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金属铜原子序数为29,隶属于过渡金属,密度是/cm3,熔点℃,具有良好的导热和导电性能,但在潮湿的空气中金属铜表面与氧气发生化学反应,生成Cu2(OH)2CO3,即铜绿,通常电缆生产厂中铜氧化多显示表面发黑,正是这种铜导体表面氧化现象的存在,困扰着众多电缆企业.

我们在日常生产观察与大量资料调研中发现,通过优质铜杆选择、有效控制拉丝工艺及乳化液浓度和温度、钝化处理铜导体绞合或束绞铜丝表面、后续工序优化处理等手段,会有效控制电缆铜导体的质量、防止其氧化,会极大的提高工作效率,减少返工频次,从而达到降低成本和提高内在产品质量的有益效果.本文中将以中压电力电缆生产为例,从铜杆抵达生产厂、储存、拉丝、绞合、内芯存放到绝缘挤出,对每个步骤有效控制措施进行分析.

▎中压电力电缆生产过程中的铜导体防氧化控制

电缆用金属铜从原理上讲主要有物理方法阻隔铜与潮湿空气接触、阴极保护氧化还原法阻止铜导体氧化、化学方法在铜导体表面生产钝化膜阻止氧化,抑或在导体表面喷涂特殊液体予以保护.以中压电力电缆生产为例,每道工序防氧化控制的主要方法.

▶ 铜杆进厂前运输、检测及储存

我国大多数电缆企业用铜基本外购,而多数企业往往忽视了铜杆进厂前运输过程的控制,在江南及沿海地带(江浙、闽粤)夏季较长且多雨,铜杆基本通过重型卡车运输至公司,通过笔者了解,很多电缆企业没有制定相应的铜杆供应商运输规范、夏季雨天包装规范等制度,这使得往往出现铜杆供应商发货时铜杆表面完好无氧化发黑,而到达电缆企业用户面前时则出现铜杆表面发黑现象,带来了不必要的麻烦.

铜杆进厂检验基本依照GB/T 或电缆企业企标,有严格的程序.铜杆的储存一般电缆企业均放在仓库里,一般企业有较为严格的储存管理办法,在铜杆储存时,尤其是夏季雨天,一定要用塑料布或塑料薄膜覆盖铜杆,用最简单的物理阻隔法阻止铜杆与潮湿空气的接触制,而这一点往往受到电缆企业的忽视.在车间领用铜杆时一定要逐个铜杆卷进行肉眼检查是否有发黑现象,从生产源头加以控制.

▶ 铜杆拉丝工序的控制

本阶段以电力电缆最常用的8mm铜杆为例,如今拉丝时一般使用连续退火的铜大拉,需经过放线、拉丝与退火、冷却、烘干、收线等过程,首选选取对应规格的模具,切不可过小,如过小会强制使金属铜的晶格变异,加剧金属温度的急剧上升.

在开机前检查乳化液的浓度,确保浓度合格,在放线过程中,应保持放线张力稳定、均匀,不可过度颤动(颤动不可避免),拉丝过程中操作者应密切关注退火温度的变化,拉丝后导体硬化,延伸率变小,导体直流电阻率上升,拉丝候成圈时铜导体表面不应有残余乳化液,此处需要操作者肉眼识别,在拉丝下盘后用透明塑料薄膜密封,存放于干燥环境之中,待流转,但多数电缆企业因为嫌铜丝包薄膜麻烦而省略包薄膜工序.刚拉丝成圈的导体表面温度高于室温,如遇雨季会潜在氧化的风险.

▶ 铜丝绞合(束绞)与化学交联挤出工序

以铜丝绞合为例,在导体绞合过程中,各单丝以规则绞合或不规则绞合等方式绞合,经过各道压模后金属铜晶格改变结构,在强外力作用下,过模后铜导体温度较过模前有较大提高,尤其是紧压导体、扇形导体等,且框绞机目前无在线退火或降温装置,因此铜导体外层易氧化,在绞合前,选择合适的绞合模具、紧压轮、排线器,调整收线与放线张力,设备调整完毕后,操作者肉眼观察上盘铜丝与放线架中心铜丝的表面光洁度,确保无明显黑点,再启动机器.

一般电缆企业会在绞合工序(框绞机、笼绞机)中施加抗氧剂,抗氧剂的配方是%左右的苯并三氮唑酒精溶液,操作方法是将抗氧剂融入工业酒精之中,用输液软管滴入铜丝中,滴入标准以刚好浸润铜丝为准,避免过少局部潜在氧化或过多浪费的现象发生,在所有防氧化工作准备稳妥后,再开机运转.

收线处应保证收线盘干燥,收线盘装满后,用透明塑料薄膜密封,与铜丝拉制同理,很多电缆企业也省略了此步骤,若此步骤造成铜导体氧化,对低压电缆影响尚低,对超高压电缆而言,影响则不堪设想.铜导体在经过拉丝、绞合、储存后,金属铜晶格形态已基本稳定.化学交联即在交联剂、抗氧剂、耦合剂等条件下,将XLPE均匀的挤包在铜导体上.在将装满铜导体的放线盘启动前,调整收放线张力,保证设备运行平稳.

▎总结

我国几乎所有的电缆厂都面临铜导体氧化的困扰,从金属铜化学特性讲,就是要保持金属铜的还原性.在日常生产中,采用如下措施可减少铜导体氧化的几率:

1) 选择质优金属铜杆,规范供应商运输、交货流程与制度,铜杆到公司后,采取透明塑料薄膜密封措施,铜导体拉制、绞合后都应采取透明塑料薄膜密封措施;

2) 采用合适的铜丝拉制工艺,定期检查拉丝机的退火部件,优先选择含抗氧剂的拉丝油,定期检查乳化液浓度,保质期到期前一定提前更换;

3) 铜丝绞合、挤包绝缘工序采用钝化处理技术;

4) 树立质量意识,加强业务让以上工序操作者清楚铜丝氧化带来的不良后果.

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