ES2302311T3 - Cable con conductor central de aluminio. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de fabricación de un cable constituido por un conjunto de alambres, comprendiendo cada uno de ellos un conductor central de aluminio cubierto por una capa de cobre, permitiendo dicho procedimiento mejorar las características mecánicas, en particular de alargamiento y plegado, del cable y aumentar su vida útil, caracterizado porque consiste en posicionar una capa intermedia entre dicho conductor central y dicha capa de cobre, siendo dicha capa intermedia de un metal seleccionado entre níquel, niobio, tántalo o vanadio.

Description

Cable con conductor central de aluminio.

La presente invención tiene por objeto un procedimiento de fabricación de un cable compuesto por un conjunto de alambres sensiblemente idénticos, siendo de aluminio el conductor central de cada alambre. La invención tiene por objeto, también, el cable que resulta de la puesta en práctica del procedimiento. Este cable, utilizado ventajosamente en el campo de la aeronáutica, presenta una vida útil y características mecánicas mejoradas en relación con los cables de la técnica anterior.

Fundamentalmente por una cuestión de reducción de peso, los cables con conductor central de cobre, metal muy buen conductor de la electricidad, se sustituyen, a menudo, por cables con un conductor central de aluminio cubierto con una capa de cobre, que represente, aproximadamente, un 15% del diámetro del cable, representando así el aluminio, aproximadamente, un 85% del diámetro del cable.

Los modos de realización clásicos del conductor central de aluminio cubierto de cobre consisten en la técnica de soldadura en frío en continuo de alambrones de aluminio cubiertos con hoja de cobre (técnica conocida como procedimiento "Kabelmétal") y la técnica de prensa hidrostática en frío. Con el fin de evitar la oxidación del cobre durante el aislamiento del cable, habitualmente se deposita una capa fina de níquel de, aproximadamente, 1 \mum en torno a la capa de cobre. Pero los cables de aluminio presentan inconvenientes de tipo mecánico y de tipo eléctrico.

Una primera dificultad proviene del hecho de que las propiedades mecánicas, después del envejecimiento mediante calor, de un cable de aluminio cubierto de cobre son peores que las del conductor sólo de aluminio o de cobre, en particular, en términos de posibilidades de alargamiento y plegado. La disminución de las posibilidades de alargamiento y plegado ha sido constatada por los autores de la presente invención en los cables de aluminio revestidos de cobre, en particular, después de las últimas operaciones de fabricación y envejecimiento por calor, durante largo tiempo.

Una segunda dificultad proviene de la disminución de la vida útil del conductor central de aluminio como consecuencia de la degradación de sus propiedades eléctricas. En efecto, se ha constatado que la resistividad eléctrica del cable aumenta con el tiempo, hasta alcanzar valores inaceptables. Un fenómeno parecido ha sido descrito en la patente US 5 704 993 en relación con cables dotados de un conductor central (pero no de aluminio) cubierto por una capa metálica. De acuerdo con un primer modo de realización, el conductor central es de acero al carbono y la capa metálica es de cobre, níquel, plata u oro. De acuerdo con un segundo modo de realización, el conductor central es de cobre y la capa metálica es de acero al carbono. Se ha posicionado una capa fina de niobio, vanadio o tántalo entre el conductor central y la capa metálica. Esta capa fina cumple la función de barrera antidifusión, que impide la difusión del cobre en el acero al carbono. Pero en esta patente norteamericana se indica que un intento de fabricación de un conductor compuesto de aluminio y de acero al carbono ha fracasado.

La solicitud de patente WO 94/13866 A se refiere a un procedimiento de fabricación de un cable eléctrico constituido por un alma central de aluminio, una subcapa de cobre y una capa de estaño. El objetivo consiste en mejorar la capacidad de soldadura del alambre de aluminio mediante aleación de estaño.

La patente US 2.075.332 se refiere, de manera general, a un aparato para depositar, por electrólisis, una capa de un metal en torno a un alambre metálico. Esta patente no se refiere a conductores de aluminio.

La patente US 3.867.265 describe un procedimiento para depositar por electrólisis una capa de níquel, cobre, estaño, cinc o cadmio en torno a un conductor de aluminio o a base de aluminio. Pero este documento no menciona el depósito de una capa intermedia.

Ninguno de los documentos mencionados en lo que antecede describe una estructura de cable tal como la propuesta por la presente invención.

La presente invención propone remediar estos dos inconvenientes, degradación de las propiedades mecánicas y disminución de la vida útil de un cable compuesto por un conjunto de alambres, estando constituido cada uno de ellos por un conductor central de aluminio cubierto por una capa de cobre.

De manera más precisa, la presente invención propone un procedimiento de fabricación de un cable compuesto por un conjunto de alambres, comprendiendo cada alambre un conductor central de aluminio cubierto por una capa de cobre, permitiendo dicho procedimiento mejorar las características mecánicas, en particular de alargamiento y plegado, del cable y aumentar su vida útil. El procedimiento consiste en posicionar una capa intermedia de níquel, niobio, tántalo o vanadio entre el conductor central y la capa de cobre.

Con el fin de evitar la oxidación del cobre durante el aislamiento del cable, se deposita, habitualmente, una capa fina de níquel de, aproximadamente, 1 \mum en torno a la capa de cobre.

Las técnicas utilizadas para la fabricación del conductor pueden ser las siguientes: técnica de electrodeposición, técnica de revestimiento o de soldadura en continuo de una hoja o de un tubo, técnica de prensa hidrostática o extrusión en frío o en caliente de una hoja o de un tubo, o compresión isostática en caliente. Resulta posible utilizar, indistintamente, dos de las técnicas anteriores para fabricar los alambres: una técnica destinada a depositar la capa metálica intermedia, y, la otra, destinada a depositar la capa de cobre. Es posible, también, utilizar la misma técnica para depositar las dos capas.

Ventajosamente, la sección de la capa metálica intermedia de níquel, niobio, tántalo o vanadio está comprendida entre el 0,01 y el 5% de la sección total del alambre. Este límite superior del 5% no es un límite técnico sino económico, al aumentar el coste de fabricación con el grosor.

Ventajosamente, la sección de la capa de cobre de cada alambre está comprendida entre el 10 y el 30% de la sección total del alambre.

De acuerdo con el modo de realización preferido, el alambrón que constituya el conductor se estira en frio o trefila con el fin de obtener dicho cable.

Ventajosamente, se deposita una capa adicional de níquel en torno a la capa de cobre, con el fin de evitar la oxidación del cobre.

Otras ventajas y características de la invención se pondrán de manifiesto a lo largo de la descripción que sigue de varios modos de realización de la invención, ofrecidos a título de ejemplos no limitativos.

De acuerdo con los métodos clásicos de la técnica anterior, la fabricación de un cable de aluminio se efectúa, con arreglo a un primer método, a partir de alambrones, sensiblemente idénticos, de aluminio cubierto con dos hojas de cobre, soldándose el conjunto en continuo con el fin de formar alambres de aluminio revestidos de cobre. La asociación metálica entre el cobre y el aluminio se garantiza por laminado y trefilado del conjunto. De acuerdo con otro método, una barra de aluminio revestido de cobre se consigue a partir de un tubo de cobre que rodee a una barra de aluminio. La reducción de sección se consigue en prensa hidráulica, lo que permite una buena asociación metálica entre el cobre y el aluminio. A continuación, los alambres de aluminio revestidos de cobre así obtenidos son recocidos a 200ºC durante, aproximadamente, 2 horas, y, después, se agrupan para formar un cable, que se aísla por medio de una funda de material plástico aislante, tal como PTFE (poli(tetrafluoretileno)) y se calienta a, aproximadamente, 370ºC durante 10 minutos. Los inventores han constatado una degradación de las características mecánicas del aluminio revestido de cobre, en particular en lo que se refiere al plegado y al alargamiento por tracción. El alargamiento a la rotura de los cables de la técnica anterior, una vez aislados, tiene un valor del orden del 3%. El alargamiento a la rotura se define como el porcentaje de alargamiento que puede experimentar un cable, por tracción, sin romperse. De acuerdo con la invención, esta degradación no se produce, o se produce de manera atenuada, cuando se posiciona una capa metálica fina de níquel, niobio, tántalo o vanadio entre el aluminio y el cobre. En este caso, los inventores han obtenido valores de alargamiento superiores al 8%, que pueden llegar a superar el 10%. Por tanto, el cable es más resistente a la tracción y al plegado y, de ese modo, se aumenta su vida útil.

La puesta en práctica del procedimiento de fabricación de acuerdo con la invención puede adoptar distintas formas.

De acuerdo con un modo de puesta en práctica, la fabricación de un cable de aluminio se efectúa a partir de un alambre de aluminio cubierto de níquel por electrodeposición en continuo, y, después, cubierto de cobre por electrodeposición en continuo. Una capa de níquel contra la oxidación se deposita por electrólisis en torno a la capa de cobre. Después, se procede al trefilado para dar lugar a un alambre de, por ejemplo, aproximadamente, 0,2 mm de diámetro.

De acuerdo con otro modo de puesta en práctica, se parte de una barra cilíndrica de aluminio, por ejemplo, de diámetro comprendido entre, aproximadamente, 40 y 60 mm, y longitud comprendida entre 1 y 5 m. Una capa de níquel de, por ejemplo, 20 \mum, aproximadamente, se deposita en torno a la superficie cilíndrica de la barra de aluminio, de preferencia por niquelado electrolítico, a diferencia del niquelado químico, cuya velocidad de depósito de níquel es menor. La barra de aluminio así niquelada se posiciona dentro de un tubo de cobre de la misma longitud que la barra de aluminio, siendo el diámetro interior del tubo algo mayor que el diámetro de la barra de aluminio. El grosor del tubo de cobre, se selecciona, ventajosamente, de modo que, en sección, el cobre represente, aproximadamente, un 15% de la sección del aluminio. En el ejemplo seleccionado en lo que antecede de una barra de aluminio de 40 mm de diámetro, el grosor del tubo de cobre es de, aproximadamente, 1,6 mm.

A continuación, el conjunto formado por la barra de aluminio niquelada rodeada por el tubo de cobre se estira en frío, con recocidos intermedios, hasta conseguir un diámetro exterior del tubo de cobre de, aproximadamente, 8 mm, y, después, se trefila y recuece hasta conseguir un diámetro de 1,8 mm, aproximadamente. Luego se deposita una capa de níquel en torno al cobre, con el fin de evitar su oxidación. Posteriormente, este diámetro de 1,8 mm se reduce hasta, aproximadamente, 0,2 mm, por trefilado.

De acuerdo con otro modo de puesta en práctica del procedimiento, el niobio reemplaza al níquel entre el aluminio y el cobre. Hojas de niobio, por ejemplo, de grosor comprendido entre 25 y 400 \mum, cubren la barra de aluminio, por ejemplo, de 50 mm diámetro y de 1 a 5 m de longitud, con el fin de envolverla completamente. Estas hojas pueden ser soldadas con la barra de aluminio. Como en el caso anterior, se posiciona un tubo de cobre en torno a la barra de aluminio rodeada de niobio y, luego, el conjunto se somete a un estirado en frío. Después, se trefila hasta conseguir un diámetro de 1,8 mm. Una capa de níquel contra la oxidación se deposita por electrólisis en torno al tubo de cobre así estirado. Luego, se procede al trefilado para conseguir un alambre de, aproximadamente, 0,2 mm de diámetro.

De acuerdo con otro modo de puesta en práctica, la operación de estirado se sustituye por una operación de extrusión del conjunto formado por la barra de aluminio rodeada por la capa intermedia de níquel, niobio, tántalo o vanadio y posicionada dentro de un tubo de cobre. A título de ejemplo, el diámetro de la barra de aluminio puede ser de 50 mm, el grosor de la capa intermedia puede ser de 0,6 mm y el tubo de cobre puede presentar un grosor de 20 mm. Por extrusión se obtiene un alambre de, aproximadamente, 8 mm de diámetro que se reduce a un diámetro intermedio, con el fin de depositar una capa fina de níquel por electrólisis, y, a continuación el diámetro del alambre se reduce, por trefilado, a, aproximadamente, 0,2 mm. La extrusión puede tener lugar en frío, en varias operaciones sucesivas, pero, en este caso, la hilera tiene que poder funcionar a presiones muy elevadas. Con frecuencia se prefiere proceder en caliente mediante una única operación, lo que permite trabajar con presiones de extrusión más bajas.

El cable así formado por cableado de un conjunto de alambres se aísla por medio de una funda de plástico y se calienta a, aproximadamente, 370ºC durante 10 minutos. Las pruebas de alargamiento y plegado realizadas después de estas últimas operaciones han mostrado una mejora en relación con cables idénticos de aluminio revestidos de cobre, pero sin capa intermedia de níquel, niobio, tántalo o vanadio. Como se ha indicado en lo que antecede, se han conseguido valores de alargamiento superiores al 8% con cables de aluminio fabricados de acuerdo con la presente invención, a diferencia de los valores del orden del 3% en el caso de cables corrientes sin dicha capa intermedia.

Además de las ventajas de mantenimiento de las características de alargamiento y plegado del aluminio cubierto de niobio, níquel, tántalo o vanadio, las características eléctricas del cable, en particular su conductividad, se mejoran mediante el envejecimiento por calor. La capa fina intermedia actúa a modo de barrera antidifusión, que impide la difusión del cobre en dirección al aluminio, e, inversamente, del aluminio en dirección al cobre. Se evita así la formación de una capa de aluminio mezclado con cobre situada entre el conductor de aluminio y la capa de cobre. Esta capa de mezcla aluminio/cobre constituye la causa de la degradación de las características eléctricas, en particular de la conductividad, de los cables de aluminio. Gracias a la capa intermedia interpuesta entre el aluminio y el cobre se consigue alargar la vida útil del cable.

Otra ventaja de la invención consiste en el hecho de que los alambres pueden ser trefilados una vez depositadas las distintas capas.

Claims (14)

1. Procedimiento de fabricación de un cable constituido por un conjunto de alambres, comprendiendo cada uno de ellos un conductor central de aluminio cubierto por una capa de cobre, permitiendo dicho procedimiento mejorar las características mecánicas, en particular de alargamiento y plegado, del cable y aumentar su vida útil, caracterizado porque consiste en posicionar una capa intermedia entre dicho conductor central y dicha capa de cobre, siendo dicha capa intermedia de un metal seleccionado entre níquel, niobio, tántalo o vanadio.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha capa intermedia de níquel se deposita por niquelado electrolítico.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la sección de la capa intermedia de níquel de cada alambre está comprendida entre el 0,01 y el 5% de la sección total del alambre.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de cobre se deposita por revestimiento electrolítico.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la sección de la capa de cobre de cada alambre está comprendida entre el 10 y el 30% de la sección total del alambre.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa intermedia de niobio, tántalo o vanadio se consigue al envolver hojas de niobio, tántalo o vanadio en torno al conductor central de aluminio.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la sección de la capa intermedia de niobio, tántalo o vanadio de cada alambre presenta un grosor comprendido entre el 0,1 y el 5% de la sección total del alambre.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicha capa intermedia se deposita en torno a una barra de aluminio.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque dicha barra de aluminio cubierta con dicha capa intermedia se suelda en continuo, luego se estira en frío, y, después, se trefila, con el fin de obtener dicho cable.

10. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque dicha barra de aluminio cubierta con dicha capa intermedia se posiciona dentro de un tubo de cobre de diámetro interno algo mayor que el diámetro de la barra de aluminio.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque el conjunto formado por la barra de aluminio cubierta con dicha capa intermedia y posicionada dentro del tubo de cobre, en primer lugar, se estira en frío, y, después, se trefila, con el fin de obtener dicho cable.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque el conjunto formado por la barra de aluminio cubierta con dicha capa intermedia y posicionada dentro del tubo de cobre, en primer lugar, se extrude en frío o en caliente, y, después, se trefila, con el fin de obtener dicho cable.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se deposita una capa adicional de níquel en torno a dicha capa de cobre, con el fin de evitar la oxidación del cobre.

14. Cable de aluminio que presenta características mecánicas, en particular de alargamiento y plegado, y una vida útil mejoradas, caracterizado porque se fabrica de acuerdo con el procedimiento definido en cualquiera de las reivindicaciones precedentes.