一种超大型铜铝合金母线排一次成型方法与流程

本发明涉及一种铜铝复合共晶板生产，具体涉及一种超长端部双面覆铜铝合金母线排一次成型生产技术。

背景技术：

1、对于大型特大型变压器、发电机或起动机，其内部母线排需求长度超过3米，而现有铸轧工艺限制于铸轧辊的尺寸，只能直接生产出长度在1.75米以下的母线排，对于超长母线排只能采用焊接方法连接两块或者多块小尺寸母线排进行复合。但是母线排在使用过程中需要长时间通过大电流，由于焊缝处材料差异以及焊接质量，复合型母线排长时间使用后可能会断裂或者开裂，一旦发生这种情况，则会带来严重的安全隐患以及不可估量的经济损失。同时焊缝处也会发生电磁氧化而被粉化腐蚀，造成电阻增加，使母线排的能力大大降低，甚至无法使用。

2、为此本技术方法采用超大型铸轧设备一次成型超长型端部双面覆铜的铝合金母线排。一次成型母线排无论力学性能还是导电新能都好于焊接拼接母线排以及冷轧延展母线排。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的不足，提供了一种超大型铜铝合金母线排一次成型方法，通过端部覆铜技术，使其同时两端具有铜铝共晶结构，大大提高了铜铝复合母线排的力学性能和抗氧化性，极大减少了铜的用量。通过大型轧辊一次热轧成型技术解决了当前设备无法生产大尺寸铜铝共晶复合材料的问题，由于是热轧一次成型，铜铝结合面没有缝隙，杜绝了电化学腐蚀的可能性，结合面剥离强度高，铜层铝层之间不易分离，性能更好，提高了铜铝共晶母线排的可靠性，母线排的连接性能也有所提高，且导电性能和力学性能远好于现有焊接型铜铝复合母线排。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种超大型铜铝合金母线排一次成型方法，包括以下几个步骤：步骤a：将原料铝锭加入熔炼炉进行熔炼处理，加热至720℃～750℃，得到熔融状态的铝液，将熔融状态的铝液倒入保温炉，温度控制在720～740℃，保温静置20～60min；步骤b：将四条铜带分别在开卷机上开卷，其中两条铜带卷绕在双辊铸轧设备的上轧辊上，另两条铜带卷绕在双辊铸轧设备的下轧辊上，在上轧辊和下轧辊旁具有可调限位装置用于限定铜带卷绕位置；步骤c：保温静置后的铝液，经除气箱和过滤箱等在线处理设备，除气、过滤；步步骤d：同轧辊上铜带间隔为可调限位装置之间距离，通过铸嘴将处于705℃～715℃温度区间的铝液静压状态下注入至上下轧辊缝隙，注入宽度为轧辊两侧铜带宽度以及他们之间间距之和；步骤e：上下轧辊对熔融状态的铝液和铜带进行冷却并固-液铸轧，形成端部双面覆铜的铜铝复合板坯。步骤f：将铜铝复合板坯卷放入退火炉中进行均匀化退火，加热温度为350℃～450℃，退火时间为15～30h；步骤g：随后将铜铝复合板坯引入分条设备，根据产品尺寸进行分条得到所需尺寸的端部双面覆铜铝合金母排。

3、上述技术方案中，优选的，还包括步骤h：将端部双面覆铜的铝合金母排进行校直、校平处理，随后通过倒角设备进行倒角，倒角完成后再次校直和校平。

4、上述技术方案中，优选的，每个开卷机相对轧辊x轴方向对应一个可调限位装置，开卷机与对应可调限位装置具有联动机构，开卷机与对应可调限位装置相对轧辊y轴方向位移且位移时开卷机与对应可调限位装置移动相同距离和方向一致。

5、上述技术方案中，优选的，在步骤b中，可调限位装置为限位辊，限位辊两侧具有可调挡板，铜带从可调挡板之间通过，然后铜带从铸轧方向对向卷绕上轧辊，同时每个铜带都配合有张紧辊和压紧辊，确保四条铜带运动速度一致以及铜带进入热轧区域后与轧辊紧密贴合。

6、上述技术方案中，优选的，在步骤b中，位于铸嘴的一侧还具有与铜带配合的加热辊，加热辊将铜带加热至100℃～150℃之间。

7、上述技术方案中，优选的，在步骤b中，可调限位装置为限位辊，限位辊两侧具有可调挡板，铜带从可调挡板之间通过，然后铜带从铸轧方向同向卷绕上轧辊，同时每个铜带都配合有压紧加热辊，压紧加热辊将铜带加热至100℃～150℃之间以及让铜带进入固液铸轧区域后与轧辊紧密贴合。

8、上述技术方案中，优选的，在步骤e中，所述冷却速率为300℃/s～1000℃/s。

9、上述技术方案中，优选的，只在固液铸轧区域内进行轧制、冷却。

10、上述技术方案中，优选的，在步骤e铸轧后，根据需要将铜铝复合板坯卷冷轧到要求厚度。

11、一种超大型铜铝合金母线排，通过一种超大型铜铝合金母线排一次成型方法制造生产。

12、本技术主要生产长度在3m以及以上尺寸的端部覆铜铝合金母线排，相比现有技术，本技术具有两个实质性的特点，一是端部覆铜技术，相比现有两面覆铜母线排，本技术在同尺寸不降低导电性能的情况下极大的减少了铜的使用量。二是大尺寸生产技术，相比现有焊接复合型母线排，本技术中一次热轧成型的母线排无论导电性能还是机械性能都远优于焊接复合型母线排。

13、本技术采用轧辊宽度超过3.2m，优选轧辊宽度为3.5m的双辊铸轧设备。

14、为此，本技术技术方案克服了多项技术困难。

15、其一：当两面覆铜或单面覆铜时，铸嘴只需要将铝液静态注入到铜板上或者两个铜板之间，整个注入的宽度是均匀的，只要铜板输送速度、热轧速度和注入速度恒定就可以连续热轧生产。而本技术则完全不同，本技术是端部上下两面覆铜，即中间位置没有铜板，即铝液注入过程中实际两个端部有铝液溢出。如果铜带没有紧密贴合轧辊，尤其是处于上轧辊铜带，则铝液就会溢流到没进入轧辊的铜带上。同时两个端面一共需要四条铜带，这四条铜带的速度必须一致，否则只要一个铜带速度不一，就会产生严重质量问题。为此就必须要将铜带紧密贴合在轧辊上，留出铝液空间以及同步四个铜带的卷绕速度，为此本技术需要额外的压紧辊将铜带紧压在轧辊上。

16、其二：由于轧辊宽度超过3.2m，配套开卷机宽度不足，因此每条铜带都需要配备一个开卷机，本技术上下两个端面共有4条铜带需要4个开卷机。由于开卷机分散设置，铜带从开卷机上卷绕至轧辊上的位置就非常重要，因此本技术需要铜带卷绕上轧辊前进行定位，为此本技术具有可调限位装置，可调限位装置一般为与开卷机联动的限位辊，限位辊两侧设置有限位挡，通过调动限位档之间的距离，可以让不同宽度的铜带精确的卷然上轧辊。同时为了防止偏移，限位辊与开卷机的x轴方向是一致的，这样能保证铜带没有倾角。

17、其三：本技术铜带是铜铝共晶母线排，在轧辊对铜铝热扎的同时，轧辊内具有冷却装置，可以对铜铝合金进行冷却，冷却的好处是可以形成较小的晶粒，提高材料强度，如果在铜铝热轧时，铜的温度在150℃～220℃，这样铜原子也在高温状态下短时间内可以获得足够多的能量进行迁移，形成更厚的铜铝共晶层，从而有效提高铜铝复合界面的结合强度。但上文已经说明铜带需要紧密贴合在轧辊上，轧辊内具有冷却装置，如果铜带预加热后在经过轧辊，则进入热轧区域前已经失温，为此需要铜带在进入热轧区域前进行加温。本技术设置了两种结构，一种是铜带正向进入热轧区域如何紧压以及加温，另一种是铜带负向进入热轧区域如何紧压以及加温。由于从现有技术的铜板改成铜带，即两个铜带之间具有空隙，使得铜带的进出极大的减少了对铸嘴和坯体的影响。

18、其四：本技术需要对轧辊的冷却系统进行改进。原本轧辊的冷却系统均匀分布在轧辊内，即轧辊表面冷却速率一致，但本技术需要铜带在热轧前升温加热，此为需要改进轧辊的冷却系统，使其在热轧区域冷却速度最大化，其他区域冷却能力降低，最大程度的对铜带进行保温。

19、与现有技术相比，本技术设计了一种端部双面覆铜的铝合金母线排，通过端部覆铜技术，使其同时两端具有铜铝共晶结构，大大提高了铜铝复合母线排的力学性能和抗氧化性，极大减少了铜的用量。通过大型轧辊一次热轧成型技术解决了当前设备无法生产大尺寸铜铝共晶复合材料的问题，由于是热轧一次成型，铜铝结合面没有缝隙，杜绝了电化学腐蚀的可能性，结合面剥离强度高，铜层铝层之间不易分离，性能更好，提高了铜铝共晶母线排的可靠性，母线排的连接性能也有所提高，且导电性能和力学性能远好于现有焊接型铜铝复合母线排。