電工用銅線坯對漆包線耐壓性能影響

胡延波，余 琪，楊國富，羅波濤，張婷香，羅至勇，李昌青

（江西銅業加工事業部，江西 南昌 330096）

1 引言

漆包線是最基礎的電工材料之一，主要制造方法包括連拉連包和單涂覆兩種（暨高速連拉連包漆包機和低速多頭漆包機兩種漆包設備制造漆包線的生產工藝）［1］，目前漆包線制造業主要采用高速連拉連包生產工藝，其采用“銅桿→拉絲→清洗→退火→絕緣漆涂敷→烘烤→冷卻吹干→在線檢測→潤滑→成卷收線”的生產工藝，生產流程長。漆包線被廣泛應用于高鐵、飛機、輪船、發電機及冰箱、空調等產品上，利用法拉第電磁感應定律，在磁場里切割磁力線，實現電能及動能的互相轉化，因此，漆包線漆膜的絕緣能力直接影響到下游產品的質量和使用安全［2-3］。近年來隨著高質量的發展及激烈的市場競爭，漆包線使用廠家除了表面、尺寸、耐刮、回彈角、剝離扭絞等性能外，對漆包線的耐壓提出了更高的要求。

目前，國內多家漆包線生產企業為電機廠家提供的漆包線，易出現耐壓不良的質量問題。經查閱，國內外學者對漆包線進行了大量而深入的研究。余琪［4］等指出銅桿的晶粒組織、次表層質量、扭轉后表面質量、銅粉量影響漆包線的漆瘤。王湄［5］認為漆包線外觀缺陷主要表現為粒子、黑斑和表面顏色不均勻。余琪［6］等提出了連拉連包生產線拉拔加工率對漆包線生產、能耗、漆瘤等影響進行了深入研究。龍香林［7］等研究了漆包線線硬的原因以及應對措施。但是對漆包線耐壓技術方面的研究較少，其工藝技術尚無合適的資料可以參考借鑒。因此，對漆包線進行耐壓實驗，分析其耐壓不良的影響因素，探究漆包線漆膜缺陷對耐壓的影響規律，對于漆包線生產的穩定性及質量具有重要意義。

2 試驗設備及方法

2.1 試驗設備

目前耐壓實驗設備主要有交流和直流兩種裝置，用來檢測經常發生的瞬態高壓下變壓器、電機、絕緣材料的絕緣能力實驗，通過不同電壓等級的泄漏電流變化情況判斷絕緣狀況，有助于及時發現絕緣缺陷、老化及受潮等［8］。常用的實驗設備是臺灣固緯GPT-9803 交流耐壓/直流耐壓/耐壓實驗儀，由升壓、控制和顯示電路三部分組成，具有手動/自動測試模式、便捷功能鍵、聲光報警及控制指示燈等優點，本文以此型號耐壓儀為實驗設備，如圖1 所示。

圖1 耐壓實驗儀

2.2 試驗方法

按試驗標準，在耐壓試驗設備上設定所需電壓、漏電流及檢測漆包線表面所需的測試時間。把被測試漆包線產品試樣一端除去漆膜約5cm，并與實驗設備負極夾具連接，按壓“開始”鍵，用紫銅絲或黃銅絲制作的刷子在漆包線表面移動，使刷頭與漆包線表面接觸角約為60°，并且刷頭端部與漆包線表面充分接觸，依次掃過試樣表面，檢測在實驗高壓下漆膜產生的漏電流與預置的判定漏電流進行對比，若漆膜產生的漏電流值小于判定預置值，則漆包線通過測試，按壓“停止”鍵停止測試或至設置的測試時間結束，則合格燈亮自動停止測試；當檢出的漆膜漏電流值大于判定預置值時，實驗高壓立即切斷并發出警報聲，從而判定被測漆包線產品耐壓不合格，漆包線耐壓測試示意圖如圖2 所示。選用測試為1000V、漏電電流為5mA 對Φ1.000mmQ（ZY/XY）-2/200 漆包線進行耐壓測試。

圖2 漆包線耐壓測試示意圖

采用4XC-MIT 型三目倒置金相顯微鏡觀察擊穿處缺陷形貌和銅桿線的銅粉形貌，并采用扭轉機檢測銅桿銅粉量。

3 結果與分析

3.1 宏觀形貌觀察

圖3 為采用臺灣固緯GPT-9803 交流耐壓/直流耐壓/耐壓實驗儀對漆包線進行耐壓檢測出現擊穿后的擊穿點漆包線的缺陷形貌，通過4XC-MIT型三目倒置金相顯微鏡觀察，發現耐壓擊穿點缺陷主要是漆瘤、針孔和線傷等。

圖3 耐壓擊穿點典型宏觀形貌

圖4 為耐壓擊穿形貌的主要類型占比折線圖，選取JTTY 漆包線生產線生產的MZ 客戶Φ1.000mmQ(ZY/XY)-2/200 漆包線468 軸，共出現耐壓擊穿缺陷20 軸，不良率為4.27%，對20 軸缺陷樣品進行形貌觀察，其中12 軸為漆瘤，占總不良數的60%，5 軸為針孔缺陷，占總不良數的25%，3 軸為劃傷，占總不良軸數的15%，由折線圖可知，造成漆包線耐壓不良的主要原因是漆包線表面存在漆瘤缺陷，使得耐壓測試擊穿。

圖4 耐壓擊穿點形貌占比分析

3.2 連拉裸線表面質量對耐壓的影響

圖5 為耐壓擊穿點拉絲裸線表面形貌，采用脫漆劑去除實驗擊穿點試樣的漆膜，觀察針孔、漆瘤試樣裸銅線表面缺陷主要有輕微毛刺、凹坑、連續劃傷、粗糙四種。

圖5 針孔、漆瘤試樣典型裸銅線表面缺陷

3.3 對耐壓的影響

圖6 為不同銅粉含量的銅桿線對漆包線耐壓的影響，采用扭轉機檢測漆包線銅原料-銅桿的銅粉含量，分別選用銅粉含量為3～8mg 共計13 種含量的銅桿，每種銅桿4t，在高速連拉連包漆包機上生產MZ 客戶Φ1.000mmQ（ZY/XY）-2/200 漆包線，統計不同銅粉含量銅桿生產的漆包線耐壓擊穿次數，由曲線圖可以看出，銅粉含量為3mg 時不良率為1.2%，而銅粉含量為8mg 時不良率為60%，同時可以看出，銅粉含量越高擊穿比例越大，低于4mg 時擊穿不良率總體平穩，當高于6mg 時不良率急劇上升。

圖6 銅粉含量對耐壓影響

銅桿對耐壓的影響除銅粉含量之外，還與銅粉形貌有極大的關系，經在連拉出口處收集銅粉，在4XC-MIT 型三目倒置金相顯微鏡觀察，如圖7 所示，細小均勻的銅粉擊穿不良率低，而粗大并且成片狀剝離物的銅粉耐壓擊穿不良率高。

圖7 銅粉形貌

3.4 分析討論

高速連拉連包漆包線生產過程中，因銅桿拉拔后表面銅粉較多，粘附在裸線表面，經清洗水箱清洗后，無法徹底清洗干凈，導致粘附在裸線表面的銅粉經退火形成氧化銅、氧化亞銅帶入絕緣漆涂敷過程，金屬、金屬氧化物夾雜在裸線與絕緣漆之間，經耐壓檢測造成擊穿。另外，因銅桿質量、拉拔工藝等因素的影響，使裸線表面拉拔后出現表面毛刺，無法消除，帶有毛刺缺陷的裸線經過涂漆模，使得有毛刺缺陷的漆包線段漆膜涂敷少，或者造成表面漆瘤，耐壓擊穿性能受到影響。

4 結論

（1）影響漆包線耐壓的因素主要有線傷、針孔、漆瘤等方面。

（2）電工用銅線坯是影響漆包線耐壓性能的主要原因，銅粉含量越高擊穿比例越大，低于4mg時擊穿不良率總體平穩，當高于6mg 時不良率急劇上升，為降低耐壓性能不良率選擇銅粉含量低于4mg 的銅桿，并且銅粉成細小均勻狀態較好。

（3）控制好電工用銅線坯的表面質量，確保線坯的拉拔后質量，減少線坯在高速連拉連包漆包使用中拉絲后的表面缺陷和剝離物的產生，降低漆包線生產中漆瘤，提升耐壓性能。