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

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還處于研究階段,多數(shù)變壓器帶都未進行專門處理、邊部毛刺大,邊部質(zhì)量完全依靠剪切設備的精度及剪刃調(diào)整技術水平,造成我國變壓器帶的80%依賴進口。因此,對變壓器銅帶邊部處理技術的研究具有重要意義。而且,這一技術還可以推廣應用于鋁變壓器帶、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。

一、變壓器銅帶的技術要求

1.1 變壓器銅帶的牌號、狀態(tài)及規(guī)格

變壓器銅帶的牌號為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 機械性能及電性能

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

1.3 外觀質(zhì)量及特殊要求

帶材板形應平直,側(cè)邊彎曲度應不大于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

帶材邊部處理技術興起于20世紀90年代,主要應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用,該技術逐步應用于變壓器帶的邊部處理并得到改進。如德國的KME、MKM、維蘭德及臺灣***伸銅等企業(yè)生產(chǎn)的變壓器帶,邊部均進行了專門處理,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。從技術原理看似乎很簡單,且在鋼帶邊部處理領域的應用已較成熟,但對于銅帶來說卻存在一些難點。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,因為一個超標毛刺和數(shù)個超標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。本文重點介紹應用較多的滾壓法和刮削法。電弧法主要應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;也可以獨立成線,對帶材邊部進行滾壓。輥子為隨動輥(由帶材帶動),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)構簡單、投資少、易于安裝、工具使用壽命長、維護費用低,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,同時還可以在氣墊爐、清洗機列、酸堿洗機列等設備上使用,滿足不同工藝流程的邊部處理要求。其缺點是:不能完全消除邊部毛刺、尖角,無法實現(xiàn)理想的圓角、圓邊,滾壓后邊部會出現(xiàn)輕微硬化;控制精度低,容易造成邊部碎浪,且由于滾壓會產(chǎn)生一定的塑性變形,可能會因此產(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、發(fā)熱毛刺會重新翹起,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動而轉(zhuǎn)動,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行機械式切除,切掉多余金屬,實現(xiàn)邊部無毛刺,并

達到需要的邊部形狀(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)線的速度可達到80～150m/min,甚至更高。

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

2.2.1 焊接機

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

2.2.2 矯平機

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

2.2.3 刮削處理機

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

2.2.4 刀具及快速換刀機構

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,因此快速換刀機構必不可少。目前國外使用的刀片多為方形,且四邊各有多個刃口,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,整個過程僅需要幾秒鐘。圖3所示為國外某廠家設計的一種刀片。

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,勢必會影響刀具的使用效果,所以還要對刀片進行冷卻。刀片冷卻一般采用風冷。也有采用潤滑油冷卻的,同時也起潤滑作用,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先設定切削深度,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)整機構,這種方法有利于刮削,寬度尺寸精確。

圖4為刮削法修邊機組示意圖;圖5為刮削法修邊機組現(xiàn)場照片。

刮削法是目前***先進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,但機組設備復雜、機構精密、控制精度高、投資較高(230～260萬歐元)、刀片價格昂貴、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)銅帶軋機大多沒有配置板形儀,板形達不到這樣高的水平。

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)實際,在傳統(tǒng)滾壓法的基礎上開發(fā)研究出的邊部處理新技術。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,達到良好的邊部外形。

3.1 裝置特點

三位一體滾壓法較傳統(tǒng)輥壓法有較大的改進,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,實現(xiàn)邊部圓滑過渡,同時解決了在滾壓過程中出現(xiàn)的小量寬展,帶材寬度精確。設備簡單、結(jié)構合理、簡便操作、便于維護;處理速度快,可以達到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到01006mm以下,邊部為圓角邊;而刮削法可以達到010001mm以下,邊部形狀為直角邊、圓角邊,甚至可以達到圓邊。

四、國內(nèi)帶材邊部處理技術的發(fā)展狀況

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投資力度的加大,干式變壓器面臨著重大的發(fā)展機遇,由此帶動變壓器帶材消費的快速增長。據(jù)有關部門統(tǒng)計,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)搶占市場的關鍵,應受到足夠的重視。

邊部去毛刺及形狀處理技術是一項尖端技術,國際上每年都要召開該項技術的研討會。由于國外對該技術的嚴密封鎖,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,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。該技術處于國際先進、國內(nèi)***水平,填補了國內(nèi)空白,并已申請了***。目前,中鋁洛銅正在對其進行自動化方面的改進,改進后的裝置控制精度更高,操作更簡便、直觀。

隨著變壓器帶的應用領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