導(dǎo)語：產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝配套分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:文章通過對(duì)剛性防火電纜生產(chǎn)方式與使用需求的分析，設(shè)計(jì)生產(chǎn)專用于剛性防火電纜護(hù)套用銅帶產(chǎn)品所需的產(chǎn)品特性，以及與之相配套的生產(chǎn)工藝。

關(guān)鍵詞:剛性防火電纜;護(hù)套;銅及銅合金帶材;產(chǎn)品設(shè)計(jì);工藝配套

防火電纜是對(duì)具備防火性能電線電纜的總稱。常見的防火電纜中，礦物絕緣電纜(MineralInsulatedCable)簡(jiǎn)稱MI電纜，作為配線使用時(shí)，國內(nèi)習(xí)慣稱作礦物質(zhì)電纜或剛性防火電纜。GB/T13033－2007《額定電壓750V及以下礦物絕緣電纜及終端》為我國關(guān)于礦物絕緣電纜的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)線芯和護(hù)套電壓的不同將礦物絕緣電纜分為輕型BTTQ(500V)和重型BTTZ(750V)兩個(gè)系列。典型的剛性防火電纜采用高導(dǎo)電率的實(shí)心銅芯導(dǎo)線作導(dǎo)體，高度壓縮的粉末狀氧化鎂作絕緣，銅及銅合金帶材焊接銅管作護(hù)套制作而成。因其優(yōu)異的防火能力及產(chǎn)品特性，在保障火災(zāi)情況下消防水泵、消防電梯、重要負(fù)荷、應(yīng)急疏散指示、以及防、排煙系統(tǒng)等重要消防設(shè)備用電場(chǎng)合尤為適用，可充分滿足火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)消防救援的需要，能夠?yàn)榫用竦陌踩吞由峁└帽Ｕ?。?jù)國家有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，在火災(zāi)起因中由于電氣線路引起的火災(zāi)占50%以上。隨著國內(nèi)生活水平的提升與全員安全意識(shí)的增加，在全社會(huì)消防防護(hù)等級(jí)需求逐步提升的當(dāng)前，剛性防火電纜使用市場(chǎng)需求呈激增態(tài)勢(shì)，而配套剛性防火電纜護(hù)套生產(chǎn)所需的銅及銅合金帶材，僅在GB/T13033－2007中籠統(tǒng)描述為普通退火銅或銅合金材料。在目前國內(nèi)銅及銅合金產(chǎn)品市場(chǎng)中，尚無面向剛性防火電纜護(hù)套用銅帶的專用品種，而常規(guī)銅及銅合金帶材產(chǎn)品無法完整契合剛性防火電纜從生產(chǎn)到使用的總體需求，專用配套銅帶產(chǎn)品亟待針對(duì)性的設(shè)計(jì)開發(fā)。

1剛性防火電纜護(hù)套用銅帶的性能需求分析

材料的結(jié)構(gòu)決定性能，性能決定其最終的用途。根據(jù)具體產(chǎn)品的用途，通?？蓪⑴涮撞牧系男阅芊譃闈M足使用性需求的性能(即滿足生產(chǎn)產(chǎn)品過程的需求)，以及滿足功能性需求的性能(即實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品具體功能過程的需求)兩大類。按照這一思路，針對(duì)性設(shè)計(jì)滿足剛性防火電纜護(hù)套用銅帶產(chǎn)品應(yīng)具備下列性能。1．1使用性需求。目前國內(nèi)最普遍采用的剛性防火電纜生產(chǎn)方式為銅帶縱包氬弧焊接連續(xù)軋制在線退火生產(chǎn)。主要流程為導(dǎo)體與銅帶放卷、縱包銅帶并連續(xù)氬弧焊焊接、鎂粉垂直灌裝、多道軋制、在線退火等。其原理是將銅帶豎直縱包焊接，利用氧化鎂粉比重大的特性實(shí)現(xiàn)氧化鎂粉豎直灌裝到焊接成型的銅管中，然后利用多道軋制將銅管內(nèi)的氧化鎂粉軋實(shí)，以便固定導(dǎo)體線芯不偏移。進(jìn)一步水平軋制定徑，將電纜外經(jīng)軋制到標(biāo)準(zhǔn)尺寸;最后經(jīng)過退火、冷卻、烘干等裝置收卷成纜。根據(jù)這一生產(chǎn)方式，可提煉配套專用于剛性防火電纜護(hù)套用銅及銅合金帶材產(chǎn)品應(yīng)具備的性能包括:1)適應(yīng)生產(chǎn)線開卷/收卷能力最大化的單位重量，避免生產(chǎn)過程頻繁更換帶卷;2)適應(yīng)產(chǎn)品縱包生產(chǎn)的尺寸精度與分切精度，及整體范圍內(nèi)的精度穩(wěn)定性;3)適應(yīng)產(chǎn)品連續(xù)氬弧焊焊接的焊接能力，避免焊接質(zhì)量不良或焊接不連續(xù);4)適應(yīng)產(chǎn)品多道軋制的產(chǎn)品塑性成形能力，避免軋制過程開裂斷纜分卷。1．2功能性需求。剛性防火電纜具備操作溫度高、耐火、防爆、防水、防潮、壽命長(zhǎng)、機(jī)械強(qiáng)度高、載流量大、接地性好、電磁屏蔽性能優(yōu)異、防動(dòng)物啃咬等一系列產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也存在可靠性差，礦物絕緣層容易吸濕、不耐水，電纜長(zhǎng)度固定，無法按客戶需要定制比較長(zhǎng)的電纜，鋪設(shè)工藝復(fù)雜，需要做專門連接頭，整體一致性要求高，零星漏焊等異常造成整根電纜失效等劣勢(shì)。從揚(yáng)長(zhǎng)避短的角度出發(fā)，可提煉配套專用于剛性防火電纜護(hù)套用銅及銅合金帶材產(chǎn)品應(yīng)具備的性能包括:1)適應(yīng)產(chǎn)品高操作溫度、耐火需求下的高熔點(diǎn);2)適應(yīng)產(chǎn)品接地需求下的導(dǎo)電能力;3)適應(yīng)產(chǎn)品長(zhǎng)度定制需求下最大化的單位重量;4)適應(yīng)大長(zhǎng)度連續(xù)產(chǎn)出需求下的整體均勻性及穩(wěn)定性。

2剛性防火電纜護(hù)套用銅帶產(chǎn)品設(shè)計(jì)

在GB/T13033－2007《額定電壓750V及以下礦物絕緣電纜及終端》中，僅籠統(tǒng)描述為普通退火銅或銅合金材料。結(jié)合對(duì)剛性防火電纜護(hù)套用銅帶的性能需求分析，在常規(guī)銅及銅合金帶材產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)剛性防火電纜護(hù)套專用銅帶技術(shù)指標(biāo)。2．1產(chǎn)品規(guī)格選擇。根據(jù)剛性防火電纜的導(dǎo)體標(biāo)稱截面積以及具體芯數(shù)，GB/T13033－2007中對(duì)成型后剛性防火電纜的護(hù)套厚度有明確指標(biāo)要求。結(jié)合各剛性防火電纜生產(chǎn)企業(yè)自身具體生產(chǎn)過程軋制道次參數(shù)的設(shè)計(jì)，護(hù)套專用銅帶的產(chǎn)品規(guī)格集中在厚度0．8mm～2．0mm，寬度按照電纜直徑倍尺的區(qū)間。2．2產(chǎn)品尺寸精度設(shè)計(jì)。在護(hù)套專用銅帶的尺寸精度設(shè)計(jì)上，需保障縱包成型焊縫尺寸的精確穩(wěn)定，以獲取穩(wěn)定均勻的焊縫及成型精度。其厚度、寬度、毛刺、側(cè)彎指標(biāo)在滿足GB/T17793－2010《加工銅及銅合金板帶材外形尺寸及允許偏差》高精級(jí)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)應(yīng)管控整卷范圍內(nèi)波動(dòng)區(qū)間的穩(wěn)定一致。如厚度公差精度滿足±0.015mm標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，其波動(dòng)范圍應(yīng)控制±0．005mm以內(nèi)。同時(shí)，為保障繞包焊接成型過程的順利實(shí)施，產(chǎn)品寬度公差精度應(yīng)按技術(shù)指標(biāo)上限－0.15mm區(qū)間保障。2．3產(chǎn)品形狀外觀設(shè)計(jì)。根據(jù)剛性防火電纜大長(zhǎng)度定制生產(chǎn)，以減少鋪設(shè)接頭的需求，在護(hù)套專用銅帶的形狀外觀設(shè)計(jì)上，產(chǎn)品內(nèi)徑/外徑選擇應(yīng)與剛性防火電纜生產(chǎn)線開卷/收卷能力相適應(yīng)，其成品帶材單位重量應(yīng)≥12kg/mm，以此滿足當(dāng)前國內(nèi)以建筑高度100m為防火等級(jí)分界線條件下剛性防火電纜的長(zhǎng)度需求。2．4產(chǎn)品表面狀態(tài)設(shè)計(jì)。銅帶縱包氬弧焊接連續(xù)軋制在線退火生產(chǎn)方式的核心管控點(diǎn)是氬弧焊的連續(xù)穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。除護(hù)套專用銅帶材質(zhì)、尺寸精度的影響外，最核心的就是護(hù)套專用銅帶的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。在保障表面無氣孔、分層的基礎(chǔ)要求外，核心需保障表面清潔、無油污，產(chǎn)品表面殘油量經(jīng)脫脂清洗后需控制≤10mg/m2•面。2．5產(chǎn)品化學(xué)成分設(shè)計(jì)與牌號(hào)選擇。根據(jù)剛性防火電纜高熔點(diǎn)、高導(dǎo)電能力、高成分純度及成分均勻性需求，在護(hù)套專用銅帶化學(xué)成分設(shè)計(jì)上宜以高純無雜、無氧或低氧，或僅含有改善焊接效果的磷元素的銅及銅合金牌號(hào)為目標(biāo)，如牌號(hào)TU1/T2/TP2。其中優(yōu)選加磷除氧的TP2牌號(hào)，該牌號(hào)具備最優(yōu)的成分穩(wěn)定性與焊接穩(wěn)定性。2．6產(chǎn)品力學(xué)性能設(shè)計(jì)與狀態(tài)選擇。根據(jù)剛性防火電纜縱包焊接多道次軋制的加工需求，在護(hù)套專用銅帶的力學(xué)性能設(shè)計(jì)上應(yīng)在滿足產(chǎn)品縱包過程成型精確的基礎(chǔ)上，為焊接成管后的多道次軋制預(yù)留塑性加工能力。根據(jù)不同規(guī)格防火電纜各自的軋制道次需求，力學(xué)性能應(yīng)總體設(shè)計(jì)在H02～H04狀態(tài)之間取值，其中優(yōu)選H02狀態(tài)以保障護(hù)套成型精確。

3剛性防火電纜護(hù)套用銅帶工藝配套

為保障剛性防火電纜護(hù)套用銅帶最終逐一實(shí)現(xiàn)上述產(chǎn)品特性，在常規(guī)銅及銅合金帶材產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，還需重點(diǎn)實(shí)施下列配套工藝。3．1供坯工藝配套。當(dāng)前國內(nèi)TU1/T2/TP2牌號(hào)銅帶供坯工藝主要包括立式半連鑄+熱軋方案、水平連鑄方案及擠壓供坯方案三種。三種方案均可滿足形狀外觀與尺寸精度的需求，但相較于水平連鑄方案產(chǎn)出錠坯易分層、疏松的特性，及擠壓供坯方案產(chǎn)出鑄坯尺寸規(guī)格不靈活的特性，立式半連鑄+熱軋方案經(jīng)由高溫大加功率產(chǎn)出的鑄錠能夠有效避免分層、疏松，且規(guī)格品種齊全，配置靈活，宜作為護(hù)套專用銅帶的優(yōu)選供坯工藝。當(dāng)然，立式半連鑄+熱軋方案也存在因設(shè)備投資大、占地多、工序繁雜而帶來的產(chǎn)品成本劣勢(shì)。3．2熱處理工藝配套。為保障護(hù)套專用銅帶在整卷范圍內(nèi)的性能準(zhǔn)確、均一，在熱處理工藝配套上，尤其是成品退火環(huán)節(jié)，宜優(yōu)選展開式連續(xù)退火方案。部分護(hù)套專用銅帶因規(guī)格過大(≥1．5mm)無法實(shí)現(xiàn)展開式連續(xù)退火方案時(shí)，應(yīng)采取風(fēng)機(jī)變頻控制的高精度鐘罩式退火爐實(shí)施退火作業(yè)，保障罩式爐爐內(nèi)控溫精度≤±5℃。3．3表面清洗工藝配套。表面清洗工藝直接影響著護(hù)套專用銅帶的可焊性與焊接穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)護(hù)套專用銅帶產(chǎn)品表面殘油量≤10mg/㎡•面，且銅帶表面無殘留銅粉、臟污等異物，需在控制冷軋工序表面殘油量≤200mg/㎡•面的基礎(chǔ)上，對(duì)表面清洗工序的脫脂環(huán)節(jié)配備預(yù)脫脂、脫脂、熱水沖淋的系統(tǒng)脫脂工藝，并實(shí)施產(chǎn)品表面拋光。特別的，需在銅帶最終烘干前對(duì)帶材實(shí)施由新鮮水噴淋的表面清理工序。3．4精密分切工藝配套。傳統(tǒng)的分切工藝不可避免會(huì)在裁切端面產(chǎn)生毛刺，對(duì)護(hù)套專用銅帶產(chǎn)品而言，毛刺的存在將導(dǎo)致連續(xù)氬弧焊過程電弧不穩(wěn)，甚至漏焊。盡管通過邊部處理能在一定程度上緩解毛刺的影響，但風(fēng)險(xiǎn)依然存在。對(duì)應(yīng)護(hù)套專用銅帶的裁切工藝應(yīng)采取直接裁切為矩形端面，以無毛刺為目標(biāo)的裁切方案。具體裁切工藝宜在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，按照零側(cè)隙、負(fù)刀縫及斷壓方式配套實(shí)施。3．5成套生產(chǎn)工藝流程。綜合上述工藝配套，剛性防火電纜護(hù)套用銅帶的生產(chǎn)工藝流程為:備料→加料→熔煉→立式半連鑄→鋸切→步進(jìn)爐加熱→熱軋→離線銑面→粗軋→粗裁定尺→罩式爐退火→清洗機(jī)列清洗→中精軋機(jī)冷軋→罩式爐退火→清洗機(jī)列清洗→中精軋機(jī)冷軋→罩式爐退火→清洗機(jī)列清洗→精密分切→包裝→稱重→入庫→發(fā)貨出庫。

4結(jié)束語

緊貼剛性防火電纜護(hù)套的功能需求，立足于常規(guī)銅帶產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程與工藝參數(shù)，在不增加銅帶生產(chǎn)設(shè)備投入與操作難度的基礎(chǔ)上，通過生產(chǎn)工藝流程的優(yōu)選，工藝參數(shù)的調(diào)配，以及核心技術(shù)指標(biāo)的對(duì)應(yīng)，針對(duì)性產(chǎn)出的護(hù)套專用銅帶產(chǎn)品，無論在滿足電纜功能性還是匹配電纜生產(chǎn)上，均完全符合市場(chǎng)需求，且大幅降低了因護(hù)套質(zhì)量異常造成的電纜生產(chǎn)過程的報(bào)廢浪費(fèi)。我公司按上述產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝配套所生產(chǎn)的剛性防火電纜護(hù)套用銅帶產(chǎn)品，自2019年下半年投產(chǎn)至今，在得到市場(chǎng)客戶充分認(rèn)可的情況下，已向國內(nèi)眾多知名防火電纜生產(chǎn)企業(yè)成功銷售近萬噸產(chǎn)品，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，證明該護(hù)套專用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與工藝配套成熟可靠。在當(dāng)前國內(nèi)外銅及銅合金產(chǎn)品升級(jí)大力推行高純化、合金化的過程中，充分研究市場(chǎng)客戶使用端的應(yīng)用需求，圍繞具體產(chǎn)品的需求實(shí)施設(shè)計(jì)，以個(gè)性化及微創(chuàng)新打造適應(yīng)個(gè)性化需求的定制功能性產(chǎn)品，推動(dòng)產(chǎn)品升級(jí)，培育企業(yè)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的核心競(jìng)爭(zhēng)力，同樣不失為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品升級(jí)目標(biāo)的途徑之一。

作者:劉建 新志凌 胡勇 單位:安徽楚江科技新材料股份有限公司