導(dǎo)讀：高精變壓器銅帶的邊部處理技術(shù)是銅加工領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。本文介紹了滾壓法和刮削法邊部處理技術(shù)的特點(diǎn),闡述了中鋁洛銅自主創(chuàng)新的三位一體滾壓技術(shù)及其特點(diǎn),并對國內(nèi)高精度變壓器銅帶材邊部處理技術(shù)的發(fā)展提出幾點(diǎn)建議。

近年來帶材的邊部質(zhì)量越來越受到帶材生產(chǎn)企業(yè)的重視,帶材的剪切精度越來越高,但剪切后的帶材邊部總會(huì)存在毛刺。用于干式變壓器的帶材,如果邊部有毛刺,就可能刺破變壓器的絕緣層造成擊穿,甚至還會(huì)出現(xiàn)尖端放電損壞變壓器。對于高精度變壓器銅帶,還要求邊部為圓角或圓邊形。目前,我國的變壓器帶邊部處理技術(shù)還處于研究階段,多數(shù)變壓器帶都未進(jìn)行專門處理、邊部毛刺大,邊部質(zhì)量完全依靠剪切設(shè)備的精度及剪刃調(diào)整技術(shù)水平,造成我國變壓器帶的80%依賴進(jìn)口。因此,對變壓器銅帶邊部處理技術(shù)的研究具有重要意義。而且,這一技術(shù)還可以推廣應(yīng)用于鋁變壓器帶、電纜帶、雙金屬覆合銅帶等的邊部處理。本文主要介紹兩種邊部處理方法即滾壓法和刮削法,著重闡述自主研發(fā)的三位一體滾壓技術(shù)。

一、變壓器銅帶的技術(shù)要求

1.1 變壓器銅帶的牌號(hào)、狀態(tài)及規(guī)格

變壓器銅帶的牌號(hào)為TU1、T2,狀態(tài)M,厚度0110～215mm,寬度50～1050mm。

變壓器帶有高壓帶、低壓帶之分。用于高壓繞組的為高壓帶,寬度一般<300mm;用于低壓繞組的為低壓帶,寬度≥300mm。

1.2 機(jī)械性能及電性能

變壓器帶的機(jī)械性能:σb≥195MPa,δ10≥35%,HV=46～65;TU1電導(dǎo)率≥100%IACS,T2電導(dǎo)率≥98%IACS。

1.3 外觀質(zhì)量及特殊要求

帶材板形應(yīng)平直,側(cè)邊彎曲度應(yīng)不大于2mm/m,邊部無毛刺(或允許小于0102mm);邊部形狀有剪切邊(無尖角、毛刺)、圓角邊、圓邊三種,圓邊為***好(圖1)。

二、高精度變壓器帶邊部處理技術(shù)

帶材邊部處理技術(shù)興起于20世紀(jì)90年代,主要應(yīng)用于不銹鋼帶的邊部處理和不銹鋼管焊接前開坡口等。隨著銅帶在干式輸電變壓器上的應(yīng)用,該技術(shù)逐步應(yīng)用于變壓器帶的邊部處理并得到改進(jìn)。如德國的KME、MKM、維蘭德及臺(tái)灣***伸銅等企業(yè)生產(chǎn)的變壓器帶,邊部均進(jìn)行了專門處理,厚度<018mm的薄帶邊部為無毛刺的直角邊,厚度≥018mm的厚帶邊部為光滑的圓角邊或圓邊,可滿足高精度變壓器銅帶的質(zhì)量要求。

帶材邊部處理主要是采用機(jī)械方法或其它方式除去邊部多余的金屬,使之無尖角、毛刺,且不腐蝕、污染帶材表面。從技術(shù)原理看似乎很簡單,且在鋼帶邊部處理領(lǐng)域的應(yīng)用已較成熟,但對于銅帶來說卻存在一些難點(diǎn)。與鋼帶相比,銅帶材質(zhì)較軟,厚度較薄(一般為015～210mm),寬度范圍較大(一般500～1020mm,不銹鋼帶為50～500mm),這就為整個(gè)處理線的控制和處理精度等帶來難度。此外,要求被處理銅帶的板形良好,無邊部拱曲、波浪、撕裂等缺陷不能出現(xiàn)斷續(xù)和漏處理,因?yàn)橐粋€(gè)超標(biāo)毛刺和數(shù)個(gè)超標(biāo)毛刺對變壓器來說效果基本相同。

金屬帶材邊部處理有多種方法,如滾壓法、刮削法、銑削法、電弧(激光)法等。本文重點(diǎn)介紹應(yīng)用較多的滾壓法和刮削法。電弧法主要應(yīng)用于邊部毛刺的檢測和去除,在此不贅述。

2.1 滾壓法

滾壓法是將毛刺壓倒或壓入帶材基體,使邊部發(fā)生微小的塑性變形,是變壓器帶邊部處理較早采用的方法。

傳統(tǒng)的滾壓裝置由一對平輥或略帶錐度的鋼輥組成,一般裝在圓盤剪的后部或變壓器帶繞制裝置的前端;也可以獨(dú)立成線,對帶材邊部進(jìn)行滾壓。輥?zhàn)訛殡S動(dòng)輥(由帶材帶動(dòng)),可以根據(jù)帶材的厚度和狀態(tài)通過液壓缸調(diào)節(jié)其壓緊力。這種處理裝置結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于安裝、工具使用壽命長、維護(hù)費(fèi)用低,且對帶材板形的要求不高,省去了重新開卷和卷取工序,可減少擦劃傷和頭尾幾何廢品,同時(shí)還可以在氣墊爐、清洗機(jī)列、酸堿洗機(jī)列等設(shè)備上使用,滿足不同工藝流程的邊部處理要求。其缺點(diǎn)是:不能完全消除邊部毛刺、尖角,無法實(shí)現(xiàn)理想的圓角、圓邊,滾壓后邊部會(huì)出現(xiàn)輕微硬化;控制精度低,容易造成邊部碎浪,且由于滾壓會(huì)產(chǎn)生一定的塑性變形,可能會(huì)因此產(chǎn)生寬度變化而造成超差;由于將毛刺壓倒或壓入帶材基體,在變壓器使用過程中由于振動(dòng)、發(fā)熱毛刺會(huì)重新翹起,刺破絕緣層造成局部放電。因此,從根本上看,傳統(tǒng)的滾壓法無法生產(chǎn)出高精度的變壓器帶。

圖2為國外某公司采用的非輥式滾壓法。其上下滾壓刀盤隨帶材的運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng),上下刀盤對帶材邊部的壓力可調(diào),通過調(diào)整墊片的厚度可處理不同厚度的帶材。這種方法的處理效果與傳統(tǒng)錐輥式滾壓法基本相同。

2.2 刮削法

刮削法是利用一組或多組成型刀具對帶材邊部進(jìn)行機(jī)械式切除,切掉多余金屬,實(shí)現(xiàn)邊部無毛刺,并

達(dá)到需要的邊部形狀(圓角、圓邊等)。目前國外處理018mm以上的變壓器帶多采用這種方法,處理生產(chǎn)線的速度可達(dá)到80～150m/min,甚至更高。

刮削法一般采用單獨(dú)的生產(chǎn)線來實(shí)現(xiàn),稱為修邊機(jī)組。其主要設(shè)備組成為:開卷機(jī)、夾送裝置、焊接機(jī)、矯平機(jī)、刮削處理機(jī)、收屑裝置、液壓剪、張力系統(tǒng)、卷取機(jī);輔助設(shè)備:自動(dòng)控制系統(tǒng)、刀具冷卻潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等。以下對其主要設(shè)備加以介紹。

2.2.1 焊接機(jī)

為了連續(xù)生產(chǎn)及減少幾何損失,提高處理效率,一般修邊機(jī)組都配置有氬弧焊接機(jī)。

2.2.2 矯平機(jī)

對于刮削法來說,帶材的板形非常重要,否則可能會(huì)造成處理不連續(xù)或邊部撕裂等缺陷。因此,修邊機(jī)組一半都有7輥或9輥帶材矯平裝置。

2.2.3 刮削處理機(jī)

大部分刮削處理機(jī)都采用多組刀具,通過多次小量刮削實(shí)現(xiàn)邊部修整。一方面,可防止大進(jìn)刀量造成邊部撕裂、損壞刀具;另一方面,可防止機(jī)械熱過高造成邊部氧化變色。一般為2組、3組、5組、7組,***多達(dá)到9組刀具。處理過程中前面的刀具進(jìn)刀量相對較大,后面的刀具逐漸減少。刮削后還要對邊部進(jìn)行拋光,這是因?yàn)楣蜗鬟^程中非常容易出現(xiàn)二次毛刺。各組刀具進(jìn)刀量的控制精度要求非常高(01001mm),因此對設(shè)備的調(diào)整機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)要求很高。

2.2.4 刀具及快速換刀機(jī)構(gòu)

為了防止粘刀和刃口迸裂,提高刀具的使用壽命,刮削刀具大多采用硬質(zhì)合金制造,且刃口經(jīng)過特殊的鍍層處理,增加刀刃的耐磨性。為便于安裝,刀頭安裝在專用的刀架上。由于邊部修整速度一般都在80～150m/min,刀具消耗量較大,因此快速換刀機(jī)構(gòu)必不可少。目前國外使用的刀片多為方形,且四邊各有多個(gè)刃口,一方面可以提高刀具的使用效率,另一方面是考慮到快速換刀,通過專門的裝置旋轉(zhuǎn)刀片方向,新的刃口可以很快地投入使用,整個(gè)過程僅需要幾秒鐘。圖3所示為國外某廠家設(shè)計(jì)的一種刀片。

2.2.5 刀片冷卻與潤滑裝置

如果刀片在工作過程中發(fā)熱大,勢必會(huì)影響刀具的使用效果,所以還要對刀片進(jìn)行冷卻。刀片冷卻一般采用風(fēng)冷。也有采用潤滑油冷卻的,同時(shí)也起潤滑作用,減少刀具的磨損。但潤滑液不能污染板面,要求易揮發(fā)、無殘留,因此***好不采用油冷卻。

2.2.6 收屑裝置

生產(chǎn)線要有專門的銅屑收集裝置,一般采用真空抽吸,防止銅屑影響帶材表面質(zhì)量。

2.2.7 刮削控制模式

刮削深度的控制模式有兩種。***種模式是通過刀具壓力載荷預(yù)先設(shè)定切削深度,即刮削深度始終保持不變,既使寬度發(fā)生變化或板形成拱形;第二種模式是采用刀具調(diào)整機(jī)構(gòu),這種方法有利于刮削,寬度尺寸精確。

圖4為刮削法修邊機(jī)組示意圖;圖5為刮削法修邊機(jī)組現(xiàn)場照片。

刮削法是目前***先進(jìn)的金屬帶材邊部處理方法,不但能去除全部毛刺,而且可以按照用戶要求修正邊部形狀,滿足高精度變壓器帶的要求。目前國外變壓器帶材邊部處理多采用這種方法,但機(jī)組設(shè)備復(fù)雜、機(jī)構(gòu)精密、控制精度高、投資較高(230～260萬歐元)、刀片價(jià)格昂貴、磨損快、使用成本高。此外,對板形的要求很高,適合處理板形為10～20I的帶材。目前國內(nèi)銅帶軋機(jī)大多沒有配置板形儀,板形達(dá)不到這樣高的水平。

三、三位一體滾壓法

三位一體滾壓法是結(jié)合目前國內(nèi)變壓器帶的生產(chǎn)實(shí)際,在傳統(tǒng)滾壓法的基礎(chǔ)上開發(fā)研究出的邊部處理新技術(shù)。通過對帶材邊部的滾壓,使邊部發(fā)生微小的塑性變形,形成倒角邊;再對倒角邊進(jìn)行擠壓修整,以消除倒角尖角;控制帶材寬度,完成邊部去毛刺和邊部修整,達(dá)到良好的邊部外形。

3.1 裝置特點(diǎn)

三位一體滾壓法較傳統(tǒng)輥壓法有較大的改進(jìn),由一位處理改為三位立體處理即由簡單處理變?yōu)榫铺幚?不僅可以消除邊部毛刺,而且可基本實(shí)現(xiàn)圓角邊,滿足高精度變壓器帶的質(zhì)量要求。特別是增加了邊部擠壓工位,使壓倒的毛刺不易翹起,實(shí)現(xiàn)邊部圓滑過渡,同時(shí)解決了在滾壓過程中出現(xiàn)的小量寬展,帶材寬度精確。設(shè)備簡單、結(jié)構(gòu)合理、簡便操作、便于維護(hù);處理速度快,可以達(dá)到100～120m/min;對板形要求不高,非常適合我國銅板帶生產(chǎn)企業(yè);體積小,可直接安裝在縱剪、氣墊爐、清洗等生產(chǎn)線的卷取張力區(qū)(具有邊部處理所必須的穩(wěn)定張力),與刮削法相比減少了二次開卷和卷取,可提高生產(chǎn)效率和成品率。

3.2 處理效果

表1、表2分別為由自行研制的三位一體滾壓裝置和德國刮削設(shè)備處理后帶材邊部形狀及毛刺的檢測結(jié)果?？梢钥闯?三位一體滾壓法毛刺可以達(dá)到01006mm以下,邊部為圓角邊;而刮削法可以達(dá)到010001mm以下,邊部形狀為直角邊、圓角邊,甚至可以達(dá)到圓邊。

四、國內(nèi)帶材邊部處理技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

目前,國內(nèi)干式變壓器帶生產(chǎn)廠家有100余家。隨著國家對電力建設(shè)投資力度的加大,干式變壓器面臨著重大的發(fā)展機(jī)遇,由此帶動(dòng)變壓器帶材消費(fèi)的快速增長。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì),2004年需求量約為312萬噸,并以每年20%的速度遞增。邊部毛刺及形狀是制約國內(nèi)銅帶生產(chǎn)企業(yè)搶占市場的關(guān)鍵,應(yīng)受到足夠的重視。

邊部去毛刺及形狀處理技術(shù)是一項(xiàng)尖端技術(shù),國際上每年都要召開該項(xiàng)技術(shù)的研討會(huì)。由于國外對該技術(shù)的嚴(yán)密封鎖,目前國內(nèi)變壓器帶大部分仍停留在簡單的滾壓式邊部處理上,雖然一些企業(yè)對帶材邊部處理的方式、技術(shù)作了一些探索,但效果均不理想。

中鋁洛銅作為國內(nèi)變壓器帶***大的生產(chǎn)企業(yè),通過長期研究已開發(fā)出三位一體的邊部處理技術(shù),處理的變壓器帶已超過2萬噸。處理后的帶材邊部為倒角邊,光滑、無毛刺,使用效果良好,得到用戶的好評。該技術(shù)處于國際先進(jìn)、國內(nèi)***水平,填補(bǔ)了國內(nèi)空白,并已申請了***。目前,中鋁洛銅正在對其進(jìn)行自動(dòng)化方面的改進(jìn),改進(jìn)后的裝置控制精度更高,操作更簡便、直觀。

隨著變壓器帶的應(yīng)用領(lǐng)域由干式變壓器向油浸式變壓器發(fā)展,變壓器帶迎來了更廣闊的發(fā)展空間。邊部處理技術(shù)和裝備將成為變壓器帶生產(chǎn)企業(yè)搶占這一市場的重要法寶。

來源：銅信寶