【精品】矿物绝缘电缆铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制生产工艺

矿物绝缘电缆铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制生产工艺
2010年第1期
No。

120lO
电线电缆
ElectricWire&amp；Cable
2010年2月
Feb.,2010
矿物绝缘电缆铜带纵包氩弧焊焊接
连续轧制生产工艺
唐崇健，蔡如明，陈大勇
（宝胜科技创新股份有限公司,江苏宝应225800）
摘要：简述了矿物绝缘电缆铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制的生产工艺,并对该生产工艺中可加硅油氧化镁粉
运用，定芯管的设计，氩弧焊焊接,轧辊轧制以及中频感应退火作了描述，同时对连续生产过程中相关工艺作
了说明.
关键词：矿物绝缘电缆；工艺;可加硅油氧化镁粉;定芯管；管成型；氩弧焊焊接；轧制；感应退火
中图分类号：TM205。

1文献标识码：A文章编号:1672-6901(2010）O1-0032-05
TheProcessofContinuousArgonArcWeldingandRollingof
LOngitudinaIlyLappedCopperTapeinMineralInsulatedCables
TANGChong—jian，etal
（BaoshengScience&technologyInnovationCo.，Ltd。

,Baoying，225800，China)
Abstract:Inthispaper，theprocessofcontinuousargonarcweldingandrollingoflongitudinallylapped coppertape
inmineralinsulatedcablesispresented.Theapplicationofthemagnesiumpowde raddedwithsiliconeoilinthe
process，
argonarcwelding,rollingbyrollersandmiddle~equeneyinductiveannealingar edescribed。

Alsoilluminat—
edaretherelatedprocessesinthecontinuousproduction.
Keywords：mineralinsulatedcable；process;magnesiumpowderaddedwithsiliconeoil；corepositioningtube;
tube～rming;argonarcwelding;rolling；inductiveannealing
O引言
矿物绝缘电缆在国外已有上百年的生产和应用
历史,在国内也有近三十多年发展史.在矿物绝缘
电缆发展过程中,其生产工艺经历了预制氧化镁瓷
柱法,氧化镁粉自动灌装法和铜带纵包氩弧焊焊接
连续轧制法的三次变革.
预制氧化镁瓷柱法是矿物绝缘电缆制造初期的
唯一的方法,也是最原始的一种生产工艺.采用该
生产工艺生产矿物绝缘电缆的主要有中国，意大利LMI公司,法国LYON公司等。

预制氧化镁瓷柱法
生产工艺的劳动强度大，绝缘性能相对不稳定.为克服这些缺点，原英国BICC的Pyotenax公司成功开发了氧化镁粉自动灌装生产工艺。

采用该生产工艺生产矿物绝缘电缆的除了英国的BICC的Pyo- tenax公司,还有加拿大，澳大利亚,美国等一些公司.宝胜于2003年从澳大利亚原Pyotenax公司引收稿日期:2009-0706
作者简介：唐崇健（1965一），男，研究员级高工作者地址：江苏宝应县宝胜中路1号[225800］
进三条氧化镁粉自动灌装生产线的设备和技术，拥有了国内唯一此类生产线.在英国BICC的Pyo-
tenax公司开发氧化镁粉自动灌装生产工艺同时,英国AEI公司在研制开发矿物绝缘电缆连续生产工艺，并于1980年推出了世界上第一条矿物绝缘电缆铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制生产线.宝胜于
2005年从英国AEI公司引进采用该生产工艺的两
条生产线.
铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制生产工艺及设备
的关键性技术处于国际领先水平，主要包括：可加硅油氧化镁粉运用,铜带纵包氩弧焊焊接，轧辊连续轧制和中频感应式退火.
1生产工艺流程
铜带纵包氩弧焊焊接连续轧制生产线由垂直和
水平两个部分组成。

垂直部分包括:氧化镁粉灌粉
装置（见图1)；铜带管成型（见图2);氩弧焊焊接，压轮，轧机和感应退火箱（见图3）。

水平部分包括：冷却槽,轧机，感应退火箱和收线装置.其生产工艺
流程见图4.
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缆退火时容易发生护套开裂现象.
可加硅油的氧化镁成功应用后,即使电缆两端
不用临时密封，也可长期贮存，绝缘性能也不会下降。

电缆安装时,未经临时密封的端头也不必截去.
3定芯管的设计
定芯管的结构如图6所示，主要有定位套管,外
套管，内芯管,焊点加强垫片,定位销，定芯模块部分组成.设计原则主要从以下三个方面考虑：
印\l，2\3\4\56I
图6定芯管的结构
1一内芯管2一定位套管3一外套管4一焊点加强垫片5一定位销6一定芯模块
（1）便于氧化镁粉通过不锈钢管流人铜护套内
且保证硅油导管中的硅油顺利注入氧化镁粉中.
（2）保证电缆的芯与芯，芯与护套不偏心.多
芯电缆定芯管如图7所示,芯与芯之间间距主要是
用定芯模块控制，定芯模块中心小孑L用于穿硅油导管，而芯与护套之间间距主要是用外套钢底部的两片定位销控制.线芯是经内芯管道流入到铜管中,
而氧化镁流道是通过外套管与内芯管之间的空隙流人铜管。

单芯电缆定芯管如图8所示，主要是靠4 片定位销来定位线芯与定芯管的间距,以及线芯与
铜护套的间距,从而保证电缆不偏心。

焊接头
图7多芯电缆定芯管
铜带焊缝处
图8单芯电缆定芯管
（3)保证焊枪对准点处的不锈钢不被烧穿。

铜
带氩弧焊焊接点是固定不变的，不锈钢定芯管也是固定不动的，长期工作后容易造成焊接点处不锈钢定芯管被烧穿.采取以下两种方法来保证生产的连续性:①在焊接点对应不锈钢定芯管处增焊一块不锈钢加强垫片;②根据实际生产情况,每种规格电
缆生产50~60km后更换定芯管.
4铜带管成型
4.1铜带清洗
通过清洗机对铜带进行酸洗(15％～20%的
H0和12％～16%的H：SO。

的水溶液),清洗(自来水)及烘干(烘干温度设置在35～45cI=）.其目的
是保证铜带清洗后表面无油污，无氧化层,有利铜带焊接。

铜带清洗最关键的部位是铜带的切边，铜带
在成型焊接时采用边与边对焊，在铜带由酸洗向清洗之间用一个塑料刮尘器对铜带的切边进行处理，以保证避免因切边杂质而出现虚焊现象。

4.2铜带管成型轧辊的设计
铜带清洗后进人成型轧辊，铜带管成型部分一
共采用7对正轧辊（该装置为动力牵引）和6对侧轧辊使铜带逐步成型管状。

正面后轧辊如图9所示，其圆弧半径变化次序
为:168.2ram—-44。

5mm一22.25mm一17。

55mm一13.38mm一12.45mm一10。

07mm:
】
I厂一.—’，
图9正面后轧辊示意图
正面前轧辊如图10所示,其圆弧半径变化次序为:156.8mm一43。

8mm一20.96mm-l0。

07mm一10。

07mm一10.07mm——9。

65mm.
图10正面前轧辊示意图
正面前轧辊中间的圆孔主要是用来放置不锈钢2010年第1期
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定芯管.
侧轧辊如图11所示，圆弧半径变化次序为:
59。

28mm一29。

64mm—l7。

78mm—l2.7mm～10.92mm一10。

26mm.
睁a)前两道侧轧辊
lIUlIJ
,f
》
.Il
l
,,1］I
b)后四遭侧轧辊
图11侧轧辊示意图
铜带管成型过程实际是铜带由小半圆向大半圆
至整圆的变化过程,铜带在第2道侧轧辊呈为小半
圆状，在第3道侧轧辊呈大半圆状,其侧轧辊从第3 道就发生了变化，侧轧辊从图11a所示变为图11b 所示.
5氩弧焊焊接
铜带管成型后，通过三对压辊对铜带边缝进行
精确对准,焊接基准确点在2号压辊与3号压辊之
间中心点.焊枪采用计算机三维自动跟踪系统对铜
带切边对缝进行焊接。

焊接所需的焊接电流为210 -
280A,焊接电压目标值为12。

5V。

5。

1焊接电流
焊接电流从起动电流为55A向280A缓慢升
高,同时铜带的线速度由0向3m/min的速度缓慢
提速。

当铜带的线速度达到3m/min时,其焊接电流刚好也到所需的焊接电流，所需时间为20s.生产线速度与焊接电流的变化情况见表3.
表3生产速度与焊接电流
序号速度/％焊接电流/A序号速度/％焊接电流/A 1O55555140
21055670169
32583785210
440l】2
81O0280
注:表中速度为满负荷生产速度3m/rain的百分数. 焊接起始电流不宜过大,否则容易造成铜管出
现焊洞，从而导致定芯管焊枪对准处聚积铜焊疤甚至烧穿定芯管.
5。

2焊接电压
焊接电压目标值l2.5V.通过微调电极棒与
焊缝的距离达到此目标值,正常电极棒与焊缝距离为1.2mm.如果焊接电压偏大，将电极棒向内微调
一
点；如果焊接电压偏小,可以将电极棒向外微调一点，直至调到12。

5V的焊接电压为止。

5。

3焊接保护气体
焊接保护气体为氩气，控制压力为7bar.保护
气体氩气设定为在生产线启动前10S送到,生产线停机20s后停气.氩气流出采用环型气流方法来
保证铜带在焊接时不与空气接触.
5.4焊接冷却
铜带焊接时其焊缝处于高温状态，当焊缝脱离
压辊后，由于内应力的释放会造成焊缝裂开,因此, 在三对压辊内部须通过低温循环冷凝水对压辊进行冷却，以便使铜带冷却。

5。

5焊接程度
铜带的焊接程度如图12所示,焊接程度应控制
在100%一105％之间。

如果铜带焊接程度低于
90％时，电缆的铜护套在剥离时会沿焊缝被撕开;如
果铜带焊接程度高于105％时,铜护套轧辊轧制过程中容易轧裂，在退火时容易爆管。

焊接程度可通过调节焊接电流大小来控制，每次调整范围为2~5 A
a）铜带成型状态b)焊接程度90％
c)焊接程度lOO％d）焊接程度105％
图l2焊接程度
5。

6铜带的要求
铜带的硬度应控制在70~90HV范围内.硬
度过低时,铜带在成型过程中容易起皱;硬度过高时,铜带在焊接后出现焊缝开裂.
铜带切边直度应控制在每3m弯曲度不得超过
2mm，否则铜带管成型后,其切边对缝呈现出微小
的”S”弯,超出焊枪自动跟踪范围无法对焊缝焊接。

.
35?
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6电缆轧制
铜带焊接好的电缆进入轧机轧制,轧制过程实
际是电缆的延伸过程。

1号轧机进料直径为19.8 mm，出料直径为15。

52mm,其轧辊配制见表4；2号
轧机进料直径为15。

52mm，出料直径为10。

28ram,
其轧辊配制见表5;3号轧机和4号轧机一样进料直
径为10.28mm，出料直径为5。

15mm,可以根据电
缆成品直径选择所需轧机和轧辊.
表41号轧机轧辊技术参数
（单位：mm）
道次第1道第2道第3道第4道第5道第6道第7道
上轧辊D19。

O7l8。

4l7.717.3916.73l6。

12l5.52
下轧辊D19.0718。

417。

716.70l6。

07l5。

48l5。

52
速比1。

0o0.920。

9lO.870。

840。

830.86
齿轮齿数比279:1252:124l：1221：1204：1189：ll89：1 注:D为轧辊直径(mm）,以下各表相同.
表52号轧机轧辊技术参数
（单位：mm)
道次第1道第2道第3道第4道第5道第6道
上轧辊D15.6815。

O9l4.53l3。

9813.45l2.94
下轧辊Dl5.07l4.5O13.95l3。

42l2.92l2.43
速比1。

OO1。

021.O60。

830。

951。

09
齿轮齿数比177:1l66:1l66:1147:1133:1l26：1 道次第7道第8道第9道第lO道第11道第l2道上轧辊D12。

45l1.98l1。

53l1.O91O。

68l0.28 下轧辊Dl1。

96l1。

5ll1。

O7l0。

6610.2510。

28 速比O.720。

820。

94O.770.880.99
齿轮齿数比ll4：ll04:11OO:l90:187:180：I
电缆在轧制过程中应从以下几个方面控制：
(1)轧辊速度.轧辊的速度取决于每道电缆的
延伸系数,并且主要由电机的速比和齿轮齿数比来
控制，其参数见表4和表5.轧辊的理论转速与实
际转速应控制在±2％。

每道轧辊速度要与电缆的延伸系数相匹配。

如
果比其延伸系数低时,电缆将在两道轧辊之间起拱
而造成电缆断裂；如果比其延伸系数高时，电缆将在两道轧辊之间被拉断。

（2)轧辊间隙.轧辊设计问隙为0。

35mm。

轧
辊的间隙变化将对电缆的总延伸系数,铜护套厚度, 导体直径，氧化镁粉压实密度，芯与芯之间绝缘厚度，芯与地之间的绝缘厚度等都有较大影响.可以
根据电缆检验结果对轧辊的间隙进行微调,其调整
范围控制在0.25-0。

5mm。

(3)轧辊与轧辊同一个平面的控制。

轧辊与轧。

36？
辊应处在同一个平面上，并控制在±0。

025mm范围内,可通过增加或减少0。

01mm的垫片数量来调
整.如果轧辊与轧辊不在同一个平面后，被轧制的
电缆铜护套将会出现”飞边"现象。

不仅影响铜护
套厚度的均匀性，而且还影响轧辊的使用寿命。

(4）轧辊组与轧辊组形成的孔其中心点控制在
一
条直线上.轧辊组与轧辊组形成的孔,其中心点
在一条直线上有利电缆顺利流道;如果不在同一直线上，在生产过程中电缆将在轧辊问起拱而造成停机。

7中频感应退火
感应加热技术是利用电磁感应的原理,通过交
变电流在工件中产生涡流来加热电缆的。

感应加热具有加热速度快,发热在物料内部和热效率高，温度控制精度高,加热均匀,产品质量好,加热氧化皮少
和营运成本低,无环境污染以及可控性好，易于实现自动化等一系列优点。

该生产线共有两套中频感应退火装置。

一套在
1号轧机出口处(垂直摆放),采用的是125kW，10 kHz水冷式电机；另一套在成品电缆外径出口处也就是四号轧机的出口处(水平摆放)，采用的是250 kW，10kHz水冷式电机，包含六组绕组铜管线圈，其内径为30mm,总长度为4270mm.
电缆从1号退火出来必须解决矿物绝缘电缆生产过程中的三个问题：①
将电缆由垂直方向变成水
平方向；②冷却1号退火装置出来的电缆；③为2 号轧机轧制速度提供信号.
通过设计一个安装有导向滑轮(铝制直径1800 mm）的长3350mm×宽610mm×高1600mm冷却
水箱，来保证电缆的导向滑轮由垂直方向向水平方向移动。

冷却水箱连接到循环水泵和热交换器.为了保证电缆不氧化,在冷却水箱中加入抗氧剂。

电缆退火程度主要靠调节退火功率来保证，不
同规格的电缆其退火功率不一样，退火程度检验是通过对成品电缆进行弯曲试验（依据GB/T13033—2007)来决定。

如果退火功率低了,导致电缆发硬, 做弯曲试验失败。

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矿物绝缘电缆连续焊接生产工艺的成功运用,
解决了矿物绝缘电缆长度短，交货周期长和氧化镁
吸湿等问题.随着矿物绝缘电缆大长度的提供和应
用以及氧化镁在使用过程中不吸湿,从而使电气线
路的中间接头减少,线路的可靠性大大增强,这对矿
物绝缘电缆的使用和推广将提供更为广阔的空间。

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