铜包钢线(CCS)简介

1铜包钢线(CCS)简介一，铜包钢线结构和性能铜包钢线(Coppercladsteelwire，简称CCS线)是国际上近几十年开发的新产品，国外发达国家已广泛使用。在中国，大量使用铜包钢线还是近几年的事。铜包钢线（CCS）属双金属复合线材，它是利用两种金属各自的优点，通过特殊的生产工艺而制成的。早在上个世纪30年代，最早由德国发明，随后在美国、英国、法国等先进国家迅速推广。并广泛地应用于各种领域，包括电力传输系统。1968年铜包铝、铜包钢线被应用在CATV电缆上。1，铜包钢线结构铜包钢线是以钢线为芯体，在其表面上覆一层铜的复合线材，如图1所示结构。铜包钢线在性能上兼备了钢的高强度、耐高温软化的机械性能和铜导电率高、接触电阻小的电性能，因而具有传导效率高，材料成本低，抗拉断力大，质量轻，耐磨损的特点。它在电缆行业中可代替铜导体作为分配线或在通信业中用作电话用户线、高频传输电缆的导体。图1，铜包钢线结构视图铜包钢线由钢芯线和紧密包覆其外的铜层构成，铜包钢线按导电2率可分为21%IACS、30%IACS和40%IACS（IACS国际退火铜标准导电率）三种。铜包钢线按力学性能（退火状态）可分为软态(A)、硬态(HS)和超硬态(EHS)。铜包钢线经过深加工，还可加工成镀银铜包钢线、镀锡铜包钢或镀铅合金铜包钢线。一般CATV电缆采用30%的软态铜包钢作内导体。铜包钢线的表示方法：铜包钢线执行的标准：铜包钢线执行的标准有：ASTMB22704-04《拉制硬态铜包钢线》、ASTMB910/B910M-04《退火态铜包钢线》、ASTMB869-04《CATV同轴电缆用铜包钢线》和ASTMB452-02《电子产品用铜包钢线》。也有按GB12269－91、YD/T722-94、BS4087-1989、ASTMB227-93、ASTMB3452-93等标准生产。2，铜包钢线性能特点铜包钢线将钢的高强度与铜的高导电性和抗腐蚀性相结合，使它已成为通信、电力、电子行业中的理想导线。钢表面所包覆的铜层越厚，直流导电率越高。由于铜包钢线具有优越的强度、导电性和焊接性好，便于自动化操作，因而，也被广泛用于电子元器件的引线。铜包钢线镀银后有更强的导电性和导热性，且耐腐蚀性和高温下的抗氧化性也有提高。可用作射频电缆的芯线，在航空器和医疗器械设备中用作连接线。32.1铜包钢线与纯铜线相比有下列优点：（1）铜包钢线在高频下衰减小于纯铜线，在高频下传输损耗小，传输效率高；电气性能指标完全满足CATV系统的需要，衰减、回波损耗、特性阻抗等性能指标不低于纯铜芯电缆；（2）在相同截面与状态下（例如硬态），铜包钢线的机械强度是实心铜线的2倍，能承受大的冲击与负荷，在环境比较苛刻、移动比较频繁的场所使用时，具有较高的可靠性和抗疲劳性能，使用寿命较长；（3）铜包钢线可以制成具有不同导电率和抗拉强度的线材，其性能几乎包含所有的铜合金（如Cu-Zn、Cu-Be、Cu-Be-Co、Cu-Cr等）的机械电气性能；（4）铜包钢线以钢代铜，降低导线的成本，使铜的消耗量大大减少，符合资源节约型社会的需要，在目前铜价大幅上涨的情况下，纯铜电缆价格不断攀升，使用铜包钢线产品则可降低成本，铜包钢线电缆相比同结构电缆重量轻，还可降低运输、安装等费用。2，2.铜包钢线特性：(1)强度高：为纯铜线的2倍，一般纯铜线抗拉强度为215～265Mpa而铜包钢线能达到350～760Mpa；(2)重量轻：比纯铜线轻12～13%，在线径、重量相等的情况下，其长度是纯铜线的1.13倍；(3)更直观的节省成本的优势是铜包钢线的价格比纯铜线的要低；4(4)其表面光亮、圆整、无任何超过允许误差的毛剌等缺陷，外观品质与纯铜线无异；(5)在保持与纯铜线相似的高品质情况下大幅降低企业的生产成本。3，铜包钢线性能3.1.铜包钢线物理性能，如表1所示表1，铜包钢线物理特性导体种类规格铜层体积比(%)铜层质量比(%)密度(g/cm3)最大直流电阻率(Ω.mm2/m)最小相对导电率(%IACS)最小抗拉强度(Mpa)铜包钢线21%IACS13.615.27.990.0821021400(软态)825(硬态)30%IACS21.323.68.020.0574730380(软态)760(硬态)40%IACS32.635.68.150.0431040350(软态)700(硬态)纯铜线100%100%8.890.017241100%250(软态)400(硬态)3.2.铜包钢线的电性能铜包钢线主要应用于高频传输的媒体中（随着技术进步，也有应用于电磁线、电力线等方面）。由于高频电磁波信号在导体中传输存在“趋肤效应”，也称“集肤效应”现象，高频电磁波信号就集中在导体很薄的环表面传输，并且随着频率增大，有效传输表面的厚度就越薄，在导体芯部传输的电流几乎没有。电流聚集在导体表面的厚度用“透入深度θ”表示，对于铜导体，其透入深度一般用下式来计算：θ＝67/ƒ1/2（mm）――――――（1）5式中：θ——透入深度，mm；f——为频率（Hz）；铜包钢线导体的电阻率计算公式：ρccs＝RS/L＝RπDCCS/4/L―――――（2）式中：ρccs——铜包钢线导体的电阻率，Ωmm2/m;R——导体电阻，Ω/km；S——导体截面积，mm2；DCCS——铜包钢线直径，mm；L——导体长度，km；铜包钢线的导电率百分数计算公式：δccs＝ρ标/ρccs――――――――（3）式中：δccs——铜包钢线的导电率百分数；ρ标——20℃时导电率100％的退火铜线的电阻率，0.017241Ωmm2/m；ρccs——铜包钢线导体的电阻率，Ωmm2/m；根据GB12269的规定，铜包钢线的铜镀层厚度t有以下表示公式：t＝0.06237DCCS(30%IACS)t＝0.0951DCCS(40%IACS)—―――（4）据此，对TT电子所用的铜包钢线，通过计算可以获得以下表2结果。6表2，TT电子所用0.465mm铜包钢线的透入深度和铜层厚度频率fMHz1050200400897.515001747.5透入深度mm0.021890.0094750.0047380.003350.00022360.00017310.0001602t＝0.06237DCCS=0.06237×0.465＝0.0292mm（30%IACS)t＝0.0951DCCS=0.0951×0.465＝0.0442mm（40%IACS)从上表2可见30%IACS或40%IACS导电率的铜包钢线都能满足透入深度的要求，采用铜包钢作内导体，对电缆的衰减没有任何影响，也就不会影响信号的传输。今后随着生产产品质量的稳定，可以降低铜含量，即可以使用软态30%IACSd的铜包钢线，降低电缆成本、提高强度。表3，铜包钢线的直流电阻率品名最大电阻率（20℃）Ω·mm2/mCCS-21A、CCS-21HCCS-30A、CCS-30HCCS-40A、CCS-40H0.083740.058620.04397二，铜包钢线的制造工艺铜包钢线成型的基本过程是在钢的表面包覆铜层，然后再通过拉拔或轧制到所需成品尺寸，其中最关键的是铜层的包覆过程及质量。铜包钢线有若干生产方法，如电镀法、包覆焊接法、套管包覆法、热浸涂法、铜带压接法等。国内最常用的加工工艺是电镀法和包覆焊接法。1，电镀法7电镀法应用电解电镀原理，芯线作阴极，包覆金属作阳极，在芯线上镀上包覆层。电镀镀槽由预处理槽和电镀槽组成，通过预处理槽和电镀槽，可将大长度的钢线浸在电镀槽中，完成电镀过程。多段直线式连续镀铜和往复穿线式进行连续镀铜，这样可以使线材所受弯曲较少，确保足够电镀时间和电镀质量。经电镀后的线坯，再进行拉伸与热处理成为各规格和性能的CCS线。采用电镀法制作CCS线只能获得较薄的铜层，电镀设备较庞大，且耗电量大，电镀对环境还有污染是其重要缺点。但电镀工艺已较成熟，工艺相对简单易掌握。电镀法生产效率不高，但在生产细线时也能实现较快的生产速度。目前主要用于铜包钢细线的生产。另外，镀锡铜线、镀镍铜线、镀银铜线等特种复合线材也主要采用这种工艺。2，包覆焊接法：包覆焊接法生产铜包钢线，是目前国际上较先进的加工工艺。它是选用优质高纯度的铜带，在钢线上同心地包覆铜层，经氩弧焊接成铜包钢杆坯料，氩弧焊焊接后的铜包钢经过多次特殊工艺拉制，然后再热处理成各种规格的线材。包覆焊接法能生产高质量铜包钢线。包覆焊接法生产的铜包钢线，铜层与钢芯线间实现治金原子结合，铜层沿圆周方向及纵向分布均匀，同心度好、质量稳定、均匀性好，铜层和钢芯线之间形成牢固的冶金结合，其表面光亮、圆整、无任何缺陷。铜和钢实现冶金结合，即使在严格的扭绞试验中，也不会像电镀制品那样出现脱离、开裂或剥落等现象，表面十分光亮，对人和环境无任何害处。8同时该类设备又能生产铜包铝线、不锈钢包钢线、镍包铜线等，但设备投资大、工艺要求严。包覆焊接法工艺，如图2所示。图2，包覆接法工艺流程三、铜包钢线的主要应用领域铜包钢线具有一系列的优点，因而它在广泛的各个领域，获得应用，其主要用途有：◇军用被覆线导体；小直径铜包钢线可在电子工业中用作各种电子器件的引线、天线；用作同轴电缆、射频线圈、地球物理探测线等导体；◇电力工业接地棒；◇电力电缆的编织屏蔽线；◇各种电子元器件的接插件；◇特种电缆的加强导电线芯；◇电力传输和电话线路的架空线，可用作电力传输和电话线路的架空线；用于载波线路时与铜线具有同样的（甚至超过的）传输效9果；在山区寒冷地带及农村用作架空电话线时，能承受冰雪负荷和大风冲击，架设跨距比铜线大1倍；◇平行双芯电话用户通信线的导体；◇电气化铁路、轨道交通线路承力索及滑触线，在电气化铁道中用作讯号和通信线、讯号连接线、埋伏线补偿线、屏蔽线、轨道连接线、接地线等。；◇有线电视用户线和进户线同轴电缆内导体材料；◇计算机局域网、接入网电缆、野外用电缆内导体材料；◇其它，如石油探测电缆等特殊的场合，需要要求特高强度的CCS线，这种特高强度的CCS线，目前国内尚不能生产，一般依赖进口。有人预测，至十一·五期末的铜包钢线年总需求量为：通讯与信息产业2000吨；电力系统3500吨电子；电工4000吨；铁道运输3500吨；汽车与交通工具15000吨；地矿电缆等1000吨共29000吨注：其中约20000吨采用电镀法生产。李富根编写于科宝光电公司2006-8-30