳化液循環系統78，用于降低整形過程中銅鋁復合排與平、立整輥之間的摩擦，保證復合排表面情況。本實施方式中，上述自動整形設備包括的8對平整輥和8對立整輥，所述自動整形設備的整形溫度為100 300°C，平整輥輥縫和立整輥開ロ度(如圖8中的箭頭所示)根據復合排的規格及板型情況來設定，其中平整輥的擠壓量0 0. 3_可調，立整輥的擠壓量0 3_可調。通過這樣的設置，可使銅鋁復合排的平直度和直線度都達到標準要求，并節省エ時、使其整形速度與上下道エ序匹配可調，效率高、完全實現自動化生產。對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此g在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含ー個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為ー個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員 可以理解的其他實施方式。
權利要求
1.一種銅鋁復合排的生產方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 將溫度控制在澆注溫度的熔融的鋁液注入異型銅管中，并冷卻，以形成銅鋁復合鑄錠； 加熱所述銅鋁復合鑄錠至軋制溫度，并將加熱后的銅鋁復合鑄錠通過包括有相間設置的若干對平輥與立輥的熱連軋機以制成銅鋁復合排，所述銅鋁復合鑄錠通過熱連軋機前后的總壓下量范圍為50% 78%。
2.根據權利要求I所述的生產方法，其特征在于平輥為5對時，銅鋁復合鑄錠順序通過每對平輥前后的壓下量范圍依次為35% 50%、15% 30%、10% 25%、5% 20%、3% .15%。
3.根據權利要求I所述的生產方法，其特征在于所述銅鋁復合鑄錠單位時間內通過每對平輥的輥縫間的體積相同，所述若干對平輥的轉速分配以此作為基礎，并根據銅鋁復合鑄錠通過最后一對平輥出口的速度來確定轉速；所述出口速度范圍為0. 3 2m/s，可根據產量需求來調整。
4.根據權利要求3所述的生產方法，其特征在于所述每對平輥的轉速還會被選擇地在上述確定轉速的基礎上微調1% 5%，以確保銅鋁復合鑄錠在各對平輥之間存在一定的微張力。
5.根據權利要求I所述的生產方法，其特征在于所述熔融的鋁液在氣壓澆注保溫爐內實現澆注溫度的控制，并通過向所述保溫爐內注入氣體，以將保溫爐內的鋁液壓出來實現澆注；所述澆注溫度范圍為680°C 750°C。
6.根據權利要求5所述的生產方法，其特征在于所述保溫爐設置有澆注嘴，熔融的鋁液通過所述澆注嘴注入異型銅管中，所述澆注嘴的內徑范圍為4 15mm。
7.根據權利要求6所述的生產方法，其特征在于所述異型銅管設置在圓盤澆注機上，所述圓盤澆注機具有若干個工位，每一工位上固定設置一異型銅管；所述圓盤澆注機通過旋轉使每一工位上的異型銅管轉到澆注位置，以與所述石墨澆注嘴對齊來實現鋁液的澆注。
8.根據權利要求7所述的生產方法，其特征在于當異型銅管轉到澆注位置時，一對夾持臂將所述異型銅管夾緊并保持在澆注位置，所述夾持臂上設置有第一水冷系統以在鋁液澆注時開啟對所述異型銅管進行冷卻，冷卻速度范圍為10°C 50°C /s ;當澆注完成的異型銅管轉入下一工位時，位于該工位的第二水冷系統開啟以對澆注完成的異型銅管繼續進行冷卻。
9.根據權利要求I所述的生產方法，其特征在于所述銅鋁復合鑄錠通過充斥有惰性氣體和還原性氣氛的加熱爐加熱至軋制溫度，所述軋制溫度范圍為300°C 548°C。
10.根據權利要求I所述的生產方法，其特征在于該方法還包括通過自動整形設備來調節銅鋁復合排的平直度和直線度；所述自動整形設備的整形溫度為100 300°C，平整輥輥縫和立整輥開口度根據復合排的規格及板型情況來設定，其中平整輥的擠壓量0 .0.3mm可調，立整棍的擠壓量0 3mm可調。
全文摘要
本發明提供一種銅鋁復合排的生產方法，該方法包括以下步驟將溫度控制在澆注溫度的熔融的鋁液注入異型銅管中，并冷卻，以形成銅鋁復合鑄錠；加熱所述銅鋁復合鑄錠至軋制溫度，并將加熱后的銅鋁復合鑄錠通過包括有相間設置的若干對平輥與立輥的熱連軋機以制成銅鋁復合排，所述銅鋁復合鑄錠通過熱連軋機前后的總壓下量范圍為50%～78%。本發明提供的銅鋁復合排的生產方法，可以大大提高銅鋁復合排中銅、鋁之間結合的牢固性，提高成品質量，延長銅鋁復合排的使用壽命。
文檔編號H01B13/00GK102651258SQ201110224048
公開日2012年8月29日 申請日期2011年8月5日 優先權日2011年8月5日
發明者張堅華 申請人:蘇州華銅復合材料有限公司