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退火过程中硬铜绞线的变形情况若何节造？

所属分类：电缆新闻颁布功夫：2025-08-09 08:29:09

退火过程中硬铜绞线的变形节造是确保其尺寸精度、机械机能和导电机能不变的关键。变形重要源于扰爪力（温度梯度）、相变应力（晶粒沉组）、机械约束（绞线结构）及表部张力颠簸。以下从变形机造、节造战术及行业案例三方面发展分析：

一、变形的重要起源与机造

1. 扰爪力导致的变形

温度梯度：

铜绞线表表与中心、单丝与绞线层间因冷却快率差距产生温度梯度，导致收缩不均。
案例：大截面（≥100mm?）集中绞合线退火时，表层铜丝冷却快率比内层快 3~5倍，导致表层收缩过度，绞线整体呈腰鼓形（直径误差 0.5%~1%）。

热膨胀系数不匹配：

钢芯铜绞线（如JL/G1A-240/30）中，铜（16.5×10??/℃）与钢（12×10??/℃）的热膨胀系数差距导致冷却时铜丝收缩碰壁，产生弯曲变形（弯曲半径误差 5%~10%）。

2. 相变应力导致的变形

晶粒沉组：

冷加工硬化铜在退火时产生再结晶，晶粒尺寸从 0.001mm 粗化至 0.05mm，体积收缩导致轴向伸长（伸长率 0.1%~0.3%）。
案例：0.5mm单丝退火后晶粒尺寸增大 50倍，轴向伸长 0.2%，若绞线未施加张力，会导致疏松或层间错位。

织构演变：

再结晶过程中形成{111}<110>立方织构，导致各向异性收缩，可能引发螺旋扭曲（扭曲角度 0.5°~2°/m）。

3. 机械约束导致的变形

绞线结构限度：

束绞线（如7根0.3mm单丝）中，单丝间接触压力随温度升高而增大，冷却时收缩碰壁，导致径向膨胀（直径增大 0.2%~0.5%）。
案例：19根集中绞合线退火后，内层单丝因接触压力更大，径向膨胀比表层高 30%，形成锥形变形。

设备夹具影响：

退火炉中夹具压力不均（如高低夹具压力差 >10%）会导致绞线弯曲或旋转（误差 1°~5°/m）。

4. 表部张力颠簸导致的变形

张力节造精度：

张力颠簸 >5N 会导致绞线轴向伸长率变动 >0.1%，引发疏松或断裂。
案例：钢芯铜绞线退火时，张力颠簸 10N 导致铜丝与钢芯界面滑动 0.1mm，接触电阻上升 20%。

张力与温度匹配：

高温段（>400℃）张力过低（<1N/mm?）会导致晶粒粗化过度，轴向收缩失控；低温段（<300℃）张力过高（>5N/mm?）会引发塑性变形（残存应变 >0.05%）。

二、变形节造的主题战术

1. 温度场均匀化节造

分级冷却技术：

大截面集中绞合线选取 450℃→400℃（空冷5s）→300℃（油冷5s）→室温分级冷却，直径误差从 1% 降至 0.3%；
钢芯铜绞线选取铜丝水淬+钢芯空冷，弯曲半径误差从 10% 降至 3%。
道理：通过多阶段冷却节造温度梯度，削减扰爪力。
案例：

红表测温反馈系统：

道理：实时监测绞线表表与中心温度，动态调整冷却快率。
案例：德国NIEHOFF陆续退火机建设红表测温仪，温度节造精度 ±5℃，轴向伸长率颠簸从 0.3% 降至 0.1%。

2. 张力精准节造

分段张力设定：

高温段（400~450℃）：施加 1~3N/mm? 张力，抑造晶粒粗化导致的过度收缩；
中温段（300~400℃）：维持 3~5N/mm? 张力，平衡热收缩与机械约束；
低温段（<300℃）：逐步降低至 0.5~1N/mm?，预防残存应力堆集。

关环张力节造系统：

道理：通过张力传感器实时反馈，调整电机转快或气缸压力。
案例：日本住友电工退前方选取关环节造，张力颠簸从 ±10N 降至 ±2N，绞线疏松率从 5% 降至 0.5%。

3. 绞线结构优化

单丝表表处置：

道理：通过镀锡或涂覆光滑剂（如苯并三唑）削减单丝间接触压力。
案例：0.3mm镀锡单丝束绞线退火后，径向膨胀从 0.5% 降至 0.2%，层间错位率从 3% 降至 0.5%。

绞合参数调整：

节距迸着化：将节距比（绞合节距/绞线直径）从 8~10 调整至 12~15，削减接触压力；
案例：19根集中绞合线节距比从 10 增至 15，内层单丝径向膨胀误差从 30% 降至 10%。

4. 设备与工艺改进

均匀化退火炉设计：

道理：选取辐射管加热+循环风机强造对流，解除温度死角。
案例：意大利SICAME退火炉温度均匀性 ±3℃，绞线弯曲率从 2°/m 降至 0.5°/m。

低应力夹具：

道理：使用气动夹具或柔性滚轮，预防部门压力集中。
案例：韩国LS电缆选取气动夹具，绞线弯曲率从 5°/m 降至 1°/m。

三、行业案例与数据验证

案例1：新能源汽车充电枪电缆（7根0.3mm束绞线）

问题：

原退火工艺（400℃/3s/水淬）导致轴向伸长 0.3%，径向膨胀 0.5%，绞线疏松率 5%；
电阻率 1.75×10?? Ω·m（尺度要求 ≤1.72×10?? Ω·m）。

优化规划：

退火温度 380℃，功夫 5s，分级冷却（400℃→300℃空冷→室温水淬）；
分段张力设定：高温段 1.5N/mm?，中温段 3N/mm?，低温段 1N/mm?；
单丝镀锡处置。

成效：

轴向伸长 0.1%，径向膨胀 0.2%，疏松率 0.5%；
电阻率 1.70×10?? Ω·m，弯曲委顿寿命 80,000次（原 50,000次）。

案例2：220kV钢芯铜绞线（JL/G1A-240/30）

问题：

统一退火工艺（450℃/水淬）导致钢芯脆化（屈服强度 400MPa），铜丝与钢芯界面滑动 0.1mm，接触电阻上升 20%；
绞线弯曲半径误差 10%，运行中易产生电晕放电。

优化规划：

铜丝 430℃ 水淬，钢芯 430℃ 空冷；
分段张力设定：高温段 8N/mm?（抑造铜丝收缩），中温段 5N/mm?（平衡应力），低温段 2N/mm?（预防残存应力）；
绞线节距比从 10 增至 15。

成效：

钢芯屈服强度 450MPa，界面滑动 0.02mm，接触电阻 <5μΩ；
弯曲半径误差 3%，电晕放电率 0%（原 5%）。

四、总结与趋向

节造重点：

温度均匀性：通过度级冷却和红表测温解除温度梯度；
张力精准性：选取关环节造与分段设定，匹配退火阶段需要；
结构优化：通过表表处置和绞合参数调整削减机械约束；
设备改进：使用低应力夹具和均匀化退火炉提升工艺不变性。

行业趋向：

智能化节造：结合AI算法预测变形趋向，动态调整工艺参数（如西门子退前方）；
绿色工艺：选取氢气还原空气退火，削减氧化膜应力同时降低碳排放；
超细单丝技术：0.05mm单丝退火需 320℃ 低温+超快冷却（预防熔断），变形节造精度 <0.05%。

通过系统节造，退火过程中硬铜绞线的变形可节造在轴向伸长率≤0.15%、径向膨胀率≤0.3%、弯曲率≤0.5°/m，满足高端场景（如新能源、智能电网）对尺寸精度、机械靠得住性及导电性的严苛要求。

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