По важности в качестве проводникового металла алюминий занимает после меди первое место. Он применяется, главным образом, для голых воздушных проводов, а у нас весьма недавно в очень больших размерах применялся и для силовых кабелей.
До последнего времени мы пользовались исключительно импортным алюминием, преимущественно французским и норвежским, в конце же 1934 г. началось снабжение и советским алюминием, качество которого первоначально оказалось очень высоким.
Источниками нашего снабжения является Днепровский алюминиевый комбинат (ДАК) и Волховский алюминиевый комбинат (ВАК). Кроме кабельной промышленности алюминий широко применяется также и в военной промышленности, поэтому во время последнего кризиса в Америке и в Европе он сильно вздорожал по отношению к меди со сравнительно небольшим абсолютным снижением цены.
В виде металла алюминий получен только немного более 100 лет назад, промышленное же значение и развитие его производства насчитывает только около 30 лет. Этим он значительно отличается от меди, которая в виде бронзы стала первым металлом, известным человечеству. Для целей электропромышленности алюминий идет в количестве около 15% всей его добычи, главнейшим же его потребителем является авиапромышленность.
В природе алюминий является одним из наиболее распространенных металлов, но он никогда не встречается в металлическом виде, а обычно в форме глин-силикатов и окислов алюминия.
Первоначальные методы добывания алюминия химическим путем были очень дороги. Только в конце 80-х годов прошлого столетия, когда было введено электролитическое добывание алюминия, началось промышленное развитие добычи алюминия. Электролиз алюминия требует очень большого количества электроэнергии, поэтому производство алюминия выгодно там, где имеется изобилие дешевой электроэнергии, чем, в частности, и объясняется большое развитие производства алюминия в Норвегии.
Доставляется алюминий в вайербарсах квадратного сечения, так как он отливается в вертикальных или в наклонных изложницах. Размер сечения вайербарса 100Х100, длина 1 400 мм, вес около 35 кг. Благодаря вертикальной отливке алюминиевый вайербарс не имеет рожи и обладает сравнительно гладкой поверхностью за исключением литника, который должен быть удален, так как в противном случае при волочении, когда концы бухт катанки обычно свариваются, на месте литника проволока будет рваться. Импортные вайербарсы не имеют заостренных концов, наши вайербарсы для удобства прокатки имеют один конец заостренным. Опыт показал, что наклонные изложницы дают вайербарсы худшего качества, так как по его центральной оси при отливке в наклонных изложницах возможны трещины и пустоты, обусловливаемые ходом струи металла во время розлива. Эти трещины могут вызвать большую обрывность проволоки как при волочении, так и во время эксплуатации. В центре вайербарса благодаря большой усадке алюминия часто наблюдается рыхлость металла, что крайне нежелательно.
Алюминий имеет удельный вес 2,7—это один из самых легких металлов. Его точка плавления 658° С, точка кипения 1 800°С. Коэффициент его линейного расширения от 0 до 100° С выражается величиной 0,0000231 на 1°С.
В табл. 28 приведено сравнение физических свойств алюминия, меди и алюминиевого сплава альдрея, о котором будет сказано ниже.
Сравнение физических свойств алюминия, меди и альдрея
На алюминий нет установленного международного стандарта, но имеются отдельные национальные проекты такого стандарта. Немецкий проект устанавливает следующие значения максимального удельного сопротивления алюминия при 20 С для мягко отожженной алюминиевой проволоки 0,02837 и твердотянутой 0,029-мм2/м, причем под твердотянутым алюминием понимается такой алюминий, который для проволок диаметром до 4 мм. дает разрывное усилие в 18 кг/мм, а выше 4 мм —17 кг/мм. Достижение такой разрывной прочности для твердотянутого алюминия, однако, очень затруднительно, так как требует ненормального и дорогостоящего волочения. Обычные цифры твердотянутого алюминия не менее 16 кг/мм2 для диаметра проволоки до 4 мм и не менее 15 кг/мм2 для проволоки диаметром выше 4 шт.
Мягко отожженная алюминиевая проволока имеет разрывную прочность около 8—10 кг/мм2.
Удельная теплоемкость алюминия Сас=0,214 cal/кг°C=8,05 Wsec/cm9°C. Нормы Союза германских инженеров (DIN) различают три сорта алюминия, причем третий сорт для изготовления проводов и кабелей не допускается. Лучший "чистый" алюминий по этим нормам должен иметь алюминия не менее 99,5%, а примесей Zn +Fe + Si +Cu = 0,5% из них Zn -t- Си <0,05%. Второй сорт по этим нормам должен иметь алюминия не менее 99,0%, причем Cu+Zn не более 0,1%, остальное — Fe+Sl. Третий сорт имеет алюминия А1 =98%; Fe< 1%; Cu+Zn<0,l%, остальное— Si. Алюминий первого сорта имеет более высокую проводимость, а алюминий второго сорта лучшие механические свойства. Коррозийность алюминия второго сорта считается выше, чем первого сорта. Разница в цене обоих этих сортов невелика.
Влияние примесей на свойства алюминия исследовано значительно менее, чем для меди; наиболее часто встречающиеся и наиболее важные примеси алюминия — это кремний и железо. По американскому Circ. № 31 Bureau of Standards 1914 г. типичный анализ алюминия: А1 — 99,57%; Si — 0,29%; Fe — 0,14%.
Встречаются также небольшие количества меди, натрия, углерода и газов. Примесь натрия имеет вредный характер, так как он способствует возникновению коррозии.
Очень важно влияние кремния, постоянного спутника алюминия. Это влияние также важно для алюминия, как влияние закиси меди для меди. В общем кремний действует благоприятно на механические и неблагоприятно на электрические свойства алюминия. Во время отжига алюминиевой проволоки при температуре около 200—250°С кремний выпадает из твердого раствора и проводимость алюминия улучшается, а во время отжига при 500° С кремний переходит в твердый раствор с ухудшением проводимости. В общем влияние температуры отжига выражается колебаниями удельного сопротивления от минимума в 0,0283—0,0282 Q • мм2/м до максимума 0,0295—0,0302 мм3/м. Для целей изготовления силовых кабелей, однако, алюминий отжигается при высоких температурах, порядка 500° С, так как иначе проволока получается слишком жесткой, что влечет за собой опасность для изоляции. Некоторая примесь кальция связывает кремний и не допускает его перехода в твердый раствор, поэтому эта примесь несколько улучшает проводимость алюминия, если в нем есть сравнительно большое количество кремния.
Плохие механические свойства алюминия по сравнению с медью, заставляющие для большинства случаев прокладки проводов по воздушным линиям укреплять провод с помощью стального сердечника, вызвали появление легких алюминиевых сплавов, в той или иной степени устраняющих недостаток механической прочности алюминия. Наиболее известными сплавами этого рода, употребляющимися в общей технике, являются дюралюминий, кольчугалюминий и другие, а в кабельной промышленности — их аналоги—альдрей, альмелек, алюдур, монтегаль и др. Альдрей является наиболее известным и распространенным алюминиевым проводниковым сплавом, в особенности, в Германии. В Европе только у нас и в Англии он не получил еще пока широкого распространения в воздушных сетях, что же касается до остальных европейских стран, то он там очень широко распространяется. Его механические свойства сравнительно близки в отношении разрыва к свойствам твердотянутой меди, а его электрические свойства и вес близки к свойствам чистого алюминия. Альдрей представляет собой сплав алюминия с 0,5% Mg, 0,5% Si и 0,3% Fe. Существуют и некоторые разновидности альдрея, например, сплав алюминия с 0,3% Fe, 0,2% Si, 0.5% Mg, 3,0% Си и др.
Альмелек является французской разновидностью альдрея, его состав:
0.70% Mg, 0,55% Si, 0,3% Fe, остальное — алюминий.
Термическая обработка как альдрея, так и альмелека во время процесса изготовления проволоки довольно сложна, так как требует закалки в печах при температурах, выдерживаемых в очень узких пределах. Свойства как альдрея, так и альмелека не отличаются одни от других.
