銅鋁復(fù)合排銅層體積比的重要說明

根據(jù)標準要求，正規(guī)的銅包鋁母線其銅層體積比應(yīng)為20%。不過目前市面上所能購買到的銅包鋁母線，按體積比卻分為10%、15%、20%、25%、30%五種。

就10%和15%兩種而言，其不但是非標產(chǎn)品，而且因銅層太薄，導(dǎo)致其載流量大幅降低!其中15%銅層體積的銅包鋁母線，其載流量只有純銅排的63%左右，而10%的，可想而知更為低下。

那么為何標準會設(shè)計銅層體積比為20%?

專家們通過實驗發(fā)現(xiàn)，15%的配比，在材料成本上大約能節(jié)約4000~5000元，但是其載流量大幅降低至純銅排的63%左右，而25%的配比，其載流量大約在純銅排的88%左右，相比20%的配比，載流量提高不明顯，但是材料成本卻要大幅提高。因此，20%的配比被專家定為標準的參數(shù)指標。

所以企業(yè)在采購銅包鋁母線時，需要根據(jù)自身產(chǎn)品特點，結(jié)合實際情況進行選購，切忌因價格因素，采用體積比不達標的銅包鋁母線，以免造成事故隱患。

上述三種銅包鋁母線的制作工藝各有各的特點，并無絕對的好與壞，而是有著各自的局限性。

包覆焊法的主要優(yōu)點是能夠進行連續(xù)地生產(chǎn)，但是由于其工藝的局限性(無法制造大規(guī)格的銅包鋁母線)，目前主要用于制造銅包鋁線。此工藝代表廠家為南方欣達(目前已停止生產(chǎn)銅包鋁排，重心轉(zhuǎn)移至銅包鋁線)。

水平連軋連鑄法是由原先的澆鑄法改進而來。澆鑄法最先由蘇州華銅與北京科技大學(xué)共同研究而來。其原理是通過向銅管中澆入鋁水達到固液結(jié)合從而提升剪切強度。但是此方法因工藝復(fù)雜，導(dǎo)致在澆入鋁水時會帶入空氣產(chǎn)生空鼓現(xiàn)象造成質(zhì)量不穩(wěn)定，成品率不高。最終蘇州華銅改用了套管法制造銅包鋁母線。

與此同時，煙臺孚信達雙金屬與北京科技大學(xué)展開合作在澆鑄法的基礎(chǔ)上進行改進，從而獲得了目前的水平連軋連鑄法。此方法的最大特點是能夠進行連續(xù)生產(chǎn)，大大降低了制造成本，而且成品的銅鋁界面剪切強度高，通常能夠達到50MPa~55MPa，產(chǎn)品通過了銅包鋁母線3C認證。通常窄邊銅層偏厚，寬邊銅層偏薄。 具體可參考右圖。

最后一類為套管法。此制造方法目前的代表廠家主要有安徽英菲尼復(fù)合材料與蘇州華銅復(fù)合材料兩家公司。這兩家公司也是目前行業(yè)內(nèi)僅有的通過銅包鋁母線3C認證的企業(yè)。究其原因主要是因為套管法相對成熟的工藝，質(zhì)量也比較穩(wěn)定。

相比水平連軋連鑄法，套管法制造的銅包鋁母線銅鋁界面剪切強度要低一些，通常在43MPa~48MPa之間，但是就標準的35MPa而言，也已經(jīng)是大幅超過了。另外，套管法因使用的原材料是定制的銅管鋁棒，所以其可生產(chǎn)近百種規(guī)格，并無大小的局限性。而且其成品的銅鋁界面十分均勻，規(guī)格尺寸比較精準。而套管法的主要缺點在于無法連續(xù)生產(chǎn)，從而人工成本上升導(dǎo)致生產(chǎn)成本偏高。

綜上所述，銅包鋁母線制造行業(yè)，目前還未有十分完美的生產(chǎn)制造工藝。而現(xiàn)有的這些工藝，各自有各自的特點，并無十分明顯的好壞，在選擇銅包鋁母線的時候，并不用過分關(guān)注使用何種工藝制造，應(yīng)將著重點放在標準要求的硬性技術(shù)指標之上。只要檢測數(shù)據(jù)符合標準，實驗沖孔不分層、折彎不開裂，那便可放心使用。

1、密度小，重量輕。銅包鋁排比重只有純銅排的44%，可有效降低材料成本，物流費用也更低廉。

2、電氣性能良好，載流量為純銅排的86%。

3、以鋁節(jié)銅，是節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品。

4、具有良好的抗拉強度，可彎曲性和延伸率。

5、表面與純銅排無異，強度足，抗氧化，耐腐蝕。

銅包鋁母線目前常見的制造工藝主要有三種:

1、套管法

2、水平連軋連鑄法

3、包覆焊法

銅包鋁母線的銅層與鋁芯應(yīng)緊密地形成冶金結(jié)合，銅鋁之間無縫隙。GB/T30586-2014 中4.7條款規(guī)定銅鋁界面結(jié)合的剪切強度應(yīng)不小于40MPa。

銅包鋁母線的密度為3.94g/cm，其允許偏差為±3.2%。

全圓邊形的截面積計算公式:

S=ab-0.214a

圓角形的截面積計算公式:

S=ab-0.858r

銅包鋁母線的同層厚度應(yīng)均勻，允許偏差為銅層平均厚度的±10%。

銅包鋁母線的銅層體積比為銅層的截面積與通報鋁母線的總截面積之比的百分數(shù)。

銅層體積比為20%，允許范圍為18%~22%。

銅包鋁母線的銅層材質(zhì)應(yīng)符合GB/T 5231的規(guī)定，含銅量不小于99.90%。鋁芯的材質(zhì)應(yīng)符合GB/T 1196的規(guī)定，含鋁量不小于99.70%。

TBLM - 類別代號 - 標稱尺寸

示例:

銅包鋁母線(全圓邊形)軟態(tài)時，窄邊a為10mm、寬邊b為100mm的表示方法:

TBLM - QR - 10 x 100

按銅包鋁母線的截面形狀分為全圓邊形和圓角形兩種。

銅包鋁母線的截面形狀如右圖所示，內(nèi)芯為鋁、外層為銅。母線的窄邊為a，寬邊為b，全圓邊形的圓邊半徑為R，圓角形的圓角半徑為r。

按銅包鋁母線的硬度狀態(tài)分為軟態(tài)(R)和硬態(tài)(Y)兩種。

銅包鋁母線(Copper-clad aluminum bus bars)

根據(jù)銅和鋁的特性，采用特定的工藝使銅、鋁兩種金屬的界面之間相互融合或擴散，形成緊密的冶金結(jié)合，成為雙金屬的復(fù)合導(dǎo)體，作為輸變電設(shè)備中的載流導(dǎo)體。也成為銅包鋁排或銅鋁復(fù)合排。

銅鋁復(fù)合排(也叫銅包鋁排)

銅鋁復(fù)合排是一種以鋁為基體，外層包覆銅。按其制造工藝可分為:包覆焊接法是國內(nèi)、外制備銅包鋁線的方法，國內(nèi)有些企業(yè)用此種工藝來制作銅包鋁排，這種方法是采用平、立輥同芯壓制，將銅帶同心的包覆在鋁排上，然后對縱縫進行氬弧焊接，再經(jīng)過拉伸、退火。軋制壓接法將經(jīng)過清洗處理的銅帶從上、下兩寬面壓接在鋁板上，利用軋輥施加壓力將銅帶和鋁板壓接在一起，然后矯形或做進一步處理后退火。靜液擠壓法，模鑄連軋直接成形法，由華銅公司研發(fā)的模鑄連軋直接成形工藝銅和鋁是固液結(jié)合，通過特殊的工藝處理形成良好的復(fù)合層。復(fù)合層由被鋁熔解的銅層和銅、鋁相互大面積擴散形成，真正實現(xiàn)了冶金結(jié)合。這種方法比固相結(jié)合復(fù)合層厚，結(jié)合強度高。將清洗后的鋁棒穿入清洗后的銅管內(nèi)制成復(fù)合坯料，放入靜液擠壓機，利用高靜水壓力和大加工變形率作用，實現(xiàn)銅、鋁之間的冶金結(jié)合。鋁芯與銅管，對鋁芯外面和銅管內(nèi)面進行清除氧化膜，將鋁芯壓入銅管內(nèi)，拉伸或軋制使銅管與鋁芯間固相結(jié)合，拉成所需外形尺寸，使他們之間形成永久性原子間擴散結(jié)合的雙金屬，表面光亮，圓整，無缺陷。它是將銅的高質(zhì)量穩(wěn)定導(dǎo)電性能與鋁的低成本的能源，以較低的接觸電阻，結(jié)合為一體的新型導(dǎo)體材料?？扇嫣娲冦~排，銅占比重的20%，鋁占比重的80%，相同規(guī)格情況下是純銅排的2.5倍長，載流量是純銅排的85%，選擇稍微大一點的規(guī)格可完全達到相同載流量，符合客戶需要的線徑及力學(xué)和電學(xué)性能技術(shù)要求一

體積比:銅20%，鋁80%

質(zhì)量比:銅45%，鋁55%

原材料材質(zhì):T2銅(99.9%)，1070鋁(99.7%)

密度:3.94g/cm

載流量:純銅排的86%

直流電阻率:≤0.02554Ω·mm/m(軟態(tài))，≤0.02606Ω·mm/m(硬態(tài))

延伸率:≥11%(軟態(tài))，≥1.5%(硬態(tài))

抗拉強度:≥90MPa(軟態(tài))，≥110MPa(硬態(tài))

銅鋁之間界面結(jié)合的剪切強度:≥35MPa

開關(guān)柜

控制柜

變壓器

保險開關(guān)

真空開關(guān)

中繼系統(tǒng)

電機控制中心

軌道供電系統(tǒng)

電極校正線圈

電抗器等繞組

鐵路牽引設(shè)備

高中低壓配電柜

發(fā)電機組和變電站

各種銅鋁過渡接頭

高低壓配點柜導(dǎo)電排

高低壓母線、匯流排、觸滑線