FI86116C - Foerfarande foer framstaellning av en haolprofil av syrefrikoppar och anvaendning av en saolunda framstaelld haolprofil foer elektriska ledningar. - Google Patents

Description

! 86116

Menetelmä onteloprofiilin valmistamiseksi happivapaasta kuparista ja näin valmistetun onteloprofiilin käyttö sähkön johtimia varten 5 Keksintö kohdistuu menetelmään onteloprofiilin val mistamiseksi siltatyökalun avulla kuparista, jonka sähkönjohtokyky on vähintään 95 % IACS:stä.

Vaatimus yhä suuremmista tehoista tilavuusyksikköä kohti sähkökoneissa, induktiouuneissa, magneettikeloissa 10 ja vastaavissa laitteissa tekee välttämättömäksi erikoisten materiaalien ja rakenteiden käytön lähes kaikissa rakenneosissa, erikoisesti kuitenkin sähkövirtaa johtavissa johdinosissa. Johtimen suuren virtakuormituksen vuoksi esiintyy kuumentumista niin suuressa määrässä, että on 15 välttämätöntä käyttää lisättyä jäähdytystä häviöiden vähentämiseksi, termisten epätasaisuuksien pitämiseksi pieninä ja erittäin usein epäsuotavasti vaikuttavien pituuden muutosten säilyttämiseksi hallittavissa rajoissa. Määrätystä tehotiheydestä alkaen ei näiden johdinelement-20 tien epäsuora jäähdytys ole enää riittävä. Näistä syistä on siirrytty kuparijohtimien suoraan jäähdytykseen, so. johtimien sisäpuoliseen jäähdytykseen. Tätä tarkoitusta varten on kehitetty erikoisesti muotoiltuja onteloprofii-leja. Näille onteloprofiileille asetetaan useita vaati-25 muksia. Onteloprofiilin täytyy ensinnäkin olla ehdottoman tiivis, koska sitä jäähdytetään tavallisesti vety-kaasulla tai nestemäisellä väliaineella esimerkiksi vedellä. Edelleen vaaditaan suuri mekaaninen lujuus, mikä estää onteloprofiilin muodonmuutoksen suurten keskipako-30 voimien vaikutuksesta. Suuren sähkönjohtokyvyn täytyy estää liiallinen kuumeneminen.

Julkaisussa "Prometall" 1962, sivut 678-783 on esitelty tällaisia onteloprofiileja. Edullisimpana valmistustapana näille onteloprofiileille on esitetty suula-35 kepuristus siltatyökalun avulla. Kuumennettu kupari pu- 2 86116 ristetään siltaosan ympärille, jossa on yksi tai useampia onteloprofiilin tai ontelokanavia muodostavia tuurnia tai tuurnaryhmiä. Matriisin alueella yhdistetään jälleen molemmat metallivirrat ja hitsataan siinä suurta painetta 5 käyttäen. Puristuksen jälkeen muotoillaan onteloprofiilit yhtenä tai useampana vetona haluttuun loppumuotoon, jolloin yksittäisten vetojen välillä suoritetaan haluttaessa valkohehkutus.

Materiaaliksi näitä ontelojohtimia varten ehdote-10 taan tässä julkaisussa elektrolyyttikuparia, happivapaata kuparia tai myös kupari/hopea-seoksia. Taloudellisesti edullisin kupari, jonka sähkönjohtokyky samalla on suurin, on kaupallinen elektrolyyttikupari. Sen happipitoisuus on noin 0,02-0,04 %. Tämä suuri happipitoisuus voi 15 aiheuttaa pelättyä vetyhaurautta, mitä erikoisesti on varottava hitsaus- ja juotostöissä. Happivapaan kuparin, so. kuparin, jossa ei ole lainkaan kupariin sitoutunutta happea, happipitoisuus on noin kymmenesosa, se ei ole herkkä vetyhauraudelle, sen pehmenemislämpötila on hieman 20 korkeampi ja sähkönjohtokyky on yleensä noin 1 prosentin pienempi.

Happivapaat, deoksidoidut kuparilaadut, joiden sähkönjohtokyky on suuri, on normitettu julkaisussa DIN 1708. Kuparipitoisuus on vähintään 99,90 %, jolloin 25 deoksidointiainetta, joka tavallisesti on fosforia, saa olla läsnä suuruusluokkaa 0,003 %. Työstettäessä näitä kuparilaatuja siltatyökalujen avulla voi muodostua virheitä hitsattavien materiaalivirtojen alueella. Näiden virheiden syinä tulevat ensi sijassa kyseeseen happi-30 rikastumat hitsisauman alueella, joihin rikastumiin muodostuu välihehkutuksissa tai loppuhehkutuksissa vety-pitoisessa atmosfäärissä vetyhauraita liitoksia, jotka . . voivat aiheuttaa säröjen muodostumista. Happea muodostuu esimerkiksi harkon pintaan kiinnittyneistä oksideista, 35 joita muodostuu kuumennettaessa tai syötettäessä harkko « V · • · · 3 86116 puristimeen erikoisesti etupinnalle, hitsisaumaan.

Keksintö perustuu tehtävään löytää menetelmä, jolla voidaan siltatyökalun avulla valmistaa ontelo-profiili kuparista ilman, että esiintyy virheitä jako-5 kanavan muodostamassa puristushitsaussaumassa. Käytettävän materiaalin sähkönjohtokyvyn täytyy lisäksi olla vähintään 95 % IACS, edullisesti suurempi kuin 100 % IACS, ja materiaalin täytyy edelleen olla inertti vedyn suhteen.

10 Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti me netelmällä, jolle on tunnusomaista, että onteloprofiili puristetaan siltatyökalun avulla ja lähtömateriaalina käytetään happivapaata kuparia, joka on deoksidoitu boorin tai litiumin avulla, ja jolloin booria tai litiumia 15 sisältyy valmiiseen tuotteeseen määrä, joka on 0,01 -0,05 paino-%.

Tehtävänasettelusta suoraan ilmenevien etujen lisäksi havaittiin, että puristetun profiilin pinnalla esiintyi tällöin huomattavasti vähäisempi määrä hehkuhil-20 settä; edelleen siltatyökalulle muodostui huomattavasti vähemmän oksidin rikastumista. Tätä oksidin rikastumista pidetään syynä virheellisiin hitsaussaumoihin, jos nämä oksidit virtaavat esimerkiksi siltatyökalulta hitsaus-alueelle. Tämän estämiseksi on siltatyökalu täytynyt 25 vaihtaa tai puhdistaa useammin, mistä uutta materiaalia käytettäessä voidaan luopua. Edelleen osoittautui puris-: tetun profiilin pinta huomattavasti sileämmäksi. Todettiin myös, että liitos hitsaussauman alueella muodostui hienorakeisemmaksi kuin tähän mennessä käytetyissä mate-30 riaaleissa.

Erikoisen edullisesti valmis tuote sisältää booria 0,015-0,25 %. Keksintöä voidaan soveltaa edullisesti suuren sähköisen kuormituksen omaaville sisäpuolelta jäähdytetyille johtimille.

35 Keksintö kohdistuu edelleen edellä esitetyssä me netelmässä käytettävän metalliseoksen valmistusmenetel- 4 86116 mään, jolle on tunnusomaista, että kuparisulatteeseen lisätään deoksidointiainetta välittömästi ennen valamista deoksidointiainetta sisältävän esiseoksen muodossa, edullisesti valukouruun. Koska mainittujen deoksidointiainei-5 den boorin ja litiumin affiniteetti happeen on erittäin suuri, ne pystyvät esimerkiksi pelkistämään muita metal-lioksideja, esimerkiksi tulenkestävän vuorauksen sisältämiä metallioksideja, jolloin näitä metalleja voi siirtyä sulatteeseen ja ne voivat alentaa epäedullisella tavalla 10 johtokykyä. Siten on esimerkiksi mahdollista, että boori tai litium pelkistää piitä tai myös rautaa upokkaan sul-lomassasta. Tästä syystä täytyy sulatteen tai deoksi-dointiaineen kosketusaika tällaisten upokkaiden verhousten kanssa pitää mahdollisimman lyhyenä. Erikoisen 15 edullisesti esiseos lisätään siten suoraan valuvirtaan.

Deoksidointiaineena käytetään tarkoituksenmukaisesti ku-pari/boori-seosta, jonka booriosuus on välillä 1,5-5 %. Booriosuus on mitattava siten, että toisaalta sulatteeseen ei tarvitse lisätä suuria määriä kylmää esimetal-20 liseosta, toisaalta esimetalliseoksen tiheys ei ole oleellisesti pienempi kuin kuparisulatteen, niin että saadaan molempien aineosien perusteellinen seos.

Keksintöä esitellään tarkemmin kuvioissa 1 ja 2 kaaviollisesti esitettyjen toteutusesimerkkien avulla.

25 Kuviossa 1 on esitetty puristuslaite, joka muodos tuu valanteen vastaanottajasta tai syöttöosasta 1, johon happivapaata kuparia oleva harkko 2 sijoitetaan. Puris-tusmännän 3 avulla puristetaan harkkoa 2 siltakappaletta 4 vastaan ja jaetaan kahteen osavirtaan. Siltakappaleessa 30 4 on kaksi tuurnaosaa 5 ja 6, jotka muodostavat kanavat 7 ja 8 valmiiseen puristeprofiiliin 9. Kanavat 7 ja 8 on esitetty katkoviivoitettuina kuvassa l. Valmiin profiilin . . 9 ulkomitat määräytyvät matriisin 10 mukaan. Siltakappale 4 ja matriisi 10 tuetaan painelevyn 11 avulla työkalun 35 kehykseen. Koska molempien osavirtojen hitsautumiseksi vaaditaan suuria paineita - nämä paineet muodostetaan 5 86116 siltaosan sopivan muotoilun avulla - ja valanne 2 on kuumennettu noin 900 °C lämpötilaan, täytyy sekä siltakap-pale 4 että myös matriisi 10 valmistaa korkeaa lämpötilaa kestävästä materiaalista.

5 Kuviossa 2 on esitetty leikkaus valmiista profii lista 12, johon on muodostettu kaksi elliptistä kanavaa 13 ja 14. Puristehitsaussauma 15 on esitetty katkoviivoi-tettuna.

Kokeessa valettiin useita koeharkkoja harkonvalu-10 laitteessa. Lähtömateriaalina käytettiin kuparikatodeja ja deoksidoitiin kupari/boori-seoksen avulla, joka sisälsi 2 % booria. Harkkojen läpimitta oli 180 mm ja pituus 300-400 mm. Nämä harkot kuumennettiin 900 °C:n lämpötilaan ja puristettiin kuvion 1 mukaisessa laitteessa on-15 teloprofiileiksi. Puristettujen profiilien johtokykymit- tauksissa saatiin sähkönjohtokyvyksi yli 58 m/n mm2. Boorin jäännöspitoisuus oli 0,02 %. Tällä tavalla valmistettu puristeprofiili vedettiin useampana vetona haluttuun loppumittaan, jolloin yksittäisten vetotapahtumien välil-20 lä profiilia hehkutettiin noin 500 °C:n lämpötilassa heikosti pelkistävässä ympäristössä.

Valmiiksi vedetyille profiileille suoritettiin seuraavat testit: 1. Makrosyövytys 25 2. Taivutuskoe toimitustilassa 3. Taivutuskoe vetyhehkutuksen jälkeen (850 °C/ 1/2 tuntia) .

Makrosyövytyksen jälkeen ei hitsisauman sijaintia voitu yhdessäkään tapauksessa todeta. Ei taivutuskoe toi-30 mitustilassa eikä taivutuskoe vetyhehkutuksen jälkeen ai heuttanut profiilin vioittumista.

Keksintöä voidaan soveltaa samoin eduin profiileille, jotka yleensä poikkileikkausmuodon vuoksi voidaan puristaa vain siltatyökalun avulla, eli profiileille, 35 joissa on kolme tai neljä porausta tai joiden massan jakautuminen on epätasainen.

Claims (7)

6 86116

1. Menetelmä onteloprofiilin valmistamiseksi kuparista, jonka sähkönjohtokyky on vähintään 95 % IACS, 5 edullisesti suurempi kuin 100 % IACS, tunnettu siitä, että onteloprofiili puristetaan siltatyökalun avulla ja lähtömateriaalina käytetään happivapaata kuparia, joka on deoksidoitu boorin tai litiumin avulla, ja jolloin booria tai litiumia sisältyy valmiiseen tuot-10 teeseen määrä, joka on 0,01 - 0,05 paino-%.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmiissa tuotteessa on 0,015 - 0,025 paino-% booria.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaisella menetel-15 mällä valmistetun onteloprofiilin käyttö sisäpuolelta jäähdytettyjä sähkönjohtimia varten, esimerkiksi muunta-jakäämejä, induktiokäämejä, magneettikeloja ja generaattoreita varten.

4. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaises-20 sa menetelmässä käytettävän metalliseoksen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että kuparisulatteeseen lisätään deoksidointiainetta välittömästi ennen valua deok-sidointiainetta sisältävän esiseoksen muodossa, edullisesti valukouruun.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuparisulate deoksidoidaan kupari/boori-seoksella, joka sisältää 1,5-5 paino-% booria.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että esimetalliseos lisätään va-luvirtaan.

» · * »· 7 86116