金属线材生产过程中断线之解析

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摘要：金属线材过程中造成生产效率降低的主要原因是线体断裂造成的重复穿浪费时间、精力而造成生产效率降低。笔者从造成铜丝断裂的现象、原因进行解析，针对每种断线应采取的对策进行了分析，以助于金属线材加工企业对解决生产过程中的线材断裂现象造成的生产效率降低现象。

关键词：线材；断裂；焊缝；改善措施

中图分类号：TG359 文献标识码：A 文章编号：1673-8500（2012）11-0091-01

金属线材的拉伸是指线坯在一定的拉力作用下，通过模孔发生塑性变形，使截面减小、长度增加的一种压力加工方法。影响金属线材拉伸生产效率的因素很多，以上所列各项因素大部分是一些不可控因素，但在实际生产过程中线材断裂是造成生产效率降低，工作负荷量增加的重要因素，笔者认为导致线材断裂的原因及解决措施通常有以下几种：

一、杯锥状断裂

杯锥状断裂是指线材断口的一端呈杯状，另一端呈尖锥状，而锥尖总是指向拉伸方向。断裂初始阶段的锥体表面有一很深、很大、很长的凹坑，这是由微气孔聚集所造成的，这表明拉力相对较大。圆形凹坑的一端全部指向一个方向――断裂端空心孔，这意味着该断裂部分已经收缩。断裂截面外部的剪切边缘环绕锥体，并与线材轴线成45°角，其高度由断裂处的截面收缩率所决定。

防止杯锥状断裂的改善对策有两种：一是改良线材，降低变形区的流体静压力，这是因为变形程度过高或过低都会促使杯锥状断裂的形成。另一是采用角度较小及截面收缩率较大的拉线模，也可以减少杯锥状断裂的发生。

二、三角口引起的断线

三角口是指线材表面的尖角状裂缝。三角口的v形并不总是很明显，随着变形程度及模孔形状的变化，v形往往变成了圆形。在常规的线材生产中，线材表面氧化物高度集中是引起三角口的原因。由于铸锭表面空气冷凝停止所引起的氧的聚集，根据冷凝表面的分布情况以及铸造、冷凝及轧制过程，线材或多或少要受三角口的影响。

第一种改善对策，就是对配模及模孔形状进行检测与修正。在拉制铜线时，根据线材的直径不同，线模的锥角为16°～20°，而定径区长度为模孔直径的0.2～0.3倍。还有在线模出口处设一导向装置，这样，便使线材与线模同心，从而避免了线材的振动。

第二种改善对策，提高效果，控制黏附―滑动性能，因为黏附―滑动将会造成局部应力剧烈增加。在线材全部遭到破坏之前，仔细观察每一生产阶段的线材表面质量，这对于识别三角口标志是极为重要的。

三、杂质引起的断线

杂质通常嵌入断裂面，线材的截面收缩是随杂质的直径与位置而定。但在裂面找不到杂质的主体部分。

积聚外来杂质的断裂面，显示它具有表面粗糙的气孔特性。在电子扫描显微镜下可以看到这种显微裂缝，这是在线模工作区变形期间，由各种拉制及其他物流所产生的杂质形成的。一定的材料缺陷可明显引起线材尺寸缩小，但是与截面相比，杂质颗粒显得微乎其微。由单个或多个相互联系的杂质颗粒造成的结构损伤，引起了断线。杂质断线情况下，断口直径取决于杂质的种类、大小及分布情况，并与线径、材料的机械性能、杂质在线材中的位置及变形参数有关。

避免杂质断线的重要措施是，改进工序控制，加强生产管理。拆除熔炉或放液槽中已松动的耐火材料，或用浮选法分离溶液中的一定成分。由于绝大多数杂质都黏附在线材表面，故对线材表面进行机械修整可以在一定程度上避免断线。

四、毛刺引起的断线

毛刺断裂是指折痕所引起的断裂，它类似于表面裂缝。裂缝几乎与线材圆周平行，在大多数情况下表现为表面氧化物，这是在先前热轧时材料氧化所形成的。这种截面收缩引起的断裂与缩径断裂相似。在一般情况下，由于在轧制中形成是未还原铜氧化层的缘故，毛刺脱离了主体。在进一步变形过程中，氧化物阻碍了毛刺与线材的连接，因而导致脆裂。脆裂的一端引起杂质脱落，形成的孔眼在拉线时变细，直到线材断裂。

毛刺断裂可能是由铸锭表面缺陷、折痕以及表面裂缝所引起的；另一个重要的原因是铸锭有缺陷，由于冷却太慢而形成柱状晶，柱状晶在第一道次轧制时引起裂缝，而在继续轧制时又被压合。

毛刺断线是可以避免的，欲使铸锭无毛刺和表面裂缝，线材上不黏附杂质与外来物，应调整轧机上的导线装置，检查异常磨损现象，更换已损的导向机构。对于造成毛刺断裂原因之一的柱状晶，要根据显微照片加以证实。

五、焊缝所引起的断线

从外表形象来看，焊缝断裂很像一张鱼嘴。这通常与脆性有关，断裂表面显的粗糙，呈粒状，焊接不佳的突出标志就是空隙很大，在拉线过程中因接头不牢而断线。

焊缝断裂的原因是相关设备有缺陷，如已损坏的剪切机对焊接接头剪切不当；焊丝燃烧不完全；焊接压力与焊接电流调节不当，因而引起热性能不佳。当在焊接过程中没有将剩余气体排除时，焊缝内部便存在足够的氧，在冷凝时氧气就进入焊缝，并在焊件内部形成气孔。

对焊接设备的调整应考虑到线径，并对设备功能及网络电压进行控制，电压将会引起焊接不良。如果采用以上措施无效，则应检查铜线接口是否含氧量过高或者分布不均。然后提高焊接电流或焊接压力，使焊接接头牢固可靠。

六、总结

笔者对金属线材在拉制过程中的断裂原因进行了解析，并针对每个导致断裂的原因提出了相应的改善对策，以期对金属拉制生产企业生产过程中断裂现象做到及时有效的改善，经提高生产效率，减轻生产作业人员的工作负荷度。另外，造成断裂的原因还有其他复杂因素复杂，需要进行进一步研究分析。

参考文献：

[1]《裸电线工艺学》.电器工业职业研究会.电线电缆分会1994.12

[2]谢起林主编，黄豪士主审.《拉线工艺学》.机械工艺职业技能鉴定指导中心2001.12

[3]刘召见主编.《铜铝杆生产工艺学》.机械工艺职业技能鉴定指导中心2001.12

[4]《裸线及裸线的生产.第五册》.上海电缆研究所信息中心

作者简介：章继名（1979年）合肥工业大学项目管理专业在职研究生，铜陵长江铜业有限公司总经理助理，技术中心主任。