摘要：铝合金导体的生产制造设备、导线结构形式、导体材料、导体性能、生产工艺都对导体的表面质量、伸长率以及电阻具有一定影响。文章探讨了铝合金电缆导体的制造技术，分析了常见的质量问题，提出相应对策，为提高铝合金导体质量提供参考。
关键词：电缆；铝合金电缆导体；导体绞制；质量控制
与铝电缆比较，铝合金电缆的优势在于弯折性能、机械性能、耐腐蚀性更强，安全性更强；与铜电缆相比，铝合金电缆的优势在于节能、柔韧、轻便、经济，因此得到广泛的应用。铝合金导体是生产铝合金电缆的关键部件，铝合金导体质量优良、性能稳定才能为电缆安全、稳定运行提供保障，因此有必要探讨铝合金电缆导体的制造技术以及质量控制措施。
一、铝合金电缆导体的制造技术
1. 选择导体结构
铝合金导体单线包括梯形与圆形这两种形状，见图1与图2。
.png)
图1 圆形单线导体 图2 梯形单线导体
圆形单线比较通用，但是圆形绞制的绞合导体间隙比较大，其紧压系数在0.75左右，绞制要与压缩外径同步进行以提高紧压系数。但是其优势在于制作相对容易，成本低廉。梯形单线导体制成的铝合金导体相对圆形单线导体更加密实，其导体的表面质量要更优，但是生产梯形线对形状设计要求较高，同时还需要更加复杂的绞线设备以及拉丝设备，对模具要求较高，这些都增加了梯形单线导体的生产成本；除此之外，梯形单线导体的单线截面相对复杂，由于金属变形速度的影响，梯形线的生产效率也不高[1]。
2.单线制造工艺
2.1 铝合金拉线工艺
2.1.1 拉拔工艺
拉拔工艺将铝合金杆材作为原料，制成铝合金单丝，这一工艺的关键因素在于模具、拉丝装备以及润滑。拉丝机对施加的力进行控制，减小通过各模具铝合金线材的截面积，延长长度，最终得到相应截面形状与面积的单线，见图2。
.png)
图2 拉拔工艺生产示意图
当前应用较多的主要包括滑动式拉丝机、非滑动式鼓轮拉丝机以及分电机传动非滑动式拉丝机这三种。滑动式拉丝机是当前应用较多的设备，其构成部件包括拉线主机、放线装置、储线装置、润滑油系统、扎头穿模机、传动系统以及电气控制系统。这一工艺的优点在于：（1）直流电机联轴器驱动齿轮箱，无级变速；（2）容易操作、刚性好；（3）整机性能先进、全自动双线收盘、快速换模，具有较高的自动化控制程度；（4）生产效率高，适合大批量生产[2]。
2.1.2 连续挤压工艺
连续挤压工艺将铝合金杆持续引拽到旋转的挤压轮轮槽中，铝合金杆受到摩擦及径向挤压作用产生热量，达到再结晶状态，经腔体从模具中挤出，一次成型得到铝合金线材。这一工艺的优点在于材料利用率高，集拉丝与退火一体，缩短工艺流程，模具数量少，方便更换模具，无需润滑油。其缺陷在于只能生产圆形线材，工艺不够通用，生产效率交底。
3.导体绞制工艺
绞线工序采用绞线机将导线绞制成同心排列、达到一定截面积的导线，因此合理的绞线设备要具有低能耗、低废线率、生产周期短、生产效率高的特点。常用的绞制设备包括框绞机、笼绞机以及拉绞一体机。框绞机的线盘固定，单线在导体中沿着自身轴线旋转360度，尽管生产过程中单线会受到一定扭转，但是考虑到并不对单线力学性能造成明显影响，且这一设备的可靠性好、生产效率高，因此这一设备是当前的首选。笼绞机生产的单线扭转极少，变形少，绞合质量高，但是缺陷在于设备的转速较低而影响了生产效率。拉绞一体机无需放线盘，可以连续生产，生产效率高，但是其生产的电缆各层绞合方向相同，产品不适用于我国。
4.退火处理
铝合金材料经拉丝、绞制处理后，其变形明显，导电率、塑性均有所降低，退火处理可修复、消除变形引起的内部组织错位以及加工硬化，提高线材的伸长率与导电率。实际生产时要结合导体情况选择相应退火工艺，大面积导体及梯形线导体采用单线退火后绞合的工艺，圆形线导体可采用绞合导体退火的工艺。单盘铝合金内外受热的差异不大，其重量较小，能均匀退火，电气及力学性质具有较好的一致性。铝合金单线退火后再进行绞合则容易出现刮伤、擦伤，当铝合金圆单线的直径不大时，可先绞合后退火。
采取合适的退火装置有助于保证退火效果与生产效率。导线退火用大盘具；单线退火用小盘具。连续退火炉退火效果好，生产效率高，但空间有限，因此主要应用于小盘具的单线退火；井式退火炉为电热管加热，密封性好，但工件进出慢，能耗大，生产效率不高；箱式退火炉容量大，进出方便，生产效率高，适用于大盘具退火。
二、铝合金电缆导体的质量控制
1.伸长率的质量控制
伸长率与抗拉强度负相关。伸长率的影响因素包括晶粒度、合金元素分布不均匀、非金属杂物多、固溶强化组织多以及加工引起晶格变形、位错等。为了保证电缆导体的伸长率，应注意对铸造温度进行调整以取得最优晶粒度、改进熔炼过程中的合金元素加入方式以确保合金元素均匀分布、在线除气以减少气孔及夹杂物、适当调整合金元素含量以减少固溶体、对退火工艺进行改进从而减少晶格畸变以及位错[3]。
2.电阻率的质量控制
电阻率的影响因素包括热处理不当、加工硬化影响、合金元素富集形成固溶体、合金元素分布不均匀、铝合金导体中含有过多化学成分。电阻率的质量控制关键在于：对合金成分进行严格控制、确保合金元素均匀以减少固溶体、对拉拔工艺进行调整以减少变形、合理控制退火时间与退火温度、合理确定导体结构。
3.紧压系数
圆形单线同心绞制是当前比较常用的方法，正如上文提到的，圆形单线的紧压系数在0.75左右，联合压缩外径，其紧压系数可达到0.9。为了进一步提高紧压效果，可结合线芯截面采取相应设备，框式绞线机适用于大截面线，辊压成型绞线机适用于中等截面线，管式绞线机适用于小截面线。
4.断裂
杆材存在非金属杂物、气孔时，常见断裂的发生，除此之外单线中含有非金属杂物以及空心时，会引起绞制时断裂。绞制过程中出现的断裂要比拉丝出现的断裂更难处理，因此要尽可能避免而绞制过程中的断裂发生，加强对拉丝的处理可减少单丝断裂，从而减少交织过程中的断裂。铝合金杆材重2吨，拉丝过程中发生断裂时，为了减少后续再次出现单线锻炼，要对该批次铝合金材生产的铝合金管线进行更换。
5.表面质量
毛刺是表面有细小突出物，起皮是表面与本体分离，但没有凸起。常见的原因包括拉丝润滑不良、模具问题、铝合金杆有非金属夹杂物及气孔以及制造过中刮伤。为了预防毛刺与起皮，应从以下方面着手：加强润滑冷却、采用优质模具、金相砂纸拍打铝合金杆及直接更换、及时更换磨损线嘴、分线板以及导轮，确保润滑良好。
竹节形绞线表现为规律性地局部大于外径标称值，其原因与绞笼转速过快、并线模孔过度磨损、线盘放线张力过小等有关，应调整绞笼转速、更换并线模、更换严重磨损的线盘。
单线局部外径缩小的发生与非金属杂物及气孔有关，应及时更换铝合金线。色斑的发生主要与润滑、氧化有关，应对润滑油进行及时更换，采用具有较强黏度的润滑油，对磨具润滑条件进行检查，除此之外，还要控制铝合金导体的仓库存放以减少氧化。
结束语
铝合金电缆导体具有众多性能优势，这也是近年来“以铝节铜”广泛应用的原因之一，我国的铝合金电缆导体起步相对较晚，市场应用、技术标准以及基础研究相对缺乏，仍然需要不断研究。随着行业的努力以及技术的进一步，铝合金电缆的材料、技术、工艺以及产品都将越加丰富。
参考文献
[1]周彦标.铝合金电缆性能特点的分析与探讨[J].农家科技（下旬刊）,2019(10):235-236.
[2]於国良.铝合金电缆导体制造技术与质量控制研究进展[J].有色金属材料与工程,2016,37(2):47-53.
[3]王国忠.UL 44铝合金电缆紧压导体设计和制造[J].电线电缆,2017(6):5-7.