（安徽华菱电缆集团有限公司 芜湖 238371）
摘要：综合接地电缆适用于铁路信号轨道电路区段和电气化铁路牵引电流回流地线及等电位体连接。传统制造工艺均采用合金带通过氩弧焊焊接拉拔而成，由于不同土壤环境下腐蚀性能不同，同时氩弧焊焊接工艺使焊缝处质量参差不齐；降低了产品质量可靠性，直接影响铁路运输安全。本文从综合接地电缆护套材料及制造工艺改进两个方面分析了其中的缺点和优势，提升了产品质量，保证了产品的“军品级”品质，提高了电缆的使用寿命。
关键词：无缝铜合金护套；氩弧焊；接地；耐腐蚀。
1 引言
铁路综合接地电缆是铁路综合接地系统的一个重要组成部分，应用广泛。它是将铁路沿线的电力供电系统、信号系统、通信及其它电子信息系统、建筑物、道床、桥梁、站台、隧道、声屏障等需要接地的相关系统通过综合接地电缆连接成一个等电位体，减少各设备和系统间的电位差异及可能造成的人身和设备的安全隐患。同时它也是牵引回流的一个主要回路，主要是进行泄流作用，因此外护套需要导电设计。综合接地电缆一般运用在土壤、桥梁等直埋敷设环境下，由于我国地域辽阔，不同地区不同的土壤环境下，对综合接地电缆的外护套材料的耐腐蚀性能（盐雾腐蚀、通常凝露条件下的二氧化硫腐蚀、金属材料的酸、碱、盐溶液腐蚀）要求高；同时需要外护套的有害物质含量长期使用下对周围环境不会产生有害影响。在制造工艺上，传统通过氩弧焊进行焊接电缆会对焊缝处材料的耐腐蚀性能产生不利影响，同时在长期使用环境中会过早的产生破坏；而综合接地电缆均埋在土壤和轨枕下面，无法进行维护更换或维修，直接影响产品使用寿命。因此护套表面整体无缝且导电性能优越是综合接地电缆提升产品品质的关键；整体无缝工艺制造过程能大大提高电缆产品的使用寿命，提高产品可靠性。我公司通过综合接地电缆金属护套材料分析和制造工艺上的研究开发，有效提高了产品的质量。
2 金属护套材料与护套生产工艺的分析
2.1金属护套材料的分析
综合接地电缆从其电缆用途上需要护套材料具有优越的接地性能，能顺畅的进行牵引回路的泄流，保证整体电力牵引、通信、信号、建筑等系统处于一个等电位体的环境。同时由于综合接地电缆敷设在土壤和轨枕下，一旦运用后不能更换或维修,因此还需要护套材料具有非常好的抗腐蚀和环保性能。
土壤是土粒、水和空气的混合物。土壤是多相结构，含有多种无机和有机物质，这些物质的种类和含量既影响土壤的酸碱性，故土壤是一种腐蚀性电解质，金属在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀。不同地区有不同的土壤结构，对金属材料的腐蚀性能也不尽相同。王锡春等给出了国外某些接地装置中可能出现的金属埋在数十种土壤中进行腐蚀评估试验的平均结果[1]、[2]，详见表1。从表1中可以看出，从平均腐蚀率来看，钢铁和锌的腐蚀速度最快，铜和铅的腐蚀速度很慢，仅为钢铁和锌的1/7；从点蚀速度来看，钢铁的最大点蚀速度达到了1.4mm/a。而铜的最大点蚀速度不到0.2mm/a，为钢铁的1/7。但铅对环境、土壤、水造成污染不符合环保要求；因为铅是一种重金属元素，它可经吸入以及饮水和食物摄入人体，对人的造血系统、神经系统以及肾脏的造成毒害。慢性而长期地吸入铅，可引起一系列生理便理变化。若综合接地电缆采用铅或铅合金材料作为防腐层，不仅在生产制造环节构成污染，更严重的是在贯通地线的敷设沿线造成对土壤和地下水的污染。因此，铜合金材料（H65、H70）经权威部门检测满足行业技术要求[3]中对于护套耐腐蚀和环保性能的要求。
2.2氩弧焊焊接护套生产工艺与无缝管拉拔护套生产工艺的比较分析
氩弧焊焊接护套生产技术是利用惰性气体保护，使其金属在焊接和冷却过程中不至于氧化，利用氩、氦易电离的特性，用以传导热能使焊缝溶合，特别是采用热深透性很强的氦离子弧焊，使一般不能实现的直流焊铜得以实现。但在氩弧焊焊接过程中，因材料或操作工生产技能原因易产生以下风险：
①由于铜合金的高导热性能易致使焊缝处不能快速达到熔化温度。即易产生未熔合焊透的风险。同时因锌的沸点为904℃，在高温极易蒸发。一般，黄铜气焊时锌的蒸发量达25%，电弧焊时达40%，焊缝处微观结构会产生变化。图1为焊缝放大后放大图。
②研究表明，当焊缝含有0.2%以上Cu2O（含氧量约0.02%）或含Pb超过0.03%，含Bi超过0.005%时就会产生热裂纹。铜合金微量元素低熔点共晶物在结晶过程中分布于树间晶或晶界处，其具有明显的热脆性。即易产生焊接热裂纹风险。
③铜合金在焊接过程中，由于焊缝熔化再结晶，有用元素（锌、锡、锰、镍等）的氧化、蒸发、烧损等，使焊缝的性能发生很大的变化，焊接热应力的存在则使焊缝处对环境耐腐蚀性能产生不同程度地下降[4]、[5]。图2为氩弧焊生产工艺成品焊缝腐蚀后图片。
无缝管拉拔护套工艺是通过大长度的无缝铜管通过模具整体拉拔、缩径成形工艺生产技术，是物理加工过程。例如将管径约为Φ30mm、长度约为400米的无缝铜管经过多道模具缩径拉拔成为管径约为Φ12mm、长度约为1100米的综合接地电缆。通过大长度无缝铜管的“开卷-校直-穿管-包覆-退火-钝化”，无因氩弧焊焊接生产过程中存在的风险。但此工艺技术装备投入大、占地广，设备投入约是氩弧焊生产线的4～6倍，而生产速度约是氩弧焊生产线的2～3倍。
3 结论
根据综合接地电缆的用途和安装敷设环境的分析，综合接地电缆的护套材料选用导电性能越、耐腐蚀又具有环保性能要求的铜合金材料。电缆生产工艺过程采用无缝铜管护套生产工艺，尽管投入资金大，但根除了通过氩弧焊焊接生产工艺带来的过程不确定性风险。充分地体现了综合接地电缆产品性能的“军品级”品质，提高了产品的安全可靠性，提升了电缆的使用寿命；给铁路运输安全和国家铁路建设事业的发展提供了强有力的保障。
参考文献：
[1]王锡春，徐小洪 涂装技术[M] 北京：化学工业出版社，1988
[2]周佩朋，王森，李志忠，张波，曾嵘 耐蚀性金属接地材料研究综述[J]《电力建设》，2010（8）：50-54
[3] 中华人民共和国铁道部，铁运（2012）241号，铁道部关于印发《铁路贯通地线暂行技术条件》的通知，2012
[4] 郑玲，金属材料焊接中的主要担缺陷及防止措施研究[J] 《化工与材料》，2013（1）：21-22
[5]刘培兴，刘晓瑭，刘会鼐 铜与铜合金加工手册[J]，北京：化学工业出版社，2008.4
论文作者:徐姚财,杨淑芳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/5
标签：护套论文; 电缆论文; 土壤论文; 材料论文; 性能论文; 拉拔论文; 氩弧焊论文; 《电力设备》2017年第14期论文;