[发明专利]一种双金属铁路贯通地线及其短流程生产方法

说明书

一种双金属铁路贯通地线及其短流程生产方法，属于双金属层状复合材料及制备技术领域。本发明以纯铜绞线为芯材和黄铜为包覆层材料，采用综合应用反向凝固原理和热冷组合铸型连铸原理的连铸复合成形工艺，实现在高导电性纯铜绞线外表面连续包覆高耐蚀性黄铜合金层，制备黄铜包覆纯铜绞线双金属复合线材，根据需要可后续轧制或/和拉拔加工、成品退火等工序，生产包覆层无缝、组织致密、表面质量高、复合界面达到冶金结合的黄铜包覆纯铜绞线双金属复合铁路贯通地线。本发明的贯通地线包覆层无焊缝、导电性能和耐腐蚀性能好、使用寿命长，有利于提高铁路运行安全性和稳定性；本发明的方法具有生产超长规格产品、工艺流程短、成本低等优点。

技术领域

本发明属于双金属层状复合材料及制备技术领域，涉及一种超长高性能双金属铁路贯通地线及其短流程生产方法。

背景技术

铁路贯通地线是一种用于铁路全线机电设备统一接地的电缆，可使铁路沿线电气系统各个工作点的接地电位基本保持一致，确保设备接地安全可靠，消除由于不同设备之间的电位差所引起的信号干扰和安全隐患，是保障铁路行车安全，实现列车高速、重载、通信智能化的关键材料。

贯通地线由导电性能优异的纯铜绞线作为芯材，由具有良好导电与耐腐蚀性能的材料作为外层保护套(以下称为包覆层)材料，是一种包覆型复合导线。我国早期使用的铅包覆层贯通地线因其对环境的污染作用，已被国家明令禁止使用。随后相继开发出环保型的铝合金包覆层贯通地线和导电塑料包覆层贯通地线[见：魏大章，曹大力，环保型铁路贯通地线的研制，电线电缆，2007，No.3，p.10～12]。但是，铝合金包覆层贯通地线产品的强度和耐腐蚀性能不能满足应用要求，导电塑料包覆层贯通地线因其包覆层容易开裂、过电流老化或燃烧、过电流后导体发热使塑料包覆层导电性能下降等问题，导致接地系统存在严重的安全隐患，均已被停止使用。黄铜合金(如H65、H70、HAl77-2等)具有较高的强度、良好的导电性能和耐土壤腐蚀性能(优于铝、铁、锌等)，成为贯通地线较理想的包覆层材料。黄铜合金包覆层贯通地线是目前我国铁路领域普遍使用的贯通地线[见：杨宝根，黑广杰，李俊霞，铁路综合贯通地线的结构改进，电线电缆，2016，No.6，p.8～11]。

但是，黄铜包覆层贯通地线主要采用“连续包覆焊接-拉拔-退火-酸洗”工艺生产，主要存在四个问题：(1)需要预先制备黄铜带，工艺流程长，总工序数达15～20个，生产成本较高；(2)黄铜带和复合贯通地线生产过程中均需要软化退火和酸洗工序，能耗大，环境负荷重；(3)生产的贯通地线黄铜包覆层内壁与纯铜绞线外表面的结合为局部机械接触方式，在施工和使用过程中易因受力变形而产生界面缝隙，对产品的力学性能、导电性能、使用寿命和安全性能带来不利影响；(4)由于产品采用连续包覆焊接法生产，包覆层不可避免的存在焊缝，长期深埋土壤中容易引起焊缝区域腐蚀，影响产品的使用寿命，且存在安全隐患。

根据国家铁路局的有关要求，为了保障铁路行车安全，拟于2018年实行的铁道行业标准《铁路贯通地线》，规定贯通地线包覆外套应采用环保型合金材料，并应整体无缝紧密包覆在绞合导体外。因此，铜合金无缝包覆的贯通地线是铁路贯通地线发展的必然趋势和将来大规模应用的铁路接地材料。为此，国内一些电缆生产企业开始采用套管拉拔法生产黄铜无缝包覆贯通地线，即以黄铜管和纯铜绞线为原料，首先将纯铜绞线穿入黄铜管中，采用拉拔加工使黄铜管紧密贴合在纯铜绞线外表面并达到所需的产品尺寸，然后进行软化退火和酸洗处理生产贯通地线。该方法存在的问题有：(1)需要预先制备小规格的黄铜管，工艺流程长，工序达到10个以上，生产成本较高；(2)生产超长规格贯通地线的难度大、成材率低；(3)黄铜管和复合贯通地线生产过程中需要退火和酸洗工序，能耗大，环境负荷重；(4)产品的包覆层与芯绞线之间为机械结合，施工和使用过程中因受力变形而致界面产生缝隙，对产品的力学性能、导电性能、使用寿命和安全性能带来不利影响。由于上述原因，目前套管拉拔法尚未实现铜合金无缝包覆层贯通地线的工业规模生产。