铜合金接触线拉拔过程常见质量问题浅析

[摘 要]铜合金接触线在拉拔过程中所出现的起皮、裂纹、断裂等生产质量问题，对拉拔效率和拉拔产品质量产生很大的影响。随着铁路网的全面建设，为保证铁路网的安全稳定，满足复杂多变的环境因素，对铜合金接触线的产品性能有了更高的要求。对拉拔过程中常见的质量问题进行分析，有利于找到主要原因并采取有效防范措施，进一步提高产品品质量和生产效率。

[关键词]铜合金；断线；措施

中图分类号：U225.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0326-02

铜合金接触线是指电气化铁道架空接触网中与机车受电弓滑板相接触并传输电流的导线。随着全国铁路网的全面建设，铜合金接触线的消耗量也越来越大，为保证铁路网的安全稳定，提高接触线的使用周期，以及应对各种复杂多变的环境因素，对铜合金接触线的产品性能有了更高的要求。

铜合金接触线在生产过程中出现的毛刺、起皮、裂纹等质量缺陷，在后续拉拔过程中缺陷进一步放大，最终可能导致铜合金接触线的断裂。断裂质量问题会大大降低生产效率，特别是在多道拉拔的巨拉机上，使主机操作工的工作量进一步加大。

因此对铜合金接触线出现的质量问题进行分析、论证，确定具体原因，采取有效的预防措施，是提高生产效率和产品质量的关键。

一、质量隐患及分析

1.断线

断线在铜合金接触线拉拔过程中，是比较常见且具有代表性的质量隐患。而断线从断口形状分类可以分为夹杂断线、空心断线、颈缩断线。

1.1 夹杂断线

夹杂断线主要是由于铜合金接触线内部存在夹杂物，使接触线有效截面减小，进一步使其抗拉强度降低，从而造成拉断，如图1所示。夹杂物来源于上引工序，主要成分为石墨鳞片、金属氧化物或二者混合物。杆材出现石墨磷片或金属氧化物夹杂与取样、清渣的操作方法有关，在上引过程中石墨磷片完全覆盖于铜液表面，上引模具浸入液面以下，其深度远远深于石墨鳞片厚度，故不存在磷片太厚而导致夹杂一说，在取样、清渣时若操作方法不符合要求，则石墨磷片或金属氧化物可能被压入铜液，并随着铜液进入上引模具中，从而形成铜合金接触线夹杂。

因此，减小铜合金接触线夹杂断线机率的措施为：

（1）将原材料电解铜板进行打磨，去除表面氧化物；做好隔氧操作，避免铜液与空气直接接触，形成氧化物；

（2）取样、清渣时应严格按照操作规程进行操作：取样时先将表层石墨鳞片拨开一个小孔，再将取样工具插入铜液；清渣应迅速并及时回填覆盖石墨鳞片，同时注意操作不可过深。

1.2 空心断线

空心断线主要是由于上引连铸工序中铜液自上而下结晶，结晶前沿析出的氢气无法逸出，从而聚集形成气孔，如图2所示。

当使用未经煅烧或煅烧质量不好的木炭作为铜液覆盖剂时，或木炭覆盖厚度不够时，铜液从潮湿的木炭或空气中吸收氢气、氧气和水蒸气（水蒸气在铜液附近企划分解为氢气和氧气）。由于氢气在铜液中的溶解度很高，且随着铜液温度的升高，氢气在铜液中的溶解度急剧上升，在结晶过程中随着铜液温度的降低，氢气又从铜液中大量析出，使铜杆形成气孔；同时析出的氢气又可还原氧化亚铜生成水蒸气，在铜杆中形成气孔。

根据以上分析可以看出，上引杆内部形成气孔主要源于水蒸气、氢气、氧气等因素。因此，减少铜合金接触线空心拉断重点在于上引工序，可采取以下措施：

（1）使用合格的经过煅烧的木炭作为铜液覆盖剂，并在铜液上覆盖要求厚度并保持均匀；

（2）在上引过程中要做好定时“排氧”，控制铜液中的氧含量，同时使铜液温度保持在适宜的范围之内，以保证铜液中氢含量维持在较低水平，进而减少上引杆气孔的产生。

1.3 硬拉断断线

硬拉断断线即在非正常机械性能条件下导致铜合金接触线断裂，断口形状为颈缩状或称之为尖锥状如图3所示。

造成硬拉断的原因来源于多方面，主要包括：

（1）铜合金接触线拉拔模具口有铜屑堵塞或模具定径区拉毛，使其摩擦阻力加大，从而造成拉断；

（2）铜合金接触线在拉拔过程中冷却效果不佳，在干摩擦的条件下产生局部高温，使其强度降低塑形增加导致拉断；

（3）铜合金接触线生产设备的气压不稳定，在大张力的作用下，跳舞轮通过设备反馈调节向下运动，由于反馈调节存在一定反馈时间，故在向下运动不及时的情况下造成机械拉断。

（4）铜合金接触线在巨拉机鼓轮上发生扭转或因鼓轮倾斜角度过小形成“爬线”现象，从而导致机械性硬拉断。

（5）铜合金接触线各道模具减面率与鼓轮转动速比不相配导致硬拉断。

避免发生硬拉断可采取以下措施：

（1）制定详细的点检制度，，排除可能出现的质量隐患；

（2）使用内部光洁度较好的模具，做好模具保养工作；

（3）定期对设备进行生产调试，不足的地方进行合理化改造，以确保生产稳定和产品质量。

2.起皮

起皮是指铜合金接触线在拉拔过程中，接触线表面出现异常鱼鳞片状凸起，或呈线状尖锐凸起，如图4所示：

起皮的原因来源于多方面，主要包括：

（1）在挤压工序有部分溢料带入，在挤压杆上呈线性不连续点状分布，在巨拉多道拉拔过程中，这些微小的位于杆材浅表层的溢料便会逐渐显现出来；

（2）上引杆表层存在杂质或配比金属在表层发生金属偏析，在挤压工序钢刷压下深度不够或钢刷刷不均匀，在巨拉工序拉拔过程中将这些微小缺陷不断放大，形成起皮；

（3）在巨拉工序铜合金接触线杆材本身或在拉拔过程中可能存在擦伤，在后续拉拔中表现为起皮现象。

针对起皮现象应在生产过程中规范操作，合理安装铜刷并及时更换，加强点检与生产监测。

3.裂纹

铜合金接触线裂纹大多出现在头部段长，裂纹方向垂直于接触线轴向方向如图5所示：

裂纹出现的原因主要来自上引工序，上引头部引杆时铜液与空气中的水蒸气、氢气、氧气接触，在结晶器冷却结晶的过程中，氢从过饱和的铜液之中析出，并在晶界处聚集形成疏松，若析出的氢较多则演变为气孔，故在巨拉工序经过放大表现为裂纹，特别是在鼓轮上绕圈时，接触线顶部承受拉应力，进一步加剧裂纹的产生。

针对铜合金接触线裂纹可采取如下措施：

（1）在上引工序严格按照操作规程进行清渣、排氧操作，保证石墨鳞片隔离层厚度适宜均匀；

（2）上引杆头部极易吸氧，对质量不稳定头部段长予以剪除。

4.夹铁

夹铁是指铜合金接触线表层夹杂点状铁碎屑的现象，如图6所示：

夹铁原因来自多方面，主要包括：

（1）挤压轮使用寿命到达极限发生掉铁；

（2）挤压轮设计尺寸及自身质量不达标；

（3）挤压机顶部压紧轮不在中心位置，生产过程中与挤压轮发生接触，发生掉铁；

上引工序有铁质工具意外落入熔化炉发生夹铁。

针对夹铁现象可采取如下措施：

（1）详细记录挤压轮使用寿命并及时更换；

（2）做好挤压轮维护保养工作；

（3）加强点检制度，及时消除生产隐患；

（4）上引工序严格遵守操作规程，铁质工具等使用后放置原位。

二、结束语

铜合金接触线在拉拔过程中发生断线、起皮、裂纹等质量问题的因素较多，不同因素产生的断头形状不尽相同，断头反映出生产过程中的变化状态及质量信息。故在生产过程中应及时发现异常状况，收集断头并通过有效手段对断头进行分析，确定形成原因并采取有效措施，从而提高生产效率和产品质量。

参考文献

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