电线电缆铜包铝线

1、绪论双金属铜包铝线（Copper clad aluminum wire）简写为CCA,采用先进的包 覆焊接制造技术，将高品质铜带同心的包覆在铝杆等芯线的外表面，并使铜层和 芯线之间形成牢固的原子间的冶金结合。这就使得在一根导线上发挥了两种金属 材料的特点，使铜的优良导电性和铝的重量轻的特点结合在一起，克服了铝导线 的缺点，形成具有导电性好、密度小、柔软、耐腐蚀、易焊接、价格低廉等特点 的铜包铝线。从而发展成为一种新的金属导电材料。信息产业的迅速发展为射频同轴电缆的大量应用与发展带来了重要机遇。铜 的导电性能好，具有较强的耐腐蚀性能，在铜中加入少量的锡或银后，其耐磨和 耐热性能可得到进一步提高。

2、因此同或铜合金一直被视为同轴电缆内导体的首选 材料。但铜的密度高，铜资源比较少，且纯铜导体的价格较高。随着复合技术的 不断发展与进步，在保证导电性能的前提下采用复合技术，用廉价的金属部分代 替铜以降低生产成本，已经成为国内外研究开发人员努力的目标。其中铜包铝复 合材料是一种比较理想的替代品。如今我国现有的绝缘电线电缆常用的内导体主要有铜（Cu）、铝（Al）两种单 金属，而且采用铜做内导体的居多，铝芯线缆用户主要集中在东北、中部、西北 部地区。我国铝资源非常丰富，铜资源相对匮乏，20世纪50年代到70年代中期 我国广泛推广使用铝芯线缆，铝排铝漆包线等产品，当时铝导体的用量占导体总 用量的比例达6

3、0%以上，80年代到90年代，由于铜铝价差的缩小，铜固有的导电 性能大大优于铝的性能，再加上国际铜业组织一味鼓噪推崇铜导体，使铝芯电缆 的推广使用受到阻碍，也使铜价一路飙升，给电缆制造行业带来前所未有的压力， 造成流动资本增加，利润空间缩小，相当一部分企业纷纷改行、停产。在这铜价 高起的市场背景下，寻找新的导体材料已刻不容缓。根据国家推荐标准，在20。时，某一铜导体截面的直流电阻值与对应大的两 个规格的铜包铝导体直流电阻值相当，也就是说，从传输过程中的能量损失考虑， 某一铜导体电力电缆完全可以由对应大的两个规格的铜包铝导体电缆所替代，它 们的载流量是相当的。另外，从电缆造价上看，在同等载流量的

4、情况下，铝导体 电缆的金属导体原材料成本较铜导体电缆低得多。在如此情况下，无论是电缆使 用者还是设计单位，在保证载流量相同的情况下，选择铝芯电缆是完全可行的， 这样不仅使电缆生产企业能够回避风险，有利于行业的健康发展，同时对抑制铜 价的上涨也会起到一定的作用。第1章铜包铝线概述1.1铜包铝线的发展背景及历程1.1.1铜包铝线的历史发展背景铜包铝线(Copper clad aluminum wire)是在铝芯线上同心地包覆铜层的双 金属复合线材，早在20世纪60年代，欧美一些国家就开始研究和应用铜包铝材 料，日本等国家也一直开发相关资料，并进入实用阶段，使铜包铝成为继铜、铝 后的第三种导体。由于

5、铝表面极易氧化，产生氧化膜又极难除去造成接触电阻大 和不能焊锡焊接，严重影响了铝代铜的普及率，而铜包铝的开发成功，开创了铝 代铜的转机。早在开发初期，铜包铝在国外仅使用在建筑电线的布线以及广播电视通讯的 高频电缆和屏蔽线上。随后在1999年10月，我国戴教授与大连的吴运忠博士、 丁纪洲高工等人合作，利用国外的旧设备生产出了中国造的铜包铝材料，不仅数 量没有超过200吨，而且产品合格率仅为70%。随后，广东一厂家试制出了第一 台铜包铝生产设备，但是由于产量、质量、资金等原因，最终未形成生产能力。 经过多次试验，2001年10月，中国第一台铜包铝生产线在大连诞生；接着，西安 也出现了类似的生产线。

6、由于铜包铝导体材料生产的产业化，目前国内已可以满 足逐步实现大批量的产能，其应用范围越来越大，已逐步大量应用在电动机，变 压器的漆包线、母线、电线电缆上，而且深受广大用户和制造商的欢迎。1.1.2国内铜包铝线近几年的发展状况我国线缆行业本来就是微利行业，面对国际铜价的上涨，自主创新寻找原料 替代品降低成本似乎就成为了企业自救的唯一可行的办法。于是铜包铝的研究与 应用再次成为近期线缆企业纷纷讨论与研究的热点。2005年以前，国内真正开始生产铜包铝材料的生产线企业只有两家，而形成 定型的，批量规模的只有大连一家。全国能够投入正常生产的生产线不到50条， 年生产能力不到2万吨。在21世纪的今天，国内

7、铜包铝材料生产设备和工艺已趋 于成熟，而且早在2000年信息产业部也制定了产业标准。较早开始试制铜包铝导 线生产线的大连、西安等几家企业终于有了商机。至今，国内形成生产能力的铜 包铝设备制造厂有五六家，已形成生产导线能力的生产线近200条。铜包铝主要 的生产厂家分布在辽宁的大连、江苏的常州和苏州、上海、浙江、广东一带。我国一些电线电缆企业经过不断进行尝试，不但在借鉴国内外现有成果的基 础上进行了大量的研究和试验，取得了大量的数据，同时还对导体的界面，导体 在各种有害、腐蚀溶液中，在用焊锡焊接的接头上，在耐高温中，在拉拨、退火 工艺上进行了大量的研究，还对其在工频下的交流电阻、载流量、集肤效应、

8、邻 近效应等进行了大量的运算，同时还对铜包铝的回收利用作了大量的试验和研究。 得出的结论是，在与国外研究结果的结论一致的同时，进一步确认在与铜导体直 流电阻相同的条件下：1.其导体间和与接线端子的热循环指标要比铜好；2.其交 流电阻、电流载流量要比铜好，从而线损也要比铜低；3.其与锡可焊性与铜相同; 4.其接触电阻与铜相同；5.其电阻率可通过导体截面和铜含量以及复合导体来调 节。1.1.3国外铜包铝线的发展状况在西方发达国家，铜包铝的开发应用已有30多年，但是应用量似乎并没有增 大。英国西蒙公司认为，铜包铝在电线电缆行业中应用量很少。在欧美国家，铜 包铝主要应用在通信领域，特别是高频领域中做导

9、电芯与屏蔽用。在大容量特种 导体例如铜包铝扁线、铜包铝母线、纸包扁线（母线）也会得到应用。美国GC公 司对铜包铝导线的连接部位的可靠性得出的结论是：能和铜线用同一方法连接。 美国UL还对10AWG和12AWG的铝导线由于连接不良引起的事故进行了研究，而 铜包铝不存在这个问题。美国UL还制定了铜包铝的导体标准（UL1561-2001）。英 国BICC公司经过对电缆以及连接的通电负荷长达七年的研究，经过1000万小时 的反复试验，结果显示：铜包铝在经济、技术上可与铜线竞争，且价格稳定。在 美国的ASTM标准中对铜包铝导线的构造和特性作了详细的规定；美国的TI公司 还把铜比例为10%的铜包铝作为导线

10、标准。日本的电线株式会社把铜包铝是否可 作为电线电缆的导体材料进行了大量的调查和研究。研究试验的内容包括:1.对铜 包铝的导体结构（铜的比例1015%和线经与厚度关系）；2.物理机械性能；3. 表面特性，尤其是铝的接触电阻特别大，而铜包铝则与铜一样优良。同时还对其 弯曲刚性、反复弯曲、反复卷绕等进行试验。电线株式会社还对连接器和配线器 具的连接进行了大量的研究：1.对接触电阻的试验;2 .通电热循环试验。与铜用接 头的连接研究:1 .选用尺寸范围的使用；2.二次压接的效果；3.对各种接头及接线 器的适合性。日本的电线株式会社历经了数年的适用性研究证明铜包铝具有：1. 连接易；2.连接可靠；3.

11、重量轻；4.绕性好；5.经济，具有与铜线同样安全可靠 的特点。1.2铜包铝线的特性对于机电安装行业，电线电缆在机电安装工程中占据了重要的地位，作为其 主要原材料的铜，占了电缆产品总成本的70%80%，铜电缆的价格随着铜价的上涨 而急剧增长，对投资方和施工方在工程造价控制方面带来极大的困难，为此，铜 包铝电缆研究和应用迅速增长。铜包铝线缆是指以铝芯线代替铜成为线缆主体，外面包一定比例的铜层的电 线电缆。铜包铝电缆就其用途来分，基本可分为两类：一类是信号或通讯用途的 铜包铝电缆，另一类是供电用的铜包铝电缆。就其特性，将铜包铝和纯铜电缆进 行以下的比较1.2.1铜包铝通信电缆机械特性：纯铜导体强度、

12、伸长率比铜包铝导体大，也就是说纯铜在机械性 能方面比铜包铝好。从电缆设计的角度来看，纯铜导体比铜包铝导体机械强度好 的优点，在实际应用过程中不一定需要。铜包铝导体比纯铜轻很多，因此铜包铝 的电缆在整体重量上比纯铜导体电缆要轻，这样会给电缆的运输和电缆的架设施 工带来方便。另外铜包铝比纯铜软一点，用铜包铝导体生产的电缆在柔软性方面 比纯铜的电缆好一点。电气性能：因为铝的导电性比铜差，使得铜包铝导体的直流电阻比纯铜导体 大，这点有无影响主要看电缆是否会被用来供电，如给放大器提供电源，如果被 用来供电的话，铜包铝导体将会导致额外的电力消耗，电压降低较多。当频率超 过5MHz时，此时的交流电阻衰减在这

13、两种不同的导体下没有明显的区别。当然， 这主要是因为高频电流的集肤效应，频率越高，电流的流动就越接近导体表面， 在铜包铝导体的表面实际上纯铜材料，当频率高到一定时候，整个电流镀在铜材 质里面流动了。在5MHz情况下，电流在近表面的约0.025毫米厚度中流动，而铜 包铝导体的铜层厚度比此厚度多约一倍。对于同轴电缆，因为传输的信号是在5MHz 以上，因此铜包铝导体和纯铜导体传输效果是相同的。在实际测试电缆的衰减可 以证明这一点。铜包铝较纯铜导体软，在生产过程中容易进行矫直处理，因此在 一定程度上可以说用铜包铝的电缆要比用纯铜导体的电缆回波损耗指标好。经济性：铜包铝导体是按重量出售的，纯铜导体也是按

14、重量出售的，铜包铝 导体的价格要比相同重量的纯铜导体贵一些。但是同样重量的铜包铝要比纯铜导 体长度长很多，而电缆是按长度计算的。相同重量，铜包铝线是铜线长度的2.5倍, 价格仅仅是每吨多几百元。综合下来，铜包铝就很有优势。由于铜包铝电缆比较轻，电缆的运输成本、安装架设成本都会有所降低，会给施工带来一定的方便性。1.2.2铜包铝电力电缆直流电阻率：铜包铝线的电阻率比纯铜线大，约为纯铜线的1.5倍，在阴值 相同时，铜包铝线重量约为纯铜线的1/2。根据集肤效应计算，在5MHz以上高频 时，与相同截面的铜导体相比，其电阻率相等。在50Hz频率的电力电缆的使用中， 其铜导体的集肤效应和邻近效应在150m

15、m2以上就逐渐显得突出，同时由于科学技 术的不断发展，产生高次谐波电流和能源会注入到供电系统中，在系统的阻抗上 产生出相应频率的高次谐波电压，致使电压的波形发生畸变，增加供电系统的损 耗，使导体发热增加。此外，电缆使谐波放大，在接头处产生过电压而损坏电缆 头。采用铜包铝导体会起到降低高次谐波产生的交流阻抗（电阻）的作用。在其他 使用场合，通过采取提高铜包铝单丝中铜的体积和相应的工艺措施，使铜包铝/铜 复合导体在现有同规格导体的外径尺寸上限内，满足导体直流电阻要求。接驳方式：采用铜包铝导体可满足目前待续多年的电线电缆在产品选型、设 计、使用、安装等方面的习惯，还对电缆的接线端子紧压、锡焊接有利。

16、降低交流电阻：交流电阻是电流载流量的主要依据，根据集肤效应的原理， 单根导线的表面，其单位面积通过的电流比导线的圆心单位面积通过的电流要大， 也就是说，大截面导体的圆心在相同导体相成的圆面积内，圆心比圆周通过的电 流要小，所以把圆心导体与圆周导体用不同的金属组成是最合理、最经济的。影 响交流电阻指标除直流电阻、集肤效应外，还有邻近效应，与相同直流电阻的铜 导体相比，采用铜复合导体后，单根导体内，铝在园心，铜在外缘;在绞合导体内， 内层是铜包铝，外层是纯铜，而铝对集肤效应和邻近效应都没有铜敏感，同时铜 复合导体会使导体总截面增加一部份，因此也增加了导体的表面积，改善了电缆 的散热条件，增加了散热

17、面积，而铝的导热系数与铜相近，在同等的材料成本条 件下，交流电阻的指标要经济得多。具有良好的耐腐蚀性：铝比铜易腐蚀，但由于铜包铝材料已经完全冶金化， 铝完全被铜所覆，不会被水、空气接触，完全达到与铜一样的性能。铜包铝/铜复 合导体还更用利于避免电缆在长期使用过程中由于腐蚀、碰伤或因紧压、锡焊接 不好使导体与接线端子接触不良、发热引起铜层脱落和铜铝两种金属之间形成电 势差，加速电化腐蚀，造成电缆端部烧毁的隐患。对于铝导体，特别是在沿海地 区，大气中盐雾所含有的氯离子会凝聚在铝的表面，易在表面的杂质和缺陷周围 引起局部腐蚀，形成孔洞、裂纹和微电池，加剧铝导体的腐蚀。成本低重量轻：与相同技术指标的铜

18、芯电缆相比，铜包铝导体电缆可节约成 本40%以上，铜包铝/铜复合导体电缆可节约成本20%以上。铜包铝线的比重仅为纯铜线的37%-40%。在线径、重量相等的情况下，其长度是纯铜线的2.5倍。良好的焊接性：铜包铝线由于其表面同心包覆了一层纯铜，因此具有跟纯铜 线一样的可焊性，方便生产。虽然铜包铝电缆已经诞生，并正逐步得到应用，但尚有不小阻力，主要表现 为铜包铝电缆尚比较难找到国家、行业的应用依据，难以得到设计单位的认可。 铜包铝电缆尚有相当多的产品还没有3C认证，行业尚停留在产品鉴定，制定企业 标准的阶段，不同品牌之间的产品规格、特性、使用标准差异较大，工程设计者 应用时难以把握，投资方暂时也不乐

19、意接受。但是，随着国家的标准和法规的逐步完善和认可，铜包铝电缆必将走向规范 化，无疑将成为了未来几年电线电缆的亮点，带动整个行业的发展。第2章铜包铝线的结构参数及性能2.1铜包铝线的各项参数2.1.1结构参数按铜层体积比分可以分为：10%和15%两种，铜层体积比为15%的铜包铝线主 要用于传输高频信号的同轴电缆内导体，10%的铜包铝线主要用于传输低频电流线 缆的导体。按铜层重量，可以计算出同层体积比为10%和15%的铜包铝线，其铜层重量比 分别为26.8%和36.8%。另外，按照它的使用状态可以分为软态（A类）和硬态知类）两种2.1.2物理性能参数金属材料在各种物理现象作用下所表现出来的性能，

20、成为物理性能。下面介 绍几个与铜包铝线生产和使用有关的物理性能。密度对于铜层体积比为15%的铜包铝线，其密度为3.63/cm;而铜层体积比为15% 的铜包铝线的密度小，使铜包铝线具有很多优点：（1）对于同样重量和线径的纯铜线和铜包铝线相比，铜包铝线的长度约为纯 铜线的1.72.5倍，这将为厂商降低材料成本。（2）由于1吨铜包铝线中铜的重量为268368Kg，可代替1.72.5吨纯铜 线，使得使用铜包铝线可以节约大量铜资源。比热根据热力学公式Q = cm （七2-匕），由于纯铜线的比热c = 0.092Kcal / kg.k，铜 包铝线的比热c = 0.149Kcal / kg.k，这就意味着铜

21、包铝线的比热要比纯铜线的比 热大得多，那么在同样重量的铜包铝线温度升高1度所需要的热量比纯铜线多。 如前所述，在重量和直径相同的情况下，铜包铝线的长度要比纯铜线长的多，因 而散热条件比纯铜线的好。如果使铜包铝线和纯铜线电阻相同，并在通以相同电 流的条件下，经相同的时间后用铜包铝线制成的线缆其温度一定比纯铜线制成的 低。这对安全用电有很大好处。导电性铜包铝线的电阻率比铜的大，但比铝小，20r时体积比为10%和15%的铜包 铝线直流电阻率分别为0.02743。mm/m和0.02676Q mm / m。所以按国际电工 规定将退火工业铜在20C时的电阻率等于0.017241Q mm/m为标准导电率，以

22、 100%IACS表示，那么铜包铝的导电率为65%IACS左右。抗拉强度和延伸率抗拉强度和延伸率是根据线径不同而不同，具体参数可以参照电子行业标准 SJ/11223-2000铜包铝线线膨胀系数金属材料的热胀冷缩现象是众所周知的。但不同的金属其体积随温度的变化 量是不同的。铜包铝线的线膨胀系数与纯铝线相近，远远大于纯线。这一特性对于用铜包 铝线做内导体、用铝制作屏蔽层的同轴电缆来说相当重要。当同轴电缆网络的外 界温度发生变化时，内导体的伸缩量与铝屏蔽层的大体相同，不会产生象用纯铜 线做内导体那样，冬天屏蔽层缩近，夏天屏蔽层伸长，而使电缆接头产生接触不 良的现象。2.2铜包铝线的力学性能金属材料在

23、成缆加工时，以及成缆后在使用的过程中，都要受到多个外力的 作用。金属导体抵抗外力作用的能力，称为力学性能。常用的力学性能指标有抗 拉强度、伸长率和弹性模量等。2.2.1抗拉强度抗拉强度是指式样在拉力作用下拉段后单位横截面上所承受的拉力。若以P 表示拉段式样之力（单位N），以S表示试样的横截面积（单位为mm2）导体的抗 拉强度除与材料化学成分有关，还取决于加工状态。经过拉拔变形而硬化的导体 （硬态），抗拉强度较高；而拉拔后经过退火的导体（软态），则抗拉强度较低。 铜包铝线的抗拉强度无论硬态或软态，都比纯铜线的低，但足以满足线缆的要求。 在拉拔细线或特殊加工的情况下要求铜包铝线有较高的抗拉强度，则

24、可选用强度 较高的铝线芯，以提高整根铜包铝线的强度。2.2.2伸长率伸长率是指试样拉断后的标距长度Lk与试样原始标距长度L0之差与原标距长 度L0之比，以百分数表示，与抗拉强度一样，导体的伸长率也与化学成分以及加 工状态有关。经过退火的软态导体，伸长率很高；但经过多次的拉拔后，产生加 工硬化现象。为此必须对加工硬化的材料景象退火处理，提高其伸长率，以便继 续拉拔。2.2.3弹性模量弹性模量在工程上被成为材料的刚度，表示材料对弹性变形的抗力，单位为 MPa。材料的刚度与机器零件或构件的刚度不同，后者除与材料的刚度有关外，还 与其截面积的和尺寸以及载荷作用的方式有关。弹性模量也四金属材料的一个重要

25、的力学性能指标。对于用线材加工个中形 状的制品时，弹性模量小的金属，所需加的力就越小，加工就较方便。从表2-1所列的数据了知，铜包铝线的弹性模量比纯铜的小的多，因此用此 加工成各种绕组和线圈时要比纯铜线的方便的多，从而减轻了工人的劳动强度。2.3铜包铝线的化学性能金属材料的化学性能是指金属对周围介质侵蚀的抵抗能力。俗称抗氧化或耐 腐蚀能力。金属的氧化或腐蚀根据其产生的原理不同可分为化学腐蚀和电化学腐 蚀两种。2.3.1化学腐蚀化学腐蚀为金属与外界介质发生氧化学作用而产生的腐蚀。例如，铜包铝线 退火时，未抽尽的空气或冲入的保护气体不纯，含有一定浓度的氧气，在较高温 度下与铜发生如下的氧化反应，使

26、之产生腐蚀。2.3.2电化学腐蚀铜包铝线中铜与铝是两种电极电位不同的金属，在它的端面上铜与铝暴露在 大气中，若大气中湿度较大，端面吸附了微小的水分子 而聚积成微小水滴。由 于大气中存在煤的燃烧产物或大量机动车排出的尾气，其中含有SO2。SO2在空气氧 化成SO3,溶于小水滴中形成酸溶液中产生的腐蚀电池的H2SO4，便成为电解质溶液， 产生腐蚀电池。在这个腐蚀电池中，由于铝的电极电位较低而被腐蚀。即使是一 块金属，不与其它金属接触，放在电解质溶液中，也会产生与上述相类似的腐蚀 电池。例如，铜中常含有少量杂质，杂质的电位往往较铜的高，当铜表面存在酸 性水滴时而形成电池，使铜遭受腐蚀。为了防止铜包铝

27、线端头产生电化学腐蚀最好的方法是将端头与大气隔离，目 前可采用两种方法：1.电镀法：在铜包铝线对接的接头处镀一层铜，但太费时间（需40分钟）。但 在生产铜包铝线的企业应用问题不大，因可将很多接头同时电镀。铝的表面镀铜 是很困难的。2.涂铜色快十漆：两分钟之内十固，颜色与铜相当。这对于使用铜包铝线的 用户非常方便。因为用户可在任何部位将布线剪断，此断头一定暴露在空气中， 为防止长时间暴露后产生电化学腐蚀，可立即在端头上涂快十漆。铜包铝线断面的铜和铝是直接接触在一起的，若表面有电解质的存在，就回 存在电化学腐蚀。铜包铝线若长期放在室内，室内的湿度不大则不会产生电化学 腐蚀，如果暴露在室外，由于腐蚀

28、物将其端部覆盖腐蚀现象也不会太严重，但在 经常有水的情况下将会产生明显的腐蚀现象。铜包铝导线连接时，接触电阻随接触负荷的增大而减小，最后趋于不变。由 于铝的表面易于氧化，当负荷减小时铝/铝，铝/铜的接触电阻较大，随着载荷的 增大，接触电阻下降。而铜/铜和铜包铝/铜包铝连接时，即使在载荷较小的情况 下，接触电阻都较小，且两者极为接近。这也是铜包铝代替铝的一个重要原因。2.4铜包铝与其他金属线材的比较与纯铜导线相比：铜包铝线既具有良好的导电性又具有重量轻的优点，有明 显的经济效益，且施工中柔韧性好，易操作。相同线经重量下的长度比为2.45:1 因此购买1吨铜包铝线相当于购买了 2.45吨纯铜线，具

29、有节省成本的巨大优势。与纯铝线相比：导电率更高，还增强了抗拉强度及延伸率，良好的焊接性： 铜包铝线由于其表面同心的包覆了一层纯铜，因此具有跟纯铜线一样的可焊性使 该产品的机械性及适用性得到大幅提升。与铝镁合金线相比：铜包铝线由于其芯线表面同心的包覆了一层纯铜，因此 具有跟纯铜线一样的可焊性，而不必像铝镁合金线那样做特殊处理。表2-1铜包铝线的主要特性及其与纯铜和纯铝线的比较特性单位铜包铝线纯铜线纯铝线参结 数构铜层面积比%10151000铜层质量比26.836.81000物养能密度g/cm33.323.638.892.70比热kcal/kg.K0.1820.1490.0920.215线膨胀系数

30、1/OC0.1820.1490.09820.215电阻率Q *mm2/m0.026160.024640.017240.02740导电率%667010063力学性能抗拉强度软态MPa901109012022027070110硬态170230180240350470150210伸长率软态%2530253030452325硬态0.52.00.52.00.52.00.52.0弹性模量MPa690007200012000063000第3章铜包铝线的生产工艺流程3.1铜包铝线的生产设备及生产工艺3.1.1双金属覆合生产工艺双金属复合线材的加工方法目前主要有：双带轧压法、静液挤压法、电镀法、 热浸涂法、包覆

31、焊接法等。1双带轧压法该法主要用于铜包铝、铜包钢线的制造，是用二条铜带和一根芯线，成型包 覆后，以孔型将它们轧制成一体。因为有相当的变形量，故结合良好。该方法技 术成熟，但设备投资较大。2静液挤压法该方法的基本原理是利用摩擦力作为动力进行挤压。在连续挤压工艺方法的 基础上，使挤出的复层金属可直接或间接地包覆在芯线上，并与芯线同时从模口 中挤出，形成复合产品。该方法具有工艺简单、生产效率高、产品质量好等优点， 但设备投资较大。3电镀法该方法是应用电解电镀原理，芯线作阴极，包覆层金属作阳极，目前主要用 于铜包钢细线的生产。另外，镀竦铜线、镀银铜线等特种复合线材也主要采用该 种工艺。该方法包覆层同心

32、度一般，镀层厚度受到一定限制，有时镀层成分不纯， 但生产成本低4热浸涂法热浸涂法是一种液一固相复合工艺，将低熔点的涂层金属融化成液相，熔点 较高的芯线以固相形式存在。调整芯线的速度运行，以获得合适的包覆层厚度。 此法简便易行，较容易实现。包覆层的厚度可以控制，生产灵活性大，目前在我 国镀锡铜线应用比较广泛。5包覆焊接法铜包铝线生产工艺流程如下图所示：首先应对原材料（铜带和铝芯线）进行彻底的焊前处理，除去表面的油脂和氧 化层。然后将铜带和铝芯线同时送入复合箱中，处于惰性气体保护中，以防止清 理后的铜带和铝芯线再次氧化。在包覆焊接装置中，铜带在多对垂直成形轮和水 平成形轮的作用下，沿纵向逐步形成圆

33、管状并将铝芯线包覆其中，然后进入焊接 区用高速氩弧焊方法将圆管的纵缝连续不断地焊接起来，形成铜包铝线坯并缠绕 在卷盘上。随后，将线坯送入拉丝机中，进行多道次拉丝模拉拔。线坯在拉拔过 程中，达到规定直径的导线，同时使铜、铝界面实现固相冶金结合。最后，通过 热处理赋予铜包铝线所需的力学性能。包覆焊接前处理过程：铝杆进入焊接机前要经过垂直成型轮和水平成型轮来 确保铝杆的直线型。铝杆校直以后还要进行对其进行去除表面氧化层的处理其装 置，用一对既有自转又有公转的带金属刷丝的刷轮来完成。对铜材的处理：在铜材进入包覆焊接机前首先进行对铜带的清洗，用的是15% 的工业洗洁精，主要去除铜带表面的油污和杂物，然后

34、用9块毛巾包在铜带上将其 擦十。最后是两个旋转的金属丝刷将其表面的氧化铜刷去，刷子和铜带之间的压 力用他们之间所通过的电流来表示，一般在23A。如果太大就会将铜带刷的太薄， 若是太小就不能将铜带上的氧化铜彻底的刷掉。包覆焊接过程：处理好的铜带和铝杆进入包覆焊接机内，首先在开机五分钟 之前应先充入氩气。将里面的空气排出，在焊接前有五组成型轮将平的铜带逐步 轧变成圆形。铜带的焊接过程：铜包铝线的生产最关键的工序就是铜带的焊接过程，其焊 接时的工艺参数如表3-1所示。河南机电高等专科学校毕业论文 表3-1铜带的焊接的工艺参数焊接电流A电弧电压V焊接速度 (m.mm2)氩气流量L哑2电源种类与极性钨极

35、直径皿90 1609111057直流正接3.2铜带成为和铝杆同心圆的环形包在铝杆的外面以后，其缝隙是0.5哑左右。焊 缝和焊枪的距离里是0.50.8哑，此距离要根据生产的实际速度和焊极的电压来 调整。以确保焊逢的饱满，两侧成直线，光亮，焊接中不出现开焊和砂眼现象为 准。收线：收线的要求是要将有质量问题的线坯剪掉，并迅速的封住线坯的头端。 以防止里面氩气的外泻。排线要密实有规律不准压线。3.2铜包铝线的拉拔设备及工艺铜包铝线由于其特殊的结构特点，是不能用普通的拉丝设备的。其拉丝设备 及关键部件为：轧尖机，专用拉丝模具等。为了使铜包铝线便于穿模，必须将其 端头轧尖，所用的设备为轧尖机。铜包铝线拉拔

36、时各参数如表3-2所示表3-2铜铝固相结合模具参数拉伸道次1234567891011模孔直径哑9. 28.37.46.55.65.04.43.83.22.82.56在每道次的模具中是分成三个模具来完成此道次的面缩率的，这样有利于保 证铜层的完整性。铜包铝线的专用模具的模孔形状较为复杂，按拉拔所起的作用不同可以分为 四个部分：入口锥，工作锥，定径区，出口区。铜包铝线由于表面为铜层，里面 是较软的铝，因而拉丝模具的形状和尺寸可以参照纯铜的模具来选择，工作锥的 锥角取25度。拉拔配模设计：拉丝模具的材料一般采用硬质合金，金刚石和人造金刚石等。 拉制铜包铝线所选用的模具的材料为人造金刚石模具。根据截面

37、总收缩率的要求， 由铜包铝线成品线的直径，确定线坯直径。根据铜包铝线的特点，确定每一拉拔 道次的面缩率，从而定出每一道拉丝模的直径。在单次拉丝机上拉拔的道次面缩 率，及模具的直径的确定比较方便。因为各道次线材的变形量相互间没有连带关 系，只要道次面缩率在规定的范围内即可。拉拔道次面缩率过小，拉拔时只有铜 层变形而铝芯几乎不变形，极易造成铜层堆积现象。拉拔时面缩率过大，必然导 致拉拔力和变形量的增加，润滑条件恶化，使铜层损伤，并易产生粘模现象甚至断线。通过拉拔工艺，使两种金属共同产生塑性变形，从而双金属在逐渐减径过 程中接触表面达到接近原子间距离，形成结合层;在一定条件下，一定范围内，其 变形程

38、度（变形前后线材截面积之比）越大，固相结合质量相对越好。由于线坯中铜层内径与铝芯间有一定的间隙，当线坯开始拉拔时，主要是铜 层产生缩径，而铝的变形量很小，因而道次面缩率不可以太大，可去15%左右，否 则容易造成铜层的损伤。因此可以选用9.2哑的模具，将线坯由10.0哑拉致 9.2哑，随后在拉拔初期，铜包铝塑性很好，应采用25%左右的较大道次面缩率。 经过多次拉拔后，铜和铝的强度，硬度提高，塑性韧性降低，产生加工硬化现象， 铜包铝线的拉拔性能变差，因而道次面缩率应逐渐减小，在15-18%之间。当拉拔 到1.0-2.0哑时，为了降低硬度和强度，恢复塑性，必须进行退火，退火后再 进行拉拔。每一次拉拔

39、时，可以采用两个或者三个模孔直径逐次减小的模具串排在一起 进行拉拔。采用这种方式的优点是可以减少模具的磨损。这样一方面减少了每一 个模具的模孔直径与线材直径之差；另一方面前两道模具对拉拔力有阻止作用， 相当于加了一个反拉力，线材在反拉力的作用下直径变细，便于通过模具，从而 减小了对模具的磨损。缺点是增加了模具的数量。3.3铜包铝线的退火工艺铜包铝线的退火和铜线一样，消除拉拔后的冷作硬化现象，使扭曲的品格通 过再结品恢复规则排列而软化。然而，双金属导体的退火工艺与铜铝单质导线的 退火有比较明显的差异。铜线在再结品温度以上至熔点以下的几百度范围内的任 意点上退火都不会出现质量事故，对温度的波动反应

40、不甚敏感；而铜包铝线对炉 温限定的比较严格、走线管之间温差不许太大差异。以走线管作加热元件的水封 式铜线退火炉，由于其是自热式热源，炉温平衡后各走线管温度场分布不同.最 近炉体外侧的走线管总是低于内侧的管温，且设定炉温越高.温差愈大，可达30r 以上。同时走线的同规格导体的退火性能大不相同，当中间排列的走线管的导体 合格时，外侧两根管的线却硬、达不到延伸率的指标。在另外一种情况下，各走线管温度基本一样，走线速度不变、设定的炉温仅 仅上下相差20 r时，也会出现不同的结果：在上限时，铜铝合金层很快加厚，导 线变脆，延伸率明显降低；设在下限时.导线的延伸率增加得很少、不明显。这 足以证明铜包铝线对

41、温度反应很敏感、适应退火所设定的炉温幅度较窄。铜包铝线在包铜皮及拉伸过程中、由于受挤压力和由此塑变产生温度的作用 下，在双金属的界面上已形成了约 0. 01 mm厚的铜铝共晶体合金层。该合金的 熔点是548r，低于两种单质金属的熔点。铜和铝的退火本应设定在548r以下.以 免铜铝合金的熔化增大.似乎更安全些。为增加铜铝界面的结合强度、还须适当 加厚合金层的厚度达到0. 02 mm左右，因此，实际运行中炉温设定在548C以上.不 过在超过合金熔点以上的炉温运行时，不能让导体在走线管内停留时间过长，否 则会导致合金层加厚过大，严重的可使铜包铝线全部熔化甚至堵塞走线管。导体的软化与否取决于双金属各自

42、是否都达到了再结品温度，关键因素有两 个，即在走线管内通过的时间和被加热的状态.这对合理确定工艺参数有直接关 系。铝的再结品温度是100C，铜是270C，铜铝合金形成共晶体的温度是548C， 因此实际操作运行时，炉温往往设定在：550C600C，同时还要使导体圆截面 每一点都能达到再结品温度，就须有一定的热量传递时间。两种金属的导热率有 差异，铜是0.923 cal / cm s C，铝是0. 52 cal / cm s C，铜的传热速度几 乎比铝快l倍，且铜在外表铝在内心，热量由外传向心层。因此，走线速度（亦在 炉管内时间）通常是相同截面铜线的一半。铜包铝线的退火炉温一般控制在600C以下，

43、走线速度视导体截面大小而定。 由于相对铜线的退火温低，在进水槽冷却时产生的蒸汽量少.不时地出现氧化现 象，为增加蒸汽量和提高蒸汽的密度，水槽的温度不应过低，一般应控制在70C 左右；同时进线端的导体套一定要套到走线管上，用以缩小水蒸汽出口截面，缓 解入口处蒸汽的被动，使导体处于稳定预热状态，提高软化效果。第4章铜包铝线的应用4.1铜包铝线的应用范围由于高频信号具有“趋肤效应”的特点，因此铜包铝线在传输高频信号（大于 5MHz）时，具有与纯铜相同的导电性能。铜包铝线同时具备铜的导电性和铝的密 度小的复合特性，因而具有广阔的应用范围：高频信号传输柔型同轴射频电缆材料；漏泄电缆内导体材料；网络电缆的

44、内导体材料；微 细同轴电缆内导体材料；有线电视同轴电缆的首选内导体材料；50Q射频电缆、 柔性射频同轴电缆内导体材料；电力传输绞线材料，保险丝材料，电力电缆导体材料，建筑布电线导体材料，汇流排 等导体材料，汽车和机车专用电缆导体材料，计算机电缆、控制电缆及其他数据 电缆内导体材料；其它领域音频、视频导体材料；电源线导体材料；电脑周边线、电脑排线的导体材料。4.2铜包铝线为内导体在CATV同轴电缆的应用铜包铝线是CATV同轴电缆纯铜线内导体的“更新换代”产品，具有合理利用 自然资源、稳定传输电视信号、降低电缆生产成本、方便网络工程施工等优点。 33我国生产的759、75 一 12和540等CAT

45、V电缆也开始大量使用铜包铝线作内 导体。随着我国信息产业的迅速发展，有线电视网络将不断兴建或更新，并将发 展有线电视、电话和计算机三网合一的网络，使用铜包铝线的同轴电缆将有广阔 的应用前景。珠海汉胜特种电线有限公司采用美国进口铜包铝线与大连通发公司的铜包铝 线制成12C 一 FT/A同轴电缆，经国家广播电影电视总局有线电视系统质量监督 检验测试中心按国家广播电影电视总局颁布的行业标准GY / T1351998的要求 进行了检测。表4-1铜包铝线12C 一 FT/A同轴电缆检测表型号抗拉强度（Mpa）伸长率（%）电阻率（Q.m2/m）标准要求实测值标准要求实测值标准要求实测值CCA-15A-3.

46、76138113.331537.50.026760.02578CCA-15H-3.50317221031.03.20.02538CCA-15A-2.7713812531533.20.0256CCA-15H-2.773186221.831.03.80.02557CCA-15A-2.15138133.331524.10.02509表4-2美国铜包铝线和通发铜包铝线各项指标检测检测项目单位技术要求检测结果美国铜包铝线通发铜包铝线导电连续性内、外导体不断路合格合格特性电阻Q75.0 + 3.02.6*1032.3*103衰减常数dB/100m5MHz0.70.60.6550MHz1.91.741.78

47、200MHz3.93.683.72550MHz6.76.456.54800MHz 8.28.058.11000MHz 9.59.079.22回波损耗dBVHF32032.525.7UHF31826.228.6线芯介电常 数KV31.240-60Hz,1min合格合格由表中的数据可见，以铜包铝线为内导体的同轴电缆的各项技术指标都优于 行业标准中的要求。必须指出，由于铜包铝线与纯铜线的力学性能不完全一样，在工程施工时应 加以注意，并不断积累使用铜包铝线电缆的经验，为过渡到全部使用铜包铝线电 缆打下基础。4.3铜包铝在电力电缆中的应用由于铜价持续上涨，目前国内一些电缆生产企业已经开始尝试铜包铝在电力 电缆中的应用。铜包铝与纯铝导体在性能上最大区别在于铜包铝导体表面为铜，其表面性质 与纯铜一致，于是在使用过程中几乎客服了铝导体的所有缺点。在使用中为了达 到预定的载流量，铜包铝线的直径要适当放大。铜包铝在电力电缆应用中不存在技术障碍，但由于目前国家标准尚未出台， 加上一些不法厂商以牟取非法利益为目的的滥用，一些客户对铜包铝的应用还存 在忧虑，认为铜包铝是以铝冒充铜。在国际上，如美国的UL1581.UL1072以及UL83等标准对铜包铝做为电力电缆 导体的性能和线规都做了相应的规定，明确的铜包铝在电力电缆中时可以使用的。因此，为了规范市场，将铜包铝这种新型导体材料引向正轨