Úprava drátů a výroba pásů v kabelové technice

Tento článek je zaměřen na technologie, které v kabelovnách slouží k úpravě vodičů. V první části budou vysvětleny metody tažení drátů a povrchové úpravy, které se na vodičích provádějí. V druhé části se podíváme zblízka na metody výroby pásů, které slouží zejména pro přenosy velkých výkonů.

Úprava drátů v kabelovně

Na začátku výroby v kabelovně se setkáváme s Cu a Al dráty velkého průměru, z nichž je třeba získat dráty požadovaných průměrů, které jsou mnohdy i výrazně tenčí.

Při tomto procesu nazývaném tažení drátů je potřeba, aby povrch vstupního drátu byl zcela bez poruch (trhlin, vměstků, šupin apod.) a nebyl okysličen. Je-li vrstva kysličníku přítomná, je třeba ji odstranit mořením.

Moření, mající význam zejména u mědi, se provádí v lázni zředěné kyseliny sírové při zvýšené teplotě (60 až 80o °C) po dobu 20 až 30 min. Hliníkový drát se před tažením mořit nemusí. Vstupní dráty vyrobené způsobem kontinuálního lití a následného tváření (viz předcházející články o mědi a hliníku) jsou kvalitní, bez poruch a jejich povrch je pasivován a mořit se tudíž nemusí.

Tažení drátů

Jedná se o proces tváření za studena, při němž se zmenšuje průměr drátu a zvětšuje se jeho délka. Drát je protahován tažecími průvlaky tahem, který vyvozují tažecí kotouče. Proces tažení probíhá za mokra v prostředí tažecí emulze. Ta odvádí vznikající teplo a zajišťuje hladký a lesklý povrch drátu.

Tažecí stroje

Má-li drát po průchodu tažecím průvlakem menší průřez, musí mít větší délku. Z toho plyne základní požadavek: odtahová rychlost každého následujícího kotouče musí být větší než kotouče předcházejícího. Tento imperativ se řeší dvěma základními způsoby:

• Všechny tažecí kotouče mají stejný průměr ale různé otáčky (nejčastější případ)
• Tažecí kotouče mají různé průměry, zato stejné otáčky

Síla potřebná k protahování drátů tažecími kalibry se získává třením mezi vodičem a pláštěm kotouče. Obvodová rychlost tažecího kotouče je tedy větší než rychlost drátu. Vzniklý skluz nesmí být příliš velký (nad 40 %), neboť vývin tepla by byl nadměrný, ovšem ani příliš malý (pod 2 %), což by vedlo k nebezpečí přetržení drátu.

Průvlaky pro tažení drátu

Materiálem, z něhož jsou tyto důležité nástroje vyrobené, mohou být:

• spékaný karbid
• přírodní diamant
• polykrystalický diamant

Kvalita získaného drátu je dána hlavně geometrií a hladkostí povrchu tažného kužele a kalibračního válce.

Žíhání drátů

Při změně tvaru za studena mění měď svou krystalickou strukturu a tím i fyzikální vlastnosti. Drát tvrdne, zpevňuje se, ale výrazně klesá jeho tažnost. Proto je třeba ho vyžíhat, tzn. zahřát na rekrystalizační teplotu a ochladit. Tím drát získá své původní vlastnosti (měkkost, tažnost, ohebnost) a je tak dobře použitelný v dalších operacích.

Žíhání se provádí obvykle hned po tažení tím způsobem, že drát z posledního tažného kotouče je přímo zaveden do žíhací sekce výrobní linky. Průběžně a nejsnáze lze drát zahřívat průchodem proudu, jak je znázorněno na následujícím obrázku.

Proud se přivádí kontaktními kladkami 1 až 4. Při použití trojfázového zdroje mohou vzniknout tři následující ohřívací sekce:

• 1. předehřívání … mezi kladkami 1 – 2
• 2. předehřívání … mezi kladkami 2 – 3
• hlavní ohřev … mezi kladkami 3 – 4.

V poslední sekci probíhá drát atmosférou, která ho chrání před oxidací. Za kladkou 4 vstupuje drát, běžící rychlostí až 25 m/s, do trubky naplněné chladicí vodou, načež je osušován proudem stlačeného vzduchu.

Žíhání Al drátů

Hliníkové dráty se většinou nežíhají a používají se ve stavu poněkud tvrdším, který získaly tažením. Pokud je výhradně požadován měkký stav Al jádra, zařazuje se samostatná operace – stacionární žíhání v žíhacích kotlích.

Cínování Cu drátů

Je-li vyžadována tenká Sn vrstva na povrchu Cu vodiče, pak je to z následujících důvodů:

• chránit Cu před korozním účinkem síry v pryžových směsích
• chránit Cu drát před účinkem působení znečištěné atmosféry
• pro usnadnění pájení vodičů.

Tloušťka cínové vrstvy bývá 2 až 15 mm. Získává se buď ponořením vodiče za tepla do cínové lázně nebo elektrolyticky. Při cínování za tepla prochází drát lázní cínové pájky, jejíž teplota dosahuje 320 až 420 °C. Na
konci lázně prochází vodič stíracím průvlakem. Cínování za tepla, je-li uplatňováno, následuje po tažení a žíhání drátu.

Elektrolytické cínování je vždy samostatnou výrobní operací. Drát prochází elektrolytickou vanou a tvoří katodu, anodou je cínová deska. Nanášení cínu lze přesně regulovat velikostí proudu v závislosti na rychlosti odtahování. Před vlastním cínováním projde drát procesem odmašťování a moření.

Výroba pásů

Pojmem pás se míní vodivé jádro izolovaných vodičů s obdélníkovým profilem a zaoblenými hranami. Vyrábí se z hliníkového nebo měděného drátu odpovídajícího průřezu válcováním.

Válcování pásů za studena

Drát o průřezu Sn-1 vstupuje mezi dva horizontální válce (válcování duo) a je těmito válci uchopen na délce ls. Tím je vtahován mezi válce, kde dochází k přeměně kruhového tvaru na obdélníkový.

Následuje průchod mezi vertikálními válci a opět mezi válci horizontálními.

Je-li potřeba získat pás s větším poměrem šířky k tloušťce (např. 5) je nutné zařadit do tandemu více stolic. Při pěti stolicích jsou 1. 3. a 5. stolice horizontální a 2. a 4. je vertikální. Dochází tedy k střídavému přetváření kovu na plocho a z boků. Rychlost válcování se pohybuje okolo 5 m/s.

Žíhání pásů

Po dosažení žádaného obdélníkového tvaru je nutné Cu a Al pásy vyžíhat. K tomu procesu slouží žíhací a chladící kotle. Do nich se vkládají vodiče navinuté na železných cívkách. V žíhacím kotli se nejdříve odsaje vzduch, poté se napustí dusík a započne ohřev. Po ohřevu následuje vodní sprcha.

Výroba Al pásů metodou Conform

Jde o neobvyklý způsob tváření kovu za tepla a týká se hlavně Al pásů a sektorových jader. Princip výroby je zachycen na následujícím obrázku.

Al drát vstupuje do drážky 2 lisovacího kola 1, přičemž rozměr drážky je přizpůsoben průměru drátu. Ve čtyřhranné drážce otáčejícího se kola je drát uchopen pomocí tření s ploškami a-b-c a je unášen ve směru pohybu kola. Na plošce d mezi drátem a třecími deskami 4 – 5 – 6, které jsou upevněny v nosné podkově 10, vzniká třecí odpor a tím teplo. Drát je ohříván. Drát unášený kolem je na úseku „a“ postupně pěchován, stoupá jeho teplota, která v oblasti úhlu b dosahuje až 450o °C.

Tím je umožněno tváření materiálu za tepla. Materiál je ploškami a-b-c unášen tak dlouho, až narazí na opěrnou desku 7, která utěsňuje drážku kola. V tomto místě mění kov směr svého toku a vstupuje do otvoru tvrdokovového lisovacího nástroje – průvlaku. Za ním je intenzivně ochlazován vodou a odváděn k navíjecímu zařízení. Podle otvoru lisovacího nástroje mohou vycházet vodiče obdélníkového, sektorového nebo kruhového průřezu.

Všechny vodiče vyrobené tímto způsobem jsou v rekrystalovaném stavu a není třeba je žíhat. Také povrch vodičů je hladký a natolik čistý, že další čištění již není nutné.

Zdroj: ČVUT FEL
Zdroj úvodní fotografie: Transportkabel DIXI