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摘 要

为解决目前铜铝复合棒界面结合强度较低的问题，本文设计了铜铝复合棒低压充芯装置。该装置将铜铝管生产技术与低压充芯相结合。

低压铸造可以改善铜铝复合管的结合相的成分和含量，从而提升管性能。同时，在设备中增加真空系统、气控系统和测温装置等。设备分为铝液熔炼坩埚炉和铜管预热电阻炉两部分，中间由隔板分开。制备过程中首先进行利用气缸将卡环锁紧，然后对上下炉体进行抽真空，再对两炉体分别加热到所需温度，随后利用气控系统，按照低压充芯过程中充型、增压、保压、取件的四个阶段，控制上下炉体的压差进行充芯。

设备的设计中需要根据相应的实验要求设计零件以及选择配件的型号。

关键词：铜铝复合管 低压充芯 电阻炉 真空系统 气控系统 测温装置

ABSTRACT

In order to solve the problem that the bonding strength of copper-aluminum composite rod is low, this paper designs a low-pressure charging device of copper-aluminum composite rod. The device combines copper and aluminum tube production technology with low pressure core.

Low-pressure casting can improve the composition and content of the composite phase of the copper-aluminum composite pipe, thus enhancing the performance of the pipe. At the same time, there increases the vacuum system, air control systems and temperature measurement devices in the equipment. The equipment is divided into aluminum liquid melting crucible furnace and brass preheat resistance furnace, the middle separated by the partition. In the preparation process, the snap ring is closed by a cylinder first, and then vacuum the upper and lower cylinder, and then the two furnaces are respectively heated to the required temperature. Then, the gas control system is used to increase the filling speed according to the low pressure charging process. Pressure, holding pressure, take the four stages, control the upper and lower furnace pressure to focus on the core.

The design of the equipment needs to be designed according to the corresponding experimental requirements and the choice of spare parts models.

KEY WORDS：copper - aluminum composite pipe, low–pressure core, resistance furnace, vacuum system, gas control system, temperature measurement device

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1课题背景及研究意义 1

1.1.1铜铝复合管的优势 1

1.1.2目前制备的铜铝复合管的问题 1

1.2铜铝复合管的制备方法 2

1.2.1固相-固相复合法 2

1.2.2固相-液相复合法 2

1.2.3液相-液相复合法 2

1.3本课题的研究目的及内容 3

1.3.1研究目的 3

1.3.2研究内容 3

第二章 电阻炉设计 4

2.1电阻炉整体方案 4

2.1.1简介 4

2.1.2设计方案 4

2.2铝液熔炼坩埚炉 5

2.2.1坩埚炉简介 5

2.2.2设计要点 5

2.2.3炉型设计 5

2.2.4炉膛和炉衬设计 6

2.2.5砌筑炉衬 6

2.2.6坩埚设计 7

2.2.7炉壳和焊接件结构 8

2.2.8真空电阻炉要求 10

2.2.9电极引入 10

2.2.10升液管设计 11

2.3铜管预热电阻炉设计 12

2.3.1铜管预热电阻炉简介 12

2.3.2炉型设计 12

2.3.3炉膛设计 12

2.3.4炉衬设计 13

2.3.5砌筑炉衬 13

2.3.5炉壳设计 13

2.3.6封头设计 14

2.3.7中间隔板 15

2.3.8铜管支座 16

2.3.9排气压片 16

2.4电热体 17

2.4.1简介 17

2.4.2选择原则 17

2.4.3电热体选型 17

2.4.4电热体在炉内结构及安装方法 17

2.4.5电热体计算 18

第三章 真空系统设计 20

3.1真空系统介绍 20

3.2真空系统的选择原则 20

3.3真空系统设计参数 20

3.3.1真空室极限真空 20

3.3.2真空室工作压力 21

3.3.3真空室有效抽速 21

3.3.4抽气时间计算 22

3.4真空泵组选型 23

3.4.1罗茨泵型号 23

3.4.2罗茨泵安装尺寸 24

3.4.3机械泵型号 25

3.4.4机械泵安装尺寸 26

3.4.5止回阀 26

第四章 气控系统设计 27

4.1气控系统整体方案 27

4.2气控系统管道连接 28

4.2.1管道简介 28

4.2.2连接管件选型 29

4.2.3管道法兰 29

4.2.4钢管、软管转换 30

4.3气动执行元件及气动控制阀 32

4.3.1气动执行元件——气缸 32

4.3.2气动控制阀 33

4.4O形圈密封选型 35

4.4.1O形圈工作原理 35

4.4.2O形圈结构设计 35

第五章 温度测量设计 37

5.1测温元件 37

5.1.1简介 37

5.1.2选型 37

5.3.3安装原则及尺寸 38

附录 40

致 谢 53

参考文献 54

第一章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.1.1铜铝复合管的优势

铜具有非常好的导电性和耐腐蚀性，因此，铜作为理想的输电材料大量用于电力、电子行业。但是由于铜的使用量越来越大，地球的储铜量较少，人们开始寻找能够逐渐代替的材料。而铝是也具有较好的导电性，铝的储藏量巨大，价格相对较低，但是将铜完全换成铝，却存在着易损坏、导电性较弱、耐腐蚀性较差的缺点，故需要提出复合材料的解决方式。铜包铝复合材料的出现成功的解决了铜、铝的缺点，并兼有两者的优点，是铜及其合金材料的理想替代物。铜铝复合材料是将铜和铝单独使用，利用物理、化学方法将铜和铝结合形成铜、铝材料。铜铝复合材料主要是以线材、管材、薄带、扁排的方式使用。由于高压输电时，高频交变电流会有“趋肤效应”，电流仅通过外层金属，故铜铝复合材料的导电性能完全不输于纯铜，并且能够大大减少铜的使用量，降低成本。

铜包铝棒目前广泛的应用于空调、电线等领域，对于节能、解决资源紧缺问题有着重要的意义。生产铜包铝复合材料的研究越来越多，科学家们都尝试用更好的方法来高效率的生产出质量最优的产品。

1.1.2目前制备的铜铝复合管的问题

铜铝复合材料中界面结合处所有的产生的金属间化合物的硬度均高于铜和铝，但是大多数这些金属间化合物的剪切强度都远低于铜和铝，这些金属间化合物相对于基体具有硬而脆的特点，不利于界面的结合，降低了铜铝复合材料的整体性能。不同的金属化合物的量及出现顺序都对铜包铝复合管的界面强度产生巨大的影响。

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