Analyse und Optimierung von Aluminiumglühprozessen zur Herstellung von Hochvoltleitungen

Abstract

Durch Drahtbrüche in den Litzen von Aluminiumstromleitungen eines österreichischen Kabelherstellers kommt es zu einer Vielzahl an Produktreklamationen. Die Reklamationen ziehen teilweise hohe Strafzahlungen nach sich. Zurückzuführen sind die Schadensfälle auf unzureichend weichgeglühte Aluminiumdrähte, die während des Verseilvorganges brechen und zur fehlerhaften Stromübertragung in der Leitung führen. Um dieses Problem zu lösen, wird in der vorliegenden Diplomarbeit eine Analyse und Optimierung der Weichglühverfahren des Kabelherstellers durchgeführt.Zur Analyse und Optimierung der Glühprozesse werden einerseits vom Unternehmen hergestellte und andererseits am Dilatometer der TU Wien wärmebehandelte Drähte untersucht. Um die Gefüge der Drähte untersuchen zu können, werden Schliffbilder angefertigt und an einem Lichtmikroskop analysiert. Weiters werden an den Drähten Härtemessungen durchgeführt, die zusätzlich zu den lichtmikroskopischen Untersuchungsmethoden, den Materialzustand untersuchen sollen.In der Diplomarbeit wird aufgedeckt, dass beide Weichglühprozesse, die im Unternehmen eingesetzt werden, keine optimalen Drahtgefüge erzeugen. Beim Inlineglühverfahren, das die Drähte nach dem Widerstandsprinzip konduktiv erwärmt, sind sowohl die Glühtemperatur als auch die Glühdauer zu niedrig gewählt. Deswegen ist in den Drahtgefügen der inline-geglühten Proben keine Rekristallisation anzutreffen. Beim Offlineglühprozess, bei dem die Drähte in einem Ofen konvektiv erwärmt werden, wird hingegen ein teil-rekristallisiertes Drahtgefüge erzeugt. Die Teilrekristallisation bildet sich aufgrund der zu niedrigen Aufheizgeschwindigkeit und Glühtemperatur im Glühofen aus. In der Diplomarbeit werden für beide Verfahren optimale Glühparameter gefunden, die ein feinkörniges und homogenes Drahtgefüge zur Folge haben. Die durchgeführten Härteprüfungen untermauern die Erkenntnisse der lichtmikroskopischen Analyse. Jene Drähte, die gemäß der Schliffbilder nicht beziehungsweise erfolglos weichgeglüht wurden, weisen die höchste Härte auf. Im Gegensatz dazu liegen die Vickershärten der vollständig rekristallisierten Proben bei rund der Hälfte der ungeglühten Proben.Die im Rahmen der Diplomarbeit identifizierten Optimierungsmaßnahmen werden zukünftig in die Glühprozesse des Unternehmens integriert und werden die Drahtqualität langfristig verbessern.

Wire breaks in the strands of aluminum power cables from an Austrian cable manufacturer have resulted in a large number of product complaints in recent months. Some of the complaints have resulted in high penalties. The damage is due to insufficiently soft-annealed aluminum wires, which break during the stranding process and lead to faulty current transmission in the cable. To solve this problem, an analysis and optimization of the cable manufacturer's soft annealing processes is carried out in this thesis.To analyze and optimize the annealing processes, wires processed by the company (unannealed and annealed) and wires heat-treated at the dilatometer of the TU Wien are examined. In order to be able to investigate the microstructures of the wires, micrographs are prepared and analyzed on an optical microscope. Furthermore, hardness measurements are carried out on the wires to verify the material condition in addition to the light microscopic examination methods.The thesis reveals that both soft annealing processes used in the company do not produce optimum wire structures. In the inline annealing process, which heats the wires conductively according to the resistance principle, both the annealing temperature and the annealing time are selected too low. Therefore, no recrystallization is found in the wire structures of the inline-annealed samples. In contrast, the offline annealing process, in which the wires are heated convectively in a furnace, produces a partially recrystallized wire structure. The partial recrystallization forms due to the heating rate and annealing temperature in the annealing furnace being too low. In the diploma thesis, optimum annealing parameters are found for both processes, resulting in a fine-grained and homogeneous wire structure. The hardness tests carried out support the findings of the light microscopic analysis. Those wires which, according to the micrographs, were not soft annealed or were annealed unsuccessfully, exhibit the highest hardness. In contrast, the Vickers hardnesses of the fully recrystallized samples are about half that of the unannealed samples.The optimization measures identified in the thesis will be integrated into the company's annealing processes in the future and will improve wire quality in the long term.