銅鋁複合排俗稱銅包鋁排，中文學名為銅包鋁母線，英文學名為Copper-clad aluminum bus bars。目前主要執行的標準為國家能源局在2012年4月6日頒布，在同年7月1日實施的中華人民共和國電力行業標準DL/T 247-2012《輸變電設備用銅包鋁母線》。2014年檢驗檢疫總局、國家標準化管理委員會頒布並實施 GB/T 30586-2014《連鑄軋制銅包鋁扁棒、扁線》。
其出現的意義主要是為了降低銅材的消耗。我國屬於貧銅富鋁的國家，銅礦資源70%依靠進口，因此國家863計畫里大力倡導廠家研發新型銅鋁複合材料，以此來降低我國對於銅材的消耗，達到“以鋁節銅”的戰略目的。
此外，由於銅材相比鋁材要昂貴許多，所以銅包鋁排的另一個顯著作用就是為企業降低材料成本。電氣性能相同的銅包鋁排，其價格只有傳統純銅排的50%左右。在保證質量的前提下，可以為企業產生不俗的效益。
所以說銅包鋁排的出現符合國家的戰略需求，符合社會節能降耗的理念，也符合各企業降低成本的訴求。
基本介紹
- 中文名：銅鋁複合排
- 外文名：Copper clad aluminum busbar
- 別名：銅包鋁排
- 性質：銅鋁雙金屬複合材料
- 分類：全圓邊形、圓角形
- 類別等級：連鑄軋制銅包鋁扁棒、扁線
- 代表工藝：套管法、水平連鑄連軋法
- 學名：銅包鋁母線
簡介,定義,分類,產品型號及規格表示方法,材質,銅層的體積比,銅層厚度的偏差,截面積計算,密度,界面結合的剪下強度,銅包鋁母線製造工藝分類,銅包鋁母線的優點,銅包鋁母線製造工藝優缺點,銅層體積比的重要說明,標準銅包鋁母線的參數,套用領域,
簡介
銅鋁複合排（也叫銅包鋁排）
銅鋁複合排是一種以鋁為基體，外層包覆銅。按其製造工藝可分為：包覆焊接法是國內、外製備銅包鋁線的方法，國內有些企業用此種工藝來製作銅包鋁排，這種方法是採用平、立輥同芯壓制，將銅帶同心的包覆在鋁排上，然後對縱縫進行氬弧焊接，再經過拉伸、退火。軋制壓接法將經過清洗處理的銅帶從上、下兩寬面壓接在鋁板上，利用軋輥施加壓力將銅帶和鋁板壓接在一起，然後矯形或做進一步處理後退火。靜液擠壓法，模鑄連軋直接成形法，由華銅公司研發的模鑄連軋直接成形工藝銅和鋁是固液結合，通過特殊的工藝處理形成良好的複合層。複合層由被鋁熔解的銅層和銅、鋁相互大面積擴散形成，真正實現了冶金結合。這種方法比固相結合複合層厚，結合強度高。將清洗後的鋁棒穿入清洗後的銅管內製成複合坯料，放入靜液擠壓機，利用高靜水壓力和大加工變形率作用，實現銅、鋁之間的冶金結合。鋁芯與銅管，對鋁芯外面和銅管內面進行清除氧化膜，將鋁芯壓入銅管內，拉伸或軋制使銅管與鋁芯間固相結合，拉成所需外形尺寸，使他們之間形成永久性原子間擴散結合的雙金屬，表面光亮，圓整，無缺陷。它是將銅的高質量穩定導電性能與鋁的低成本的能源，以較低的接觸電阻，結合為一體的新型導體材料。可全面替代純銅排，銅占比重的20%，鋁占比重的80%，相同規格情況下是純銅排的2.5倍長，載流量是純銅排的85%，選擇稍微大一點的規格可完全達到相同載流量，符合客戶需要的線徑及力學和電學性能技術要求一
定義
銅包鋁母線（Copper-clad aluminum bus bars）
根據銅和鋁的特性，採用特定的工藝使銅、鋁兩種金屬的界面之間相互融合或擴散，形成緊密的冶金結合，成為雙金屬的複合導體，作為輸變電設備中的載流導體。也成為銅包鋁排或銅鋁複合排。
分類
按銅包鋁母線的截面形狀分為全圓邊形和圓角形兩種。
銅包鋁排截面類型
銅包鋁排截面類型銅包鋁母線的截面形狀如右圖所示，內芯為鋁、外層為銅。母線的窄邊為a，寬邊為b，全圓邊形的圓邊半徑為R，圓角形的圓角半徑為r。
按銅包鋁母線的硬度狀態分為軟態（R）和硬態（Y）兩種。
產品型號及規格表示方法
TBLM - 類別代號 - 標稱尺寸
示例：
銅包鋁母線（全圓邊形）軟態時，窄邊a為10mm、寬邊b為100mm的表示方法：
TBLM - QR - 10 x 100
材質
銅包鋁母線的銅層材質應符合GB/T 5231的規定，含銅量不小於99.90%。鋁芯的材質應符合GB/T 1196的規定，含鋁量不小於99.70%。
銅層的體積比
銅包鋁母線的銅層體積比為銅層的截面積與通報鋁母線的總截面積之比的百分數。
銅層體積比為20%，允許範圍為18%~22%。
銅層厚度的偏差
銅包鋁母線的同層厚度應均勻，允許偏差為銅層平均厚度的±10%。
截面積計算
全圓邊形的截面積計算公式：
S=ab-0.214a2
圓角形的截面積計算公式：
S=ab-0.858r2
密度
銅包鋁母線的密度為3.94g/cm3，其允許偏差為±3.2%。
界面結合的剪下強度
銅包鋁母線的銅層與鋁芯應緊密地形成冶金結合，銅鋁之間無縫隙。GB/T30586-2014 中4.7條款規定銅鋁界面結合的剪下強度應不小於40MPa。
銅包鋁母線製造工藝分類
銅包鋁母線目前常見的製造工藝主要有三種：
1、套管法
2、水平連軋連鑄法
3、包覆焊法
銅包鋁母線的優點
1、密度小，重量輕。銅包鋁排比重只有純銅排的44%，可有效降低材料成本，物流費用也更低廉。
2、電氣性能良好，載流量為純銅排的86%。
3、以鋁節銅，是節能環保的綠色產品。
4、具有良好的抗拉強度，可彎曲性和延伸率。
5、表面與純銅排無異，強度足，抗氧化，耐腐蝕。
銅包鋁母線製造工藝優缺點
上述三種銅包鋁母線的製作工藝各有各的特點，並無絕對的好與壞，而是有著各自的局限性。
包覆焊法的主要優點是能夠進行連續地生產，但是由於其工藝的局限性（無法製造大規格的銅包鋁母線），目前主要用於製造銅包鋁線。此工藝代表廠家為南方欣達（目前已停止生產銅包鋁排，重心轉移至銅包鋁線）。
水平連軋連鑄法是由原先的澆鑄法改進而來。澆鑄法最先由蘇州華銅與北京科技大學共同研究而來。其原理是通過向銅管中澆入鋁水達到固液結合從而提升剪下強度。但是此方法因工藝複雜，導致在澆入鋁水時會帶入空氣產生空鼓現象造成質量不穩定，成品率不高。最終蘇州華銅改用了套管法製造銅包鋁母線。
與此同時，煙臺孚信達雙金屬與北京科技大學展開合作在澆鑄法的基礎上進行改進，從而獲得了目前的水平連軋連鑄法。此方法的最大特點是能夠進行連續生產，大大降低了製造成本，而且成品的銅鋁界面剪下強度高，通常能夠達到50MPa~55MPa，產品通過了銅包鋁母線3C認證。通常窄邊銅層偏厚，寬邊銅層偏薄。具體可參考右圖。
孚信達銅包鋁母線
孚信達銅包鋁母線最後一類為套管法。此製造方法目前的代表廠家主要有安徽英菲尼複合材料與蘇州華銅複合材料兩家公司。這兩家公司也是目前行業內僅有的通過銅包鋁母線3C認證的企業。究其原因主要是因為套管法相對成熟的工藝，質量也比較穩定。
相比水平連軋連鑄法，套管法製造的銅包鋁母線銅鋁界面剪下強度要低一些，通常在43MPa~48MPa之間，但是就標準的35MPa而言，也已經是大幅超過了。另外，套管法因使用的原材料是定製的銅管鋁棒，所以其可生產近百種規格，並無大小的局限性。而且其成品的銅鋁界面十分均勻，規格尺寸比較精準。而套管法的主要缺點在於無法連續生產，從而人工成本上升導致生產成本偏高。
綜上所述，銅包鋁母線製造行業，目前還未有十分完美的生產製造工藝。而現有的這些工藝，各自有各自的特點，並無十分明顯的好壞，在選擇銅包鋁母線的時候，並不用過分關注使用何種工藝製造，應將著重點放在標準要求的硬性技術指標之上。只要檢測數據符合標準，實驗沖孔不分層、折彎不開裂，那便可放心使用。
銅層體積比的重要說明
根據標準要求，正規的銅包鋁母線其銅層體積比應為20%。不過目前市面上所能購買到的銅包鋁母線，按體積比卻分為10%、15%、20%、25%、30%五種。
就10%和15%兩種而言，其不但是非標產品，而且因銅層太薄，導致其載流量大幅降低！其中15%銅層體積的銅包鋁母線，其載流量只有純銅排的63%左右，而10%的，可想而知更為低下。
那么為何標準會設計銅層體積比為20%？
專家們通過實驗發現，15%的配比，在材料成本上大約能節約4000~5000元，但是其載流量大幅降低至純銅排的63%左右，而25%的配比，其載流量大約在純銅排的88%左右，相比20%的配比，載流量提高不明顯，但是材料成本卻要大幅提高。因此，20%的配比被專家定為標準的參數指標。
所以企業在採購銅包鋁母線時，需要根據自身產品特點，結合實際情況進行選購，切忌因價格因素，採用體積比不達標的銅包鋁母線，以免造成事故隱患。
標準銅包鋁母線的參數
體積比：銅20%，鋁80%
質量比：銅45%，鋁55%
原材料材質：T2銅（99.9%），1070鋁（99.7%）
密度：3.94g/cm3
載流量：純銅排的86%
直流電阻率：≤0.02554Ω·mm2/m（軟態），≤0.02606Ω·mm/m（硬態）
延伸率：≥11%（軟態），≥1.5%（硬態）
抗拉強度：≥90MPa（軟態），≥110MPa（硬態）
銅鋁之間界面結合的剪下強度：≥35MPa
套用領域
保險開關
中繼系統
電機控制中心
軌道供電系統
電極校正線圈
電抗器等繞組
鐵路牽引設備
高中低壓配電櫃
發電機組和變電站
各種銅鋁過渡接頭
高低壓配點櫃導電排
高低壓母線、匯流排、觸滑線
