钢芯铝绞线拉断力测试试样端头的制备工艺

2022-11-22代礼斌杨章程宋晶晶郑朝清邱仕佳史可峰

理化检验(物理分册) 2022年10期

代礼斌, 杨章程, 宋晶晶, 郑朝清, 邱仕佳, 邓雄, 史可峰

(重庆市计量质量检测研究院, 重庆 401121)

钢芯铝绞线由钢线和铝线同心绞制而成，其结构以钢线为中心，相邻层绞向相反，最外层绞向为“右向”[1-4],具有较高的额定拉断力和良好的导电性能[5-7]，被广泛应用于架空输电线路中[8]。目前，钢芯铝绞线执行GB/T 1179—2017 《圆线同心绞架空导线》，该标准对导线拉断力测试有明确规定，导线试样的两端应制备适当的端头，仲裁试验时，应采用低熔点合金或者环氧树脂浇铸端头进行测试。GB/T 8358—2014 《钢丝绳实际破断拉力测试方法》中介绍了钢丝绳实际拉断力测试方法，包括合金浇铸法、树脂浇铸法、套管压制法、直接夹持法等，但均没有对如何制备端头进行明确的规定或说明。在拉断力测试过程中，端头的质量将直接影响拉断力测试能否成功，因此需要对钢芯铝绞线拉断力测试试样端头的制作工艺进行深入研究。

GB/T 1179—2017中规定，测试期间导线的拉断力按当绞线的一根或多根单线发生断裂时的负载来确定。如果单线的断裂发生在距离端头1 cm以内，并且此时拉断力小于规定的拉断力要求时，可重新测试，最多可测试3次；反之，如果单线断裂发生在距离端头1 cm以外或距离端头1 cm以内，且拉断力大于规定的拉断力要求时，拉断力测试成功，可间接判断端头质量达到要求，说明端头制备工艺可行。笔者研究了不同模具端头成型工艺对拉断力测试的影响。

1 测试材料与测试方法

1.1 测试材料

试验用的材料有钢芯铝绞线、旧模具(见图1)、新模具(见图2)、植筋胶、环氧树脂等；钢芯铝绞线型号为JL/G1A 400/35，额定拉断力为103.7 kN。新模具与旧模具的主要区别为：① 新模具纵向长度比旧模具增加一倍；② 新模具成型端头的锥度较低；③ 新模具集模具与拉伸夹具于一体，旧模具仅用于成型；④ 新模具具有钢线锚固装置，旧模具无锚固装置。

图1 旧模具宏观形貌

图2 新模具宏观形貌

1.2 测试方法

在长度为15 m的钢芯铝绞线两端，分别用不同的工艺制备端头，工艺如表1 所示；钢芯铝绞线端头相应的测试编号如表2 所示。

表1 端头制备工艺

表2 钢芯铝绞线端头相应的测试编号

钢芯铝绞线端头制备步骤为：① 在钢芯铝绞线预留长度末端进行标记，用专用捆带捆紧；② 将钢芯铝绞线一端预留出制作端头的部分铝线、钢线散开，放入模具，按表1的要求进行填充或锚固；③ 将制作好的端头安装到卧式拉力试验机上并进行拉断力测试，以检验端头的质量。

1#工艺采用旧模具与植筋胶成型，将钢芯铝绞线一端预留出端头的部分用螺栓卡子紧固，将端头的铝线和钢线散开，中心钢线散开后反弯放入模具(见图3)，铝线沿原绞制方向散开，将钢线散开，钢线超出模具的部分弯曲固置于模具内，再利用注胶枪从最低处开始，由低到高进行注胶，直到填满模具，待胶凝固后脱模。

图3 1#工艺制备端头过程

2#工艺采用新模具与植筋胶成型，将钢芯铝绞线一端预留出端头的部分用螺栓卡子紧固，将端头的铝线散开放入模具，钢线不散开直接置入锚固装置，合模后拧紧螺栓(见图4)，利用注胶枪从最低处开始，由低到高进行注胶，直到填满模具，待胶凝固后不脱模。

3#工艺与4#工艺均采用新模具与环氧树脂成型，3#工艺是将钢芯铝绞线的铝线和钢线均散开并放入模具，然后注入环氧树脂；4#工艺是将钢芯铝绞线的铝线散开，钢线锚固在模具上后，合模注入环氧树脂，待环氧树脂凝固。3#和4#工艺制备端头过程如图5所示。

图4 2#工艺制备端头过程

图5 3#和4#工艺制备端头过程

2 测试结果与分析

图6为测试A的过程，钢芯铝绞线两端按1#工艺制作端头，拆模后装入试验机夹具，调整试验机的位置再逐步加力进行拉伸，直到钢芯铝绞线断裂。由图6可知：钢芯铝绞线的铝线从夹具钳口处断裂(距离端头1 cm以内)。断裂时最大拉断力为80.66 kN，钢线仍嵌入在端头内，再继续施力进行拉伸，钢线从端头中滑出，钢线未断裂，反弯的钢线从端头中滑出且仍呈现出反弯形状。

图6 测试A的过程

图7为测试B的过程，钢芯铝绞线的两端分别按2#，4#工艺制作端头，并将其安装在试验机上，调整试验机位置再逐步加力，直到钢芯铝绞线断裂，断裂时的最大拉断力为89.43 kN。从图7可以看出，钢芯铝绞线断裂于2#工艺制备端头钳口处(距离端头1 cm以内)。铝线断裂，断续施加拉力，钢线从端头中滑出，将夹具拆下后发现，夹具中的锚具没有将钢芯锚紧，拉伸时钢芯从锚具中滑出。4#工艺端头处钢芯铝绞线未断裂。

图7 测试B的过程

图8 测试C的过程

图8为测试C的过程，钢芯铝绞线的两端分别按3#，4#工艺制作端头，并将其安装在试验机上，调整试验机位置再逐步加力，直到钢芯铝绞线断裂，断裂时最大拉断力为105.82 kN。从图8中可以看出，钢芯铝绞线断裂于3#工艺端头钳口处。铝线断裂，断续施加拉力，钢线从端头中滑出，其中一根钢线断裂。4#工艺端头处钢芯铝绞线未断裂。

GB/T 1179—2017中规定：测试期间导线的拉断力按照绞线的一根或多根单线发生断裂时的负载来确定，如果单线的断裂发生在距离端头1 cm以内，并且拉断力小于规定的拉断力要求时，可重新测试；相反，如果断裂发生在距离端头1 cm以内，并且拉断力大于规定的拉断力要求时，测试合格。以上的理论分析与实际测试结果均表明，在绞线的拉断力测试时，断裂位置均为端头处，所以端头的质量对绞线的拉断力有直接影响。

对比测试A，B，C可以看出：1#，2#，3#工艺制备端头的铝线均断裂在端头处，钢线均滑出端头，4#工艺制备端头的铝线未断裂。

对比测试A和B可以看出：旧模具较短，绞线锚入模具内的长度短，在进行拉伸时，铝线断裂并从钢线滑出，测出的最大拉断力为80.66，89.43 kN，与绞线的规定拉断力相差较远，绞线拉断力试验结果未达到规定要求；模具中的填充材料植筋胶与环氧树脂相比，植筋胶是双组分胶，价格昂贵，双组分拌合不均匀影响端头固化，环氧树脂流动性差影响钢线或铝线与植筋胶的有效接触，最终影响钢线或铝线的握力；环氧树脂流动性好，价格低，易固化成型，因此环氧树脂具有更好的适用性和经济性。

测试C采用3#工艺和4#工艺，其主要区别是3#工艺未锚固钢线，4#工艺已锚固钢线，测试结果表明：3#工艺端头铝线断裂，钢线滑出端头，其主要原因是铝线与环氧树脂的握力大于铝线的拉断力，钢线与环氧树脂的握力小于钢线的拉断力；当绞线两端同时施加拉力时，铝线和钢线开始产生相同的变形，直到铝线和钢线开始产生不同的变形时，铝线与钢线之间产生相对滑移，内部的钢线在环氧树脂中滑动，铝线被锚固于环氧树脂中，钢线发生的变形小，铝线发生的变形大，最终导致铝线先发生断裂。4#工艺制备端头的钢线锚固在夹具上，施加的拉力逐渐增加时，钢线与铝线同时变形直到3#工艺端头断裂，断裂时的拉断力为105.82 kN，大于规定拉断力，达到规定要求，因此4#工艺是最佳的端头制备工艺。