1.本发明涉及合金材料及电力传输技术领域，具体涉及一种高导电耐热铝合金线的制备工艺，及高导电耐热铝合金线在制备低风压铝合金绞线中的应用。
背景技术：2.电力需求随着经济水平的快速发展而急剧增长，因此输电线路常出现容量不足问题，而新建线路耗时长且建设成本高，通常采用增容改造的方式以提高输电线路的容量，60％iacs的耐热铝合金导线是目前用于线路增容改造的主要材料之一。60％iacs耐热铝合金导线因在铝材质中加入一定含量“zr”元素，将其长期使用最高温度由普通铝材的70℃提高至150℃或210℃。根据不同运行场景与工况通常采用以下几种技术方案：
①
原线路杆塔呼高余量足够，使用60％iacs耐热铝合金圆线(耐温等级150℃)与钢芯组合，导线可在不增加输电线路走廊宽度下，提高线路输送容量至1.5倍；
②
原线路杆塔呼高余量不足，施工周期宽裕，使用60％iacs耐热铝合金型线(耐温等级210℃)与特高强度钢芯组合，并在钢芯与耐热铝合金型线层之间制备0.6～0.8mm厚度间隙结构，导线可利用原线路走廊资源、不动铁塔直接进行换线，实现增容至2倍；
③
原线路杆塔余量不足，施工周期短、地形苛刻，使用60％iacs耐热铝合金圆线(耐温等级210℃)与铝包殷钢芯组合，导线可利用原线路走廊资源、不动铁塔直接进行换线，实现增容至2倍。
3.上述技术方案均是利用耐热导线高运行温度下的大载流特性，但耐热铝合金材料20℃导电率仅有60％iacs，高温运行时导线交、直流电阻较高，线路电能损耗大；其次，技术方案
②
中，由于钢芯承力性能有限(抗拉强度1800～1900mpa)、重量大(密度7.78kg/dm3)、线膨胀系数大(11.5*10-6
/℃)，高温运行时导线弧垂较大，且在高于安装温度运行时，大张力全部转移至钢芯，线路安全系数略低；另外，技术方案
③
中使用的铝包殷钢芯价格高昂，导致线路改造成本过大；技术方案
①②③
中均是将耐热铝合金圆线与不同钢芯进行普通绞合，在大风区运行情况下，这类导线水平荷载极大，易造成导线断线、断股、闪络跳闸等问题，存在较大的安全隐患。
4.因此，目前亟需一种低风压、高导电耐热且轻质的铝合金绞线，可用于架空输电导线，以减少输电线路损耗的同时提高线路运行的可靠性。
技术实现要素：5.本发明要解决的技术问题是提供一种高导电耐热铝合金线的制备工艺，及高导电耐热铝合金线在制备低风压铝合金绞线中的应用。
6.为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
7.本发明第一方面提供了一种高导电耐热铝合金线的制备工艺，包括以下步骤：
8.(1)将铝合金杆在3～5h升温至378～382℃，保温56～64h进行一级热处理；所述铝合金杆包含按质量百分比计的以下组分：0.04-0.1wt％si、0.10-0.20wt％fe、0.30-0.40wt％zr、0.01-0.02wt％cu、0.04-0.2wt％y，cr、mn、v、ti之和小于0.004wt％，其余为al
以及无法避免的杂质；
9.(2)将步骤(1)热处理后的铝合金杆进行冷拉拔延伸至预定直径范围内的铝合金线，控制每道冷拉拔延伸系数为1.20～1.28；
10.(3)将步骤(2)处理后的铝合金线在2～4h升温至279～281℃，保温18～22h进行二级热处理；
11.(4)将步骤(3)热处理后的铝合金线采用孔型渐变模式的模具进行冷拉拔延伸，控制每道冷拉拔延伸系数为1.18～1.22，得到所述的高导电耐热铝合金线。
12.进一步地，所述铝合金杆通过连铸连轧工艺制备得到，具体如下：
13.s1：将高纯铝锭加至熔炉中熔化，然后加入alb3进行硼化处理；
14.s2：在惰性气氛下，向铝水中加入除钠颗粒精炼剂，静置50～70min进行第一次精炼；
15.s3：向第一次精炼后的铝液中加入其它材料进行合金化处理，控制铝液中各元素的质量占比；
16.s4：合金化完成后在惰性气氛下，再加入除钠颗粒精炼剂，闷炉20～30min，进行第二次精炼；所述第二次精炼的温度为780～800℃，静置的时间为30～40min；
17.s5：通过保温炉倾倒扒渣后的铝液，然后通过除气箱和过滤箱进行除气和双级过滤；在流槽部位增加了铝硼丝在线喂丝处理，倾倒的速度为1.0-1.8m/min；
18.s6：对铝水进行连续浇铸，其中，浇铸温度为670～685℃，浇铸速度为5.0～5.5t/h，冷却水温为25～35℃，出坯温度为450～480℃；
19.s7：对铸坯进行轧制，得到高导电率耐热铝合金杆；进轧温度为410～440℃，终轧温度为100～200℃。
20.进一步地，s1中铝液通过膨化处理去除杂质元素v、ti，以减少对金属材料导电率的影响。
21.对铝液进行两次精炼，其中第一次精炼，加入颗粒状的除钠精炼剂以延长其在铝水中的反应时间，具有良好的除气除杂效果，同时具有除钠的作用，钠元素易形成低熔点化合物，在后续的退火过程中易产生组织缺陷，影响金属材料导电率，通过除钠精炼剂的添加可以去除这些杂质元素，以确保材料的导电率；第二次精炼去除合金化过程产生的杂质，进一步净化铝水。
22.进一步地，s5中，在流槽部位增加了铝硼丝在线喂丝处理，一方面可进一步降低铝水中cr、mn、v、ti元素含量，提高材料导电率，其次铝硼丝可与铝水中的锆反应，使其析出，从而改变锆元素在合金中的存在形式，提高材料导电率的同时还可细化晶粒。
23.进一步地，步骤(2)中，将步骤(1)热处理后的铝合金杆进行3～5道冷拉拔延伸处理。
24.进一步地，步骤(4)中，将步骤(3)热处理后的铝合金线进行5～7道冷拉拔延伸处理。
25.进一步地，步骤(2)与步骤(4)中，所述延伸系数k＝r
前2
/r
后2
，其中r
前
为进入模具前直径，r
后
为出模具后直径。
26.在大拉和小拉过程中，控制延伸系数可抑制塑性变形对铝合金线的导电性能造成损失，又可在合理范围内最大限度提升铝合金线的抗拉强度、伸长率以及耐热性。
27.进一步地，以直径为9.5mm的铝合金杆为例，经一级热处理以及大拉处理获得直径为6～7mm的铝合金线，然后进行二级热处理，二级热处理后经小拉处理得到目标大小的铝合金线。通过上述工艺处理后的铝合金杆或铝合金线的性能需满足下表1所示的要求。
28.表1各工序产品性能
[0029][0030][0031]
上述等效直径为与已定相同材料和状态的型线具有相同截面积、质量及电阻的圆单线的直径。
[0032]
目前制作高导电率耐热铝合金线股常采用“杆材热处理、杆材一次性拉线至目标小直径单线、单线进行最终热处理”的工艺路线，虽可一定程度提高单线导电率至61～61.5％iacs，但目标小直径单线直接进行高温长时间热处理会附带一些质量问题，首先降低了单线表面硬度，导线制造、展放、运行过程中与异物接触易产生刮伤，造成导线表面局部电晕放电；其次高温长时间热处理蒸发了拉线过程中单线附带油膜，破坏了油膜对单线的表面防腐蚀作用，使得导线在存储或者运行一段时间后产生腐蚀现象，缩短导线使用寿命。本发明采用半成品大直径单线进行二级热处理，再拉制目标小直径单线的方式，可提高半成品大直径单线导电率，间接提高最终目标小直径单线导电率，同时将二级热处理后的单线再进行小拉，通过冷拉拔作用，提高单线表面硬度与纵向抗拉强度，并重新通过“小拉”过程将目标小直径单线覆油膜，以提高导线耐腐蚀性及使用寿命。
[0033]
本发明第二方面提供了一种由第一方面所述制备工艺制备得到的高导电耐热铝合金线，所述高导电耐热铝合金线包括具有梯形截面或凹弧形截面的铝合金线。
[0034]
进一步地，控制梯形或凹弧形截面铝合金线在步骤(4)小拉过程的收线速度，实现同步收线。使梯形或凹弧形截面铝股排线时达到平整、紧邻状态，实现铝股间不“压线”与“扭转翻面”的目的，可有效避免梯形或凹弧形截面铝股绞合时产生的刮伤，减少因“压线”或“扭转翻面”产生的断线与效率损失。
[0035]
本发明第三方面提供了一种低风压、高导电耐热铝合金绞线，包括内部加强芯、填充耐高温油脂的环形间隙、内层铝股以及外层铝股；所述加强芯为7根或19根圆形截面的碳纤维复合材料线股同心绞合而成；所述内层铝股采用第二方面所述的具有梯形截面的铝合金线同心绞合而成，与加强芯形成环形间隙；所述外层铝股采用第二方面所述的具有凹弧形截面的铝合金线同心绞合而成。
[0036]
进一步地，所述加强芯由1根圆形截面的碳纤维复合材料线股外同心绞合一层或两层等直径圆形截面复合材料线股制备而成；当加强芯为7根时，6根层节径比为16～26，与相邻梯形截面铝股层绞向相反；当加强芯为19根线时，6根层节径比为16～26，12根层为14
～22，12根层绞向与相邻梯形铝股层绞向相反，其余层绞向符合相邻层绞向相反的要求。
[0037]
进一步地，所述碳纤维复合材料线股的抗拉强度≥2600mpa，线膨胀系数为1.6*10-6
/℃，密度1.60kg/dm3。
[0038]
进一步地，具有梯形截面的铝合金线与具有凹弧形截面的铝合金线均为62％iacs耐热铝合线。
[0039]
进一步地，当内层铝股的铝层数大于1时，相邻梯形截面铝股层绞向相反布置，外层铝股层的节径比不大于相邻的内层，内层铝股的节径比10～16。
[0040]
进一步地，所述具有梯形截面的铝合金线的抗拉强度≥180mpa、导电率≥62％iacs、耐热性(280℃，1h)≥96％、伸长率≥4.0％。
[0041]
进一步地，所述外层铝股的绞向为右向，节径比10～12。
[0042]
进一步地，所述具有凹弧形截面的铝合金线的抗拉强度≥180mpa，导电率≥62％iacs、耐热性(280℃，1h)≥96％、伸长率≥4.0％。
[0043]
进一步地，所述内层铝股的填充系数为92～95％，外层铝股的填充系数为85～90％，所述填充系数为当层每根铝线截面积之和与当层圆环面积的比值。通过控制内、外层铝股的填充系数保证导线绞合紧密性以及表面质量。
[0044]
进一步地，内、外层铝股中单根铝合金线的偏心角θ
偏心角
＝0.3
°
～0.5
°
，所述偏心角为同层相邻具有梯形截面的铝合金线或具有凹弧形截面的铝合金线之间间隙相对应的圆心角度。
[0045]
由于单根梯形或凹弧形截面铝线是螺旋绞入导线的，任意导线垂直截面内单根梯形或凹弧形截面铝股呈现截面略大于绞入之前截面，偏心角过小甚至为0时，n根梯形或凹弧形截面铝股绞合后相互挤靠“起鼓”，破坏导线圆整度，偏心角过大，相当于减少圆环中铝的填充面积，降低了导线导电性能，导致电能损耗过大。因此需设置合适大小的偏心角，以形成致密且不起鼓的内、外铝层。
[0046]
进一步地，内、外层铝股中单根铝合金线的圆心角θ
圆心角
＝360
°
/n，n为当层铝合金线的根数；内、外层铝股中单根铝合金线的对心角θ
对心角
＝θ
圆心角-θ
偏心角
，计算得到对心角。
[0047]
进一步地，获得对心角、单线根数、内、外层铝股的内、外圆直径后，以及控制过度角半径r为0.3-0.8mm，即可计算获得相应梯形或凹弧形铝合金线截面的等效直径。
[0048]
进一步地，当具有凹弧形截面的铝合金线的等效直径d≤3mm，所述凹弧形截面的凹弧半径为70～80mm；当具有凹弧形截面的铝合金线的等效直径3mm＜d≤4mm，所述凹弧形截面的凹弧半径为60～65mm；当具有凹弧形截面的铝合金线的等效直径d＞4mm，所述凹弧形截面的凹弧半径为55～60mm。
[0049]
进一步地，具有梯形截面或凹弧形截面的铝合金线绞合时，将铝合金线从框体伸出，先经过由第一分线板、成形板以及第二分线板组成的预成型装置，再经过具有特制内槽形的双轮定位装置进行绞合；所述特制内槽形根据梯形或凹弧形截面等比放大2％设计得到。
[0050]
传统型线绞合工艺未采用有效的预成型处理，铝股绞合过程无法完全退扭产生的残余应力，将导致铝股无法服帖绞合于内绞层之上，导线施工架线时无法进行，较大的铝股缝隙又将造成导线表面电晕放电，导致电能的额外损耗、增大可听噪声等问题；此外，传统的型线3轮定位装置无法完全将梯形或者凹弧形截面铝股平稳固定于槽内，长时间批量化
生产时，铝股易滑出轨道，刮伤铝股或者夹断铝股，导致导线产品表面损伤或者直接绞断，产生质量隐患或者报废的材料损失。现通过预成型装置消除铝合金线中的残余应力，再经过特制内槽形的双轮定位装置进行绞合，可保证梯形或凹弧形截面铝股在槽内不“扭转翻面”，规律性地以一定角度进入并线模实现导线同心绞合；又可保证梯形或凹弧形截面铝股顺利通过槽型，不对单线表面产生擦伤，避免过大阻力缩小单线直径。
[0051]
本发明的有益效果在于：
[0052]
1.本发明将具有特定配方的铝合金杆经过一级热处理、大拉、二级热处理以及小拉工艺制备得到62％iacs耐热铝合金，相比传统间隙导线采用的60％iacs耐热铝合金(梯形或圆形)线股具有如下特点：
①
导电率提升2％iacs，输电线路损耗可降低3.3％左右，实现大容量、低损耗输电，使此类新型增容导线不但适用于旧线路增容改造，还可以用于新型能源的配套新建输电线路；
②
抗拉强度由160mpa提高至180mpa以上，耐热性由90％提高至96％以上，有效提高新型增容导线高温长期运行时耐热铝合金材料强度残存，相比传统60％iacs耐热铝合金线在高温运行时导线安全性更高。
[0053]
2.本发明以轻质碳纤维复合材料作为加强芯，采用具有梯形截面以及凹弧形截面的铝合金线作为铝合金绞线的内、外层，制备得到一种具有间隙结构的绞合型复合材料芯耐热铝合金绞线，较之传统铝合金导线具有如下特点：
①
碳纤维复合材料的密度小(1.60kg/dm3，传统钢芯的密度为7.78kg/dm3)，等规格下实现导线轻量化，降低输电线路垂直荷载，减少输电杆塔高度、刚度与强度，降低线路造价；
②
碳纤维复合材料的抗拉强度高(2600mpa以上，传统钢芯的抗拉强度为1800～1900mpa)，高温运行时，导线运行张力转移至绞合型复合材料芯，导线安全系数提高44.4％；
③
碳纤维复合材料的热线膨胀系数低(1.6*10-6
/℃，传统钢芯为11.5*10-6
/℃)，由于高温运行导线弧垂完全取决于加强芯线膨胀系数，在相同温升条件下，新型增容导线热膨胀伸长降低至13.9％，有效提升导线高温弧垂性能，在线路杆塔不变情况下，保障替换旧导线后线路的增容量；
④
降低电能损耗且耐腐蚀性好，采用非金属材料替换钢芯，避免钢芯导致的磁滞涡流损耗，减少交流电阻产生的电能损耗，同时避免钢芯与铝材料的双金属电化学腐蚀，重腐蚀环境下，导线使用寿命相较钢芯类导线提高2～3倍；
⑤
除上述采用高导电耐热铝合金线作为内、外层铝股，可降低输电损耗、提高安全性外，本发明采用具有特定“凹弧”截面的铝合金线作为外层铝股的材料，使外表面增加一定的粗糙度，降低导线的风阻力系数，从而降低了导线的风压力，尤其在高风速(≥45m/s)时，可降低至等直径传统间隙型导线风阻系数的70％以下。
附图说明
[0054]
图1为高导电耐热铝合金线的制备工艺路线图；
[0055]
图2为大拉变形前后的铝合金杆/线的截面图；
[0056]
图3为小拉变形前后的铝合金线的截面图；
[0057]
图4为具有间隙结构的绞合型复合材料芯耐热铝合金绞线截面示意图，图中
①
为圆形截面碳纤维复合材料线、
②
为耐高温油脂、
③
为梯形截面62％iacs耐热铝合金线、
④
为凹弧形截面62％iacs耐热铝合金线；
[0058]
图5为传统间隙型导线截面示意图，图中
①
为圆形截面镀锌钢线、
②
为耐高温油脂、
③
为梯形截面60％iacs耐热铝合金线、
④
为圆弧形截面60％iacs耐热铝合金线；
[0059]
图6为低风压、高导电耐热铝合金绞线的单层圆环(左图)以及内层梯形铝股绞合结构(右图)，图中θ1为圆心角、θ2为对心角、θ3为偏心角、θ4为过渡角、d
内
为当层型线内直径、d
外
为当层型线外直径；
[0060]
图7为孔型渐变模式的模具；
[0061]
图8为外层铝股凹弧形截面与模具设计，其中a为外层型线雏形，b为凹弧处理(r为凹弧半径)，c为凹弧形铝股截面；
[0062]
图9为梯形或凹弧形铝股收线盘具，其中d0为收线盘具桶径、d1为排线圆直径、l为收线盘具内宽、l1为梯形或者凹弧形铝股宽度、h为梯形或者凹弧形铝股高度；
[0063]
图10为梯形或凹弧形截面铝股绞合装置，其中1为梯形或凹弧形截面铝股、2为第一分线板、3为成形板、4为第二分线板、5为上定位轮、6为下定位轮，l0为边轮距离、x为下压量；
[0064]
图11为双轮定位设计图，其中图a为双轮定位平视图，图b为双轮定位剖面图、图c为铝股剖面图。
具体实施方式
[0065]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0066]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0067]
实施例1
[0068]
本实施例涉及一种62％iacs高导电耐热铝合金线的制备，包括铝合金杆的制备，以及将铝合金杆经过一级热处理、大拉、二级热处理以及小拉工艺制备得到所述高导电耐热铝合金线，其中铝合金杆的合金配方包括以下成分：si为0.04-0.10wt％、fe为0.10-0.20wt％、zr为0.30-0.40wt％、cu为0.01-0.02wt％、y为0.04-0.20wt％、cr、mn、v、ti之和要小于0.004wt％，其余的为al以及无法避免的杂质。所述铝合金线的制备工艺如下：
[0069]
(1)铝合金杆的制备：
[0070]
①
高纯铝锭置于熔炉中熔化，将alb3中间合金按每吨铝水3kg的量加入熔炉中进行硼化处理，消除v、ti元素，减少其对金属材料导电率的影响；
[0071]
②
吹入除钠颗粒精炼剂，用氩气进行一次精炼，静置50-70min；
[0072]
③
根据配方含量加入铝锆、铝铁、铝稀土对铝液进行合金化处理，使铝液中化学成分最终达到配方中各元素所要求范围；
[0073]
④
合金化完成后再次吹入除钠颗粒精炼剂，用氩气进行二次精炼，静置后进行扒渣；其中，二次精炼时，吹入除钠精炼剂后闷炉20-30min，使颗粒精炼剂充分与铝液中的杂质反应，精炼温度为780-800℃，静置时间30-40；
[0074]
⑤
通过保温炉对铝液倾倒，之后通过除气箱和过滤箱进行除气和双级过滤；在流槽部位增加了铝硼丝在线喂丝处理步骤，速度为1.0-1.8m/min；
[0075]
⑥
对铝水进行连续浇铸，其中，浇铸温度为670-685℃，浇铸速度为5.0-5.5t/h，冷
却水温为25-35℃，出坯温度为450-480℃；
[0076]
⑦
对铸坯进行轧制，得到高导电率耐热铝合金杆；其中，进轧温度为410-440℃，终轧温度为100-200℃。经上述工艺制备得到直径为9.5mm的铝合金杆，其性能满足以下要求：抗拉强度≥156mpa、导电率≥61.4％iacs、伸长率≥10％、耐热性(280℃，1h)≥92％。
[0077]
(2)一级热处理：
[0078]
将步骤(1)制备的9.5mm高导电率耐热铝合金杆4h升温至380℃，并保温60h，得到一级热处理后的铝合金杆，其性能满足以下要求：抗拉强度≥145mpa、导电率≥62.0％iacs、伸长率≥12％、耐热性(280℃，1h)≥98％。
[0079]
(3)大拉处理：
[0080]
将步骤(2)处理得到的9.5mm高导电率耐热铝合金杆进行4道冷拉拔延处理，每道冷拉拔延伸系数设计为1.20～1.28，得到直径为6.40mm的预处理大直径高导电率耐热铝合金线，其性能满足以下要求：抗拉强度≥168mpa、导电率≥61.75％iacs、伸长率≥8％、耐热性(280℃，1h)≥94％。
[0081]
(4)二级热处理：
[0082]
将步骤(3)经大拉处理获得的大直径高导电率耐热铝合金线3h升温至280℃，并保温20h，得到二级热处理后的铝合金线，其性能满足以下要求：抗拉强度≥152mpa、导电率≥62.4％iacs、伸长率≥10％、耐热性(280℃，1h)≥98％。
[0083]
(5)小拉处理：
[0084]
将步骤(4)处理得到的大直径铝合金线进行5～7道冷拉拔延处理，每道冷拉拔延伸系数设计为1.18～1.22，得到目标小直径单线高导电率耐热铝合金线，其性能满足以下要求：抗拉强度≥168mpa、导电率≥61.75％iacs、伸长率≥8％、耐热性(280℃，1h)≥94％
[0085]
本发明在一个实施例中采用本实施例所述方法制备得到单线直径为3.6mm的铝合金线a，另外采用相同的铝合金杆通过杆材热处理、一次性拉线至目标小直径单线、单线进行最终热处理的传统工艺制备得到单线直径为3.6mm的铝合金线b，对上述两种铝合金线的导电率、硬度、抗拉强度及耐腐蚀性进行测试，测试标准如下：
[0086]
导电率：检测方法参照gb/t 3048.2电线电缆电性能试验方法的第2部分：金属材料电阻率试验；
[0087]
硬度：检测方法参照gb/t 4909.8裸电线试验方法的第8部分：硬度试验布氏法；
[0088]
抗拉强度：检测方法参照gb-t 4909.3裸电线试验方法的第3部分：拉力试验；
[0089]
耐腐蚀性：检测方法参照gb/t 10125人造气氛腐蚀试验，盐雾试验；
[0090]
测试结果如下表2所示：
[0091]
表2采用不同工艺制备得到的铝合金线的性能对比
[0092][0093]
采用本发明所述工艺制备得到的铝合金线导电率、硬度以及抗拉强度较之传统工艺均有较大提升，且耐腐蚀性更好。
[0094]
实施例2
[0095]
本实施例涉及一种具有间隙结构的绞合型复合材料芯耐热铝合金绞线的制备，其截面示意图如图10所示，包括7根圆形截面的碳纤维复合材料线股同心绞合而成的内部加强芯、填充耐高温油脂的环形间隙、由具有梯形截面的铝合金线同心绞合而成的内层铝股，以及由具有凹弧形截面的铝合金线同心绞合而成外层铝股；其中所述具有梯形或凹弧型截面的62％iacs高导电耐热铝合金线的制备以及绞合过程如下所示：
[0096]
(1)具有梯形或凹弧型截面的62％iacs高导电耐热铝合金线的制备：使用的材料与制备工艺与实施例1相同，仅小拉过程采用的模具不同，本实施例用于制备具有梯形或凹弧型截面的铝合金线的模具，其设计过程如下所示：
[0097]
①
填充系数设计：为保证导线绞合紧密性与表面质量，内层梯形截面铝股填充系数92～95％，外层凹弧形截面铝股填充系数85～90％，填充系数定义λ＝s
总
/s
环
，s
总
为当层每根铝股截面积之和，如图6中的左图所示，s
环
为当层圆环面积。
[0098]
②
梯形或凹弧形截面铝股的偏心角设计：为保证绞合后不产生起鼓现象，破坏导线的圆整度，将单根梯形或凹弧形截面铝股对应的偏心角θ
偏心角
设置为0.3
°
～0.5
°
，偏心角为同层相邻梯形线股或凹弧形线股之间间隙相对于圆心角度。
[0099]
③
梯形或凹弧形截面铝股目标截面设计：单根梯形或凹弧形截面铝股对应的圆心角θ
圆心角
＝360
°
/n，n为当层单线线根数；单根梯形或凹弧形截面铝股相应对心角θ
对心角
＝θ
圆心角-θ
偏心角
；过渡角半径一般为0.3-0.8mm。已知对心角、单线根数、当层梯形或凹弧形截面铝股内、外圆直径、过渡角半径，即可获得梯形或凹弧形截面铝股目标截面。其中凹弧形截面铝合金线的凹弧半径需根据其等效直径的大小进行设计，当凹弧形截面铝股等效直径≤3.00时，r为70～80mm；当凹弧形铝股等效直径≤4.00mm时，r为60～65mm；当凹弧形铝股等效直径＞4.00mm时，r为55～60mm。
[0100]
通过上述方法获得目标截面的模具，采用如图7所示的孔型渐变模式的模具将二级处理后的大直径铝合金线拉制目标截面的铝合金线。
[0101]
(2)梯形或凹弧形截面铝股的收线参数设定
[0102]
梯形或凹弧形截面铝股在“小拉”过程中收线参数设计十分重要，拉线设备收线过程中纵向收线、横向排线速度匹配精度远高于圆形截面铝股拉线，通过拉线速度可计算排线速度实现同步收线，梯形或凹弧形截面铝股排线时达到平整、紧邻状态，实现铝股间不“压线”与“扭转翻面”的目的，可有效避免梯形或凹弧形截面铝股绞合时产生的刮伤，减少因“压线”与“扭转翻面”产生的断线与效率损失，具体设计方法如下：
[0103]
①
确定梯形或凹弧形截面铝股收线速度
[0104]
当梯形或凹弧形截面铝股等效直径d≤3.00mm时，收线速度υ
纵
取14～18m/s；当梯形或凹弧形截面铝股等效直径3.00mm＜d≤4.00mm时，收线速度υ
纵
取10～15m/s；当梯形或凹弧形截面铝股等效直径＞4.00mm时，收线速度υ
纵
取8～12m/s。
[0105]
②
确定梯形或凹弧形截面铝股排满一层时间t
[0106]
采用图9所示的收线盘具进行收线，如图所示d0为收线盘具桶径(单位：m)，l为收线盘具内宽(单位：m)，h为梯形或者凹弧形铝股高度(单位：m)，l1为梯形或者凹弧形铝股长边的宽度(单位：m)，d1为排线圆直径(单位：m)、d1＝d0+2h。
[0107]
梯形或凹弧形截面铝股在盘具上排满一层时间t＝(s
×
m)/υ
纵
，式中s为排线圆周
长(单位：m)、s＝π
×
d1，m为排线圆圈数，m＝l/l1，υ
纵
为小拉过程纵向收线速度，单位m/s。
[0108]
③
确定横向排线速度υ
横
[0109]
横向排线速度υ
横
＝l/t，单位为m/s。
[0110]
根据上述排线参数的设定，可实现同步收线，并保证梯形或凹弧形截面铝股排线时达到平整、紧邻状态。
[0111]
(3)内、外层铝股的绞合
[0112]
由于具有梯形或凹弧形截面的铝合金线在绞合时易发生翻转，因此用于圆形截面铝股绞合的分线装置不适用于梯形或者凹弧形截面铝股的绞合。本发明提供了一种用于具有异形截面的铝股绞合装置，如图10所示，所述绞合装置包含预成型装置以及双轮定位部分，所述预成型装置由第一分线板、成形板以及第二分线板构成。将梯形或者凹弧形截面铝股从框体伸出，先经过预成型装置消除铝股残余应力，再经特制内槽形的双轮定位装置进行绞合。按当层梯形或凹弧形截面铝股根数在360
°
环形平均排列设置。
[0113]
其中第一分线板与第二分线板之间的边轮距离l0根据单层导线节距的100％设计，成形板与第二分线板之间的下压量为当层导线绞合后直径的90％设计。
[0114]
双轮定位装置包括可在垂直轨道上下移动的上定位轮与下定位轮，需根据梯形或凹弧形截面铝股高度调整上、下定位轮限位，上、下定位轮合槽形状轮廓，是在梯形或凹弧形截面铝股截面基础上等比放大2％设计，结构如图11所示，此放大槽型设计既可保证梯形或凹弧形截面铝股在槽内不“扭转翻面”，规律性地以一定角度进入并线模实现导线同心绞合；又可保证梯形或凹弧形截面铝股顺利通过槽型，不对单线表面产生擦伤，避免过大阻力缩小单线直径。
[0115]
根据上述方法制备得到两种仅外层铝股截面凹弧半径不同的铝合金绞线1、2，其中铝合金绞线1的外层凹弧铝股等效直径5.36mm，凹弧半径75mm；铝合金绞线2的外层凹弧铝股等效直径5.36mm，凹弧半径57mm，其余均相同。另取最外层铝股截面为圆形截面的普通钢芯铝绞线jl/g1a-630/45作为对比样，其截面结构如图5所示。上述绞线的直径均为33.8mm，各截取导线长度为1.52m的样品进行风阻力测试，根据nb/t 10667-2021低风压架空导线附录b低风压架空导线风阻系数测试方法进行测试，测试的风阻力系数为无量纲值，其值与风吹后导线承受风力值成正比，相同风速下，风阻力系数越小的样品，说明其承受风力越小。测试结果如下表3所示：
[0116]
表3样品风阻力系数检测结果
[0117]
风速v(m/s)铝合金绞线1铝合金绞线2对比样151.15381.00451.1645201.05150.93421.1007251.03740.84461.1016300.95610.82821.0844350.95350.76441.0691400.95630.72071.036450.93950.70121.0435500.92730.67451.0258550.92690.65981.0421
600.92920.65751.0454
[0118]
将铝合金绞线的外层铝股设计为凹弧形，且将凹弧半径控制在合适的范围内，可降低绞线的风阻力系数，从而降低风压，由表3中不同样品的风阻力系数随风速增加的变化情况可知，其中采用本发明所述方法制备的铝合金绞线2在不同风速下，其风阻力系数均小于其它样品，且随着风速的增大，其风阻力系数相对对比样明显降低，当风速≥35m/s时，风阻力系数可降低至对比样的80％以下，当风速≥45m/s时，风阻力系数降低至对比样的70％以下。
[0119]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
技术特征：1.一种高导电耐热铝合金线的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铝合金杆在3～5h升温至378～382℃，保温56～64h进行一级热处理；所述铝合金杆包含按质量百分比计的以下组分：0.04-0.1wt％si、0.10-0.20wt％fe、0.30-0.40wt％zr、0.01-0.02wt％cu、0.04-0.2wt％y，cr、mn、v、ti之和小于0.004wt％，其余为al以及无法避免的杂质；(2)将步骤(1)热处理后的铝合金杆进行冷拉拔延伸至预定直径范围内的铝合金线，控制每道冷拉拔延伸系数为1.20～1.28；(3)将步骤(2)处理后的铝合金线在2～4h升温至279～281℃，保温18～22h进行二级热处理；(4)将步骤(3)热处理后的铝合金线采用孔型渐变模式的模具进行冷拉拔延伸，控制每道冷拉拔延伸系数为1.18～1.22，得到所述高导电耐热铝合金线。2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述铝合金杆通过连铸连轧工艺制备得到；铝水浇铸的温度为670～685℃，浇铸速度为5.0～5.5t/h，出坯温度为450～480℃，进轧温度为410～440℃，终轧温度为100～200℃。3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤(2)中，将步骤(1)热处理后的铝合金杆进行3～5道冷拉拔延伸处理。4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤(4)中，将步骤(3)热处理后的铝合金线进行5～7道冷拉拔延伸处理。5.一种由权利要求1～4任一项所述制备工艺制备得到的高导电耐热铝合金线，其特征在于，所述高导电耐热铝合金线包括具有梯形截面或凹弧形截面的铝合金线。6.一种低风压、高导电耐热铝合金绞线，包括内部加强芯、填充耐高温油脂的环形间隙、内层铝股以及外层铝股，其特征在于，所述加强芯由7根或19根圆形截面的碳纤维复合材料线股同心绞合而成；所述内层铝股采用权利要求5所述的具有梯形截面的铝合金线同心绞合而成，与加强芯形成环形间隙；所述外层铝股采用权利要求5所述的具有凹弧形截面的铝合金线同心绞合而成。7.根据权利要求6所述的一种低风压、高导电耐热铝合金绞线，其特征在于，所述内层铝股的填充系数为92～95％，外层铝股的填充系数为85～90％，所述填充系数为当层每根铝线截面积之和与当层圆环面积的比值。8.根据权利要求6所述的一种低风压、高导电耐热铝合金绞线，其特征在于，内、外层铝股中单根铝合金线的偏心角为0.3
°
～0.5
°
，所述偏心角为同层相邻具有梯形截面的铝合金线或具有凹弧形截面的铝合金线之间间隙相对应的圆心角度。9.根据权利要求6～8任一项所述的一种低风压、高导电耐热铝合金绞线，其特征在于，当具有凹弧形截面的铝合金线的等效直径d≤3mm，所述凹弧形截面的凹弧半径为70～80mm；当具有凹弧形截面的铝合金线的等效直径3mm＜d≤4mm，所述凹弧形截面的凹弧半径为60～65mm；当具有凹弧形截面的铝合金线的等效直径d＞4mm，所述凹弧形截面的凹弧半径为55～60mm。10.根据权利要求6所述的一种低风压、高导电耐热铝合金绞线，其特征在于，具有梯形截面或凹弧形截面的铝合金线绞合时，将铝合金线从框体伸出，先经过由第一分线板、成形
板以及第二分线板组成的预成型装置，再经过具有特制内槽形的双轮定位装置进行绞合；所述特制内槽形根据梯形或凹弧形截面等比放大2％设计得到。
技术总结本发明公开了一种高导电耐热铝合金线及其制备工艺与应用，所述铝合金线由铝合金杆通过一级热处理、大拉、二级热处理以及小拉工艺制备得到，所述铝合金杆包含以下组分：0.04-0.1wt％Si、0.10-0.20wt％Fe、0.30-0.40wt％Zr、0.01-0.02wt％Cu、0.04-0.2wt％Y，Cr、Mn、V、Ti之和小于0.004wt％，其余为Al以及无法避免的杂质。由上述铝合金杆以及工艺制备得到的铝合金线，具有高导电率、高表面硬度以及高抗拉强度的特性，且在重腐蚀环境下其腐蚀率大大降低。将由上述材料及工艺制备的具有梯形截面以及凹弧形截面的铝合金线用于制备铝合金绞线，结合轻质碳纤维复合材料作为加强芯的应用，制备得到的铝合金绞线具有高导电性、低风阻力、高温低弧垂等优点，可降低输电线路损耗以及提高线路运行的可靠性。高线路运行的可靠性。高线路运行的可靠性。
技术研发人员：杨立军 吴松梅 朱红良 赵立洋 黎汉林 孙乐雨 施鑫 侯岩 孟祥辉 崔佳宇
受保护的技术使用者：江苏亨通电力电缆有限公司
技术研发日：2022.07.12
技术公布日：2022/11/1
