矿物绝缘电缆铜带纵包焊接连续生产线工艺

1、矿物绝缘电缆铜带纵包焊接连续生产线工艺矿物绝缘电缆铜带纵包焊接连续生产线一摘要：本文主要介绍了铜带纵包焊接连续生产线的设备、工艺,此工艺解决了电缆长度短、缩短了生产周期、降低了本钱,提升了生产效率.并介绍了轧制与拉拔在矿物绝缘电缆制造的区别.关键词：矿物绝缘电缆；设备；材料；生产工艺；技术数据；轧制与拉拨；1、概述矿物绝缘电缆MI电缆也称其为氧化镁绝缘电缆,是一种无机材料电缆.矿物绝缘电缆由铜导体、无机绝缘材料氧化镁粉及无缝铜管或铜带纵包焊接成的无缝铜管这三种无机材料经过屡次拉拔或屡次轧制组合加工而成.这一独特结构使其具有耐火、防爆、耐高温、不老化、不引发火灾和传播火种,以及在周围着火条件下不

2、会释放出任何有害气体和烟雾的特性,特别适用于环境恶劣、平安性要求特别高的场所或部位,尤其是适用在火灾条件下要保证平安供电的消防系统线路.特殊需要时也可在金属护套上挤包一层聚乙烯外护或低烟无卤护套.矿物绝缘电缆按用途不同可分为：配线电缆、加热电缆和加热元件、热电偶电缆及补偿电缆、特种电缆,在实际应用中最常用的是配线电缆,目前矿物绝缘电缆执行的国家标准是GB/T13033.1-2007,在国标之外一种新型矿物绝缘特种电缆已出现一825合金护套矿物绝缘防火电缆.825合金护套矿物绝缘防火电缆是专为碳氢爆炸火焰及高腐蚀环境下能够正常工作传输电力而设计的,该电缆由一个或多个导体芯线、氧化镁粉,825合金

3、护套组成.导体芯线一般为银包铜或纯银实心芯线.825合金电缆的外护套不能用作接地线.825合金在氧化和复原环境下都具有抗酸和碱金属腐蚀性能,高银成份使合金具有有效的抗应力腐蚀开裂性.在各种介质中的耐腐蚀性都很好,如硫酸、磷酸、硝酸和有机酸,碱金属如氢氧化钠、氢氧化钾和盐酸溶液.825合金是迄今发现的应用于高温如石油和石化装置生产有机硫化物、硫化氢及硫磺可燃产品的环境中具有全方位极佳性能表现的合金.825合金护套的矿物绝缘防火电缆不但能在1200C的高温爆炸火焰中生存30分钟,而且对于石油气体和酸雾具有极强的防腐蚀性.由埃克森一美孚石油公司进行过试验,这个试验将825合金电缆放在一个非常近似于实

4、际碳氢暴燃大火的环境中.测试程序规定被测电缆必须支撑在充满汽油和柴油混合物的炉坑中,当点燃此混合物时,炉内温度急剧升高,并猛烈燃烧.在试验中,被测电缆试样不但经受烈焰的高温,而且具摧毁性的湍动大火.整个试验期间,平均温度超过1100C,由于试验本身的特点,温度在1100C水平不断上下波动.试验显示在火灾情况下电缆能够持续正常工作.2设备示意图2.1 双铜带放线装置：构造：双铜带放线装置是一台有2个独立的放线竿和制动气刹的放线机.两个独立的放线竿可旋转,每个放线直径范围在240-470mm之内.最大带宽为320mm,旁边4根支撑条长度每根长为600mm.铜带最重达全部=1400千克,普遍使用60

5、.5mm宽的铜带每盘最重可达700千克.作用：使铜带放线机与铜带储线器之间保持一定的张力.铜带放线机的好处在于.当一盘铜带用完时,在不停机的情况下,更换另一盘铜带与之焊接瀛气作为保护气,UTP银焊条填充瀛弧焊接,保证生产线连续生产.双铜带放线装装置2.2 铜带储线器：构造：铜带储线滑轮器大小为4米高,2.5米宽.两边是竖直的柱子,中间的顶部是一个滑轮组6个直径360mm的滑轮.中间还有一个滑轮组5个直径360mm的滑轮.滑轮组没有电力驱动而是有一个液压张力限制部件在铜带断裂的情况下可以使之停止.作为保护举措有一个固定好平安笼内固定好的单独滑轮导引铜带进如滑轮组.此外还有个信号装置可以确定这些滑

6、轮的位置.作用：保证铜带储线器中的铜带与铜带清洗机有一定的张力.铜带储线器能够储存足够多的铜带,为铜带与铜带之间的焊接赢得充裕的时间.铜带储线器图略2.3 铜带清洗机构造：铜带清洗机长约2.5米、高约1.2米、宽约0.6米.外壳主要部件是由耐酸的塑料制品.它有一套限制铜含量的系统和一套限制清洗液温度的系统.有两台用于循环自来水和清洗液的电机.进出口宽为100mm内置传送带宽达64mm0作用：10%-15%的稀硫酸和10%-20%的双氧水对铜带外表进行酸洗,去油污、去氧化等化学反响.酸洗完的铜带再进行水洗,最后经过不低于35度的烘干传输到铜带成型轧机.铜带清洗机图略2.4 铜带成型轧机构造：一台

7、有13个万向节的铜带成形机,由7个动力引导轧模,2台电机,7个变速箱和7个轧辐均是一对,其余6个不用的全部都固定在主架上.开头三个变速箱连接在一起由第一个变速箱旁的电机驱动.后四个变速箱连接在一起由第7个变速箱旁边的电机驱动.轧辐连接到滚动轴送出的那个变速箱.铜带管成型轧制时,所有的这些轧辐工作必须保证同心垂直.电机,变速箱和轧辐也都是一样的.每一环的齿轮齿数比都一样为79:1变速箱和轮子电机信息：通用电机,每分钟1000转,3.8千瓦直流分激电动机.电枢=180伏特,28.5安培.磁场电压210伏特,1.95安培.电机使用风扇降温.作用：宽为60.55毫米的铜带纵包成19.8毫米的铜管,纵包

8、成的对缝之间间隙为0.1毫米左右以便于焊接.铜带成型轧机2.5 焊接系统构造：焊接盒有3对直径为20mm的水冷辐.硅油传输系统由"WatsonMarlow"504DU泵,有观察孔的球形传感器、硅油桶架子组成.振动锤子组成：一个直流电机和凸轮机构中的变速箱.电机限制面板组成：一个林肯焊机,一个单独高频的400安培电源以及焊枪,用循环冷凝水来冷却焊枪.配有摄象机的接缝限制面板,触摸式焊接监视器.作用：铜带纵包焊接连续生产工艺最重要的一环就是保证焊接的质量和稳定性.铜带成管的接缝由摄像头自动跟踪并进行自动调整焊接,保证了焊接的稳定性和质量.焊接装置-图略2.6 1号轧机构造：1号

9、轧机共由7道电机组成.它的齿轮齿数比是根据变速箱和电机的驱动皮带轮的区别有所不同.所有的轧辐机架都安装在主结构上.轧辐机架之间都呈直角.所有轧辐机架的电机、变速箱,轧制的地方都是一样的.每轧辐机架都有直流电机带动一个带子直至变速箱.直到轧制的地方.电机信息：通用电机"3000转每分钟,2.2千瓦直流分激电动机.电枢电压二180伏特,13.5安培.磁场电压210伏特,0.78安培.电机结构=MD132160有脚架.限制系统：限制全部连接到主线限制系统.本地限制通过在一楼的主限制桌上进行微控来完成.作用：将组合成的铜线芯、氧化镁、铜带经过屡次轧制成半制品.1号轧辐送出的电缆直径19.07

10、mm,7号口送出电缆直径15.52mm.图省2.7 1号退火装置、冷却水槽和导向轮、2、3号轧机构造1号退火装置：125千瓦1万赫兹水冷电机、线圈盒和水循环系统、线圈直径为30mm、玻璃垫管外径为26mm、内径为20mm、长为1650mm.作用1号退火装置：大电流感应加热电缆.加热原理：50HZ的工频电流变为10KHz交流电源,采用的是可控硅变频装置、导电材料在磁场里被感应,材料本身产生涡流和磁滞损耗,使材料自身发热的一种物理现象.构造冷却水槽淬火和滑轮：安装有导向滑轮的3350mmx610mmx1600mm纵深高度冷却水槽.滑轮使之能在垂直方向移动,1800mm铝制滑轮,限位开关和LVDTo

11、水槽连接管道到到循环泵和热交换器,由水泵限制.作用冷却水槽淬火和滑轮：设计用来解决矿物电缆生产过程的三个问题.1将电缆由树直变成水平2冷却1号退火装置出来的电缆3为2号轧机轧制速度限制电路提供信号位置.构造2号轧机：2号轧机共由12道电机组成：所有的轧辐机架都安装在主结构上.轧辐机架之间都呈直角.所有轧辐的电机,变速箱,轧制的地方都是一样的.每个轧辐的齿轮齿数比根据变速箱和电机的驱动皮带轮的区别有所不同.电机信息：通用电机3000转每分,2.2千瓦直流分激电机.电枢电压180伏特,13.5安培.磁场电压=210伏特,0.78安培.全限制系统：限制部连接到主线限制系统.作用：1号轧辐送出的电缆直

12、径15.07mm,12号口送出缆直径7.88mm构造：3号轧机同2号轧机原理一样作用：3号轧机1号轧辐送出的电缆直径9.96mm,12号轧辐送出电缆直径为5.15mm.所有图略2.8 2号退火装置、激光测径仪、涡流测试仪构造2号退火装置：有250千瓦,1万赫兹的水冷电机,包含六个线圈内径为30mm、长为4270mm的线圈盒、水冷系统等.玻璃垫管外径24.5mm,内径19.5mm700mm长.作用2号退火装置：同1号退火炉、图省构造激光测径仪：配有激光测量头.系统有报警箱作用激光测径仪：检测电缆的外径是否在土0.5mm范围之内.构造涡流测试仪：配有探伤焊接不良好的焊缝激光头和显示仪器屏屏.作用涡

13、流测试仪：检测不良焊缝并报警,装有黑色冲头的气压装置打出一黑色痕迹提醒收线人员以便分头.图略2.9 向下式成圈收线装置构造：由有V型槽的上托盘和下转盘组成.转柱直径1000mm,由气压活塞来限制"Fingers"和"feedroll".转盘直径为1160mm由链条来驱动.作用：成圈收线、保证连续生产时更换收线盘.收线装置-图略3材料3.1 导体结构图略矿物绝缘电缆典型的结构如右图所示.导体、氧化镁、护套经过屡次组合轧制,三者之间高度紧压、氧化镁密实度很高.如果电缆要求具有防腐性能、可以在铜护套外再挤出一层外护层.一般情况之下导挤出一层外护层.一般情况之下

14、导体和护套采用铜材料而绝缘层采用氧化镁材料.配线电缆的导体尺寸规格相当多,从1mm2到400mm2不等,线芯数量也从1根到19根不等,一般只有单芯电缆的导体截面大于25mm2,多芯电缆7芯、12芯、19芯一般情况下其导体的截面都比拟小.2、3、4、7芯电缆如右图所示略.3.2 材料介绍铜带纵包焊接连续生产工艺采用的原材料是含磷的无氧铜带、可加硅油的氧化镁粉、成圈的铜导体.含磷的无氧铜带最重可达700kg,成圈的铜导体也重达1吨.而灌装或瓷柱装配工艺的一根电缆只能到达200kg左右,因而从源头上,连续生产工艺保证了原材料的供给长度.理论上讲,铜带连续生产工艺生产过程中,原材料质量的保证、电气的高

15、稳定性,一根2L1.5的电缆可达8公里左右,由于收线装置的约束、一根2L1.5的电缆最长也可高达4公里左右.3.3 2.1导体材料矿物绝缘电缆采用的导体原材料是实芯的、近似圆形截面的已退火高导电率的无氧铜.满足导体材料的两个必要条件一个是对于电能有效传输最根本的高传导率,一个是满足工艺需要的材料的可延伸性.柔韧的具有高传导率的铜能够满足绝大多数配线电缆导体的要求,无氧铜中氧的含量很低,这种铜的组织是均匀的单相组织,对韧性非常有利.无氧铜的可轧制性在所有的线径内与低氧铜杆相比都是比拟优越的.3.2. 2护套材料标准护套原材料采用的是含磷的脱氧铜带含磷的铜带便于焊接.脱氧磷铜带不含碑、硫的含量不超

16、过50ppm、硫的含量不超过15ppm.含磷的脱氧铜带两侧边角必须保证是光滑的、干净的、明亮的、无毛刺、无油斑,这样才能够保证焊接的稳定性和焊接质量,才能够保证轧制的顺利进行.3.2. 3绝缘材料矿物绝缘电缆的绝缘材料无机物氧化镁-它的物理性能和化学性能非常稳定、对铜无腐蚀作用、熔点高达2800°C、电气强度高、热传导率高、无毒,材料的纯度可以制造高达94%以上,对于特殊场合如核电站、对氧化镁的材料纯度要求更高.铜带纵包焊接连续生产工艺所用的氧化镁主要考虑氧化镁的流速、密度、粒度分布等三个方面.1流速限制在160s210s/100g之间.2振实密度在2.13s2.33g/cm3之间.

17、3粒度分布与密度有直接关系,正常的粒度分布是从+40-325目,从高向低呈递减形式分布.3.3. 3.1氧化镁的电性能：检查氧化镁粉的物理指标及化学指标,其根本目的只有一个,就是保证有良好电性能指标.电性能指标分为常态、热态及潮态.常态试验是指在正常情况下,在管子制好后,测其绝缘电阻及耐压,称为常态绝缘及常态耐压.热态试验是在各种设定条件下通电,在一定负荷条件下,观察管子泄漏电流、电阻及耐压情况,实际上通过这些数据评价镁粉质量.潮态试验即是把通过电或未通过电管子放入恒温恒湿箱潮湿箱内,在一定时间内,以观察氧化镁吸湿性能.一般均在42c或50C,放48或72小时再测定管子绝缘和耐压代表氧化镁绝缘

18、和耐压.4矿物绝缘电缆铜带纵包焊接连续生产工艺生产工艺流程图见下面：略铜带纵包焊接连续生产线由垂直和水平两个局部组成,垂直局部包括三楼的两个加氧化镁粉的斜筒与料斗、管成型辐机、二楼的清洗机、焊接机头、循环水冷凝压缩机、压轮、1号轧机.水平局部包括一楼的1号退火感应退火箱、两个淬火冷却水槽、三台轧机、2号退火感应退火箱、外径检测仪、涡流测试仪和收线装置.首先将铜带放线装置上的0.95mm厚度*60.55mm宽度的铜带此仅为一种规格穿入到铜带储线器,经过铜带清洗机的水洗、酸洗、不低于35c的烘干,再经过成型轧机成型轮连续纵包成圆柱体形状,在焊接水冷辐处、铜带边相互对齐紧贴,对缝的间隙为0.1毫米左

19、右,采用电极棒进行瀛弧焊接不需要填充焊料、瀛气作为保护气.焊抢头与护套中央成110度角,以便对铜带边进行预热.铜带焊接速度为1.0-3.0m/分钟,焊接电流在205-270A左右,焊接电压为12-13V左右.要密切注意观察焊接后铜护套的外表质量、铜带外表呈鱼鳗状,不能有漏焊、破洞、滴流等不良现象.其次按工艺要求选择适宜的不锈钢定芯管,将其从氧化镁粉料斗下口放入至成型轧机至1号轧机之间.此时再将硅油导管穿入定芯管中.定芯管的作用主要保证线芯与铜护套及线芯与线芯之间的绝缘厚度均匀,且将其固定到氧化镁粉料斗下支架上,并用“喇叭型橡胶套与料斗及定芯管上进粉口连接且将上下口用不锈钢管卡收紧密封.为了保证

20、导电线芯不在铜护套不偏芯,将引线通过定径模穿入到定芯管内,再将引线与导体线芯焊接连在一起,此时的定径模应放入模套中并固定在氧化镁粉漏斗支架上,要求定径模模孔与线芯定芯管管口成直线定径模定径区直径比铜线芯坯料直径小0.1-0.6mm左右,主要起定径、校直、去除导体外表的杂质等作用.接着将引线穿入到一号轧机第七道轧辐下面,此时将氧化镁粉从漏斗灌入铜护套内.为了保证氧化镁粉顺利灌粉及氧化镁粉在铜护套内密实,在焊枪和铜管定径轮之间有一对小锤对铜管进行一定频次的敲击频率为20-80次/分钟左右.在漏斗内的氧化镁粉供送量可借助漏斗和斜筒内粉位传感器信号来限制、漏斗和斜筒都有传感器,一旦氧化镁粉末脱离传感器

21、的探头将会发出报警声.半制品经过轧机连续轧制和中间感应退火两次,即可获得所需的成品电缆直径.每个轧机机座上装有假设干对轧辐,使氧化镁粉绝缘压实,同时使电缆减径量轧小,轧制后轧制后电缆通过中间感应退火容量50-110kW并经过添加了酒精的循环冷却水槽进行淬火.整个生产线速度由主控台根据工艺参数来设定、退火炉功率可由手动限制.在正常生产过程中,要不断的进行中间检验,要检查电机速度是否过载等一系列的工作.5技术数据省本节主要介绍了原材料、辅助材料、附件、过程限制、质量分析等技术要求.6轧制与拉拨6. 1轧机开展史轧机是实现金属轧制过程的设备.最早有记载的是1480年意大利人达.芬奇设计出轧机的草图.

22、1553年法国人布律列尔轧制出金和银板材1728年,用以制造钱币.此后在西班牙、比利时和英国相继出现轧机英国设计的生产圆棒材用的轧机,英国于1766年有了串行式小型轧机,19世纪中叶,第一台可逆式板材轧机在英国投产,并轧出了船用铁板.1848年德国创造了万能式轧机,1859年建造了第一台连轧机.万能式型材轧机是在1872年出现的.20世纪初制成半连续式带钢轧机,由两架三辐粗轧机和五架四辐精轧机组成.6.2 轧机轧制原理目前我公司轧机的主要设备是采用来自德国伯勒公司的14机架轧机和英国KANTHAL公司的7机架和12机架的轧机.矿物绝缘电缆轧机轧制原理：通过直流电机的传动轴上面齿轮组的驱动,连接在齿轮组上的两个万向节的运动就会驱动连接在万向节上的成对的轧辐,从而到达轧制的目的.轧机原理的外表现象很简单,将外径较大的电缆或铜导体通过一对旋转轧辐的丰昆槽,因受轧辐的压缩使材料截面减小,长度增加的压力加工方