專利名稱：銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連續(xù)線材退火技術(shù)，特別是一種銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火方法及在線退火裝置。
背景技術(shù)：
銅線在國民經(jīng)濟領(lǐng)域中應(yīng)用相當廣闊，特別是電線電纜、電工觸頭等領(lǐng)域中已占有十分重要的位置。其具體應(yīng)用都基于銅有著較好的機械性能、物理性能、較好的耐蝕性等綜合特性，尤其是其導電性優(yōu)異、散熱性好等特點，且較貴金屬成本低廉許多，因而為電子電器工業(yè)領(lǐng)域所青睞。
特別對于直徑或厚度不大于3mm的銅線材，在其加工過程中，雖然材料塑性較好，但中間過程(如冷變形率超過90％時)或成品工序一般都需要進行完全軟化或不同硬態(tài)要求的熱處理。其目的主要有以下幾種1)保證后續(xù)加工塑性變形能力，降低變形抗力；2)控制成品的熱處理狀態(tài)，以確保使用時的物理性能(如導電性)和機械性能(如韌性)。
目前銅線的完全軟化或不同硬度狀態(tài)的要求的退火技術(shù)主要有以下三種方式1、井式或鐘罩式退火，該方式以電阻發(fā)熱元件為熱源，在爐內(nèi)形成熱源、爐襯、銅線之間的熱交換，以對流和輻射傳熱為主對銅線間接加熱，存在熱效率低，通常為30％-45％；由于井式或鐘罩式爐的溫度場上下分布難以保證均勻，還存在退火均勻性差，材料間易粘結(jié)，加熱時間長等缺陷，2、管式(如馬弗管)在線退火，該方式也是以對流和輻射的形式與銅線進行熱交換，熱效率低，通常為30％-45％。
3、采用交流或直流電源的直接電阻加熱在線退火，該方式是指連續(xù)運動的銅線在兩固定的接觸電極間直接施加三相交流電或直流電，利用電流在銅線上產(chǎn)生的焦耳熱效應(yīng)使銅線材達到一定的溫度，從而實現(xiàn)退火目的。如專利號為US5700335的美國專利介紹了一種可在線測量銅線電加熱區(qū)的電壓和電流，并反饋式調(diào)整輸出功率以保證銅線加熱溫度的方案，其采用的就是三相交流電輸入銅線電阻加熱方式對銅線進行退火處理，銅線的電加熱區(qū)段完成退火處理后進入生產(chǎn)線后邊設(shè)置的冷卻裝置冷卻處理。該方式熱效率較高，通常為60％-95％，但是其耗電量大，使生產(chǎn)成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，特別克服采用交流或直流電源的直接電阻加熱在線退火技術(shù)耗電量大、生產(chǎn)成本高的缺陷，本發(fā)明提供一種銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火方法及裝置，以節(jié)省能源，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，避免退火過程中銅線的氧化現(xiàn)象。
本發(fā)明銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火方法，包括以下步驟通過銅線生產(chǎn)線上的開、收卷裝置帶動連續(xù)銅線以一定速度向所述收卷裝置方向傳輸；配置一高能連續(xù)電脈沖電源，該電源連續(xù)不斷地輸出高能電脈沖并通過一對電接觸裝置輸入運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段進行連續(xù)退火，同時通過強制冷卻裝置對所述運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段進行強制冷卻。
上述強制冷卻裝置設(shè)置于運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段周圍，強制冷卻裝置采用水冷方式、或風冷方式、或油冷方式。退火過程中，輸入銅線的加電區(qū)域段的高能連續(xù)脈沖電的工藝參數(shù)可以為脈沖寬度20-200μs，頻率100-3000HZ，電流密度的幅值≥500A/mm2。其中，優(yōu)選高能連續(xù)脈沖電的工藝參數(shù)為脈沖寬度60-100μs，頻率400-1000HZ，電流密度的幅值≥1000A/mm2。
實現(xiàn)上述方法的一種銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火裝置，包括開卷裝置5、收卷裝置6、退火用電源1、設(shè)置于開卷裝置5和收卷裝置6之間的兩個電接觸裝置3、3’，所述開卷、收卷裝置帶動連續(xù)銅線2以一定速度向收卷裝置方向傳輸；退火用電源1為高能連續(xù)電脈沖電源，該高能連續(xù)電脈沖電源的正、負輸出端分別連接兩個電接觸裝置3、3’，通過該兩個電接觸裝置使高能連續(xù)脈沖電流輸入運動的連續(xù)銅線2的加電區(qū)域段2’，在運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段2’周圍設(shè)置強制冷卻裝置4，用于對運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段同時進行強制冷卻。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下有益效果1、采用高能連續(xù)電脈沖電源，能耗低。高能連續(xù)脈沖電其電流密度幅值一般在1000A/mm2以上，而其有效電流密度僅為100-200A/mm2左右，對于直流電或交流電輸入方式，如需達到同樣的退火效果有效電流密度一般至少在600A/mm2左右，可見高能連續(xù)脈沖電較直流電節(jié)電在50％以上，而較交流電更為省電。
2、能夠在降低能耗的同時，降低退火過程中銅線的氧化程度。由于高能連續(xù)脈沖電作用于銅線時，除了產(chǎn)生一定的焦耳熱效應(yīng)外，還會使原子振動能量急劇增加，使再結(jié)晶或回復進程加速，再加上本發(fā)明中在銅線加電區(qū)域段加入強制冷卻措施。例如本發(fā)明實施再結(jié)晶退火時，再結(jié)晶形核率迅速加大，再結(jié)晶速度加快，同時急速冷卻等在加電區(qū)域中反復進行的過程均促使銅再結(jié)晶晶粒細化高速完成。這些有利于銅在一定程度上降低了常規(guī)熱處理技術(shù)的回復或再結(jié)晶所需的溫度，而又達到軟化材料的效果。即高能連續(xù)脈沖電技術(shù)在避免了常規(guī)熱處理技術(shù)因升高溫度所帶來的氧化加劇的現(xiàn)象。
3、本發(fā)明構(gòu)思新穎，生產(chǎn)效率高，能耗低，特別適用于直徑或厚度不大于3mm銅線材(包括線、帶、管材)的連續(xù)完全軟化或不同硬態(tài)要求的熱處理。


圖1為銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火裝置實施例示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火裝置包括開卷裝置5、收卷裝置6、退火用高能連續(xù)電脈沖電源1、設(shè)置于開卷裝置5和收卷裝置6之間強制冷卻裝置4以及一對電接觸裝置3、3’。開、收卷裝置可以是原有銅線生產(chǎn)線的一部分，連續(xù)的銅線2由開、收卷裝置支撐并張緊，它們帶有的張力調(diào)整機構(gòu)保證銅線運動過程的穩(wěn)定性，開、收卷裝置旋轉(zhuǎn)能帶動連續(xù)銅線2以一定速度向所述收卷裝置方向(圖1箭頭方向)連續(xù)傳輸，連續(xù)銅線的傳輸速度可為0-1200mpm，傳輸速度由變頻器和力矩電機調(diào)整控制(圖中未畫出)，在0-1200mpm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
高能連續(xù)電脈沖電源1能連續(xù)不斷地輸出高能電脈沖，它的正、負輸出端分別連接兩個電接觸裝置3、3’，通過兩個電接觸裝置使高能連續(xù)脈沖電流輸入運動的連續(xù)銅線2的加電區(qū)域段2’，連續(xù)運動的銅線在加電區(qū)域段2’的前后需分別通過導向輪9、9’導入和導出。在運動的連續(xù)銅線2的加電區(qū)域段2’周圍設(shè)置強制冷卻裝置4，對運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段2’同時進行強制冷卻處理，以保證銅線表面光潔，消除銅線表面氧化現(xiàn)象。強制冷卻裝置可為水冷裝置、或風冷裝置、或油冷裝置等。冷卻裝置4可包括冷卻槽41，冷卻槽41內(nèi)通以循環(huán)冷卻介質(zhì)43，42、44分別為循環(huán)冷卻介質(zhì)的進口和出口。冷卻方式可以是銅線的加電區(qū)域段2’浸入冷卻介質(zhì)中，也可以是高壓霧化噴淋銅線的加電區(qū)域段2’，也可以是強風強制對流散熱。
高能連續(xù)電脈沖電源1的功率為5000w，它輸出脈沖寬度為20-200μs，輸出脈沖頻率為100-3000HZ。
兩個電接觸裝置3、3’是兩個采用銅覆鎳層制成的直徑為160mm的導電輪，導電輪外周與銅線接觸處設(shè)置用于容納銅線的槽，以保證與導線接觸良好，減小接觸電阻，兩導電輪之間的距離在500-1500mm范圍內(nèi)可調(diào)，使用時根據(jù)所需的退火速度調(diào)整，速度越快，兩導電輪之間的距離應(yīng)加長。導電輪直徑根據(jù)線材直徑確定，線徑越小，導電輪的直徑也變小。導電輪也可以采用銅-石墨、或黃銅等導電性較好且耐磨材料制成。
也可以用銅覆鎳層、銅-石墨、或黃銅等材料制成的上、下電極壓塊作為電接觸裝置，同樣在上、下電極壓塊與銅線接觸處設(shè)置用于容納銅線的槽，以保證與導線接觸良好，減小接觸電阻。
采用圖1裝置實現(xiàn)銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火工藝過程如下通過圖1所示開、收卷裝置帶動連續(xù)銅線2以一定速度向所述收卷裝置方向傳輸，連續(xù)銅線的傳輸速度根據(jù)需要可在0-1200mpm范圍內(nèi)調(diào)整；將高能連續(xù)電脈沖電源的高能連續(xù)脈沖電流通過一對電接觸裝置輸入運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段2’進行退火，同時通過設(shè)置于運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段2’周圍強制冷卻裝置對所述運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段2’進行強制冷卻。強制冷卻裝置采用水冷方式、或風冷方式、或油冷方式等。
退火時輸入運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段的高能連續(xù)脈沖電的工藝參數(shù)為脈沖寬度20-200μs，頻率100-3000HZ，電流密度的幅值≥500A/mm2。優(yōu)選高能連續(xù)脈沖電的工藝參數(shù)為脈沖寬度60-100μs，頻率400-1000HZ，電流密度的幅值≥1000A/mm2。
對于具體不同直徑、不同冷加工變形量、不同退火硬度要求的銅線，輸入的高能連續(xù)脈沖電的工藝參數(shù)的原則是1、按集膚效應(yīng)公式δ＝(π*μ*f/ρ)-1/2，其中μ、ρ、f分別為磁導率、電阻率、頻率，δ為電流滲入的厚度。即銅線直徑越小，相應(yīng)輸入的高能連續(xù)脈沖頻率可增大；2、冷加工變形量越大，相應(yīng)輸入的高能連續(xù)脈沖寬度或電流密度幅值應(yīng)提高才能達到軟化效果；3、退火后硬度要求越軟，相應(yīng)輸入的電流密度幅值應(yīng)提高至一定臨界值后才能達到。
下面為采用本發(fā)明銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火方法及裝置對銅線退火處理的兩個實施例實施例1冷加工后的銅線直徑為0.60mm，需在線退火至完全軟態(tài)。
參照圖1，連續(xù)的銅線2由開、收卷裝置帶動按箭頭方向以速度100mpm傳輸，高能連續(xù)電脈沖電源1的正、負極則分別從銅覆鎳層制成的導電輪3、3’(導電輪直徑為160mm，加電段距離500mm)接入運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段2’進行退火，連續(xù)運動的銅線在加電區(qū)域段2’的前后需分別通過導向輪9、9’導入和導出，同時采用水封式冷卻裝置4對上述加電區(qū)域段2’進行冷卻處理，循環(huán)冷卻介質(zhì)為水，通過進口42泵入已冷卻的水，而通過出口44不斷排出因退火過程而加熱的水。輸入的高能連續(xù)脈沖電的脈沖寬度60μs，頻率為600Hz，電流密度幅值為1100A/mm2。
退火前后銅線性能比較退火前銅線的抗拉強度為430MPa，延伸率為0.8％，電阻率1.82μΩ.cm；經(jīng)高能連續(xù)電脈沖在線退火后測得銅線的抗拉強度為235MPa，延伸率≥32％，電阻率1.71μΩ.cm，表面光亮，即達到了完全退火的目的。
實施例2冷加工后的銅線直徑為0.60mm，需在線退火至半硬態(tài)。
參照圖1，連續(xù)的銅線2由開、收卷裝置帶動按箭頭方向以速度100mpm傳輸，高能連續(xù)電脈沖電源1的正負極則分別從銅覆鎳層制成的導電輪3、3’(導電輪直徑為160mm，加電段距離500mm)接入運動的銅連續(xù)線的加電區(qū)域段2’進行在線退火，連續(xù)運動的銅線在加電區(qū)域段2’的前后需分別通過導向輪9、9’導入和導出，同時采用強制水冷卻裝置4對上述加電區(qū)域段2’進行冷卻處理。此時輸入的高能連續(xù)脈沖電的脈沖寬度60μs，頻率為400Hz，電流密度為1500A/mm2。
退火前后銅線性能比較退火前銅線的抗拉強度為400MPa，延伸率為0.8％，電阻率1.82μΩ.cm；經(jīng)高能連續(xù)電脈沖在線退火后測得銅線的抗拉強度為350MPa，延伸率約為6％，電阻率1.80μΩ.cm，表面光亮，即達到了半硬態(tài)退火的目的。
權(quán)利要求
1.一種銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火方法，其特征是包括以下步驟通過銅線生產(chǎn)線上的開、收卷裝置帶動連續(xù)銅線以一定速度向所述收卷裝置方向傳輸；配置一高能連續(xù)電脈沖電源，該電源連續(xù)不斷地輸出高能電脈沖，并通過一對電接觸裝置輸入運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段進行連續(xù)退火，同時通過強制冷卻裝置對所述運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段進行強制冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火方法，其特征是所述強制冷卻裝置設(shè)置于運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段周圍，強制冷卻裝置采用水冷方式、或風冷方式、或油冷方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火方法，其特征是退火時輸入運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段的高能連續(xù)脈沖電的工藝參數(shù)為脈沖寬度20-200μs，頻率100-3000HZ，電流密度的幅值≥500A/mm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火方法，其特征是所述高能連續(xù)脈沖電的工藝參數(shù)為脈沖寬度60-100μs，頻率400-1000HZ，電流密度的幅值≥1000A/mm2。
5.銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火裝置，包括開卷裝置(5)、收卷裝置(6)、退火用電源(1)、設(shè)置于開卷裝置(5)和收卷裝置(6)之間的兩個電接觸裝置(3、3’)，所述開卷、收卷裝置帶動連續(xù)銅線(2)以一定速度向收卷裝置方向傳輸；其特征是其中，退火用電源(1)為高能連續(xù)電脈沖電源，所述高能連續(xù)電脈沖電源的正、負輸出端分別連接兩個電接觸裝置(3、3’)，通過所述兩個電接觸裝置使高能連續(xù)脈沖電流輸入運動的連續(xù)銅線(2)的加電區(qū)域段(2’)；在運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段(2’)周圍設(shè)置強制冷卻裝置(4)，用于對運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段同時進行強制冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火裝置，其特征是所述強制冷卻裝置(4)為水冷裝置、或風冷裝置、或油冷裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火裝置，其特征是所述電接觸裝置(3、3’)為兩個導電輪，導電輪外周與銅線接觸處設(shè)置用于容納銅線的槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火裝置，其特征是所述電接觸裝置(3、3’)均包括上、下電極壓塊，上、下電極壓塊與銅線接觸處設(shè)置用于容納銅線的槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火裝置，其特征是所述兩個電接觸裝置(3、3’)之間的距離為500-1500mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火裝置，其特征是所述高能連續(xù)電脈沖電源輸出脈沖寬度為20-200μs，輸出脈沖頻率為100-3000HZ。
全文摘要
本發(fā)明涉及銅線的高能連續(xù)電脈沖在線退火方法及裝置，它包括如下步驟通過銅線生產(chǎn)線上的開、收卷裝置帶動連續(xù)銅線以一定速度向所述收卷裝置方向傳輸；配置一高能連續(xù)電脈沖電源，該電源連續(xù)不斷地輸出高能電脈沖并通過一對電接觸裝置輸入運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段進行在線退火，同時通過強制冷卻裝置對所述運動的連續(xù)銅線的加電區(qū)域段進行強制冷卻。其采用高能連續(xù)脈沖電對運動的連續(xù)銅線進行退火處理，能耗低，生產(chǎn)效率高，避免了退火過程中銅線的氧化現(xiàn)象，特別適用于直徑或厚度不大于3mm銅線材的連續(xù)完全軟化或不同硬態(tài)要求的熱處理。
文檔編號C21D1/34GK1618993SQ200410052600
公開日2005年5月25日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者唐國翌, 徐卓輝, 田紹權(quán) 申請人:清華大學深圳研究生院